多糖提取分离及含量测定的研究进展
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食品研究与开发 2011年3月 专题论述 Food Research And Develooment 第32卷第3期 189===一 多糖提取分离及含量测定的研究进展 贾亮亮,袁丁 ,何毓敏,张长城 (三峡大学医学院,湖北宜昌443002) 摘要:多糖的生物活性备受关注,其提取分离方法目前已成为研究焦点之一。常规的提取方法有:溶剂提取法、超 声波法、微波法、酶提取法、超高压提取法;含量测定有比色法、HPLC法和薄层扫描法。本文就多糖在提取分离方面 不同的技术和方法进行综述,以期为该领域的生产和研究工作者提供参考。 关键词:多糖:提取;分离;含量测定 The Development of Extraction,Separation and Assay of Polysaccharides JIA Liang—liang,YUAN Ding ,HE Yu-min,ZHANG Chang-cheng (Medical College of China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,China) Abstract:The biological activity of polysaccharides was closely watched,and its extraction separation methods have become a focus of research.The conventional extraction methods are solvent extraction method,ultrasonic method,microwave method,enzyme extraction,high pressure extraction.The assay method are colorimetry, HPLC and thin slice scan method.In this paper,the different techniques and methods in polysaccharides extraction and separation were reviewed with a view to provide the reference to the production and research workers in the field. Key words:polysaccharides;extraction;separation;assay 多糖是存在于自然界的醛糖和(或)酮糖通过糖 醚混合溶液或石油醚进行脱脂[2】,而对于植物中的单 苷键连接在一起的聚合物,是一切生命有机体必不可 糖、双糖、低聚糖、生物碱、苷类、氨基酸等物质常用一 少的成分,它与维持生命的种种生理机能有着密切的 定浓度的乙醇除去。丘绿琴f31等在提取茯苓多糖前将 联系。在食品工业中多糖常被用作增稠剂、稳定剂、成 茯苓粗粉分别用乙醚、丙酮在索式提取器回流脱脂4 h 膜剂、持水剂广泛应用。近年来的科学研究表明多糖 以达到脱脂、除杂的目的。范延丽 将粉碎、过筛的花桑 还具有增强免疫功能、抗肿瘤、降血糖、降血脂等生物 寄生用80%乙醇50℃回流处理3次,每次2 h,以便去 活性『l_。因此,随着多糖的制备、合成、食品科学及药理 除脂溶性成分、单糖、双糖、低聚糖、苷类、生物碱、氨基 学研究的不断深入,多糖的应用将具有更广阔的前景。 酸等物质。 1.2提取 1多糖的提取分离 1.2.1影响因素及设计方法 1.1预处理 料液比、提取次数、提取时间、提取温度是影响多 多糖的存在形式及提取部位不同,决定了提取之 糖提取率重要的指标,选择合适的实验设计方法对确 前是否要做预处理。动物多糖及微生物细胞内多糖的 定多糖的最佳提取工艺尤为重要。除了传统的正交设 组织多有脂质包围,一般先加入甲醇或1:1的乙醇/乙 计法外,目前较常用的还有均匀设计法(Uniform 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30873383) Design)和响应面分析法(RSM o均匀设计f 是将实验 作者简介:贾亮亮(1985一),男(汉),硕士,研究方向:天然产物活性 点在高维空间内充分均匀分散,使数据具有更好的代 研究。 表性,为揭示规律创造必要条件。Zhaojing wang同等采 通信作者:袁丁(1964一),男(汉),教授,博士,研究方向:天然产物 用均匀设计法选择出了绞股蓝多糖的最佳提取工艺, 研究工作。 使多糖的提取率达到1 1.29%,与预期估计提取率相 —===190 贾亮亮,等:多糖提取分离及含量测定的研究进展 专题论述 一致。罗娅君问等在大叶金花草多糖提取过程中,在固 定提取温度的条件下,设计了的料液比、时间和提取次 数共三因素一水平的均匀设计实验方案,使用均匀设 计混合水平表U 对实验条件进行了优化,优化预测 值与实测值比较接近,得出优化方案可以节约能源和 提高提取效果的结论。响应面分析法是目前国内外新 起的一种分析寻求最优工艺参数的统计方法,它是采 用多元二次回归方法作为函数估计的工具,将多因子 实验中因素与指标的相互关系用多项式近似拟合,依 此可对函数的响应面和等高线进行分析,研究因子与 响应面之间、因子与因子之问的相互关系。Li Meil=l等 根据中心组合(Box—Benhnken)实验设计原理采用三 因素五水平的响应面分析法(RSM),依据回归分析确 定各工艺条件的影响因子,以麦冬多糖提取率为响应 值作响应面和等高线,并分析各个因素的显著性和交 互作用。结果得出麦冬多糖水浸提的最佳工艺条件为: 料液比为1:11(g/mL),提取时间为185 min,提取温度 为94 cCl,其麦冬多糖最大提取率为64.1%。 1.2.2提取方法 溶剂提取法:较为常用,包括水提法、酸提法、碱 提法等。依据相似相溶原则,对于多糖这种大极性分 子化合物,水是较好的提取媒介。邓锷 等利用水提醇 沉法提取扯根菜多糖,最佳水提醇沉工艺条件:料液比 l:15(g/mL),提取温度95 clC,提取时间3 h,醇沉时使乙 醇浓度90%,4℃冰箱醇沉12 h,该条件下的多糖提取 率为1.12%,RSD=I.21%。虽然在酸性环境下糖分子间 的糖苷键易水解,但有些多糖还是适合用稀酸提取。 胡纱纱【 嘴将黄连木种子粉碎、脱脂、干燥后用HC1提 取确定了最佳提取工艺,并为黄连木多糖的提取提供 了理论依据。郝晓敏…1等从江蓠菜提取硫酸酯多糖,在 HC1 0.20 mol/L、提取时间25 min、物料比1:40(g,/mL)及 温度65℃条件下得到了硫酸酯多糖,多糖含量平均为 21.71%。碱提法也有应用于多糖的提取中,尤其是含 有糖醛酸的多糖,通过碱提取法可以得到更高的产率。 碱提过程中防止多糖降解,常通以氮气或加入硼氢化 钠或硼氢化钾,提取结束后要迅速中和和透析除去碱。 付娟妮【l21等将真姬菇菌丝冷冻干燥粉碎后加入pH=10 的碱液提取,醇沉、离心、干燥后得真姬菇菌丝体多糖。 屈贺幂【蚓将脱脂后的茯苓皮和粉末加入碱性溶液微 热,搅拌至黏稠,过夜,抽滤,滤液加以酸液中和,再加 入等量乙醇,滤取沉淀既得粗多糖,提取率可达茯苓干 重的5O%。 近年来,微波和超声波法亦应用于多糖的提取I21。 微波提取的原理是微射线辐射于溶剂并透过细胞壁 到达细胞内部,由于溶剂及细胞液吸收能量,使细胞内 部温度升高,压力增大,当压力超过细胞壁的承受能力 时,细胞壁破裂,位于细胞内部的有效成份从细胞中释 放出来,传递转移到溶剂周围被溶剂溶解。赵凤春等『I3 】采用微波技术对黄芪多糖进行提取,结果表明粗多糖 的得率与水浸提法相近,但提取时间却大大缩短,从而 降低了成本。覃逸明㈣在微波法提取真姬菇多糖的研 究中也得出了相似的结论。超声波提取是依靠超声波 产生的“空化作用”对细胞膜的破坏所形成强大的冲击 波或高速射流对有效成分与水相之间阻滞层进行的 消除,另外超声波的次级效应,如机械振动、乳化、扩 散、击碎、化学效应等也iIII速欲提取成分的扩散释放 并充分与溶剂混合,有利于提取。叶余原【l5】在超声法提 取铁皮石斛多糖工艺的研究指出同等条件下,超声波 提取效果要优于常规水提,提取铁皮石斛多糖更加高 效。徐天生【 61等也指出超声波辅助提取有提取时间短, 无需加热,适合热敏物质的提取,目标成分的提取率 高,可降低溶剂用量,有利于进一步的精制提纯等优点。 酶技术也是近年来广泛应用到有效成份提取中 的一项生物技术,在多糖的提取过程中,使用酶可降低 提取条件,在比较温和的条件中分解植物组织,加速多 糖的释放或提取。张元等报道㈣d一淀粉酶可以显著提 高山药多糖的提取率。曹渊等1181也指出复合酶法是提 取天冬多糖的最佳方法。 超高压提取技术是一种全新的天然产物有效成 分提取技术,其原理是在常温下用100 MPa~1 000 MPa 的流体静压力作用于料液上,保压一段时间,然后迅速 卸压,使细胞内外渗透压力差突然增大,破坏细胞的各 种膜,达到提取的目的。刘春娟[。91等采用超高压提取技 术提取黄芪多糖,利用均匀设计法确定了提取条件:提 取压力350 MPa,液固比60 mL/g,浸泡时间5 h,保压时 间为2 min,提取率能达到24.2%。与水回流法和超声 波提取法相比较,超高压提取法具有提取率高,提取时 间短,工艺操作简单,能耗低,提取液杂质少,容易分离纯 化等特点。另外,由于超高压技术是在常温下进行提取 的,使多糖不会因热效应而损失或降低其生物活性。 1.3多糖的除杂 1.3.1 除蛋白 通过水提所获得的粗多糖常含有较多的蛋白质。 传统的除蛋白方法有三氯乙酸法、鞣酸法、Sevag法 等。马利华 等在纯化牛蒡多糖过程中以除蛋白率和 多糖损失率为指标比较了三氯乙酸法、鞣酸法、Sevag 法除蛋白的效果,得出:三氯乙酸法去除蛋白率高,但 多糖在三氯乙酸中不稳定,糖苷键易断裂,故多糖损失 专题论述 贾亮亮,等:多糖提取分离及含量测定的研究进展 达81.3%。 191===一 率也较高。鞣酸法蛋白去除率较低,但是此种方法是 利用鞣酸与蛋白质的特异性反应,不会造成多糖的损 H 0 在水溶液中可电离出过氧氢根离子HO2-攻 击色素,在碱性介质中电离度增大,脱色作用增强,因此 对于负性离子有很好的脱色作用。吕磊 对大枣多糖 进行脱色时发现H:O 用量、脱色温度、溶液的pH值 等因素对H O 脱色效果有很大影响,得出H:O 脱色 失。sevag法蛋白去除率最高,但是由于此法使用的试 剂是氯仿和正丁醇,而氯仿是有毒物质,容易造成多糖 活性下降和溶剂残留。 为了避免使用有机溶剂可采用反复冻融的方法 除蛋白,刘新友f2l 等将当归粗多糖,按湿重加人4倍量 的蒸馏水溶解,于一20 cc反复冻融8次,3 000 r/min离 心20 min除蛋白,得到较好的除蛋白率。另外,蛋白质 在等电点时溶解度最小,用氢氧化钙饱和液调pill0- DH1 1可除去偏碱性的蛋白质,然后再用硫酸调pH5~ pH6,可除去偏酸性的蛋白质[21。冻融和等电点沉淀除 蛋白质操作简单,但多糖液里往往有低浓度的蛋白质 残留,因此常与其它方法结合使用。 另外,有机溶剂与去蛋白酶结合的除蛋白法也常 被用在实验研究中,其效率更高,更加节省试剂和资 金。盛家荣【捌等比较了Sevag法和Sevag一胃蛋白酶法 对南板蓝根粗多糖中蛋白质的去除率,得出Sevag一胃 蛋白酶法脱蛋白效率是Sevag法的3倍~4倍。但是,加 入过多的蛋白酶反而会加重除蛋白的难度。除蛋白的 效果可以用茚三酮反应检测,结果呈阴性;同时在 200 nm一280 nm处测定除蛋白后样品的紫外吸收曲线 来检测效果,除掉蛋白质的多糖溶液一般在260 nm~ 280 nm的紫外吸收峰会消失,说明多糖不含有蛋白。 1.3.2除色素 植物多糖提取物中含有酚类化合物,在提取过程 中,由于氧化作用会有色素生成,色素的存在会影响多 糖的色谱分析和性质测定。可用吸附剂(纤维素、硅藻 土、活性炭等)、氧化剂(H。O。)、离子交换柱(DEAE一纤 维素)等脱除。付学鹏 等的研究表明,活性炭擅于吸 附芳香族有机物(糖汁中的有色物大部分属于这类), 并易于吸附含有3个碳原子以上的其他有机物。它对 不带电物质的吸附力较强,而对带电物质(如阴离子) 的吸附较弱。并且给出了活性炭脱色的最佳工艺条件: 溶液pH为5、活性炭用量1.5%~5%范围、脱色温度 30℃-60℃、脱色时间为10 min~30 min时脱色效果 最好。 树脂也是一种吸附性质的脱色剂,它理化性质稳 定,不溶于酸、碱及有机溶剂,对有机物选择性较好,不 受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响,可以 通过物理吸附从水溶液中有选择地吸附有机物质。仰 榴青闭等采用AB~8型弱极性吸附树脂对银杏外种皮 多糖进行脱色,以流速为1.0 mUmin,原样浓度10 mg/mL, pH值为7.4~7.6之间的组合上柱,其纯化后多糖含量 的最佳条件为:每100 mL溶液中不超过30 mL H2O2; 脱色温度控制在4O℃~50 cIC,脱色时间4 h;脱色前用 浓氨水或0.1%的NaOH调pH值8.8左右。 作为生物大分子分离纯化手段的DEAE一纤维素 也常用于多糖的脱色方法中,陈祥娜[26】采用活性炭、 DEAE一纤维素和DEAE一纤维素+l mol/LNaC1进行紫 草多糖的脱色实验比较,从脱色效果和多糖损失率两 方面综合比较得出DEAE一纤维素+1 mol/LNaC1进行 紫草多糖的脱色可以得到很好的脱色目的。 另有研究报道[27]采用静态混合器可以实现高黏度 生物多糖的连续脱色过程,其混合效果良好,能耗低, 在合适的pH值条件下,脱色效果显著。 1_3.3除小分子杂质 小分子杂质如低聚寡糖的残留往往影响多糖的 生物活性,需要进一步脱除,提高纯度。传统的方法是 透析法,该法操作简单、技术成熟,但周期长,往往需要 2 d~3 d,常温下操作有可能造成多糖的霉变,必要时 需加入少量防腐剂或需在低温条件下进行。随着膜分 离技术的发展,纤维滤器透析法已经发展起来了,它利 用不同孔径的膜使大小不同的分子分级,这种方式可 缩短生产周期,而且条件温和,无疑是多糖脱除杂质的 一条新途径。 2多糖的含量测定 比色法作为传统的检测方法至今仍被广泛应用 于多糖含量的测定。常用的比色法有:苯酚一硫酸法、 蒽酮一硫酸法、3,5一二硝基水杨酸法。苯酚一硫酸法和蒽 酮一硫酸法的原理是利用多糖在强酸性条件下脱水生 成糠醛或其衍生物,然后再与酚类或胺类化合物缩合, 生成有特殊颜色的物质的这一性质进行测定。国内近 年主要采用此方法测定多糖的含量,于村等[2a喇用香 菇多糖中的已糖及其糖醛酸可与苯酚试剂起显色反 应,生成橙黄色化合物,于490 nm处比色定量。李妍[291 等用苯酚一硫酸法测定桔梗多糖的含量,回收率达到 97.54%,RSD=I.44%。陈平 等用硫酸一蒽酮法测定鄂 产竹节参中多糖的含量,平均回收率达到99.58%,表 明其方法简便、快速、重现性好。3,5一二硝基水杨酸法 (DNS法),其原理是在NaOH和丙三醇存在下,3,5一二 192 贾亮亮,等:多糖提取分离及含量测定的研究进展 专题论述 硝基水杨酸(DNS)与还原糖共热后被还原生成氨基化 合物,在过量的NaOH碱性溶液中此化合物呈橘红色, 在540 nm波长处有最大吸收,在一定的浓度范围内, 还原糖的量与光吸收值呈线性关系。与硫酸苯酚和硫 酸葸酮法比较,3,5一二硝基水杨酸法试剂较稳定,操作 简便、快速,避免了因硫酸遇水剧烈放热,使显色条件难 以控制得影响,并且去除了单糖成分的干扰,测定结果 更准确。夏春森f3o]等用DNS法分别测了黄芪多糖总糖 和单糖的含量,用总糖含量减去单糖含量,即得多糖的 含量,使实验结果更加准确。 国内近年来在中草药多糖含量测定方面亦有使 用HPLC法。李冰 等采用HPLC—ELSD法测定红芪药 材中红芪多糖的含量,并将测定结果与苯酚一硫酸法 所测的结果进行了比较,结果表明HPLC法选择性高, 并且可以排除多糖中与苯酚一硫酸反应并在490 nm有 吸收的一些杂质,从而得到了样品多糖的绝对含量。 王刚 等也采用HPLC法测定山药多糖的含量,得出 了相似的结论。 薄层扫描法也曾被用于是多糖含量的测定。薄层 扫描法(TLCS)系指用一定波长的光照射在薄层板上, 对薄层色谱中有紫外或可见吸收的斑点或经照射能 激发产生荧光的斑点进行扫描,将扫描得到的图谱及 积分值用于药品的质量检查的方法。褚新红[331等以异 戊醇一吡啶一水(4:4:1)为展开剂,苯胺一二苯胺一磷酸丙 酮混合液为显色剂,双波长发射法锯齿扫描,k=380 nm, k=650 nm,Sx=3,以木糖作为对照品,以TLCS法测定 亮菌糖浆中亮菌多糖的含量。本方法所需溶剂较少, 样品分离效果较好。 3结语 多糖复杂的多级结构以及广泛生物活性,具有广 阔的应用前景,其提取分离技术的更新将为多糖的工 业开发提供新的思路。 参考文献: 【l】严金龙,吕志敏.植物多糖的提取分离和应用[J】.化工科技市场, 2004,27(1 1):4l—44 【2】蔡盂深李中军.糖化学[M].北京:化学工业出版社,2007:363—367 【3】邱绿琴,杨惊宇,吴宗彬.茯苓多糖的提取分离方法研究叨.当代 医学,2009,15(3):96 [4 范延丽.花桑寄生多糖分离、纯化及抗肿瘤活性的研究[4]D】.福建 师范大学硕士学位论文,2008:9-10 【5】郭东星,仇丽霞,张满栋.均匀设计方法及其应用 .数理医药学 杂志,2005,18(1):69—71 网ZhaojingWang,DianhuiLuo,CaiEna.Optimizationofpolysaccharides extraction from Gynostemma pentaphyllum Makino using Uniform Design[J].Carbohydrate polymers.2007(69):3l1—317 [7】罗娅君,肖新峰,王照丽.均匀设计法优化大叶金花草中水溶性多 糖提取工艺的研究fJ1.中成药,2007,29(6):896—898 [8]Li Mei,Wang Zhen—Chang,Dai Hao—Jie,et a1.Response SUl ̄aee optimization of polysaccharides extraction from liriope roots and its modulatory effect Oil sj。gren syndrome[J].International journal of biological macromolecules,2009(45):284—288 【9】邓锷,杨军,王立强.等址根菜多糖的提取[J].中药材,2009,32(1): 12l—l23 [10]胡纱纱,汪一红,陈娟娟,等.响应面法优化黄连木多糖酸提取工 艺的研究fJ1.粮油加工,2009(1):124—128 【1 1]郝晓敏,林海生,许金涛,等.超声酸提江蓠硫酸酯多糖工艺及其 性质研究 食品科技,2008(6):171—173 【l2】付娟妮,刘兴华,蔡福带,等.真姬菇菌丝体多糖碱提取工艺优化 fJ1.农业机械学报,2008,39(6):99—101 [13]赵凤春,杨克迪,欧阳葭,等.黄芪多糖微波、超声辅助提取研究【J】. 中成药,2008,30(4):620—623 [14]覃逸明.微波法提取真姬菇多糖工艺研究 .中成药,2009,31(7): 1134-1136 [15】叶余原.超声法提取铁皮石斛多糖工艺的研究[J】_中药材,2009, 32(4):617—619 [16]徐天生,梁燕,江莉华,等.用正交试验法研究超声提取丹参多糖 的最佳工艺[J】_中成药,2008,30(2):270—271 [17】张元,林强,魏静娜,等.酶法提取山药中多糖的工艺研究『J1.中国 中药杂志,2008,33(4):374—376 [18]曹渊,徐彦芹,夏之宁,等.超声复合酶法提取天冬多糖[J】.中药材, 2009,32(4):622-625 【19]刘春娟,张守勤,张劲松,等.超高压技术提取黄芪多糖的研究【J]. 中成药,2009,31(9):1359—1363 【20】马利华,秦卫东,陈学红,等.膜技术分离纯化牛蒡多糖的研究[J】 .食品工业科技,2009,30fl11:23l一233 【21]刘新友,周四元,程建峰.等.超滤对当归多糖组分总糖含量和蛋 白含量的影响『J].时珍国医国药,2007,18(12):2895 [22】盛家荣丽小兵,h铃东,等.酶法除南板蓝根粗多糖中蛋白质的 最佳工艺研究【JJ.中药材,2009,32(4):615—617 [23]付学鹏,杨晓杰,植物多糖脱色技术的研究[J]_食品研究与开发, 2007,28(1 1):166-169 [24]吕磊.大枣多糖的提取分离与脱色研究[D】.西北大学硕士学位论 文。2003:35—36 【25]仰榴青,徐佐旗,茆广华,等.大孔吸附树脂纯化银杏外种皮多糖 的研究 中药材,2006,29(10):1098—1 100 [26】陈祥娜.紫草多糖的分离提取与活性研究[D].浙江大学硕士学位 论文,2008:18 [27】陈俊英,马晓建.静态混合器在生物多糖脱色中的应用[J】.郑州大 学学报,2003,24(4):46—49 [28]于村,丁钢强,俞莎,等.香菇多糖测定的方法学研究【J】.中国公共 卫生,2000,16(3):245—246 【29]李妍,魏建和,许旭东,等.苯酚一硫酸法定量测定桔梗多糖的研 究fJ1.时珍国医国药,2009,20(1):5-7 [3O]夏春森,韦史利,钟艳红_3,5一二硝基水杨酸比色法测定黄芪多糖 的含量fJ1.中国民族民间医药,2009,1(8):13—14 f3l1李冰,封士兰,刘小花,等.HPLC测定红芪药材中红芪多糖的含 量lJ1.中药材,2008,30(5):716—7l8 [32]王刚,杜士明,肖淼生,等.山药多糖的提取分离及山药总多糖的 含量测定IJJ.中国中药杂志,2007,27(1 0):1414—1416 [33]褚新红,陈光芝,于学娟,等.薄层扫描法测定亮菌糖浆中亮菌多 糖的含量 .中成药,2002,24(4):296—298 [34]屈贺幂.茯苓多糖提取纯化及指纹图谱研究[D].湖南大学硕士学 位论文,2007:2 [35]陈平,陈新,王珲,等.硫酸一蒽酮法测定鄂产竹节参多糖含量[J】.中 国医院药学杂志,2007,27(12):1654—1656 收稿日期:2010-08—0l