海藻可溶性多糖提取技術(shù)

微藻可溶性糖提取技術(shù)研究進(jìn)展[摘要]：海洋微藻由于其水質(zhì)凈化作用，極高的營養(yǎng)價(jià)值等功能成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。海洋微藻可溶性糖是海洋微藻的生物活性物質(zhì)，隨著海洋藥物興起，逐漸發(fā)現(xiàn)海洋微藻多糖具有抗病毒、抗腫瘤、抗衰老、抗輻射和降血糖等活性功效，其作為藥物和藥物中間體的研究已成為藥物研究的重點(diǎn)。由于其具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和藥用價(jià)值，有效地溶出海洋微藻可溶性糖更是重中之中。本文闡述了超臨界流體萃取技術(shù)、熱水抽提、超聲萃取技術(shù)溶出海洋微藻可溶性糖及不同方法間提取的有效性差異，并介紹了其他幾種提取海洋微藻可溶性糖的技術(shù)。[關(guān)鍵詞]：海洋微藻；提取技術(shù)；原理；有效性1引言微藻多糖是新近引起人們關(guān)注的功能大分子，具有抗血凝，降血脂，抗腫瘤，抗病毒，增強(qiáng)肌體免疫機(jī)能等多種生物學(xué)活性，是具有潛力的藥用資源，有望在人類治療癌癥，艾滋病，心血管疾病等頑癥方面發(fā)揮重要作用[1]。在全球資源枯竭化的今天，海洋微藻產(chǎn)業(yè)正在崛起，形成了還有經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)，蓬勃發(fā)展的微藻產(chǎn)業(yè)，為微藻多糖的生產(chǎn)提供了豐富的原料。同時(shí)，也向微藻多糖的研究提出更深層次的要求。一方面，他要求人們不斷的去發(fā)現(xiàn)微藻多糖的功能，為微藻多糖的應(yīng)用提供更廣闊的空間。另一方面，他要求人們對微藻多糖進(jìn)行化學(xué)研究，揭示多糖的構(gòu)效關(guān)系，為微藻多糖的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。如今許多科學(xué)家正效力于前者的研究，成果頗多，至于后者，由于微藻多糖結(jié)果復(fù)雜，樣品純化困難，分析方法和技術(shù)手段落后，從事這方面研究工作的人員相對較少，微藻多糖結(jié)構(gòu)鮮有報(bào)道。事實(shí)上不僅是微藻多糖化學(xué)，即便是多糖化學(xué)研究也一直沒有太大的突破，基本上還是處于起步階段。據(jù)此，本文闡述幾種目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)或有可能工業(yè)化生產(chǎn)的海洋微藻中提取分離純化微藻多糖，以期能為這些微藻的充分利用與提取提高理論基礎(chǔ)，為微藻多糖提取技術(shù)研究而提供資料。2正文一、超臨界流體萃取技術(shù)自20世紀(jì)60年代，Zosel博士首先提出超臨界流體萃取(SFE)工藝并被應(yīng)用于咖啡豆脫咖啡因的工業(yè)生產(chǎn)以來，SFE作為一種新型的綠色化分離技術(shù)受到廣泛重視，成為當(dāng)前超臨界流體技術(shù)發(fā)展的主要方向[2]。SFE結(jié)合了蒸餾和萃取分離的特點(diǎn)，可在較低溫度下實(shí)現(xiàn)分離，其萃取能力取決于境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域，臨界流體fSCn指的是熱力學(xué)狀態(tài)處于臨界點(diǎn)之上的流體。此時(shí)流體處于氣態(tài)與液態(tài)之間的一種特殊狀態(tài)，具有十分獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，其粘度接近于氣體，密度接近于液體，擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間，故其兼有氣體和液體的特點(diǎn)—既像氣體一樣容易擴(kuò)散，又像液體一樣有很強(qiáng)的溶解能力。因而SCF具有高擴(kuò)散性和高溶解性。超臨界流體兼有液體和氣體的優(yōu)點(diǎn)，粘度小、擴(kuò)散系數(shù)大、密度大，具有良好的溶解特性和傳質(zhì)特性，且在臨界點(diǎn)附近對溫度和壓力特別敏感。目前研究較多的流體有二氧化碳、水、氨、甲醇、乙烷、乙烯、戊烷。利用超臨界流體獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，SFE使其極易滲透到試樣基體中，然后通過擴(kuò)散、溶解、分配等作用，使基體中的溶質(zhì)擴(kuò)散并分配到超臨界流體中，并從基體中萃取出來。在萃取過程中，SFE的萃取效率是由超臨界流體的溶劑力、溶質(zhì)的特性、溶質(zhì)一基體結(jié)合狀況決定的。因而，在選擇萃取條件時(shí)，一方面要考慮溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度。另一面也要考慮溶質(zhì)從試樣基體活性點(diǎn)脫附并擴(kuò)散到超臨界流體中的能力與速度。超臨界萃取就是利用SCF在臨界點(diǎn)附近體系溫度和壓力的微小變化．使物質(zhì)溶解度發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級的突變來實(shí)現(xiàn)其對某些成分的提取和分離。通過改變壓力或溫度來改變SCF的性質(zhì)，達(dá)到選擇性地提取各種類型的化合物的目的。超臨界萃取技術(shù)主要有兩類萃取過程，恒溫降壓過程和恒壓升溫過程。不同點(diǎn)在于前者是把SCF經(jīng)減壓后與溶質(zhì)分離，后者是SCP經(jīng)加熱實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與溶劑分離。溶劑都可以反復(fù)循環(huán)使用。多糖的來源物體可含有雜質(zhì)，加工性能較差，因此，在提取多糖之前要進(jìn)行清洗、粉碎等預(yù)處理工藝[3]。清洗的目的是去除原料中的泥土等雜質(zhì)；粉碎是為了增大原料在萃取過程中與萃取溶劑的接觸面積，從而得到良好的萃取效果。在預(yù)處理過程中，根據(jù)需要，還可以增加一些脫色、脫脂的工藝。莫開菊等人在提取葛仙米多糖時(shí)，采用工業(yè)酒精對清洗好的葛仙米進(jìn)行脫色，然后采用甲醇進(jìn)行脫脂。脫色的方法還有活性炭吸附法、離子交換法和氧化脫色法等?；钚蕴课椒撋容^徹底，但是可能會(huì)造成多糖的損失。離子交換法是用弱堿性樹脂DEAE纖維素或DuliteA7吸附色素，然而，它僅僅對游離的陰離子色素具有吸附作用，而對與多糖結(jié)合的色素的吸附效果不太理想。氧化脫色法，即用少量H20溶液氧化脫除色素，這種脫色是暫時(shí)的，色素物質(zhì)仍然存在于多糖溶液，一旦有還原劑的加入，就會(huì)顯現(xiàn)出原來的顏色。在超臨界狀態(tài)下，超臨界流體與目標(biāo)物接觸，使其依次把極性、沸點(diǎn)和分子量大小不同的成分萃取出來，當(dāng)恢復(fù)到常壓和常溫時(shí)，溶解在流體中的成分立即以溶于吸收液的液體狀態(tài)與氣流體分開，從而達(dá)到萃取目的。另外，超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系的壓力增加而增加，極性增大，利用程序升壓，可以將不同極性的成分進(jìn)行分步提取。較之常規(guī)萃取方法超臨流體萃取具有顯著的優(yōu)點(diǎn)[4]:1）可以在接近室溫及氣體籠罩下進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散；能完整保留生物活性，而且能把高沸點(diǎn)，低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度以下取出來。2)使用SFE是最干凈的提取方法。由于全過程不用有機(jī)溶劑，因此萃取物絕無殘留溶媒，同時(shí)也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染。3)萃取和分離合二為一。當(dāng)飽含溶解物的CO2—SP流經(jīng)分離器時(shí)，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相(氣液分離)而立即分開，不僅萃取效率高而且能耗較少，節(jié)約成本。4)壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)。臨界點(diǎn)附近，溫度壓力的微小變化都會(huì)引起CO2密度顯著變化，使得待萃物的溶解度發(fā)生變化，通過控制溫度或壓力達(dá)到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離，因此工藝流程短、耗時(shí)少。5)對環(huán)境無污染。萃取流體可循環(huán)使用．真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程綠色化。但是由于CO2是非極性溶劑，對于非極性弱極性的目標(biāo)組分的溶解度較大。對于中等極性、極性的物質(zhì)來所說，一般要加入能改善其在CO2中的溶解度的極性溶劑—改性劑。熱水抽提技術(shù)熱水抽提技術(shù)即提取的溶劑選用熱水,根據(jù)提取物的性質(zhì)選用不同溫度的熱水和提取時(shí)間。已有的資料表明，前人對褐藻硫酸多糖的提取多采用中性熱水浸提法或酸、堿浸提法。前者時(shí)間長、收率低，后者易破壞多糖中與免疫活性有關(guān)的特定結(jié)構(gòu)[5]。多糖的提取一般采用熱水、酸、堿、乙醇等作為溶劑，并且多數(shù)采用熱水浸提法進(jìn)行粗提。聶凌鴻[6]同采用熱水浸提淮山水溶性多糖，在固液比1：8，浸提溫度45℃，浸提時(shí)間2h的最佳工藝條件下，提取率為0．2816％。而在固液比1：8，NaOH濃度為0．3mol／L，浸提時(shí)間為1h的最佳堿提工藝條件下，廣東淮山水溶性多糖的提取率為O.2529％。在廣東淮山水溶性多糖的最佳工藝中，堿提具有相對較快較快的速度，而熱水浸提能夠得到相對較高的提取率。海藻預(yù)處理:將海藻洗凈，晾干，粉碎，備用．按藻粉／水=5％的比例于室溫下用高速組織搗碎機(jī)搗碎成海藻漿液。熱水浸提法：漿液在80℃水浴中恒溫浸提3h，離心，濃縮，透析，添加相當(dāng)濃縮液3倍體積的95％乙醇沉淀多糖，干燥，供測定用。熱水浸提和酶處理兩種方法都可提高多糖得率，前者的提高率為54．2％，后者為70．1％，但二者結(jié)合提高多糖得率的效果更好，提高率為41.4％．分為兩個(gè)階段，第一階段為酶反應(yīng)，主要作用是酶解細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)及胞問連接物，并伴有少量多糖溶出．第二階段為80℃浸提，通過提高溫度，既具有鈍化酶的作用，同時(shí)使多糖溶于熱水而易提出．在酶法工藝中兩個(gè)階段同樣重要。超聲萃取技術(shù)超聲波提取技術(shù)（Ultrasound

Extraction,UE）是近年來應(yīng)用到中草藥有效成份提取分離的一種最新的較為成熟的手段。超聲對萃取的強(qiáng)化作用最主要的原因是空化效應(yīng)即存在于液體中的微小氣泡，在超聲場的作用下被激活，表現(xiàn)為泡核的形成、振蕩、生長、收縮乃至崩潰等系列動(dòng)力學(xué)過程，及其引發(fā)的物理和化學(xué)效應(yīng)[7]．氣泡在幾微秒之內(nèi)突然崩潰，可形成高達(dá)5000K以上的局部熱點(diǎn)，壓力可達(dá)數(shù)十乃至上百個(gè)兆帕，隨著高壓的釋放，在液體中形成強(qiáng)大的沖擊波(均相)或高速射流(非均相)，其速度可以達(dá)100m／s。伴隨超聲空化產(chǎn)生的微射流、沖擊波等機(jī)械效應(yīng)加劇了湍動(dòng)程度，加快相相間的傳質(zhì)速度．同時(shí)，沖擊流對動(dòng)植物細(xì)胞組織產(chǎn)生一種物理剪切力，使之變形、破裂、并釋放出內(nèi)含物，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)有效成分的溶出．另外，超聲波的熱作用和機(jī)械作用也能促進(jìn)超聲波強(qiáng)化萃取，超聲波在媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)傳播過程中其能量不斷被媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)吸收變能，導(dǎo)致媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)溫度升高，加速有效成分的溶解．超聲波機(jī)械作用主要是超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，在其傳播的波陣上將引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的交替壓縮和伸長，使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，從而獲得巨大的加速度和動(dòng)能．巨大的加速度能促進(jìn)溶劑進(jìn)入提取物細(xì)胞，加強(qiáng)傳質(zhì)過程，使成分迅速逸出。張桂等人研究了利用超聲波萃取枸杞多糖的提取工藝，實(shí)驗(yàn)證明，超聲波萃取枸杞多糖是可行的，最佳萃取條件為50℃，1：60的料水比，超聲波前浸泡2．5h，超聲波萃取5min．影響萃取率首要的因素是料水比，其次是浸泡時(shí)問和浸泡溫度，比傳統(tǒng)法的結(jié)果要高30％左右。靳勝英等利用超聲波熱水浸提銀耳多糖，提取率比酶法高且浸提時(shí)間大大縮短．超聲可能會(huì)導(dǎo)致可溶性多糖發(fā)生降解，并溶解在乙醇溶液中，但超聲并不影響水溶性多糖的生物性能．與水煮、醇沉工藝相比，超聲波萃取具有如下突出特點(diǎn)：1）無需高溫。在40℃－50℃水溫超聲波強(qiáng)化萃取，無水煮高溫，不破壞中藥材中某些具有熱不穩(wěn)定，易水解或氧化特性的藥效成份。超聲波能促使植物細(xì)胞地破壁，提高中藥的療效。2）常壓萃取，安全性好，操作簡單易行，維護(hù)保養(yǎng)方便。3）萃取效率高。超聲波強(qiáng)化萃取20～40分鐘即可獲最佳提取率，萃取時(shí)間僅為水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分，萃取量是傳統(tǒng)方法的二倍以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超聲波在65～70oC工作效率非常高。而溫度在65oC度內(nèi)中草藥植物的有效成份基本沒有受到破壞。加入超聲波后，植物有效成份提取時(shí)間約40分鐘。而蒸煮法的蒸煮時(shí)

間往往需要兩到三小時(shí)，是超聲波提取時(shí)間的3倍以上時(shí)間。每罐提取3次，基本上可提取有效成份的90%以上。4）具有廣譜性。適用性廣，絕大多數(shù)的中藥材各類成份均可超聲萃取。5）超聲波萃取對溶劑和目標(biāo)萃取物的性質(zhì)（如極性）關(guān)系不大。3展望多糖的提取從傳統(tǒng)的溶劑萃取法到酶法、超聲輔助法和微波輔助法，以及超臨界萃取技術(shù)的應(yīng)用，總體來說，提取的多糖的純度有所提高，提取條件的要求也逐漸苛刻，對應(yīng)的預(yù)處理要求和提取成本也就有所提高。不同的多糖，要根據(jù)其要求和具備的條件，采用不同的提取方法和預(yù)處理方法。為了達(dá)到最好的提取效果，可以將幾種提取方法配合使用。隨著科學(xué)理論不斷發(fā)展，研究工作的深入，將會(huì)有更多、更有效的多糖的提取方法涌現(xiàn)出來，各種提取方法也將逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化。

4參考文獻(xiàn)[1]王安利,胡俊榮.海藻多糖生物活性研究新進(jìn)展[J].海洋科學(xué),2002,26(9):36-39.[2]