劉淑梅* 李芳蓉1陳軍2

（1.定西師范高等?？茖W(xué)校生化系，2.物電系甘肅 定西 743000）

基于文獻(xiàn)研究的生物多糖提取技術(shù)研究綜述

劉淑梅* 李芳蓉1陳軍2

（1.定西師范高等?？茖W(xué)校生化系，2.物電系甘肅 定西 743000）

多糖是由多種類型的單糖縮合而成的天然高分子化合物，廣泛存在于動(dòng)植物及微生物組織中，是構(gòu)成生命的四大基本物質(zhì)之一。多糖以其具有促進(jìn)機(jī)體免疫力、抗菌、抗病毒、抗寄生蟲(chóng)、抗腫瘤、抗輻射、抗衰老、抗炎、降低血脂以及改善動(dòng)物生產(chǎn)性能等一系列生物活性作用而成為研究熱點(diǎn)。多糖的提取技術(shù)既是生物多糖研究的重要內(nèi)容之一，更是多糖生物活性研究的基礎(chǔ)。本文就多糖的提取技術(shù)研究進(jìn)展情況進(jìn)行綜述，為多糖提取提供較為全面的參考并期望有更好的發(fā)展。

生物多糖；提??；研究；綜述

1、引言

多糖既是生物體的能源物質(zhì)，也是生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，還參與多種重要的生命活動(dòng)，多糖也叫生物多糖。多糖是蘊(yùn)藏生命奧秘和主宰生命活動(dòng)的三類生物大分子（核酸、蛋白質(zhì)和多糖）之一，但多糖的研究層次和水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于核酸和蛋白質(zhì)（姜輝）。自1988年，牛津大學(xué)的幾位教授首次提出了“糖生物學(xué)”的概念之后，日本、美國(guó)、歐盟分別開(kāi)啟了關(guān)于多糖的研究計(jì)劃。日本科學(xué)家們提出了關(guān)于“糖工程基礎(chǔ)與應(yīng)用研究推進(jìn)戰(zhàn)略”方案，并預(yù)定在1991年實(shí)施“糖工程前沿計(jì)劃”；美國(guó)啟動(dòng)了“功能糖組學(xué)計(jì)劃”；歐盟啟動(dòng)了“歐盟糖研究與開(kāi)發(fā)平臺(tái)”。日本學(xué)者認(rèn)為：以多糖結(jié)構(gòu)、功能和應(yīng)用為核心的糖工程是繼蛋白質(zhì)工程和基因工程之后生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域中最重要的科學(xué)前沿，提出人類對(duì)多糖的深入認(rèn)識(shí)將有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自身，并預(yù)言了糖生物學(xué)的到來(lái)，預(yù)示21世紀(jì)將是多糖生命科學(xué)的時(shí)代(Joseph A2001;Jian X et al.,2003)?！禨cienctific American》對(duì)多糖報(bào)道時(shí)稱“沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命，但是沒(méi)有多糖沒(méi)有活力”，高度概括了多糖對(duì)于生命活動(dòng)的重要性。

多糖廣泛存在于生物機(jī)體內(nèi)，許多中藥材抗菌、抗病毒、抗寄生蟲(chóng)、抗腫瘤、抗輻射、抗衰老、抗炎、降低血脂的生物活性與多糖有著密切的聯(lián)系[1]。多糖的提取，既是多糖研究的內(nèi)容之一，也是多糖構(gòu)效、生物活性研究的基礎(chǔ)；隨著對(duì)多糖活性認(rèn)識(shí)的加深，對(duì)中藥材的認(rèn)識(shí)被提到一個(gè)前所未有的高度。

生物多糖，依據(jù)其在生物有機(jī)體存在部位，可分為細(xì)胞內(nèi)多糖、細(xì)胞壁多糖和細(xì)胞外多糖。多糖或以結(jié)構(gòu)形式存在或以儲(chǔ)存形式存在，多糖的降解成分或復(fù)雜或相對(duì)單一。多糖的提取就是根據(jù)多糖的存在部位、存在形式、存在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、物理化學(xué)特性等而進(jìn)行的分離技術(shù)。

2、多糖的提取技術(shù)

多糖提取最早、最常用的方法是溶劑浸提，之后隨著對(duì)多糖生物活性研究的深入，以及對(duì)酶、超聲波、微波和超臨界流體的認(rèn)識(shí)，多糖的提取主要趨向于利用酶解、超聲波輔助、微波輔助及超臨界流體萃取等新的提取技術(shù)和手段，降低成本、使得方法易于操作、保持其活性和提高得率等工藝改造方面。

2.1 溶劑浸提法 溶劑浸提法是多糖提取工藝中最常見(jiàn)的方法。利用各種多糖在水、鹽或稀酸、稀堿溶液及不同的溫度下的溶解情況不同，先將多糖從基質(zhì)中提取出來(lái)，再將提取物加乙醇、丙酮等沉淀劑離心，將沉淀部分干燥、得到粗多糖。因其設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單常被首先采用。其中最常用的是以熱水為溶劑的提取方法，也叫水提醇沉法。溶劑浸提法一般不會(huì)引起多糖降解，但只能提到胞外多糖[2]，且提取到的多糖活性較低。

對(duì)于熱水中溶解度較小的大分子量多糖或者部分的堿性多糖用稀堿作為提取溶劑，提取得率更高。如海帶多糖提取最主要的方法則是酸提取法[3]，用稀酸提取時(shí)，為避免糖苷鍵斷裂應(yīng)特別注意提取時(shí)間要短，溫度不易太高。

對(duì)于熱水中溶解度較小的大分子量多糖或部分酸性多糖，根據(jù)稀堿能夠破除植物細(xì)胞壁中的β-1, 4-糖苷鍵，斷開(kāi)糖與蛋白質(zhì)之間的結(jié)合鍵的特性進(jìn)行提取，常用溶劑為5%-15%的NaOH溶液或Na2CO3溶液。如，用稀氫氧化鈉溶液優(yōu)化黃精多糖提取工藝，得到黃精多糖的最佳提取工藝[5]。稀堿提取時(shí)常加入硼氫化鈉或硼氫化鉀，防止多糖降解。大量研究證明，用稀堿提取多糖生物活性較高。

2.2 酶解輔助提取法 有機(jī)體組織中除含多糖外，還含有一定量的蛋白質(zhì)、膠質(zhì)及脂肪等，利用酶具有專一性和選擇性的特點(diǎn)，在提取溶劑中加入能夠溶解蛋白質(zhì)、脂類、膠質(zhì)的復(fù)合復(fù)合酶，目標(biāo)性的降解多糖以外的蛋白質(zhì)、脂肪和膠質(zhì)等成分，從而達(dá)到提取純度較好的多糖的目的。酶解輔助提取多糖，一般使用采用一定比例的果膠酶、纖維素酶及中性蛋白酶等[6][7]。如，用復(fù)合酶法提取南瓜多糖的最佳復(fù)合酶添加量為：纖維素酶1%，果膠酶1.5%，木瓜蛋白酶1%[8]。 酶解輔助提取操作時(shí)要注意所使用的一組酶之間的協(xié)同關(guān)系，底物、抑制劑和酶的濃度，以及酶解設(shè)備與工藝參數(shù)，如粉碎、粉碎設(shè)備、pH值、溫度和時(shí)間等。此外，酶解輔助提取如果與微波法[9]、超聲波法[10]聯(lián)用效果更佳。

酶解輔助提取的最大特點(diǎn)是：條件較為溫和，雜質(zhì)去除容易回收率高且能耗少，是目前多糖提取比較理想的方法，但提取成本較高。同一原料因?yàn)椴煌附M合，所得的多糖結(jié)構(gòu)有差別，這主要與多糖溶解性及酶消化性有關(guān)[11]。

2.3 超聲波輔助提取法 超聲波提取是在溶劑提取的過(guò)程中，利用超聲波的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)及攪拌等物理性能，破壞提取物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而促使提取溶劑能滲入細(xì)胞內(nèi)部，促進(jìn)效成分的溶解、釋放及擴(kuò)散，與水提醇沉相比提取時(shí)間短、得率高，并且不改變多糖的單糖組成及單糖結(jié)構(gòu)[12]，對(duì)細(xì)胞壁多糖鏈有破壞作用，促使細(xì)胞壁大分子多糖斷裂為小的分子片段，但并不會(huì)破壞胞內(nèi)多糖的結(jié)構(gòu)[13]。如：超聲波提取的柴胡多糖清除羥基自由基的能力增強(qiáng)[14][15]。

2.4 微波提取法 微波提取是利用不同組分對(duì)微波吸收能力的差異，選擇性加熱某些基質(zhì)或萃取體系中的某些組分，從而使萃取物質(zhì)從基質(zhì)或體系中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對(duì)較弱的萃取劑中，獲得較高的得率[16]。如，運(yùn)用微波法輔助水提醇沉法提取菊花多糖，比水提醇沉法多糖得率增加3.3%[17]。用微波技術(shù)提取黃芪多糖，粗多糖的得率與水浸提法相近，但極大地縮短提取時(shí)間，從而降低了提取成本[18]；提取桔梗中的多糖比傳統(tǒng)方法更快速有效[19]。

2.5 超高壓提取法 超高壓提取技術(shù)是利用100-1000MPa的靜壓力常溫下作用于料液上，保持壓力一段時(shí)間后迅速卸壓，使細(xì)胞內(nèi)外壓差突然增大，從而破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，促使胞內(nèi)物質(zhì)釋放溶出。超高壓提取多糖的優(yōu)點(diǎn)是：得率高、時(shí)間短、節(jié)能[20][21]，因?yàn)闇囟认鄬?duì)比較低，所以提取的多糖不會(huì)因熱效應(yīng)而損失或降低其生物活性[22]。

2.6 超臨界CO2萃取技術(shù) 超臨界CO2流體萃取技術(shù)(SFE- CO2)，是指以CO2為超臨界流體[在超臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)狀態(tài)下的流體的萃取方法。超臨界流體具有氣體和液體的雙重特性，其黏度與氣體相似，但擴(kuò)散系數(shù)比液體大得多，其密度和液體相近。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體CO2與待分離的物質(zhì)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(lái)，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)與氣態(tài)流體分開(kāi)，從而達(dá)到萃取目的[23]。如，采用超臨界CO2流體萃取裝置從藏藥雪靈芝中萃取多糖類成分，與水提醇沉相比得率可以提高到原來(lái)的1.62倍[24]。超臨界CO2流體萃取可以在室溫下進(jìn)行，有效防止熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散，而且無(wú)污染，無(wú)有毒溶劑殘留，工藝簡(jiǎn)單，萃取速度快，得率高[25]。

多糖提取的每一種方法都有料液比、浸提溫度、浸提時(shí)間以及浸提次數(shù)等因素，一般用正交試驗(yàn)、均勻設(shè)計(jì)或者響應(yīng)面分析法等對(duì)提取中的因素進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著對(duì)多糖認(rèn)識(shí)的不斷加深，對(duì)其提取方法的選擇也越來(lái)越嚴(yán)格。目前提取多糖的方法很多，每種都有其優(yōu)缺點(diǎn)。選擇提取方法是應(yīng)依據(jù)提取物存在的部位、性質(zhì)、提取成本、工藝設(shè)備等選擇適合的提取方法，從而達(dá)到節(jié)能高效的目的。

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A Review of Biological Polysaccharides Extraction and Separation technology Based on the Literature

LIU-Shumei1 LI-Fangrong1 CHEN-Jun2
(1. Department of Biochemistry, Dingxi Teachers College; 2.Department of Physics and Electronic Engineering, Dingxi Teachers’ College, Dingxi Gansu 743000, China)

active polysaccharide；extraction;separation;research；review

定西師范高等專科學(xué)校項(xiàng)目（No.TD2016ZD05）資助

R284

A

Abstracet: Polysaccharides is composed of multiple types of monosaccharide condensation of natural polymer compounds, widely exists in plants and animals and microbes in the organization. It is one of the four basic material life.They can promotes the polysaccharide to the immunity, antibacterial, antiviral, anti parasite, anti-tumor, anti-inflammatory, radiation resistance, anti-aging, reducing blood fat and improving animal production performance, and a series of biological active role and become one of the research hotspot.The extraction and separation technology of polysaccharide is not only an important content of biological polysaccharide but also the basis of studying the biological activity.In this paper, the progress of extraction and separation technology of polysaccharides were reviewed, provides a comprehensive reference for polysaccharide extraction, separation and expect to have a better development.