植物多糖提取方法研究进展

作者:未知

  摘要    多糖是一种天然高分子化合物,对人体具有非常重要的生理作用,在医药保健品、化妆品、食品等领域都有广泛应用。多糖的分离提取是多糖应用的关键问题。本文综述了植物多糖提取方法的研究进展,并介绍了每种提取方法的优缺点,以期为植物中多糖的研究提供参考。
  关键词    植物多糖;提取方法;研究进展
  中图分类号    TS201.4        文献标识码    A        文章编号   1007-5739(2019)01-0222-02
  Abstract    Polysaccharide is a natural polymer compound,which has a very important physiological role in the human body.It is widely used in medicine,health care products,cosmetics,food and other fields.Separation and extraction of polysaccharides is a key issue in the application of polysaccharides.This paper reviewed  the research progress of plant polysaccharide extraction methods,and introduced  the advantages and disadvantages of each extraction method,in order to provide references  for the study of polysaccharides in plants.
  Key words    plant polysaccharide;extraction method;research progress
  多糖是由10个以上的单糖分子通过糖苷键连接而成的天然高分子化合物[1]。一般来说,由相同的单糖组成的多糖称为同多糖,如淀粉、纤维素和糖原;以不同的单糖组成的多糖称为杂多糖,如阿拉伯胶、透明质酸等。多糖作为一种生物活性大分子物质,在维持人体机能、提高人体免疫力[2]、抗肿瘤[3]、抗菌消炎[4]、降低血糖[5]等方面发挥着重要的作用。因此,多糖在医药保健品、化妆品、食品等[6]领域具有广泛的应用。多糖是植物的重要化学组成成分,如何将多糖从植物中提取出来、简化提取工艺、提高多糖得率成为植物多糖应用的关键问题[7]。本文主要综述植物多糖提取方法的研究进展,并且对每种提取方法的优点和缺点进行简单介绍。
  1    溶剂提取法
  多糖类物质由于其分子中含有大量极性基团,因而对水分子具有较大的亲和力。一些分子量较小、分支程度较低的多糖在水中有一定溶解度,并且温度越高,多糖溶解性能越好。因此,传统的热水提取法是提取植物多糖最常用的方法。但是,多糖的分子量越大,疏水性就越强,对于一些分子量较大、分支程度高的多糖就需要采用酸、碱或有机溶剂提取,才能将多糖提取出来。王丽波等[8]采用热水浸提南瓜籽多糖,结果发现,提取温度为60 ℃、提取时间为2.5 h、液料比为40∶1(mL/g)时多糖得率为2.18%。鞠兴荣等[9]采用盐酸提取菜籽饼粕中粗多糖,当盐酸浓度为0.28 mol/L、提取时间5 h、提取温度71.9 ℃、液料比43.05 mL/g时,多糖的提取率为4.01%。庞庭才等[10]在氢氧化钠提取碱蓬多糖的研究中发现,当氢氧化钠溶液浓度为0.17 mol/L、料液比为1∶42.5、提取温度为83.5 ℃,提取时间为3.4 h时,多糖提取率为8.00%。董晶晶等[11]对鹿衔草中多糖不同提取方法進行了比较,结果发现,热水浸提法多糖得率为14.56%,氢氧化钠提取法多糖得率为16.75%,碱提法和热水浸提法相比多糖得率较高、溶剂用量少、提取时间短。热水提取法提取工艺简单、生产成本较低,适合工业上大规模生产,但是提取需要温度较高、提取时间长、提取液不宜长时间存放。酸碱提取法提取的多糖纯度较高、提取时间短、溶剂用量少,但酸碱溶剂会破坏多糖的结构,酸碱浓度过高还会对设备造成腐蚀。
  2    酶解法
  酶解法是近年来研究者非常关注的一种高专属性生物提取技术。这种提取方法是利用酶的专一性特点,通过酶解反应将植物细胞壁分解成易溶于提取溶剂的小分子物质,破坏植物细胞壁,从而加速植物细胞中有效成分的溶出。由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。因此,酶解法中常用的酶主要有纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶等。孟  楠等[12]采用纤维素酶法提取黄秋葵多糖的研究发现,当加酶量为0.5%、提取时间为2.0 h、提取温度为60 ℃、底物浓度为10%时,黄秋葵多糖得率为81.06%。韩艳丽等[13]采用果胶酶提取茶树花多糖,结果表明,加酶量、酶解pH、酶解温度对茶树花多糖提取率都有一定影响,当加酶量为1.0%、酶解为pH值5.5、酶解时间为2.5 h、酶解温度为50 ℃时,茶树花多糖提取率为4.82%。除了单一酶解法,复合酶解法也是目前应用很广的多糖提取方法。张  宇等[14]采用质量比为4∶3∶2的木瓜蛋白酶、纤维素酶和果胶酶组成的复合酶提取糙米中的多糖,结果表明,最佳提取工艺是酶解pH值6.0、酶解时间2.5 h、酶解温度50 ℃、酶添加量1.5 %,此条件下多糖得率为37.58%。王元凤等[15]比较了热水提取法、复合酶提取法和果胶酶提取法对茶多糖的提取率发现,在最佳工艺条件下,复合酶提取法的茶多糖提取率为3.29%,是热水提取法的2.7倍;果胶酶提取法的茶多糖提取率为2.21%,是热水提取法的1.81倍。与传统的溶剂提取法相比,酶解法提取效率高,专一性好,溶剂用量少,可以减少大量溶剂使用造成的环境污染,具有广阔的应用前景;但由于酶的活性受多种因素的影响,在提取过程中必须严格控制提取条件才能确保酶的活性,得到较高的提取率。   3    超聲波辅助提取
  超声波提取就是利用超声波的机械效应、空化效应和热效应来破坏植物细胞壁,加快细胞质中成分的传递,从而提高植物细胞中有效成分的溶出速度[16]。超声波在传播过程中会使液体分子产生振动,不同的液体分子之间由于振动频率不同会产生剪切作用,从而使液体分子之间相互摩擦而分解。同时,液体中的微小气泡在超声波的振动作用下定向扩散,形成空化泡,当空化泡不断胀大并破裂的一瞬间会释放出巨大的能量,形成高温高压的环境,并伴随有一定强度的冲击波和微声流,在植物细胞壁瞬间破裂,细胞内的有效成分被释放出来溶解在溶剂中[17]。此外,超声波的热效应也能加速植物细胞中有效成分的溶解。廖国会等[18]用热水作为提取溶剂,用超声法提取松乳菇多糖,并对超声温度、超声时间、料液比以及超声次数对松乳菇多糖得率的影响进行了单因素试验考察,在最佳工艺条件下松乳菇多糖得率为10.41%。吴  琼等[19]比较了热水直接浸提法、超声波辅助热水提取法和超声波协同果胶酶提取法对黑木耳粗多糖提取率的影响,通过正交试验,得到超声波辅助提取黑木耳粗多糖的最佳工艺条件为超声功率400 W、超声时间7 min、料液比1∶80(g/mL)、超声温度90 ℃、超声时间2 h,在此条件下得到黑木耳粗多糖提取率为19.84%,高于相同条件下热水直接提取法(8.32%)和超声辅助热水提取法(16.59%)的多糖得率。超声波提取法作为一种物理辅助提取方法,常常跟其他化学提取方法联用,达到提高多糖得率、缩短提取时间、降低提取温度的目的。但是由于超声提取设备价格昂贵,导致生产成本较高[20],并且超声时间过长会引起可溶性多糖发生降解[17]。
  4    微波辅助提取
  微波是一种高频电磁波,具有较高的能量。微波提取就是利用微波的高能量照射植物细胞,使植物细胞内部的极性分子产生偶极涡流、离子传导和高频率摩擦等,从而在短时间内产生大量热量,使植物细胞内温度升高,分子运动速度加快,同时液态水汽化产生大量水蒸汽,使细胞内压力变大,最终冲破细胞壁。细胞内部的化学成分释放出来被提取溶剂溶解。郭香凤等[21]研究了微波辅助提取牡丹籽粕中的多糖,结果表明,微波处理时间、功率、粒度和料液比对多糖提取率的影响从大到小依次为料液比>微波处理功率>籽粕粒度>微波处理时间;最佳提取工艺条件为微波功率480 W、提取时间8 min、粒度120 目、固液比1∶25(w/v),此条件下多糖得率为9.21%。卫  强等[22]比较了微波和热水2种方法提取紫荆花多糖的效率,并对微波提取法的提取条件进行了优化,在最佳工艺条件下微波提取法的紫荆花多糖得率为76.16 mg/g,热水提取法的紫荆花多糖得率为52.17 mg/g,微波提取多糖含量较热水提取法高出23.99 mg/g,微波提取时间较热水提取时间节省近3 h。谷绒[23]比较了超声提取法和微波提取法对木耳多糖的提取率,结果表明,与超声提取法相比,用微波提取法提取的木耳多糖得率更高,提取时间更短。微波提取法作为一种节能高效的提取技术被广泛应用,但微波提取时间过长会破坏多糖的结构,降低多糖的活性[1],同时还要注意避免微波辐射对人体的伤害。
  5    超临界流体萃取
  超临界流体萃取是一种新型的物理萃取分离技术。由于超临界流体的溶解能力与其密度密切相关,可以通过改变压力或温度使超临界流体的密度大幅改变,从而使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和相对分子质量大小不同的成分萃取出来[17]。赵子剑等[24]采用等温变压工艺二氧化碳超临界流体萃取茯苓多糖,得出最佳提取工艺是温度35 ℃、压强20 Mpa、夹带剂(水)用量0.4 mL/g、萃取时间4.0 h。茯苓多糖的得率为5.276%,超过了文献报道的水提醇沉提取方法所得到的茯苓多糖得率[25]。超临界流体萃取作为国际上最先进的提取技术,具有很强的萃取能力,萃取条件容易控制,萃取效率高;但作为一种新兴技术,还需要更多的研究,才能实现工业上大规模的应用。
  6    其他提取方法
  由于植物中多糖种类繁多,每种多糖的空间结构、分子量、化学性质和物理性质等都不尽相同。因此,在多糖提取过程中,通常将几种技术联用来提高多糖得率。刘宝剑等[26]比较了乙醇提取法和微波-超声波提取法对红芪多糖得率的影响,结果发现,乙醇提取法提取芪多糖得率为4.19%,微波-超声波提取法提取红芪多糖得率为8.98%。张国财等[27]比较了超声-微波协同提取工艺、超声提取法和水提法对富硒蛹虫草硒多糖得率的影响,结果表明,超声-微波协同提取法硒多糖得率(5.05%)比超声提取法(4.21%)、水提法(4.87%)分别提高了19.95%、3.70%。
  7    结语
  随着时代的进步,多糖提取技术也在不断发展,从传统的溶剂提取法到最先进的超临界流体萃取,多糖的提取工艺从简单到复杂,多糖提取率和纯度也在不断提高[28]。在实际工作中,应充分查阅资料,了解植物样品的化学成分和物理性质,通过试验比较,选择最合适的多糖提取方法。随着多糖研究的不断深入,将会有更多和更先进的提取方法涌现。探寻高效、节能、低成本、高提取率的多糖提取方法,将成为未来植物多糖提取的发展和研究方向。
  8    参考文献
  [1] 孟宪群,王知斌,梁珊珊,等.微波萃取技术在提取多糖方面的应用[J].化学工程师,2017(11):52-54.
  [2] 白润江,刘振英,王凤莲,等.香菇多糖对机体免疫功能的影响及抑瘤作用[J] .兰州医学院学报,1990,16(1):10-13.
  [3] 査文良,彭彦,余薇,等.大蒜多糖对人体肝癌BEL-7402的体外抑制作用[J].时珍国医国药,2010,21(4):851-852.   [4] 于莲,张俊婷,马淑霞,等.山药多糖提取工艺优化及其抗菌活性研究[J].中成药,2014,36(6):1194-1198.
  [5] 尹红力,赵鑫,佟丽丽,等.黑木耳多糖体外和体内降血糖功能[J].食品科学,2015,36(21):221-226.
  [6] 尹艳,高文宏,于淑娟.多糖提取技术的研究进展[J].食品工业科技,2007,28(2):248-250.
  [7] 王珊,黄胜阳.植物多糖提取液脱蛋白方法的研究进展[J].食品科技,2012,37(9):188-191.
  [8] 王丽波,程龙,徐雅琴,等.南瓜籽多糖热水提取工艺优化及其抗氧化活性[J].农业工程学报,2016,32(9):284-290.
  [9] 鞠兴荣,税丹,何荣,等.响应面分析法优化菜籽多糖酸法提取工艺的研究[J].中国粮油学报,2012,27(3):89-93.
  [10] 庞庭才,钟秋平,熊拯,等.响应面分析法优化碱蓬多糖提取工艺及其抗氧化性分析[J].南方农业学报,2015,46(7):1280-1286.
  [11] 董晶晶,张杰,刘炯,等.鹿衔草多糖不同提取方法的比较[J].中医学报,2015,8(30):1173-1175.
  [12] 孟楠,樊振江,高雪丽.纤维素酶法提取黄秋葵多糖的工艺优化[J].食品工程,2017(4):14-17.
  [13] 韩艳丽,凡军民,李静.果胶酶-微波法提取茶树花多糖的工艺[J].江苏农业科学,2017,45(2):166-168.
  [14] 张宇,马永强,刘晓飞,等.发芽糙米中多糖提取工艺优化及抗氧化研究[J].食品研究与开发,2018,39(1):30-36.
  [15] 王元凤,金征宇.酶法提取茶多糖工艺的研究[J].江苏农业科学,2005(3):122-124.
  [16] 王如涛,吴绵斌,林建平,等.植物多糖分离提取技术的研究进展[J].中国生物工程杂志,2013,33(7):118-123.
  [17] 尹艳,高文宏,于淑娟.多糖提取技术的研究进展[J].食品工业科技,2007(2):248-250.
  [18] 廖国会,龙家寰,秦立新,等.松乳菇多糖提取工艺优化及抗氧化活性评价[J].食品工业科技,2018,39(4):123-130.
  [19] 吴琼,于淑艳,邹险峰,等.超声波协同果胶酶提取黑木耳粗多糖[J].食品研究与开发,2014,35(10):33-36.
  [20] 赵芷芊,王敏,张志清.植物多糖的提取及抗氧化功效的研究进展[J].食品工业科技,2018,39(13):337-342.
  [21] 郭香凤,史田,马雪情,等.微波辅助提取牡丹籽粕多糖工艺优化及其体外抗氧化活性[J].食品工业科技,2018,39(1):167-171.
  [22] 卫强,桂芹,邱镇,等.紫荆花中多糖的微波提取工艺优化及其抗氧化活性[J].食品科学,2015,36(4):39-44.
  [23] 谷绒.超声波和微波法对木耳多糖提取量的比较[J].食品研究与开发,2010,31(3):23-25.
  [24] 赵子剑,连琰,王国全,等.正交实验法优化二氧化碳超临界流体萃取茯苓多糖工艺参数[J].时珍国医国药,2008,19(7):1628-2629.
  [25] 周燕霞,唐明林,殷輝安,等.茯苓中多糖的提取及含量测定[J] 天然产物研究与开发,2003,15(4):330.
  [26] 刘宝剑,郭彦生,刁鹏飞,等.微波-超声波提取与常规法提取红芪多糖的比较研究[J].安徽农业科学,2007,35(30):9721-9722.
  [27] 张国财,赵博,刘春延,等.响应面法优化超声波-微波协同提取富硒蛹虫草硒多糖工艺[J].食品科学,2016,37(12):33-39.
  [28] 豆荣,戎瑜,李晓乐,等.诺丽鲜果多糖提取工艺优化[J].食品研究与开发,2018,39(20):44-49.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-14912538.htm

服务推荐