海藻可溶性多糖提取技术

微藻可溶性糖提取技术研究进展

[摘要]:海洋微藻由于其水质净化作用，极高的营养价值等功能成为当前的研究热点。海洋微藻可溶性糖是海洋微藻的生物活性物质，随着海洋药物兴起，逐渐发现海洋微藻多糖具有抗病毒、抗肿瘤、抗衰老、抗辐射和降血糖等活性功效，其作为药物和药物中间体的研究已成为药物研究的重点。由于其具有独特的化学结构和药用价值，有效地溶出海洋微藻可溶性糖更是重中之中。本文阐述了超临界流体萃取技术、热水抽提、超声萃取技术溶出海洋微藻可溶性糖及不同方法间提取的有效性差异，并介绍了其他几种提取海洋微藻可溶性糖的技术。

[关键词]:海洋微藻;提取技术;原理;有效性

1引言

微藻多糖是新近引起人们关注的功能大分子，具有抗血凝，降血脂，抗肿瘤，抗病毒，增强肌体免疫机能等多种生物学活性，是具有潜力的药用资源，有望在

[1]人类治疗癌症，艾滋病，心血管疾病等顽症方面发挥重要作用。

在全球资源枯竭化的今天，海洋微藻产业正在崛起，形成了还有经济新的增长点，蓬勃发展的微藻产业，为微藻多糖的生产提供了丰富的原料。同时，也向微藻多糖的研究提出更深层次的要求。一方面，他要求人们不断的去发现微藻多糖的功能，为微藻多糖的应用提供更广阔的空间。另一方面，他要求人们对微藻多糖进行化学研究，揭示多糖的构效关系，为微藻多糖的应用提供理论基础。如今许多科学家正效力于前者的研究，成果颇多，至于后者，由于微藻多糖结果复杂，样品纯化困难，分析方法和技术手段落后，从事这方面研究工作的人员相对较少，微藻多糖结构鲜有报道。事实上不仅是微藻多糖化学，即便是多糖化学研究也一直没有太大的突破，基本上还是处于起步阶段。据此，本文阐述几种目前已经工业化生产或有可能工业化生产的海洋微藻中提取分离纯化微藻多糖，以期能为这些微藻的充分利用与提取提高理论基础，为微藻多糖提取技术研究而提供资料。

2正文

一、超临界流体萃取技术

自20世纪60年代，Zosel博士首先提出超临界流体萃取(SFE)工艺并被应用于咖啡豆脱咖啡因的工业生产以来，SFE作为一种新型的绿色化分离技术受到

[2]广泛重视，成为当前超临界流体技术发展的主要方向。SFE结合了蒸馏和萃取分离的特点，可在较低温度下实现分离，其萃取能力取决于境保护等多个领域，

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临界流体fSCn指的是热力学状态处于临界点之上的流体。此时流体处于气态与液态之间的一种特殊状态，具有十分独特的物理化学性质，其粘度接近于气体，密度接近于液体，扩散系数介于气体和液体之间，故其兼有气体和液体的特点—既像气体一样容易扩散，又像液体一样有很强的溶解能力。 因而SCF具有高扩散性和高溶解性。

超临界流体兼有液体和气体的优点，粘度小、扩散系数大、密度大 ，具有良好的溶解特性和传质特性，且在临界点附近对温度和压力特别敏感 。 目前研究较多的流体有二氧化碳、水、氨、甲醇 、乙烷、乙烯、戊烷 。利用超临界流体独特的物理化学性质，SFE使其极易渗透到试样基体中，然后通过扩散、溶解、分配等作用，使基体中的溶质扩散并分配到超临界流体中，并从基体中萃取出来。在萃取过程中，SFE的萃取效率是由超临界流体的溶剂力、溶质的特性、溶质一基体结合状况决定的。因而，在选择萃取条件时 ，一方面要考虑溶质在超临界流体中的溶解度。另一面也要考虑溶质从试样基体活性点脱附并扩散到超临界流体中的能力与速度。

超临界萃取就是利用SCF在临界点附近体系温度和压力的微小变化(使物质溶解度发生几个数量级的突变来实现其对某些成分的提取和分离。通过改变压力或温度来改变SCF的性质，达到选择性地提取各种类型的化合物的目的。超临界萃取技术主要有两类萃取过程，恒温降压过程和恒压升温过程。不同点在于前者是把SCF经减压后与溶质分离，后者是SCP经加热实现溶 质与溶剂分离。溶剂都可以反复循环使用。

多糖的来源物体可含有杂质，加工性能较差，因此，在提取多糖之前要进行

[3]清洗、粉碎等预处理工艺。清洗的目的是去除原料中的泥土等杂质;粉碎是为了增大原料在萃取过程中与萃取溶剂的接触面积，从而得到良好的萃取效果。在预处理过程中，根据需要，还可以增加一些脱色、脱脂的工艺。莫开菊等人在提取葛仙米多糖时，采用工业酒精对清洗好的葛仙米进行脱色，然后采用甲醇进行脱脂。脱色的方法还有活性炭吸附法、离子交换法和氧化脱色法等。活性炭吸附法脱色比较彻底 ，但是可能会造成多糖的损失。 离子交换法是用弱碱性树脂DE AE纤维素或Dulite A7吸附色素，然而，它仅仅对游离的阴离子色素具有吸附作用，而对与多糖结合的色素的吸附效果不太理想。氧化脱色法，即用少量

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H0溶液氧化脱除色素，这种脱色是暂时的，色素物质仍然存在于多糖溶液，一2

旦有还原剂的加入，就会显现出原来的颜色。

在超临界状态下，超临界流体与目标物接触，使其依次把极性、沸点和分子 量大小不同的成分萃取出来，当恢复到常压和常温时，溶解在流体中的成分立即 以溶于吸收液的液体状态与气流体分开，从而达到萃取目的。另外，超临界流体 的密度和介电常数随着密闭体系的压力增加而增加，极性增大，利用程序升压， 可以将不同极性的成分进行分步提取。

[4] 较之常规萃取方法超临流体萃取具有显著的优点:1)可以在接近室温及气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散;能完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下取出来。2 ) 使用SFE是最干净的提取方法。由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留溶媒，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染。3 )萃取和分离合二为一。当饱含溶解物的CO—SP流经分离器时，由于压力下降使得CO与萃取22物迅速成为两相(气液分离)而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本。4)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。临界点附近，温度压力的微

化都会引起CO小变 密度显著变化，使得待萃物的溶解度发生变化，通过控制2

温度或压力达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离;反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺流程短、耗时少。5)对环境无污染。萃取流体可循环使用(真正实现生产过程绿色化。但是由于CO是非极性溶剂，对于非2

极性弱极性的目标组分的溶解度较大。对于中等极性、极性的物质来所说，一般要加入能改善其在CO中的溶解度的极性溶剂—改性剂。 2

二、热水抽提技术

热水抽提技术即提取的溶剂选用热水,根据提取物的性质选用不同温度的热水和提取时间。已有的资料表明，前人对褐藻硫酸多糖的提取多采用中性热水浸提法或酸、 碱浸提法。前者时间长、收率低，后者易破坏多糖中与免疫活性有

[5]关的特定结构。

多糖的提取一般采用热水、酸、碱、乙醇等作为溶剂，并且多数采用热水浸

[6]提法进行粗提。聂凌鸿同采用热水浸提淮山水溶性多糖，在固液比1:8，浸提

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温度45?，浸提时间2h的最佳工艺条件下，提取率为0(2816,。而在固液比1:8，NaOH浓度为0(3 mol,L，浸提时间为1h的最佳碱提工艺条件下， 广东淮山水溶性多糖的提取率为O. 2529,。在广东淮山水溶性多糖的最佳工艺 中，碱提具有相对较快较快的速度，而热水浸提能够得到相对较高的提取率 。

海藻预处理:将海藻洗净，晾干，粉碎，备用(按藻粉,水=5,的比例于室温下用高速组织捣碎机捣碎成海藻浆液。热水浸提法:浆液在80?水浴中恒温浸提3h，离心，浓缩，透析，添加相当浓缩液3倍体积的95,乙醇沉淀多糖，干燥，供测定用。热水浸提和酶处理两种方法都可提高多糖得率，前者的提高率为 54(2,，后者为70(1,，但二者结合提高多糖得率的效果更好，提高率为4 1.4,(分为两个阶段，第一阶段为酶反应，主要作用是酶解细胞表面结构及胞问连接物，并伴有少量多糖溶出(第二阶段为80?浸提，通过提高温度，既具有钝化酶的作用，同时使多糖溶于热水而易提出(在酶法工艺中两个阶段同样重要。

三、超声萃取技术

超声波提取技术(Ultrasound Extraction,UE)是近年来应用到中草药有效成份提取分离的一种最新的较为成熟的手段。超声对萃取的强化作用最主要的原因是空化效应即存在于液体中的微小气泡，在超声场的作用下被激活，表现为泡核的形成、振荡、生长、收缩乃至崩溃等系列动力学过程，及其引发的物理和化学

[7]效应(气泡在几微秒之内突然崩溃，可形成高达5000 K以上的局部热点，压力可达数十乃至上百个兆帕，随着高压的释放，在液体中形成强大的冲击波 (均相)或高速射流 ( 非均相)，其速度可以达100 m,s。伴随超声空化产生的微射流、冲击波等机械效应加剧了湍动程度，加快相相间的传质速度(同时，冲击流对动植物细胞组织产生一种物理剪切力，使之变形、破裂、并释放出内含物， 从而促进细胞内有效成分的溶出(另外，超声波的热作用和机械作用也能促进超 声波强化萃取，超声波在媒质质点传播过程中其能量不断被媒质质点吸收变能，导致媒质质点温度升高，加速有效成分的溶解(超声波机械作用主要是超声波在介质中传播时，在其传播的波阵上将引起介质质点的交替压缩和伸长，使介质质

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点运动，从而获得巨大的加速度和动能(巨大的加速度能促进溶剂进入提取物细胞，加强传质过程，使成分迅速逸出。

张桂等人研究了利用超声波萃取枸杞多糖的提取工艺，实验证明，超声波萃 取枸杞多糖是可行的，最佳萃取条件为50?，1:60的料水比，超声波前浸泡2(5 h，超声波萃取5min(影响萃取率首要的因素是料水比，其次是浸泡时问和浸泡 温度，比传统法的结果要高30,左右。靳胜英等利用超声波热水浸提银耳多糖，提取率比酶法高且浸提时间大大缩短(超声可能会导致可溶性多糖发生降解，并溶解在乙醇溶液中，但超声并不影响水溶性多糖的生物性能(与水煮、醇沉工艺相比，超声波萃取具有如下突出特点:1)无需高温。在40?,50?水温超声波强化萃取，无水煮高温，不破坏中药材中某些具有热不稳定，易水解或氧化特性的药效成份。超声波能促使植物细胞地破壁，提高中药的疗效。2)常压萃取，安全性好，操作简单易行，维护保养方便。3)萃取效率高。超声波强化萃取20,40分钟即可获最佳提取率，萃取时间仅为水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分，萃取量是传统方法的二倍以上。据统计，超声波在65,70ºC工作效率非常高。而温度在65ºC度内中草药植物的有效成份基本没有受到破坏。加入超声波后，植物有效成份提取时间约40分钟。而蒸煮法的蒸煮时 间往往需要两到三小时，是超声波提取时间的3倍以上时间。每罐提取3次，基本上可提取有效成份的90%以上。4)具有广谱性。适用性广，绝大多数的中药材各类成份均可超声萃取。5)超声波萃取对溶剂和目标萃取物的性质(如极性)关系不大。

3展望

多糖的提取从传统的溶剂萃取法到酶法、超声辅助法和微波辅助法，以及超临界 萃取技术的应用，总体来说，提取的多糖的纯度有所提高，提取条件的要求也逐渐苛刻，对应的预处理要求和提取成本也就有所提高。 不同的多糖，要根据其要求和具备的条件，采用不同的提取方法和预处理方法。为了达到最好的提取效果，可以将几种提取方法配合使用。随着科学理论不断发展，研究工作的深入，将会有更多、更有效的多糖的提取方法涌现出来，各种提取方法也将逐步走向标准化。

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