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          新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展

          作者:管理員    發布時間:2016/7/25 11:18:42

          新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展展

              摘要:植物多糖因具有抗腫瘤、增強免疫力、降血糖等多種生物活性而廣受關注與研究.提取分離是多糖領域研究的基礎.綜述了植物多糖提取分離的六種新型技術:酶法,超聲波,微波,超臨界萃取,膜分離以及色譜分離,分析了它們的作用原理、主要影響因素和應用,并探討了發展前景.

              多糖是自然界中含量最豐富的生物聚合物,是多種中草藥的有效成分之一,由10個以上單糖通過試鍵連接而成,通常是上百乃至幾千個單糖基組成的高分子化合物.近年來的大量研究表明,多糖具有抗腫瘤、增強免疫、抗氧化、抗菌、抗病毒、降血糖等生物功效.引發了學者對植物多糖展開新一輪的研發熱潮,并取得了卓有成效的研究結果,為了獲得較高生物活性的多糖,植物多糖的提取分離工作就成為相關研究工作的基礎.新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展

          傳統熱水浸提法由于提取溫度較高,時間較長,極易導致多糖生物活性降低;溶劑萃取法則存在溶劑回收困難、產物溶劑殘留等問題.大部分含有豐富多糖的植物其細胞壁較厚,致使多糖難以從植物細胞中擴散出來等多種因素阻礙了植物多糖提取分離過程的進行.隨著新型提取分離技術的不斷出現和生命科學的不斷發展,植物多糖的提取分離研究也邁入一個新的時代.

          1酶解技術

              酶參與到植物多糖的提取分離過程中,主要是利用酶促反應,借助酶的參與來降低提取過程的活化能,使整個提取活動在較低能量水平上進行,易于多糖從植物細胞中釋放出來.鑒于不同酶參與提取的作用機理不同,以及植物結構和其所含各種生物活性成分含量的差異,結合文獻研究,常見的酶解法可總結為:單酶法,復合酶法.單酶法就是根據植物自身的特點,遴選出一種酶參與提取過程.陳某在提取金針菇根部多糖時,采用單酶法,木瓜蛋白酶酶解82 min時,溫度52℃,不但提取時間縮短且提取效果遠優于傳統熱水浸提法.蔣某等在提取桂花多糖時,采用纖維素酶,桂花多糖的得率高達18.43 %.單酶法的介入,在很大程度上提高了提取效率.為了極大限度地發揮酶解技術的效用,利用各種不同酶的協同作用,可以選用幾種酶同時參與提取過程,這就是所謂的復合酶法.多糖被包裹于植物纖維中,植物中又往往含有蛋白質、果膠成分,使得其難以從細胞中擴散出來,因此在提取過程中,可以考慮采用纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶等酶的連用.張某等研究竹蓀中多糖的提取工藝,對比研究單酶法和復合酶法,研究結果表明:單酶法多糖提取率為10. 35 %,而復合酶法多糖提取率可提高0.92%.新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展

          無論是單酶法還是復合酶法,其本身都用的是純酶,純酶的介入會進一步增加植物多糖提取的成本費用,而混合酶(又稱粗酶)價格較低,并且具有較寬的活性溫度、pH值適用范圍.例如,寧夏夏盛公司所生產的中性蛋白復合酶,其中還含有少量的纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶,利用多種酶相互之間產生的協同作用,可極大程度地提高植物多糖提取效率.筆者采用此種復合酶來提取大棗多糖,其應用效果顯著,粗多糖純度高達54.26% ,同時具有優異的生物活性.這種混合酶的應用,可以為植物多糖提取與分離的工業化發展提供技術支持.

          2微波提取技術

              近年來微波輔助技術已被用于植物有效成分的提取,它具有快速、高效的特點,在提取過程中能有效保護功能成分并能保證其充分溶出,符合熱敏性物料的提取工藝.微波輔助提取的功率通常分為低、中、高等幾個檔次.在微波萃取過程中,所需的微波功率的確定應以最有效地萃取出目標成分為原則.微波一般選用功率為200一1 000 W,頻率為(0. 2~30) x 10四次方MHz,微波輻射時間不可過長.韓某通過對比構記多糖的傳統水提法和微波輔助法,得出微波輔助提取比傳統水提法的效率高得多,微波單次提取時間為90 s,而傳統提取方法提取時間長達4h,且提取多糖的得率及多糖含量也較傳統方法有所提高.張某等采用微波技術輔助提取紫蘇葉多糖,多糖的得率為3. 99%,提取效果優于纖維素酶法提取紫蘇葉多糖。植物多糖的新型提取分離技術在中藥提取行業中的應用進展

          微波輔助提取技術的最大優點是加熱效率高,提取時間短,能耗低,操作較為簡單,但在高頻微波場作用下,多糖提取過程較為劇烈,容易導致局部溫度過高,對多糖的生物活性會有一定的影響,同時微波提取對提取溶劑也有選擇性,需要溶劑必須是透明或半透明的,在后續的研究中還需進一步改善和探討.

          3超聲波提取技術

              超聲波法提取多糖類化合物的主要原理是利用超聲波的空化效應增加溶劑穿透力,提高活性成分溶出速度和溶出次數.超聲空化是指液體中的微小泡核在超聲場作用下被激活,表現為泡核的振動、生長、收縮乃至氣泡急劇崩潰閉合等一系列過程,這大大加速了提取過程.對于不同植物提取過程,影響多糖超聲提取率的因素主要包括超聲功率、超聲時間、超聲溫度、液固比和超聲頻率.管某在豆粕水溶性多糖的提取過程中利用超聲波提取法后,與傳統單純水提法相比,料水比從20 : 1降至4: 1,提取時間縮短了91.7%,同時大豆多糖得率提高了4. 64%.彭某等采用超聲波輔助熱水浸提香菇多糖研究中,與傳統的熱水煎煮工藝相比,采用超聲波輔助熱水浸提的方法提取,可使香菇多糖得率提高33. 29%,提取能耗降低55.51%.

          超聲波提取技術可以有效縮短提取周期,減少溶劑用量,節約能源成本,但有研究表明,超聲技術參與后往往導致多糖具有低分子量化趨勢,這主要與超聲對多糖鏈的降解有關.因此,對于不同來源植物多糖的提取,在考慮多糖得率的前提下,還應進一步研究超聲技術對多糖活性的影響.新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展

          4超臨界萃取技術

              超臨界萃取(SFE)是利用超臨界狀態,將超臨界流體與待分離的物質接觸,使其有選擇性地把極性、沸點和分子量大小不同的成分依次萃取出來.目前,CO2作為普遍應用的超臨界流體,其臨界溫度為31. 1℃,臨界壓力為7. 38 MPa,臨界條件容易實現.在超臨界狀態下,溫度和壓力參數的變化對CO2流體的溶劑強度影響較大,因此,在植物多糖的提取過程中可以通過改變溫度和壓力條件使植物多糖的溶解度發生變化,進而分離出來,最終達到分離提取的目的.李某在采用SFE - CO2萃取處理灰樹花后,SFE-CO2萃取法所得灰樹花多糖得率為7. 38%,多糖純度為44. 21 %,其純度約為熱水浸提法的2倍.任某等采用SFE-CO2提取竹葉中的多糖,竹葉多糖得率在4. 283%~6. 816%之間,與周某在研究毛竹葉多糖時所采用的水提法、超聲波提取和微波3種提取方法相比較,其提取效果遠遠優于后者.

          由于SFE在接近室溫下進行,能同時完成萃取和分離兩步操作,過程中不使用有機溶劑,產物無溶劑殘留,因此與傳統的提取方法相比,具有多糖產物生物活性高、過程分離效率高、操作周期短、萃取速率快、工藝簡單容易掌握、選擇性易于調節等優點,與此同時,由于該技術參與提取過程涉及較高壓力,大規模工業化應用時其對生產技術要求較高,設備費用較大也成為該法的最大弊端.

          5膜分離技術

              MST是一項新興的高效分離技術,分離過程以選擇透過性膜為分離介質,通過在膜兩側施加電位差、化學位差、壓力差等推動力,根據篩分原理使目標組分選擇性透過膜,實現進一步的提純和濃縮研究表明,植物多糖的藥物活性和分子結構與相對分子量大小有密切關系,而MST主要是利用物質相對分子質量的差異實現分離目的,因此該技術能從根本上實現植物多糖的分離與純化.常見的膜分離過程包括微濾、超濾、納濾、反滲透,目前在多糖的提取方面應用較多的是超濾和微濾技術.超濾的孔徑范圍為1~100 nm,截留相對分子質量為1~1 000 kD,故分子量在1 kD以上的物質被截留.微濾膜通常截留粒徑大于0.05 μm的微粒,多采用對稱微孔膜,膜的孔徑范圍為0. 1一10μm.楊某等利用MST分離提純靈芝多糖,先采用微濾膜對靈芝浸提液進行除雜,然后采用超濾技術,對靈芝水提物進行分離,結果分離出4個不同分子量段的黑靈芝多糖組分.陳某等通過超濾技術分離出相對分子質量為30 kD的板藍根多糖,且該工藝穩定可行.周某等采用超濾將白術多糖分成了5個級別分子量的多糖,其中分子量大于10 kD的占19. 28%,小于10 kD的占80. 72%,并且通過活性研究發現,白術多糖對超氧陰離子自由基O2-·和輕基自由基OH·具有極強的抗氧化活性.

          MST與多糖提取液的真空濃縮法相比,能耗少、條件溫和、操作簡單,尤其是分離所得多糖含量高于真空濃縮法.該技術的參與提高了植物多糖的品質,實現了多糖進一步分離與純化目的.目前,由于活性多糖一般屬于大分子化合物,很多還具有孰性,在膜分離操作過程中容易造成膜污染和堵塞M,因此一些新型技術例如超頻震動膜過濾技術有望加入到該研究中,將植物多糖的膜分離純化工作引入一個新的高度.新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展

          6色譜分離技術

              色譜分離技術是分離復雜混合物中各個組分的有效方法之一,能夠分離出物化性能有差別的化合物,尤其當被分離組分的性質較為接近,而其他分離技術很難或根本無法應用時,色譜分離技術就顯示出其突出的優越性.色譜分離技術目前主要應用于植物多糖的提純方面,其依靠植物粗多糖中各組分的物化性質的差異,及其在兩相之間分布和流動速度的差異而達到分離的目的,常見的色譜分離方法有徑向流色譜法、高速逆流色譜法、凝膠色譜法和離子交換色譜法.徑向流色譜法采用徑向流動技術,即通過流動相攜帶被分離樣品沿徑向移動,不同于流體在色譜柱內沿軸向從一端流向另一端的傳統軸向色譜法,徑向流動方式使得過程操作壓力降低,線性放大容易,分離效率較高.魏某等在分離純化獲菩菌絲多糖時采用徑向流色譜法分離工藝,多糖回收率達到83. 26%,比傳統軸向色譜分離效率高,時間短,同樣,香菇多糖在應用徑向流色譜法分離工藝時,達到相同濃度、相同上樣量時,徑向色譜分離20 min內即可完成整個分離過程,多糖回收率可達84. 32%,而傳統軸向色譜分離方法完成同樣過程需耗時115 min .高速逆流色譜是一種連續液一液分配色譜技術,它利用樣品在兩種互不相溶的溶劑系統中分配系數的不同,從而實現樣品分離.蔣某等利用高速逆流色譜成功分離香菇多糖粗品,得到兩種香菇多糖組分,研究結果顯示高速逆流色譜作為新型分離技術,對植物多糖分離純化具有很大的優勢,純化產品損失小.在對苦瓜多糖進行分離純化時,采用Superdex G一100凝膠柱色譜分離可得到平均分子量為93 577 D的MCP一A1純組分.陳某等以低檔龍井綠茶為原料提取的茶葉粗多糖,經過DEAE-纖維素DE - 52柱離子交換色譜純化后分離出TPS一I . TPS一II和TPS一III3種中性茶多糖.

          色譜分離技術參與植物多糖分離過程效率高,靈敏度強,選擇性好,是分離純化植物多糖過程中切實有效的方法,但由于一些天然植物組成極其復雜,單靠一種色譜分離技術不能很好滿足生產和實驗的需要,多個色譜技術的聯用將是推動植物多糖分離純化的可發展方向之一。新型離心萃取機在植物多糖提取行業中的應用進展

          7展望

              目前,各種新型分離技術在不同程度上都可改善植物多糖的提取與分離工藝,而且由于多糖的來源與分子結構的不同,其在提取與分離的過程中所發揮的作用也有所差異.近年來,隨著交叉科學的發展,研究工作者正試圖采用多種分離技術共同參與到植物多糖的提取與分離過程中,讓技術之間相互增效,產生協同作用,最終徹底解決植物多糖提取工藝存在溶劑消耗大、提取周期長、效率不高和產品活性不好的問題,使多糖制備向高效節能、綠色環保的可持續方向發展,不斷探索和完善的提取與分離技術,將會推動植物多糖研發工作上升到前所未有的高度.

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