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植物多糖提取的方法研究
摘要:植物多糖是一种由多种不同植物组成的复合物,其中包含多种糖原、聚糖等结构组分。不同的提取多糖的方法对收获率和多糖的活性均有一定程度上的影响,本文通过对几种提取工艺在实际中的应用,以及各自的优缺点的介绍,以期为多糖提取工作提供借鉴。
关键词:植物多糖;提取方法;实际应用
植物多糖对人体众多益处,在医药保健品、化妆品、食品等一些领域均有广泛应用。植物多糖具有增强免疫力、抗炎、抗氧化、抑制肿瘤、免疫调节以及对心血管疾病的预防作用。植物多糖还可以用于防腐、抗衰老和促进胃肠功能增强;此外,植物多糖还具有营养补充、美容护肤等功能,有助于减少肥胖,防止炎症,改善血液循环等。如何从植物中提取多糖、简化工艺、提高得率、成为植物多糖应用的重要问题。
1植物多糖提取方法
植物多糖的提取方法主要有酶解法提取、溶剂萃取法提取、酸碱提取法、超声波提取法、超滤膜提取法等,不同的提取方法会对多糖的生物活性以及得率有一定的影响。
1.1酶解法提取
酶是具有高专属性的一种物质,酶解法是利用它的专一性特点,在相对缓和的条件下通过破坏植物细胞壁,加速有效成分的溶出。由于植物细胞壁是以纤维素和果胶为主要成分,所以酶解法中常用的酶包括纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶和中性蛋白酶。它们可以协同作用,有效地加快物质的提取,同时也可以避免有害物质的溶出从而达到有效提取、保证质量的目的。植物多糖酶解法可以用于植物多糖的提取,可以用来增加植物多糖的浓度;可以用于提高植物多糖的分子量;可以用于改善植物多糖的提取速度和提取效率,允许快速地提取多种植物多糖;还可以提高植物多糖提取的精细度,从而获得高质量的植物多糖。喻随等[1]利用纤维素酶法提取佛手山药多糖得到最佳提取条件为酶解21min、加酶量2%、温度40℃。其他相关文献最佳工艺条件见表1。
植物多糖酶提取法比传统的溶剂提取法更加有效,可以有效地提取和回收有用的化合物,并避免有害的污染;且提取时间短,提取温度低,不破坏多糖结构;直接对蛋白质、纤维半纤维及果胶成分进行酶解,有利于分离和纯化。但植物多糖酶提取对植物提取物的质量要求很高,且提取过程耗费大量时间和费用;该技术提取的产量通常较低;同时酶的价格较高,较高温度下易失活,因此不能大规模生产。
1.2溶剂萃取法提取
在植物多糖的提取中,溶剂萃取法是最常用的一种,它使利用相似相溶原理,使用强极性溶剂,比如水、乙醇等对植物组织进行提取。自从20世纪90年代中期以来,水提醇沉法利用了可溶于水而不溶于醇和醚等有机溶剂的多糖。一般来说,所提取的物质绝大部分是极性物质,例如糖、蛋白质、水溶性生物碱和淀粉,这些物质在有机溶剂中的溶解度都很低,只要醇浓度达到一定程度,多糖和淀粉就会沉淀出来。利用这一原理,就可以有选择地去除水提液中的非目标成分,确保所提取物质的质量。其中,热水浸提法由于对植物多糖的提取有效,操作简单、且对环境友好,不会对植物多糖的性质造成影响,能最大限度地保留其活性,受到很大重视。
植物多糖溶剂提取法主要利用各种溶剂和溶质来分离、纯化和分析植物中的多糖。该方法已广泛应用于食品生产和其他工业应用。这一过程涉及使用特定溶剂从植物中提取多糖,然后通过去除杂质和污染物进一步精炼。它也可以用来合成新的多糖,可用于各种应用。在植物多糖的溶剂提取法中,以水提醇沉法应用较为广泛。相关文献最佳工艺见表2。
溶剂萃取法的优势为:该溶剂萃取法提取效率高,且能有效降低杂质污染;植物多糖具有耐酸碱和易于分离的特性,部分植物多糖具有良好的抗氧化性能;该方法提取植物多糖过程不需要使用有害的辅助剂,从而减少了环境污染;植物多糖溶剂萃取法有较低的成本,这有助于减少生产费用。其缺点为:植物多糖溶剂萃取方法选择的溶剂有限,不能用于提取所有类型的植物多糖;该方法的提取效率并不总是可预测,因为各类植物中的多糖分布可能有所不同。
1.3酸碱提取法
酸碱提取法是一种常用的植物多糖提取方法,通过控制酸或碱液的浓度使植物细胞壁破裂,释放内容物从而进行提取。碱提取法还可以转移多糖与蛋白质之间的结合,使多糖分离出来,从而达到提取多糖的目的[9]。此外,酸碱提取法具有提取效率高、操作方便等优点,是一种比较理想的多糖提取方法。
在酸提法中若使用高浓度的酸,则容易导致多糖受到严重破坏,影响多糖提取率。主要考虑如何优化酸提取工艺,优化的方法可以采购更高纯度的原料、增加多糖吸附体的表面积和试剂浓度,以及减少提取酸的浓度和提取时间。通过不断优化酸提法的工艺,可以有效地提高植物多糖的提取率,并使其达到预期效果。针对一些细胞壁难以降解,水提法效率低的植物,碱提法可以在碱性条件下显著增加纤维的溶胀作用和溶解性,同时促进纤维之间酯键的断裂,使游离形式的多糖更容易被提取出来,从而提高多糖的提取率。但是由于碱提法对溶液的pH要求较高,容易引入杂质,可能会影响单糖结构和活性。因此在碱提法应用时,常用氢氧化钠或氢氧钾来防止多糖的降解。陈文宁[10]分别采用柠檬酸提取法和碱提取法海带多糖,提取率分别为15.92%、6.05%,且抗氧化活性良好。
酸碱法提取多糖的优势为:酸碱提取法提取的植物多糖具有较高的活性,可以高效地将原料中的多糖成分溶出来;由于提取过程不会使原料受到高温和化学变化的影响;酸碱提取过程操作简单,耗费的人工成本较低;提取出来的多糖有效成分完整,可以满足各种不同的工业需求;酸碱提取法有利于多糖成分在体外纯化,可以有效地抑制不良反应;提取出来的多糖成分不受特定条件的限制,适用性较广。
1.4超声波提取法
植物多糖超声波提取法是一种新型的植物多糖提取技术,它利用超声波来放大植物多糖的水溶性特性,使植物多糖的构成部分被转化为微粒可以通过植物细胞壁。超声波提取法的工作原理是通过将超声波能量转化为有效的热能来分解植物的多糖,从而将其转化成水溶性的微粒。该技术比其他提取技术更快、更容易使用,并且可以有效地提取植物的多糖,从而产生高纯度的多糖粉末。超声波提取方法通常使用转子-声子械技术,这是一种将超声能量转化成有效热能的分子动力学的方法。转子-声子械技术在提取多糖的过程中比传统的提取方法更有效,可以在更短的时间内获得更高质量的植物多糖。廖国会等[11]使用热水作为提取溶剂,通过超声法来提取松乳菇多糖,在对超声温度、超声时间、料液比以及超声次数的单因素变量控制下对松乳菇多糖得率的影响进行试验,得出在最佳工艺条件下松乳菇多糖得率为10.41%。
该方法的优势为:效率高,能够使得植物组织破壁或变形,成分提取更加充分,提取率大大提升无需使用大量的溶剂和腐蚀性化学试剂;提取过程很简单,不需要使用复杂的提取方法;可以有效地提升多糖的纯度和活性,使其具有较高的药用价值;还可以有效地保护植物多糖的结构和活性,使其在研究和药物生理上更高效。
1.5微波辅助法
植物多糖微波辅助法是一种独特有效的分离技术,既能很好地提高多糖类分子的分离效率,又能保证多糖类分子的结构完整性和生物活性。它采用微波技术对植物多糖微波辅助法是一种快速、有效地提取植物多糖的方法。它在短时间内以低温、低压应用微波处理植物,以达到提取多糖,保护其原有结构及生物活性。微波强化辅助提取法已成为水提法的一种替代方法,在分子生物学和食品、药物等行业应用十分广泛,为科学研究提供了一种新方法。这种技术对于保护环境以及提高资源利用率也都有较高的价值,因此未来微波强化辅助提取法仍将有着广阔的发展前景,会给我们带来更多的惊喜。张泽庆[12]通过研究防风多糖微波提取法,得到最佳提取工艺是:微波功率560W、固液比1:30、提取时间10min。与传统热水浸提法相比,微波辅助提取法可以提高防风多糖的提取率。贾少杰等[13]以日本灵芝子实体为样品,通过单因素实验采用微波辅助法提取灵芝多糖。结果表明微波法最佳工艺为微波功率374 W,提取时间23min,液料比15∶1mL·g-1,浸提次数2次,在此条件下灵芝多糖提取率达到了4.62%。
微波辅助法优势为:比传统的植物多糖分离方法更快,更有效地提取出植物多糖;更耐受高温,可以在较高温度下进行植物多糖分离;无需使用机械设备,所以成本低;保护生物分子的结构,不会导致多糖发生水解和变性;可以在短时间内完成大批量样品的多糖分析,提高研究工作效率。不足之处:无法保证植物多糖纯度;设备造价较溶剂萃取法贵;存在微波泄漏情况。
1.6超临界流体萃取技术
超临界流体萃取技术,是一种利用超临界流体的特性将非溶解物或溶解度很低的物质以固体分散液的形式从植物中萃取出来的技术。它是一种更加精细的、更加有效萃取植物多糖的方法。超临界流体萃取技术具有高效、环保、无毒、无害、迅速等特点,可以将植物中质量或者溶解度很低的多糖等物质有效地从植物中萃取出来。这项技术主要包括以下几个步骤:准备试验样品,对样品进行研磨、量化分析;筛选选择超临界流体,并将流体压入实验装置中;进行超临界流体萃取,通过不断循环超临界流体,通过对温度、压力等因素的控制可以将植物中的多糖萃取出来。萃取过程中采用比较低的压力、比较高的温度,使具有一定极性的有机物可以幅溶于超临界流体中,具有较大的溶解度,使超临界流体萃取技术成为植物多糖萃取的有效手段。
2总结
随着科技的发展,多糖提取技术也在不断进步,新兴技术克服了传统技术的不足,提高了提取过程的安全性、效率以及产品的纯度,但传统的方法仍然在量产中有着极其重要的作用,因此,当今通常采用复合提取方法,将传统技术和现代技术结合起来,既能达到高效、高纯度提取的目标,又能在短时间内实现。合理有效的技术拓展为多糖提取过程带来了多重收益,既提高了提取过程的安全性,也提升了提取产品的纯度。同时,新技术也大大提高了提取效率,使多糖提取技术处在一个大众化的时代,成为广泛应用于生物技术和生物制药等行业中的一种理想的技术手段,为新药产品的研发和生产提供了可能性。此外,多糖提取技术的发展也造福了其他行业,如食品、医疗保健以及生态环境等方面的利用,为人类带来更多的福利。多糖提取技术的发展是一个不断前进的过程,而今,它已经发展成了一种重要的技术手段,获得了广泛的应用,为人类带来了许多福利。
参考文献:
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山东商业职业技术学院校级课题 编号B218.

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