中药多糖提取技术的研究进展

中药多糖提取技术的研究进展摘要：有关资料显示，提取仍是国内中药制药工业现代化的瓶颈。在传统的提取方法中，普遍存在有效成分提取率低、杂质清除率不高、生产周期过长、能耗高、溶剂用量大等缺点。因此改进提取工艺、优化提取工艺条件对中药的发展尤为重要。中药多糖的提取效率已成为多糖研究领域的一个热点．本文对中药多糖提取的方法进行了综合分析，旨在为中药多糖的相关研究提供参考．关键词：植物多糖；提取方法；应用前景糖类是自然界中广泛分布且数量最多的一类重要的有机化合物，是生物体的重要组成成分，含量丰富，具有广泛的生物活性，普遍存在于自然界植物体中．其分子量一般为数万甚至数百万，是构成生命活动的四大基本物质之一．我国对多糖的研究起步较晚，但近年来，由于生物学、化学等学科的飞速发展，我国对多糖及其复合物化学结构和药理活性研究越来越深入．多糖与维持生命活性密切相关，越来越多的研究表明，糖类物质全面参与了生物的生殖发育、生长、应激等过程，是很多生理和病理过程中分子识别的决定因素[1]．多糖除有免疫调节、抗肿瘤生物学效应外，还有抗衰老、降血糖、抗凝血等作用，且对机体毒副作用小．因此，对多糖的深入研究将为探讨发展多糖类药物治疗奠定基础，有些可作为或已经成为治疗疾病的药物和保健食品，具有较高的开发价值．在植物多糖的研究中，如何建立最佳的提取工艺是多糖研究的基础．目前多糖提取的常用方法主要有水提取法、酸提法、碱提法、酶解法、超声法、微波法等．近些年多采用混合或辅助手段提高提取效率，降低溶剂用量．1溶剂萃取法1.1水提法多数植物材料选用热水浸提法．此方法方便、简单、可操作性强，是一种国内外常用的提取植物多糖的传统方法．这种方法适用于游离态多糖的提取，成本低，且干扰物质少或易除去（可直接或离心除去不溶物，也可根据多糖不溶于高浓度乙醇的性质，用醇沉法对多糖分离），但时间长，效率低.[2]李光[3]等用响应曲面法实验设计[4-6]优化铁皮石斛的最佳提取工艺，得到温度100℃，提取时间2.5h，料液比1∶17.2，提取率达到51.08%．付学鹏[7]等优化了蒲公英多糖的提取条件，确立了料水比1∶30，80℃保温3h，提取2次为最佳条件．孙元琳[8]研究了水提当归多糖的最佳工艺参数为浸提温度85℃，浸提时间2h，浸提2次，料水比1∶10．赵永红[9]等通过正交试验在保证枸杞色素、枸杞低聚糖得率的同时采用水提醇沉法提取枸杞粗多糖，其最佳提取方案，即浸提温度为90℃，溶媒量为50倍，浸提次数为1次，浸提时间为2h，测得其得率为0.94%。陈莉等[10]称取一定量茯苓粉末，以热水为溶媒浸提有效成分，对浸提液进行抽滤处理，将滤液按浸提液∶浓缩液=10∶1的比例进行浓缩，浓缩液用95%乙醇沉淀(含醇量达80%)，至冰箱中静置过夜，离心后，用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤沉淀物，真空干燥后即可得到茯苓多糖粗品。徐青梅[11]用水提取黄芪多糖，研究了提取温度、提取时间、提取次数对黄芪多糖提取率的影响。结果表明，黄芪多糖的最佳提取工艺为:温度100℃，时间1h，提取3次。水浸提法采用水体系，其优点是材料易得，所需条件简单，适用于游离态多糖的提取，并且干扰物质少，在生产上使用安全[12]．它适于各种植物多糖，被广泛应用．但在提取过程中需要控制水温、料水比等，操作时间长，效率低．1.2酸碱提法用稀酸或碱溶液提取多糖，在一些植物中得到更高的提取率．孟宪元[13]等用5%HCl和水2种方法提取茜草多糖，发现稀酸提取法产品纯度相对较高．赵宇[14]等用0.1mol/LHCl溶液提取海篙子多糖发现，粗多糖产率酸提方法优于水提方法．赵云平[15]用0.1mol/L氢氧化钠提取知母多糖，多糖得率22.078%．高杰等[16]采用稀碱提取茯苓多糖并用二甲基亚砜(DMSO)进行精制。称取一定量茯苓粉末溶于稀碱液中(0.5mol/L)，4℃以下静置过夜，抽滤后滤液用10%的醋酸中和至中性，再加入95%乙醇沉淀，以下的步骤和水提醇沉相同。此种方法提取率较高，但是由于浸提条件比较剧烈，极易造成多糖的立体结构的破坏，从而抑制其生物活性。虽然碱法提取会使多糖含量增加，但寡糖含量则相对减少，且提取后液体需要中和，程序繁琐．碱提多糖时，容易使多糖的糖苷键断裂，且这种提取方法只适用于含果胶物质少，黏度小的原料．酸会引起多糖降解及糖苷键的断裂，因此在稀酸提取时，时间不宜长、温度不宜太高．２酶法酶法具有反应特异性能高、快速、高效、反应条件温和、易于控制等优点，因此在有效成分含量较低或是比较容易受到溶剂影响产生结构变化的有效成分的提取中能取到很好的效果。酶技术是近年来广泛应用到有效成分提取中的一项生物技术．在多糖的提取过程中，恰当地利用酶与热水相结合进行处理，可使细胞壁软化、膨胀和崩溃等，从而可改变细胞壁的通透性，提高细胞内含物的溶出，从而提高提取率，缩短提取时间．酶的种类常为果胶酶、纤维素酶、蛋白酶[17]，常用的方式有单一酶法、复合酶法和分步酶解法．程俊文[18]正交试验优化纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶对香菇子实体多糖酶解提取的工艺参数，然后在优化酶解条件下，依次采用纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶分步处理香菇子实体以提取香菇多糖，并与单一酶解提取法和传统热水浸提法进行对比，在优化提取条件下，分步酶解法提取香菇粗多糖的提取率可达14.17%，比传统热水浸提法提高128.2%，比单独采用纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶酶解提取分别提高了43.71%，46.99%，23.11%．并证明分步酶解法提取的香菇多糖纯度明显高于热水浸提法提取的香菇多糖．陈莉等[10]将茯苓粉碎后，用水浸泡30min，植物精提复合酶加水，在40℃温度下活化10min，将茯苓粉末与活化复合酶混合，通过改变酶解温度、酶的加入量、酶解时间等因素将茯苓多糖的浸出率有效提高，为普通热水浸提法的2.32倍。HaukeHilz[19]等应用酶分离得到更多的果胶多糖，这种方法具有条件温和、易去除杂质、回收率高、节约能耗、对生物活性影响小等优点，但提取成本较高．３超声波法与微波法3.1超声波法超声波提取是近年来应用较多的一种先进方法，具有提取效率高、耗时少、耗能低、提取液杂质少、易于分离纯化有效成分等优点。超声波提取法是利用了超声波的空化作用和强烈振动，加速有效成分进入溶剂，从而有利于多糖的提取[20]．周泉城[21]等研究了超声波法提取桔梗多糖，其工艺条件为液料比范围为45.33~47.90，超声波温度为75℃，超声波功率范围为162~180W，提取液乙醇质量分数范围为44.7%~49.8%，超声波时间为37~39min，此条件下多糖得率能达到35%以上．黄生权[22]采用超声波法提取灵芝多糖，在温度为50℃，超声时间为40min时灵芝多糖得率最高．覃海元等[23]比较了热水和超声波法提取鹿角灵芝多糖的提取率，水提法多糖提取率为0.63%，超声波提取法多糖提取率为0.87%，超声波提取率是热水提取率的1.37倍．超声波提取无需高温，因此溶剂选择是否得当将会影响到多糖的提取率，在选择提取溶剂时，要结合多糖的理化性质进行筛选．在提取过程中，找到合适的提取参数对于提取率的提高也是至关重要的[24]．3.2微波法微波提取的主要特点是快速、节能、节省溶剂、污染小、有利于萃取热不稳定的物质，可避免长时间的高温引起的物质分解，特别适用于处理热敏性组分或从天然物质中提取有效成分。利用微波提取多糖的原理是微波射线辐射于溶剂并透过细胞壁到达细胞内部，对样品从内向外进行加热，瞬间穿透样品，破坏样品的细胞壁，从而使各种有效成分从细胞中释放出来传递转移到溶剂中．胡灵[25]等利用微波辅助技术提取灵芝多糖，确定微波提取灵芝多糖的最佳提取工艺条件为：提取时间20min，提取功率400W，提取温度90℃，料液比20mL/g，提取2次．在此条件下，实际测得的灵芝多糖提取率为1.150%，与对照比较微波可使多糖提取率明显提高．李永裕[26]等采用微波前处理-热水浸提新工艺提取余甘多糖，确定微波时间60s，微波功率480W，热水浸提温度90℃，热水浸提时间4h．在此条件下，余甘多糖得率为7.94%．近年来，微波辅助提取技术在多糖提取工艺方面得到广泛的应用．与传统提取技术相比，具有操作简便、提取速度快、效率高、耗能少等优点，同时该技术可减少产品的污染和热敏性物质的分解，在中草药有效成分的提取中得到了广泛应用[27]．但是，微波辅助提取法也存在一些缺陷，它的提取时间不宜过长，功率不宜过高，否则会导致水分蒸发过多，多糖溶出受阻，导致多糖得率下降．同时，该法也降低了某些反应的活化能，使多糖分子之间、多糖分子与其它分子之间形成新的作用力，增加分子之间的碰撞机会，阻止多糖分子的溶出[28]．４复合法近年来，植物多糖的提取不仅仅局限在单一技术的利用上，为了达到最好的提取效果，可以将几种提取方法配合使用，从而建立了利用水-酶结合法、水-超声波结合法、水-微波结合法、超声波-酶结合法、微波-酶结合法、微波-超声波结合法、微波-碱法、复合酶法等技术，在多糖的提取中得到了广泛的应用，其提取率高于单一方法提取．张胜帮[29]比较了超声波-酶解法和超声波法提取裙带菜多糖的得率和清除羟自由基能力的差异，认为超声-酶解法多糖提取效果及其羟自由基清除率能力明显优于超声波法．葛立军[30]等采用正交法确定纤维素酶、木瓜蛋白酶和果胶酶的最佳配比提取山药多糖，显示出复合酶法比单一酶法提取植物多糖具有提取得率高的优点．曾凡梅等[31]采用超声波协同纤维素酶法提取山药多糖，相比传统提取方法，大大提高了多糖的得率．５超临界CO2萃取技术超临界流体技术主要是利用二氧化碳等临界流体在超临界状态下成为具有良好的溶解能力、高扩散系数和低黏度的特殊溶剂的特点进行萃取的一种分离方法。超临界流体技术融萃取和分离于一体，不需要经过物料相变过程，同时也不用经过高温加热等流程。操作较为简单，缩短了工艺流程，提高了中药有效萃取率，降低了能耗。在植物多糖提取中得到了应用．王大为[32]等采用超临界CO2流体萃取技术脱除蒙古口蘑中脂类及色素物质，并研究其对蒙古口蘑多糖提取率的影响，得到提取率为6.24%，分别为溶剂处理及未处理试样的4.2倍和1.8倍．张素霞[33]比较研究了超临界CO2辅助提取法和传统热水提取法２种工艺对香菇多糖提取效果的影响．香菇多糖提取率为6.87%，比传统热水浸提法提高3.16%，所得产品紫外吸收光谱显示，产品杂质含量少，红外光谱显示结构与直接热水浸提法一致．采用超临界CO2辅助提取后，香菇多糖的提取率和质量显著提高．超临界CO2流体萃取操作方便，选择性好，脂类物质溶出率高，并兼有脱色脱脂脱异杂味作用，不但可提高多糖提取率，而且产品纯度高[34]．综上所述，多糖的提取技术从传统的溶剂萃取法，到微波辅助法、超声波法、酶法、复合法到超临界CO2萃取技术的应用，不断摸索出提高多糖产率、减少生产成本的新技术和新方法．虽然各种方法有利有弊，但却提供了很多提取技术上的新思路，相信植物多糖的提取技术一定会有更大的突破，为多糖提取的工业化、产业化提供较大的发展空间．由此可见，中药新的提取技术普遍存在着针对性强、提取效率高、成分损失少、周期短等优点，使得这些新的技术在中药的提取中有着广阔的应用前景。但是目前，这些新技术大多还停留在实验室阶段及对工作原理、参数的完善阶段，要使其广泛地应用于现代化的药材工业生产中，还需要进一步的探索和创新。参考文献：[1]尹恒，王文霞，赵小明，等．植物糖生物学研究进展[J]．植物学报，2010，45（5）：521-529[2]张爽王飞娟王燕.枸杞多糖提取方法的研究进展[J]．中国科技信息,2012,7:148[3]李光，李学兰，孙慧峰，等．响应曲面法优化铁皮石斛多糖提取条件[J]．中国现代中药，2011，13（9）：29-33［4］LeeS，BaeH，KimN，etal．OptimizationofgrowthconditionsofLentinusedodesMyceliumoncornprocessingwasteusingresp