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无花果多糖的提取与分离纯化

发布时间:2018-07-24

  摘要:研究发现, 无花果中的多糖作为一种重要的功能活性物质, 具有防癌抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等多重功效, 成为近几年国内外医药学和食品领域的研究热点。文章重点就无花果多糖的提取工艺和分离纯化技术2个方面进行了综述, 并阐述了每种技术的基本原理和特点, 对促进无花果深加工的综合利用和无花果多糖的进一步开发应用具有重要意义。
  
  关键词:无花果; 多糖; 提取; 纯化;

  Technology of Extraction, Separation and Purification of Polysaccharide in Ficus carica

  
  Abstract:Modern research has found that polysaccharides in Ficus carica, as an important functional active substance, has many functions, such as anti-cancer, anti-tumor, anti-oxidation, immunomodulation, and so on. It has become a research hotspot in the field of medicine and food in recent years. This paper focuses on two aspects of extraction technology and separation and purification technology of Ficus carica polysaccharides, and expounds the basic principles and characteristics of each technology, which is significant for promoting the comprehensive utilization of Ficus carica and the further development and application of Ficus carica polysaccharides.
  
  Keyword:Ficus carica; polysaccharide; extraction; purification;
 

无花果

  
  无花果 (Ficus carica L.) , 一种桑科榕属的开花植物, 原产于地中海沿岸, 属亚热带落叶小乔木。近年来, 凭其广泛的观赏、食用、药用价值得到大力栽培利用, 截至2012年, 国内无花果的种植面积已达2 500 hm2, 年产量约12 000 t[1].研究表明, 其果实富含矿物质、氨基酸、维生素等多种营养成分, 更因包含苯甲醛、补骨脂、呋喃香豆素内酯等多种功能活性物质, 而具有防癌抗癌、抗氧化、抗病毒、抗衰老、降血糖血压、提高机体免疫力等功效[2-4].
  
  无花果中的多糖 (Ficus carica polysaccharides, FCPS) 是一项重要的功能性活性成分, 由于安全无毒功能多等特点, 近几年得到广泛关注。大量研究表明, 无花果多糖有抗氧化[5]、镇痛[6]、抗肿瘤[7]、提高机体免疫力[8]等多重功效, 临床上还可治疗痔疮等病症[9], 因此, 在药用开发上具有极高的研究和经济价值。目前, 对无花果多糖的药用方面研究较多, 涉及其提取和分离纯化技术方面的报道却尚为匮乏。
  
  笔者拟对目前无花果多糖的提取工艺及分离纯化技术作一系统阐述, 以期为今后无花果多糖的研究提供参考。
  
  1、无花果多糖的提取
  
  无花果多糖属于一类混合酸性多糖, 为易溶于水而不溶于有机溶剂的白色粉末[10], 旧时生产多采用热水浸提和微波辅助萃取等传统工艺提取, 但这些传统办法多存在费时费力、操作步骤繁冗、提取率低下等缺点, 近几年得到不断优化, 同时也出现了超声波提取和超临界CO2萃取法等新兴技术。
  
  1.1 热水浸提法
  
  热水浸提法是利用水对植物组织的穿透力和多糖易溶于水的特性, 经一定水浴加热时间先获得多糖提取液, 然后或通过离心直接除去个别小的固体杂质, 又或利用无花果多糖不溶于有机溶剂的物理性质, 用高浓度乙醇沉淀并经无水乙醇脱水和冷冻干燥, 最终得到粗多糖提取产物, 也称为“水提醇沉法”[11-12].热水浸提法多糖的提取率受许多因素的影响, 除了植物材料本身的研碎程度, 还有料液比、提取过程中的温度、操作次数和时间长度等因素。近年来, 有学者针对这些条件因素对无花果多糖的热水浸提法提取工艺进行了试验和优化。王振斌等[13]以无花果取汁后的残渣为原料, 通过正交试验确定最佳提取工艺条件为最适温度100℃, 料液比为1∶12, 浸提2次, 每次浸提3 h, 其水溶性多糖提取率可达8.52%.热水浸提法虽然存在提取时间长、效率低等缺点, 但由于其仪器设备简单、操作简便且安全经济, 至今仍在科研和生产中被广泛使用。
  
  1.2 微波辅助提取法
  
  微波辅助提取又称微波萃取, 是微波与传统的溶剂提取法相结合而成的一种新型的提取方法, 具有较大发展潜力。微波是频率在300~300 000 k MHz的电磁波, 具有超强的穿透能力, 短时间内能够穿透萃取介质 (溶剂) 以及植物材料中的细胞壁, 将能量直接传递到细胞内部, 细胞液和溶剂介质等成分可以吸收微波能, 而微波能会迅速转化成热能, 从而使得细胞内部的温度激增, 压力也随之激增, 乃至细胞壁无法承受而破裂, 最终达到细胞内部有效成分释放的目的, 溶解在周围萃取溶剂里[14].影响微波法提取率的主要因素有植物材料的研磨程度、提取时间、提取溶剂的含水量以及溶剂介电常数和微波的功率等。近年来, 有关微波辅助提取无花果多糖的研究报道基本上是围绕料液比、微波功率、提取时间等考察因素优化该技术。余希成等[15]采用二次回归和正交旋转组合设计试验, 优化了微波萃取无花果多糖的提取工艺条件, 其中, 用SAS软件分析结果显示, 提取时间对浸提率的影响最大, 其次依次是提取功率和料液比, 影响最小的是p H值, 优化条件为p H值8.2, 提取时间20.1 min, 微波功率556 W, 液料比10.2∶1 (m L/g) .赵群等[16]的单因素和正交试验结果表明, 当提取料液比为1∶50, 浸泡时间为60 min, 微波功率为640 W, 同时设置微波时间为3 min时, 无花果多糖的提取效果最优且提取率可达4.65%.与热水浸提等传统手段相比, 微波辅助提取法具有重现性好、萃取效率高、节省试剂、耗时短、无污染等优点, 但由于此方法对仪器设备的要求较高, 因此尚未普及。
  
  1.3 超声波辅助提取法
  
  超声波是一种频率高于20 000 Hz, 人耳听不到的声波, 其波长较短, 频率高, 穿透力极强, 在介质中传播时, 具有空化效应、机械效应、热效应等, 一方面造成细胞内能量的激增, 加大对植物组织尤其是细胞壁的破坏, 另一方面导致介质分子的运动速度加快, 使得有效成分更快地溶解到溶剂中去, 以达到最终的提取目的[17].超声波辅助提取率和许多因素有关, 比如:植物材料、超声时间、超声频率 (一般低频中提取效率高, 但也有例外) 、料液比和温度等。近年来, 有关无花果超声提取的研究报道较少。刘娅等[18]的单因素和正交试验结果显示, 料液比1∶20, 温度55℃, 浸提时间20 min为超声波辅助提取无花果多糖的最佳工艺条件。张俊艳等[19]将超声波技术和水提取法结合对无花果叶多糖进行提取, 结果得到的最佳工艺参数为:提取温度80℃、料液比1∶50、提取时间50 min, 所得无花果叶粗多糖提取率为11.82%, 超声波提取技术不仅具有提取时间短, 提取效率高, 节能、节约样品等优点, 并且设备简单、操作方便, 具有很多常规提取方法无法比拟的优点。但有时超声波的作用力太强也会导致一些杂质随着组织的破裂, 和目的成分一起溶解, 从而使多糖的提取纯度有所降低。此外, 超声波还可能造成多糖分子结构的一些改变, 从而对多糖的生物活性产生影响, 其还需进一步研究考察。
  
  1.4 酶提取法
  
  酶是一种具有催化效率高、选择性高和催化条件温和等特点的生物催化剂, 被广泛应用于生产生活中, 同样能用于多糖的提取, 可在比较温和的条件中分解植物细胞壁, 并去除无生物活性的纤维素、淀粉等杂质, 从而加速多糖的释放或提取[17].影响酶法提取有效成分效果的主要因素有底物浓度、作用温度、p H值、激动剂、抑制剂等。近年来, 该方法在无花果多糖的提取工艺中鲜有报道。叶文斌[20]用响应面与酶法联用获得无花果多糖提取的最佳优化条件为:酶解温度50.36℃, 酶用量0.06 g和p H值4.73, 在该条件下无花果多糖的提取率为34.13%.生物酶提取法虽具有高效、成本低、条件温和、易于控制等优点, 但在生产中尚未得到广泛应用。
  
  1.5 其他提取方法
  
  除以上提取方法外, 也有一些研究采用了其他新型提取技术, 均取得了良好的提取效果。赵丛枝等[21]采用响应面法优化超临界CO2提取无花果多糖工艺, 最终确定最佳工艺条件为温度78.5℃, 压力33.4 MPa, 时间96.2 min, 在该条件下做3次重复试验, 实际平均提取率高达17.31%.超临界CO2萃取法是一种以超临界CO2流体 (既具有液体的高溶解特性, 又具有气体的高流动性特性) 为载体对混合物中目标成分进行萃取和分离的新型技术, 其优越性体现在提取率高、无毒无害, 产品纯度高、安全性高、选择性好和脂类物质溶出率高等方面, 但由于成本高不适合大规模的制备[22-23].
  
  刘焕燕等[24]探究了应用亚临界水法提取无花果多糖的工艺条件, 最佳条件确定为提取时间17min, 提取温度150℃, 液料比30∶1 (m L/g) , 以及提取压力为1.5 MPa, 在该工艺条件下多糖的提取率高达56.48%, 远高于传统提取工艺。亚临界水提取技术是一种新型高效低耗能的绿色提取技术, 水在大于374.2℃和22.1 MPa的高温高压条件下, 呈现既非液体又非气体的“超临界状态”, 称为“超临界水”, 而稍低于此条件下的水称为“亚临界水”, 亚临界水提取技术则是对这种状态水的应用而产生的一种新型高效低耗能的绿色提取技术。原理为水在高温高压下介电常数降低, 呈现弱极性, 可以萃取非极性化合物[25].该法具有提取时间短、提取率高、环保能耗低、后续分离纯化方便等优点, 相信在未来科研及生产应用中具有广阔的应用前景。
  
  2、无花果多糖的分离纯化
  
  现阶段的多糖提取工艺流程得到的最终产物, 都不免存在杂质, 如蛋白质、色素、无机盐及醇不溶的小分子有机物等。一般是先脱除非多糖组分, 然后再对多糖组分进行分级。
  
  2.1 除色素
  
  去除多糖中的色素, 现多采用大孔树脂法、双氧水法等, 但各有优缺点。祖思佳等[26]在对无花果粗多糖进行脱色纯化的过程中, 确定最优树脂为LSD-296大孔吸附树脂, 配套的工艺条件为:多糖溶液质量浓度4 mg/m L, 树脂用量2.0 g, p H值6, 脱色温度40℃。大孔树脂法虽然脱色效果较好, 但存在单次进样量小、溶剂耗量大且处理时间较长而不适合批量生产。H2O2氧化法操作简便且脱色效果不错, 但其使用浓度的要求较高, 浓度过高不仅会带来残留问题, 还会破坏多糖的分子结构, 影响其药理活性[23].陈运江[27]联合大孔吸附树脂AB-8和H2O2洗脱液对无花果多糖进行脱色处理, 取得了较好的成果。此外, 还可采用吸附剂 (纤维素、硅藻土、活性炭等) 进行脱色处理, 但有些吸附剂如活性炭的吸附能力过强, 多糖也会被大量吸附, 多糖损失率较高[28].
  
  2.2 除蛋白质
  
  除蛋白质一般利用合适的沉淀剂或变性剂, 使杂质蛋白分子沉淀或析出, 现常用Sevage法和三氯乙酸法。郭代英[29]将Sevage法和三氯乙酸法2种去蛋白质方法进行了试验对比, 结果显示, Sevage去蛋白率稍低于3%三氯乙酸法, 其蛋白质清除率为91.27%, 多糖损失率为14.51%;而3%三氯乙酸法的蛋白质清除率是94.24%, 多糖损失率则为11.270%.大量生产实践中发现, 三氯乙酸法作用条件比较剧烈, 要求严格控制处理时间和温度, 从而避免多糖降解。而Sevage法虽然存在多糖损失高、色素干扰、单一去除游离蛋白等缺点, 但是仍是目前普遍常用的一种脱蛋白方法, 由于其具有适用范围广、成本低、效率高等特点, 常被采用。此外, 邱松山等[30-31]在传统Sevage法上结合酶试剂对无花果多糖提取物进行除蛋白, 先利用蛋白质水解酶对大分子蛋白质进行一定程度的降解, 再用Sevage法处理, 脱蛋白次数减少, 蛋白去除效果也得到上升。
  
  2.3 分级纯化
  
  采用一般方法提取的多糖通常是多糖的混合物, 去除蛋白质、色素等杂质后还需进一步分级纯化, 常用的多糖纯化方法主要有分级沉淀法、柱层析法和膜分离法[32].其中, 柱层析法又称柱色谱法, 根据样品混合物的不同成分在液相和固相中分配系数的差异来实现化合物的分离。近年来, 在无花果多糖的纯化试验研究中, 常见此法及其装填材料的相关报道。郭代英[29]比较了S-8, NKA-9, AB-8, D-101, D3520和X-5等6种不同型号的大孔吸附树脂, 最终确定AB-8树脂为最佳纯化树脂, 其具有比表面积高、密度大、孔径大小合适、多糖纯化回收率和纯度高等优点。李先佳[33]进一步研究了AB-8树脂分离纯化无花果多糖的工艺, 并得出其最佳柱纯化条件为:吸附液p H值为8.0、洗脱流速为1 m L/min、洗脱剂质量浓度为0.01 g/L.
  
  3、结论
  
  无花果具有很高的营养价值, 果实内的多糖是其主要活性成分, 具有多种生物学功能。随着科技的进步, 无花果多糖的提取、分离纯化方法在不断更新, 相信未来会有更多效率更高、更环保的新型技术应用到无花果多糖的生产中去。本文对近年关于无花果提取和分离纯化的相关技术进行了一简要综述, 希望能为无花果多糖的提取以及分离纯化提供技术参考, 为提取纯度更好、活性更强的无花果多糖功能成分提供技术支撑。
  
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