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多糖提取技术的研究进展_尹艳

来源:六九路网
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2007.02.070

食品工业科技ScienceandTechnologyofFoodIndustry

综述

多糖提取技术的研究进展

尹艳,高文宏,于淑娟

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州510640)

摘要:多糖具有多种生物活性,是一种天然的功能性成分。它在

食品中的应用十分广泛,可以用于抑制脂类氧化和稳定酸性饮料中的蛋白质,并可以作为食品中的乳化成分。文章综述了多糖提取的研究进展,着重描述了包括溶剂浸提法、酶法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法和超临界流体萃取法在内的五种提取技术,其中,溶剂浸提是这些提取方法的基础,微波提取法能够得到比较高的萃取率,而超临界流体萃取技术可以得到比较高纯度的多糖。关键词:多糖,提取,功能性成分

大基本物质之一。由于其独特功能和较低的毒性,多糖类化合物在抗衰老、抗病毒和肿瘤治疗、糖尿病治疗等方面有良好的应用前景。另外,多糖可以改善食品的食用品质、加工特性和外观特性,可用于抑制脂质氧化[1],稳定酸性饮料[2],也可作为乳化剂[3]等,在食品中的用途十分广泛。从而,多糖的提取变得尤为关键,是其广泛应用的基础,本文对多糖的提取技术的研究进展进行综述。Abstract:Polysaccharidesarenaturalfunctionalcomponents

whichhadseveralunparalleledbioactivities.Theycanalsoimprovethefoodcharacteristics,suchastheinhibitoryeffectsontheoxidationoflipids,theeffectsonthestabilityofthemilkproteinunderacidicconditions,andemulsifyingpropertiesofpolysaccharides.Polysaccharidecanbewidelyusedinthefoodindustryasafoodadditivebecauseofthosefavorableproperties.Thispaperreviewedadvancesinextractiontechniquesforpolysaccharides,whichincludesolventexaction,enzymeextraction,ultrasonic-assistedextraction,microwave-assistedextractionandsupercriticalfluidextraction.Thelatterfourextractiontechniquesaremoresophisticatedthansolventextractionwhichisthebasicamongallextractiontechniques.Andtheextractingratesofthosetechniquesarehigherthanthatofsolventextractionmoreorless.Themicrowave-assistedextractionisbroughtintoprominencebecauseofitshigherextractingrate.Andthesupercriticalfluidextractionstandsoutforthepurerpolysaccharidesacquiring.Buttheextractingprincipleisthesamethatwatersolublepolysaccharidecoulddissolveinwater.

Keywords:polysaccharide;extracting;functionalcomponents中图分类号:TS201.1文献标识码:A文章编号:1002-0306(2007)02-0248-03

1预处理过程

多糖的来源物可能含有杂质,加工性能较差,因此,在提取多糖之前要进行清洗、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,根脱脂的工艺。莫开菊据需要,还可以增加一些脱色、等人[4]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DEAE纤维素或DuoliteA7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H2O2溶液氧化脱除色素,这种氧化脱色是暂时的,色素物质仍然存在于多糖溶液中,一旦有还原剂的加入,就会显现出原来的颜色[5]。另外,多糖在浸提前还可根据需要进行一些处理,如微波加热处理、酶法处理、超声波处理、酸碱处理等。由于酸碱处理易破坏多糖的空间结构及活性,目前,大多采用酶法、超声波或微波等方法破碎细胞,加入乙醇等有机溶剂除去材料中的脂类物质后,再提取多糖。程超[6]在平菇水溶性多糖提取中发现酶法处理更容易去除杂质,多糖回收率更高(见表1)。多糖具有多种生物活性,具有提高免疫,降血糖,抗肿瘤,抗病毒等功能,被认为是构成生命的四收稿日期:2006-06-14

作者简介:尹艳(1982-),女,在读硕士生,主要从事生物活性多糖的

研究。

基金项目:广东省自然科学基金博士科研启动基金(4300456)和教育

部留学回国人员科研启动基金资助项目。

2多糖的提取方法

2482007年第02期

食品工业科技综述

表1预处理对多糖得率的影响[6]预处理

多糖得率(%)

Vol.28,No.02,2007现局部高温以及放电现象,产生空化作用[5]。超声波空化可以从稳态空化转化成瞬态空化,空化泡瞬间长大破裂,吸收的能量在极短的时间和极小的空间内释放出来,形成高温高压的环境,同时伴随有一定强度的冲击波和微声流,从而破坏细胞壁结构,使其在瞬间破裂,释放细胞内的有效成分,大大提高了提取率。从药草和颉草属植物中得到乙醇溶液萃取物的过程中,超声方法比传统方法更有效率[12]。与传统萃取相比,超声萃取可以从不溶于乙醇的植物残基中获得更多的水溶性多糖,其提取率从9%增加到热水浸提(对照)

冷水浸泡3h+微波处理6min微波处理6min+热水浸提

干粉微波处理

酶处理

酶处理+热水浸提8.838.159.709.189.6315.7

2.1溶剂浸提法

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提法进行粗提。聂凌鸿[7]采用热水浸提广东淮山水溶性多糖,在固液比1∶8,浸提温度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10%,提高了11%[8]。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,这些是超声的不足之处。然而,超声并不影响水溶性多糖的生物性能[13]。因此,超声辅助提取法是一种高效实用的多糖提取方法。0.3mol/L,浸提时间为1h的最佳碱提工艺条件下,广在广东淮山东淮山水溶性多糖的提取率为0.2529%。水溶性多糖的最佳提取工艺中,碱提具有相对较快的速度,而热水浸提能够得到相对较高的提取率。另外,也可以两种溶剂结合使用,Z.Hromá等人[8]dková是用热水和稀碱分离出多糖细胞壁成分。水提取的缺点是提取温度高,耗时长且效率低,成本高,安全性低,而酸碱提取易破坏多糖的空间结构及活性。2.4微波辅助提取法

微波提取过程中,微波辐射导致植物细胞内的极性物质,尤其是水分子,产生大量热量,使得细胞内的温度迅速上升,液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的孔洞,进一步加热,导致细胞内部和细胞壁水分减小,细胞收缩,表面出现裂纹。由于孔洞和裂纹的存在,胞外溶剂容易进入细胞内,溶解并释放胞内多糖。微波的频率很高,能深入渗透物体,对细胞的结构有较大作用。微波加热的热效率高,温度升高快速而均匀,因此,应用微波加热提取手段,能够显著缩短萃取时间,较大程度地提高多糖的萃取效率。2.2酶法

酶法是通过酶反应将原料组织分解,加速有效成分的释放和提取,选择适宜条件将影响提取的杂质分解去除,促进某些极性低的脂溶性成分转化成糖苷类易溶于水的成分,降低提取的难度。OurdiaBouzid等人[9]用酶能够专一地水解酚类化合物和多糖之间的酯键。HaukeHilz等人[10]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、回收率高和节约能耗等优点,因此,酶法提取的应用前景十分广阔。由于酶具有专一性和选择性的特点,应用时多采用复合酶。需要注意的是一组酶之间的协同关系、底物、抑制剂和酶的浓度,还要注意酶解设备与工艺参数,如粉碎、粉碎设备、温度和pH、时间等。JonLundqvist等人[14]应用微波加热从云杉碎片中提取得到水溶性半纤维素多糖。聂金媛等人[15]将微波辅助提取新技术应用于茯苓水溶性多糖的提取过程,在微波占空比42%,时间18min,固液比1∶50时提取率为2.792%。表2是水溶性多糖微波辅助提取法与其他方法的对比,与传统回流法中提取率最高的一组相比,时间大大缩短,提取率是传统法的两倍;与超声提取相比,只用不到一半的时间,提取率提高63.5%。另外,与酶法[16]相比,提取时间明显缩短,提取率也略高。微波法不论在节能、高效,还是在操作方面都具有优越性。2.3超声辅助提取法

超声的机械化学作用通过破坏细胞壁和加强细胞内的传质作用,提高了植物中有机化合物的提取速度[11]。超声波在液体内传播时,液体介质不断受到压缩和拉伸,在拉力作用下,液体断裂形成暂时的近似真空的空洞,压缩时,这些空洞就会发生崩溃,出2.5超临界流体萃取法

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表2水溶性多糖的微波辅助法与其他方法提取效率的比较[15]

传统回流法

最佳提取时间(min)

与微波辅助法相比所用时间的倍数

水溶性多糖提取率(%)微波辅助法提高的百分率(%)

超声提取法

酶法

微波辅助法

603.331.35106.5402.221.7163.51005.552.4016.3181.002.790

2007年第02期

249食品工业科技ScienceandTechnologyofFoodIndustry

立即以溶于吸收液的液体状态与气态流体分开,从而达到萃取目的[17]。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[5]。超临界CO2萃取法是采用CO2作为流体的一种超临界萃取方法。廖周坤等[18]采用超临界CO2萃取装置,从藏药———雪灵芝中萃取多糖类成分。超临界综

鉴定[M].北京:化学工业出版社,2004.31~52.述

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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CO2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。对于不同的多糖,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。随着科学理论的不断发展,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。CarbohydratePolymers,2005,58:477~488.[11]IEEl'Piner.UltrasoundPhysicalandBiologicalEffects[M].NewYork:ConsultantsBureau,1964.[12]PValachovic,APechová,TJMason.Towardstheindustrialproductionofmedicinaltincturebyultrasoundassistedextraction[J].Ultrason.Sonochem,2001(8):111~117.,AEbringerová,PValachovic.Ultrasound-[13]ZHromádkováassistedextractionofwater-solublepolysaccharidesfromthe参考文献:

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