超濾在多糖中的應用研究

王文正，呂建國，何葆華

(1.甘肅省膜科學技術研究院，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省膜分離工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730020)

20世紀70年代以來，科學家們發現多糖及糖復合物參與了細胞各種生命現象的調節，多糖尤其是中藥多糖因具有增強機體免疫功能及抗腫瘤等藥理作用，且幾乎沒有毒性，愈來愈引起人們的關注[1]。目前，大部分低聚多糖生產過程中，初始料液中的低聚多糖含量很低(1.0 g·L-1左右)，且含有大量的無機鹽(主要為NaCl)，其分離濃縮比較困難，采用傳統方法如離子交換脫鹽和真空濃縮等處理多糖稀溶液，需耗費大量的酸堿再生樹脂，造成二次污染，而且能耗大、成本高[2]。

膜分離技術是一項新興的高效分離技術，被公認為是20世紀末到21世紀中期最有發展前途的重大高新生產技術之一，成為世界各國研究的熱點，目前已廣泛應用于醫藥、食品、化工、環保等多個領域[3]。超濾具有無相變、常溫運行等優點，用于多糖的分離、濃縮及純化過程具有明顯的優勢。近年來利用膜技術進行多糖分離與濃縮的研究越來越多，主要集中在菌類多糖的分離濃縮上，也有采用超濾進行中藥多糖的分離與濃縮。作者在此介紹了超濾在多糖提取、濃縮中的應用，并對其發展提出了建議。

1 分離原理

1.1 超濾原理

超濾(UF)是以壓力差為推動力的膜分離過程。超濾膜分離主要是依據篩分原理，根據膜的截流分子量不同進行分離。當液體混合物在一定壓力下流經膜表面時，膜表面的微孔結構對物質進行選擇性分離，小分子透過膜得到超濾液，而大分子物質則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高得到濃縮液，從而實現大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的[4]。

1.2 超濾孔徑

超濾膜的孔徑一般在1～100 nm之間，能夠截留分子量300～500 000 Da的物質，包括多糖、生物分子、聚合物和膠體物質等。大多數超濾膜以其標稱分子量(MWCO)來描述其基本特性，膜標稱的切割分子量一般定義為膜具有90%以上截留率的最小分子量。

2 超濾在多糖中的應用研究

2.1 在多糖提取分離中的應用研究

枸杞的主要生物活性物質是枸杞多糖。白壽寧等[5]采用干枸杞子以乙醇沉淀法提取枸杞多糖粗品，或將新鮮枸杞漿果制成枸杞原汁后用膜脫色素，再用1～100 000分子量超濾膜進行分離濃縮后真空冷凍干燥，得到枸杞多糖粗品。

念保義等[6]利用超濾膜裝置對浸提的香菇多糖進行分離。同時對超濾過程的阻力及傳質特性進行分析，并建立了超濾過程的修正凝膠極化模型。香菇多糖提取率為5.7%，多糖質量分數為89.2%，說明利用超濾方法分離濃縮香菇多糖是有效的。

謝紅旗等[7]采用中性蛋白酶輔助水提法提取香菇多糖，利用超濾膜分離多糖，研究酶法提取條件和超濾膜及分離參數的選擇。結果表明，中性蛋白酶在pH值為4.8、溫度為50℃、處理時間為60 min的條件下，能有效提高多糖的提取率，降低雜質蛋白質的含量。采用截留分子量為50 kDa、300 kDa的陶瓷超濾膜，在溫度為35℃、壓力為0.15 MPa的中性環境下，能有效濃縮香菇多糖提取液，并將多糖分為三部分：不含蛋白質的小分子量多糖、含少量蛋白質的中等分子量多糖和含大量蛋白質的大分子多糖。

滿山香子為五味子科植物滿山香的種子。滿山香廣泛分布于我國廣西、云南等省區。滿山香含有大量具備保肝降酶、抗艾滋病毒、抗腫瘤和PAF拮抗功能的活性成分，已有學者對其活性成分進行研究。鄧勝平等[8]以滿山香子為原料提取多糖，利用超濾膜分離裝置進行滿山香子多糖的分離，對影響超濾的工藝條件如料液比、提取溫度、提取時間、提取壓力進行考察，確定最佳的提取條件為：滿山香子∶水=1∶20，提取溫度80℃，提取時間2 h，提取壓力0.20～0.30 MPa。提取物的多糖含量為5.65%，超濾后的提取物中多糖含量達80.29%，提取物得率為1.19%。

李樹珍等[9]采用截留分子量為6000 Da的中空纖維超濾分離黃芪水提液中的多糖。結果表明，超濾法的多糖粗提物收率較水提醇沉法低，但多糖含量較水提醇沉法提高了20%，可降低口服給藥劑量。

浮萍為浮萍科植物紫背浮萍或青萍的全草，在我國各地分布廣泛，資源豐富。浮萍多糖是其重要的生物活性成分。通過煎煮、超濾、脫蛋白、乙醇沉淀等步驟得到淺褐色浮萍多糖粉末，純度53.5%，蛋白質含量1.2%，收率6.43%。該方法可以簡單、快速、有效地對浮萍多糖進行分離[10]。

2.2 在多糖濃縮中的應用研究

近年來，國內外對銀耳的主要成分——銀耳多糖進行了較多研究[11]，其平均分子量約為70 kDa[12]。左勇等[13]采用超濾濃縮銀耳多糖，研究了超濾膜的選擇、預處理方法、料液溫度、壓力和pH值對超濾的影響。結果表明，采用70 kDa內壓式中空醋酸纖維素超濾膜，在溫度為25℃、壓力為0.12～0.15 MPa的中性水溶液環境下，產率較通常的濃縮方法提高22.4%。

薏苡仁是禾本科植物薏苡的干燥種仁，是具有很高藥用和營養價值的中藥和保健食品，其活性成分之一薏苡仁多糖具有顯著的降血糖、調節代謝紊亂和增強人體免疫力的功效。杜邵龍等[14]研究了薏苡仁多糖的提取液超濾法濃縮和除小分子雜質過程，對比了4種不同截留分子量陶瓷超濾膜的濃縮效果，結果表明，截留分子量為150 kDa 的超濾膜對薏苡仁多糖的截留率達到98%以上，最適于薏苡仁多糖提取液濃縮；同時研究了濃縮倍數對膜污染的影響，選擇適當的濃縮倍數對于膜法濃縮過程的經濟性非常重要；采用熱水洗、堿洗和次氯酸鈉清洗后，膜通量能夠恢復到實驗前的水平。

南瓜是一種糖尿病療效食物。從南瓜中提取的南瓜多糖，對大鼠、家兔、人等有非常顯著的降血糖作用。但是，南瓜中的南瓜多糖含量通常都在3%以下，要達到降血糖效果，患者必須長期食用大量南瓜，讓人難以接受。因此，有必要開發南瓜多糖精制產品。目前，國內對南瓜多糖的分離提取主要采用傳統的水提醇沉法，存在能耗高、乙醇等試劑消耗大、色素脫除不徹底、成本高、效率低等問題，而利用超濾膜技術分離純化南瓜多糖能很好地解決這些問題。采用截留分子量為10 kDa的超濾膜，在超濾壓力為0.1 MPa、超濾溫度為25℃的條件下，截留率達94.5%、脫色率達68.6%、還原糖脫除率達82.9%。因此，采用超濾工藝可以省略傳統多糖提取工藝中的透析步驟，截留液在進一步脫除蛋白質后，可以直接通過干燥獲得粗多糖[15]。

羊肚菌富含蛋白質、多糖、核酸以及多種微量元素和維生素。以羊肚菌為原料的保健品已得到美國FDA的許可?，F代藥理研究表明，羊肚菌多糖是其藥用有效成分之一，有增強機體免疫力、抗疲勞、抗病毒、抑制腫瘤等[16]諸多功效。已有大量研究分析羊肚菌中的多糖、蛋白質、核酸、生物堿、有機酸、甾醇、萜類及無機鹽、維生素等活性物質，但對羊肚菌深層發酵提取胞外多糖的研究尚少。李蔚等[16]確定超濾提取濃縮純化羊肚菌胞外多糖的最佳條件為：超濾膜的截留分子量10 kDa、超濾壓力0.100 MPa、超濾溫度20℃，在此優化條件下，胞外多糖截留率達到95.72%，為進一步放大實驗和工業化生產的優化和控制提供理論依據。

3 結語

超濾雖然有諸多優點，但是目前工業推廣應用比較慢，其主要原因如下：

(1)在超濾工藝的設計中，膜前預處理必不可少。預處理過程選擇得合理，多糖的損失少、分離效果好、純化與濃縮才能達到設計要求，但是這種前期預處理難度很高，限制了超濾在多糖中的應用推廣，建議今后要進一步加大前期預處理工藝的研究。

(2)在超濾用于多糖的提取、分離時，由于工藝線路較長，在運行過程中，設備的管道中殘留部分多糖，造成多糖損失，因此設計合理的工藝路線也是推廣超濾在多糖生產中應用的不可缺少的環節，建議深入優化超濾膜設備的設計、簡化工藝路線。

(3)在采用超濾處理料液的工藝研究中，大多數研究人員注重了膜的清洗研究，在選擇清洗劑、清洗方法上研究成果較多，但是，對抗污染超濾膜材料的研究報道不多，膜的清洗過程往往會影響生產，因此，盡快研制抗污染的超濾膜材料是解決超濾膜污染問題最根本的出路。

在我國大力提倡清潔工業、可持續發展的方針下，超濾在多糖中的應用研究越來越受到重視。如何實現工業化將是今后研究的主題，隨著研究的不斷深入，逐步克服阻礙超濾在多糖應用中的工業化難點，利用超濾實現多糖分離、濃縮、純化的現代化工業生產必將成為現實。

[1] 劉天龍，許劍琴.多糖現代研究及應用進展[J].中國獸醫雜志，2004，40(3)：24-26.

[2] 俞三傳，陳小良，潘巧明，等.多糖納濾濃縮初步研究[J].水處理技術，2001，23(1)：9-11.

[3] 施東魁，胡春梅.膜分離技術及其在醫藥生產和研究中的應用[J].中國中藥雜志，2006，36(15)：1221-1224.

[4] 宋皖英.膜分離技術的一項新進展[J].安徽教育學院學報，2006，24(6)：78-79.

[5] 白壽寧，徐延梅，雍彤，等.枸杞多糖提取及分離純化技術探討[J].食品工業，2000，(3)：9-10.

[6] 念保義，陳銘，王錚敏.超濾膜分離香菇多糖的研究[J].化學工業與工程技術，2003，24(4)：27-29.

[7] 謝紅旗，周春山，杜邵龍，等.酶法提取、超濾分離香菇多糖新工藝研究[J].食品科學，2007，28(4)：217-219.

[8] 鄧勝平，李俊，溫桂清，等.滿山香子多糖的膜分離研究[J].廣西輕工業，2006，22(4)：6-9，15.

[9] 李樹珍，趙紅霞，白衛國，等.黃芪不同提取工藝多糖含量的比較[J].中草藥，1995，26(8)：408-409.

[10] 周菁，王伯初，王陽，等.超濾法分離浮萍多糖的工藝[J].重慶大學學報(自然科學版)，2006，29(4)：69-71.

[11] 聶偉，張永祥，周金黃.銀耳多糖的藥理學研究概況[J].中藥藥理與臨床，2000，16(4)：44-46.

[12] 吳梧桐，余品華，夏爾寧，等.銀耳孢子多糖TF-A、TF-B、TF-C的分離純化及組成單糖的鑒定[J].生物化學與生物物理學報，1984，16(4)：393-398.

[13] 左勇，羅惠波，吳華昌.超濾濃縮銀耳多糖的研究[J].中國醫藥工業雜志，2004，35(12)：718-720.

[14] 杜邵龍，周春山，雷細良，等.超濾膜法濃縮薏苡仁多糖提取液[J].膜科學與技術，2007，27(5)：78-81.

[15] 吳建中，郭開平，傅亮，等.采用超濾技術濃縮提純南瓜多糖[J].食品研究與開發，2006，27(2)：41-43.

[16] 李蔚，王忠民，龔平，等.超濾技術濃縮分離羊肚菌胞外多糖的研究[J].食品與藥品，2008，10(11)：35-37.