羊棲菜多糖分離工藝的研究

高壇玉，劉思淵，林國榮

（莆田學院環境與生物工程學院，福建省新型污染物生態毒理效應與控制重點實驗室，福建 莆田 351100）

羊棲菜又名海大麥、玉草等，是北太平洋西部特有的暖溫帶性海藻，廣泛分布于我國遼寧、山東、福建、浙江省沿海，具有軟堅散結，利水泄熱等功效，且藻體肥厚多汁，富含多糖、膳食纖維、蛋白質、維生素和礦物質，以及人體所需的各種微量元素和八種必需氨基酸。它可作為工業用褐藻膠原料和藥品，臨床上多用于治療甲狀腺腫、淋巴浮腫病、腳氣病等，具有很高的食用和藥用價值。

羊 棲 菜 多 糖 （SargassumfusiformePolyccharides，SFPS）是指從羊棲菜中提取的水溶性多糖，主要由褐藻酸和褐藻糖膠組成。羊棲菜多糖具有增強機體免疫力、抑制腫瘤細胞、抗菌和抗病毒等生理活性。多糖是羊棲菜中的主要活性成分，研究發現多糖的生物學功能與其化學性質有關，只有分離出多糖的有效成分并明確其結構特征，才能進一步研究其藥理活性。

以羊棲菜為原料，用熱水浸提法提取羊棲菜多糖粗品，篩選出最優樹脂對羊棲菜多糖進行分離純化，確定最佳多糖提取和分離純化參數，為羊棲菜多糖的開發與應用奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試供材料及處理

將羊棲菜粉碎烘干，在冰箱中保存待用。

1.2 主要化學試劑與儀器

主要試劑：無水乙醇（天津市鼎盛鑫化工有限公司），苯酚（天津市鼎盛鑫化工有限公司），濃硫酸（國藥集團化學試劑有限公司），大孔樹脂HPD-100、HPD-400、HZ-801、HZ-818、NKA-9、LSA-5 （上海藍季科技發展公司）。

主要儀器：SartoriusBS224S電子天平（Sartorius公司）、DK-S24型電熱恒溫水浴鍋（上海精勝科學儀器有限公司）、YZ1515x衡流泵（保定蘭格衡流泵有限公司）、722型可見光分光光度計（上海精密科學儀器公司）、pH計 （廈門精益興業公司）、BS-100A收集器（蘇州江東精密儀器有限公司）、SHZ-D（Ⅲ）循環水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責任公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 多糖標準曲線的制作

1）葡萄糖標準溶液配制 用分析天平精密稱取干燥后的葡萄糖5.00mg，加適量水溶解并于50 mL容量瓶中定容，配置成0.1 mg／mL的葡萄糖標準溶液。

2）葡萄糖標準曲線制作 用移液管從上述配制的葡萄糖標準溶液中分別吸取 0 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1 mL，轉入干凈試管中，補加去離子水至1 mL。然后，運用硫酸-苯酚法依次加入2.5mL濃硫酸和0.5 mL 6%苯酚溶液，搖勻并冷卻到室溫后靜置20 min。以第一管為空白，在490 nm處測定吸光度A，再以吸光度A為縱坐標、糖濃度C為橫坐標，得到回歸方程。

1.3.2 提取工藝的確定取羊棲菜粉末 5.0 g，分別加入75 mL的去離子水和75 mL的乙醇，在60℃的水浴鍋中提取2 h，再取5.0 g羊棲菜粉末加入75 mL去離子水在60℃超聲波環境下提取0.5 h，通過測其吸光度選出最佳提取工藝。其次，取羊棲菜粉末5.0 g，運用最好的提取方法分別在45℃、60℃、75℃、90℃下加熱2 h，得到不同溫度下的羊棲菜多糖提取液，確定最優提取溫度。再次，按照 1∶10，1∶12.5，1∶15，1∶20固液比，在上述試驗后的最優溫度下水浴加熱2 h，確定最優提取固液比。最后，在水浴加熱時間為1.5 h，2 h，2.5 h，3 h 的條件下，按照上述試驗所得的最適溫度和最適提取固液比進行試驗，確定最適提取時間，即可確定羊棲菜多糖適宜提取工藝。

將上述不同條件下所得的提取液取1 mL于干燥潔凈的試管中，依次加入2.5 mL濃硫酸和0.5 mL 6%苯酚溶液，邊滴加邊震蕩，冷卻至室溫后靜置20 min，在490 nm處測其吸光度。

1.3.3 樹脂的篩選

1）樹脂預處理 樹脂經預處理并用水沖洗，直到無色無味。

2）靜態吸附 選用大孔樹脂 HPD-100、HPD-400、HZ-801、HZ-818、NKA-9、LSA-5 各 5 mL， 分別加入羊棲菜多糖提取液80 mL，在100 r／min搖床上5次吸附。第一次為吸附2 h測一次吸光度，此后每隔1 h測一次吸光度，共吸附6 h。然后，將所得吸附液取1 mL于干燥潔凈的試管中，依次加入2.5 mL濃硫酸和0.5 mL 6%苯酚溶液，邊滴加邊震蕩，冷卻至室溫后靜置20 min，在490 nm處測其吸光度。

3）靜態洗脫 在吸附后的樹脂中加入60 mL 50%的乙醇，洗脫3h后將所得洗脫液取1 mL于干燥潔凈的試管中，依次加入2.5 mL濃硫酸和0.5m L6%苯酚溶液，邊滴加邊震蕩，冷卻至室溫后靜置20 min，在490 nm處測其吸光度。

1.3.4 動態吸附

1）飽和吸附。NKA-9樹脂在無水乙醇中浸泡24 h，用去離子水洗至中性。在層析柱中加入15 mL濕樹脂，以2 BV的流速吸附羊棲菜多糖的提取液。經分部收集器收集得到漏出液，并在490 nm處測定吸光度。

2）動態吸附。采用水提取方式，1∶15固液比，在90℃條件下提取3 h得到提取液。經無水乙醇浸泡NKA-9樹脂24 h后，用去離子水洗至中性，在玻璃層析柱中裝填15 mL濕樹脂，加入100 mL羊棲菜多糖提取液，在1 BV、2 BV、3 BV三種不同流速下進行動態吸附，以篩選出最優提取效果下的流速，再進行不同上樣濃度的吸附。 按照 1∶10，1∶15，1∶20 不同固液比，在90℃下取提取液100 mL，在玻璃層析裝填15 mL濕樹脂，在最適流速下進行吸附處理。

取上述不同條件下的吸附液1 mL于干燥潔凈的試管中，依次加入2.5 mL濃硫酸和0.5 mL 6%苯酚溶液，邊滴加邊震蕩，冷卻至室溫后靜置20 min，在490 nm處測其吸光度。

1.3.5 動態洗脫對上述完成動態吸附的樹脂柱用去離子水淋洗，然后低溫保存處理。

取動態吸附后的樹脂15 mL填裝于玻璃層析柱中，然后用50%、60%和70%乙醇溶液120 ml進行洗脫處理，流速為2BV。 然后，以120 ml最佳乙醇濃度進行洗脫處理，流速為1BV、2BV和3 BV。取上述不同條件下的吸附液1 mL于干燥潔凈的試管中，依次加入2.5 mL濃硫酸和0.5 mL 6%苯酚溶液，邊滴加邊震蕩，冷卻至室溫后靜置20 min，在490 nm處測其吸光度。

1.3.6 純度測定

精準稱取制備好的的樣品，用甲醇作為溶劑，將樣品溶解并定容至10 mL，同上法測定溶液吸光度，通過標準曲線計算出純化后的多糖濃度，按照下式計算純度：

式中，C為通過標準曲線計算出的純化后果皮花青素的濃度，mg／mL， V 為定容體積，10 mL，m 為精準稱取的樣品質量，mg

2 結果與分析

2.1 多糖標準曲線的制作

羊棲菜多糖標準曲線見圖1。

圖1 多糖標準曲線Figure 1 Standard curve of polysaccharide

樣液吸光度為A490 nm＝7.430，代入圖1標準曲線方程，得出樣液羊棲菜多糖質量濃度為1.046 mg／mL。

表1 不同提取方式對羊棲菜多糖提取的影響Table 1 Effect of different extraction mode on extraction of Sargassum fusiforme polysaccharides

2.2 提取工藝的確定 不同提取方式對羊棲菜多糖提取的影響見表1。

2.2.1 提取方式的確定由表1可以看出，水提取法效果最好，乙醇提取法次之，超聲波提取效果最差，故本試驗選用水提取方式提取羊棲菜中的多糖。

2.2.2 提取溫度的確定不同溫度對羊棲菜多糖提取的影響見圖2。

由圖2可以看出，水提取法中羊棲菜多糖的提取效果隨著溫度的增加而增大，且增加幅度隨溫度升高而呈遞增趨勢。60℃之前，多糖提取量隨溫度升高而增加的速度較緩慢，在溫度達到60℃以后，隨著水浴溫度的提高，多糖分子熱運動隨之加快，多糖提取量亦隨之增加，60～75℃之間增速較快，75～90℃之間達到最快增速，溫度達到90℃時為最佳提取效果。

圖2 不同溫度對羊棲菜多糖提取的影響Figure 2 Effect of different temperature on extraction of Sargassum fusiforme polysaccharides

2.2.3 最適提取固液比的確定不同固液比對羊棲菜多糖提取的影響見圖3。

圖3 不同固液比對羊棲菜多糖提取的影響Figure 3 Effect of different solid-to-liquid ratio on extraction of Sargassum fusiforme polysaccharides

由圖3可以看出，多糖提取效果隨固液比的變化而變化。當固液比小于1：15時，多糖提取效果逐漸遞增；當固液比為1∶15時，羊棲菜多糖提取效果最好；隨著固液比增大，其提取效果逐漸降低。造成此現象的原因是：當固液比小于1∶15時，其羊棲菜多糖沒有完全溶解于水中，故提取效果較差；當固液比大于1∶15時，其溶液中水較多，對羊棲菜多糖起到稀釋作用，且固液比越大，其溶液中多糖濃度就越小，繼而提取效果隨之下降。

2.2.4 不同時間條件下提取效果不同時間對羊棲菜多糖提取的影響見圖4。

圖4 不同時間對羊棲菜多糖提取的影響Figure 4 Different time on extraction of Sargassum fusiforme polysaccharides

由圖4可以看出，羊棲菜多糖提取量隨提取時間的增加而呈遞增趨勢，且隨著時間的增加，多糖提取量的增大趨勢逐漸減緩。當提取時間達到3 h時，多糖提取效果最好。

2.3 大孔樹脂分離工藝的確定

2.3.1 大孔樹脂篩選 大孔樹脂靜態吸附與解吸結果見表2。

表2 大孔樹脂靜態吸附與解吸結果Table 2 Static adsorption and desorption results of macroporous resin

從表2可知，隨著時間的增加各個大孔樹脂的吸附量逐漸增大，對羊棲菜多糖提取而言，吸附量最佳的是NKA-9，HZ-818次之，HPD-400最差；洗脫效果最好的是NKA-9，HZ-818次之，其中HB-801最差。由于NKA-9吸附能力最佳，洗脫效果最好且解吸率最高，故后續試驗采用NKA-9型大孔樹脂。

2.3.2 NKA-9大孔樹脂對多糖飽和吸附量確定NKA-9大孔樹脂飽和吸附曲線見圖5。

由圖5可以看出，以2BV的速度進行吸附，當上樣量達到85 mL時，其吸附液吸光度變化很小，趨近于原液的40.71，但仍呈上升趨勢。其最大吸附量為106.95 mg／mL，故決定動態吸附時的上樣量為100 mL。

圖5 NKA-9大孔樹脂飽和吸附曲線Figure 5 Saturation adsorption curve of NKA-9 macroporous resin

2.4 動態吸附

2.4.1 NKA-9大孔樹脂在不同流速下吸附效果不同流速下NKA-9大孔樹脂的吸附曲線見圖6。

圖6 不同流速下NKA-9大孔樹脂的吸附曲線Figure 6 Adsorption curve of NKA-9 macroporous resin with different flow rate

從圖6中可以看出，當流速為2 BV時，NKA-9對多糖的吸附效果明顯優于1 BV和3 BV。吸附流速不同時會影響多糖在樹脂中的擴散速度，吸附效果受溶質在樹脂表面擴散速度的的影響。當流速為3 BV時，流速過大會導致樹脂吸附量降低。當流速為1 BV時，吸附流速過小會導致吸附時間增加。當流速為2 BV時，其吸附效果最好，達到飽和時的上樣體積為100 mL。

2.4.2 NKA-9大孔樹脂在不同濃度下吸附效果不同濃度下NKA-9大孔樹脂的吸附曲線見圖7。

圖7 不同濃度下NKA-9大孔樹脂的吸附曲線Figure 7 Adsorption curve of NKA-9 macroporous resin with different concentration

從圖7可以看出，不同濃度的提取液其吸附效果具有較為明顯的差異。濃度越大時，提取液中的溶質極易造成大孔樹脂堵塞，導致吸附效果上升緩慢；提取液濃度越小，其吸附時達到飽和所需要的提取液就越多。因此，羊棲菜多糖吸附的最適濃度為1.671 mg／mL。

2.5 動態洗脫

2.5.1 不同乙醇濃度下洗脫效果不同濃度下NKA-9大孔樹脂的洗脫曲線見圖8。

從表8可以看出，乙醇濃度越大其洗脫效果越好，當乙醇濃度達到70%時洗脫率最高，但到洗脫后期出現較明顯的尾部。當乙醇濃度達到50%時，其洗脫效果遠不及60%和70%乙醇的洗脫效果，故以60%乙醇為最佳洗脫濃度。

2.5.2 不同流速下洗脫效果不同流速下 NKA-9大孔樹脂的洗脫曲線見圖9。

圖9 不同流速下NKA-9大孔樹脂的洗脫曲線Figure 9 Elution curve of NKA-9 macroporous resin with different flow rate

從圖9可以看出，NKA-9大孔樹脂的洗脫效果與流速呈正相關。當流速達到3 BV時，洗脫出現高點，但在2 BV時其洗脫曲線呈現出更好的對稱性，據此確定出2 BV的乙醇為最佳洗脫時的流速。

2.5.3 純度測定精密稱取冷凍干燥后的樣品 0.0056 g，測定溶液吸光度，計算得到分離后的果皮多糖濃度為 0.353 mg／mL，純度達到了 63.1%。

3 結論

羊棲菜多糖是從全藻中提取的一種水溶性多糖，包括褐藻酸、褐藻多糖硫酸酯及褐藻淀粉，具有抗腫瘤、抗氧化、降血脂、降血糖和促進機體生長發育等多種藥理活性。試驗表明：羊棲菜在1∶15的固液比，90℃溫度加熱3 h后，其提取效果最好。選用NKA-9大孔樹脂進行吸附時，最適上樣濃度為1.671 mg／mL，最適流速為2 BV；洗脫時流速為2 BV，乙醇濃度為60%，獲得羊棲菜多糖的純度達到63.1%。