CN103172759B

CN103172759B - 利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法

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Publication number: CN103172759B
Application number: CN201310085095.7A
Authority: CN
Inventors: 赵兵; 赵庆生; 查圣华; 王晓东
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: CN103172759A

Abstract

本发明涉及生物医药技术领域，具体地提供一种利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法。其步骤包括：将枸杞粗多糖溶液低温条件下反复冻融除杂质，采用Sevage法脱蛋白；纯化后的枸杞多糖溶液，添加辅助降解剂，加载超声波超声处理，加入少量体积的乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物而不立即产生沉淀状态；梯度提高乙醇浓度至85%，至悬浊物消失时终止反应，得多糖降解液；多糖降解液经过膜分离技术，制备分子量小于5000的枸杞多糖，及聚合度为2～10的枸杞寡糖产品。本发明工艺简单，操作简便，适用于工业生产，而且所得的小分子量枸杞多糖、枸杞寡糖具有抗肿瘤，抗氧化、抗衰老、提高免疫力等活性，在食品和医药领域具有广泛应用前景。

Description

利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，具体地涉及利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法。

背景技术

枸杞(Lycium bararum L.)是我国传统药食同源中药材，具有补肾养肝、润肺明目、益精、补血等功效。临床医学研究还表明，枸杞子对糖尿病、高血压、视神经萎缩、肾炎、肝炎等有显著疗效。这些药理作用与枸杞活性多糖有关。

枸杞多糖(Lycium barbarum polysaccharides，LBP)是枸杞的有效成分之一。经研究发现，LBP具有降血糖、抗疲劳、增强免疫、耐缺氧、延缓衰老、促进排铅等多种生物功能。因此LBP作为天然抗氧化剂具很高的开发价值。LBP组成较为复杂，分子量分布范围较广，可从几千到几十万。黄琳娟等从制备枸杞多糖LBP经DEA-cellulose，Sephadex柱层析得到均一组分LbGP3、LbGP4和LbGP5，分子量分别为9.25×10⁴、21.48×10⁴和2.37×10⁴(黄琳娟等,药学学报,1998,33(7):512-516)。赵春久等分离的4种枸杞多糖在8000到66000之间（北京医科大学学报, 1997,29(3):231-233），何进等采用DEAE纤维素柱层析和凝胶柱层析法分离纯化3种枸杞多糖分子量均大于2万（中国药学杂志,1996,31(12):716-720）。徐鹏利用水做溶剂从枸杞中提取糖类成分,经体积分数95%乙醇沉淀脱蛋白质和多糖,再经大孔树脂分离,得到的低聚糖通过离子交换和凝胶柱层析,得到了2个低聚糖组分。经ESI-MS分析测定低聚糖的平均分子量分别为666.4,504.3（食品与发酵工业,2009,35:196-198）。

研究表明，多糖的生物活性与其相对分子量大小有关，相对分子量越大，体积越大，越不利于多糖跨越多重细胞膜障碍而进入生物体内发挥生物学活性。袁振林研究表明只有分子量在20000左右的枸杞多糖对S-180肿瘤和路易丝肺癌有较好的疗效（广东化工,2003,3:43-45）。李越鲲研究不同分子量枸杞多糖的体外抗氧化活性，采用膜分离技术对枸杞多糖(LBP)进行分离，以得到分子量<l万(LBP1)、1～3万(LBP2)、3～5万(LBP3)、>5万(LBP4)的多糖，并对LBP及这4种小分子枸杞多糖的体外抗氧化活性进行测定。结果表明不同分子量的小分子多糖抗氧化活性均高于粗多糖，其中LBP2清除超氧院离子自由基作用、清除羟自由基活性、总抗氧化能力最强，显著高于LBP（安徽农业科学,2012,40(29):14174-14175）。潘志强经糖化酶降解枸杞多糖相对分子质量由30000降到17000左右，并研究表明:中相对分子质量的枸杞多糖可显著增加小鼠脾脏指数;可显著增强巨噬细胞的吞噬能力，提高机体对病原微生物的抵抗力;可显著促进T及B淋巴细胞的增殖，从而增强机体的体液免疫和细胞免疫功能(药物研究,2010,19:13-14)。王博采用非特异性酶PronaseE和β-消除反应释放糖链，然后酸降解得到以半乳糖为主要糖组成的聚合度为2～8寡聚半乳聚糖主链，命名为OL-oligosaccharides，并检测了片段的免疫活性（西北大学,2011年硕士学位论文,枸杞糖复合物LbGp4的降解及其活性寡糖片断的初步探究）。姚瑞祺等采用5种不同截留分子量的超滤膜分离LBP测定不同分子量枸杞多糖(LBP)的含量和铁离子还原力(FRAP)法测定抗氧化活性。结果得到6种不同分子量的LBP样品液,其中分子量5000以下的LBP占74.5%，FRAP值0.745;5000～1万的占11.0%，FRAP值0.597;1～3万的占7.7%，FRAP值0.923;3～10万的占2.4%，FRAP值1.060;10～30万的占2.4%，FRAP值0.720;30万以上的占1.9%，FRAP值0.401。结论为分子量在5000以下的LBP为总多糖的主要功效成分,开发利用价值最大（姚瑞祺等,食品工业科技,2008,29:89-91）。

寡糖(Oligosaccharide)，也称低聚糖，是指由2至10个单糖单位通过糖苷键连接起来，形成直链或分枝链的一类糖，一般以出发端(还原端)的糖命名，如麦芽寡糖、寡果糖，寡木糖、纤维寡糖等。目前已开发成功的有低聚果糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、乳酮糖、低聚乳果糖、低聚龙胆糖等。功能性寡糖具有独特的生理功能，如促进双歧杆菌增殖、抗龋齿、抗衰老、防肥胖、防止胆固醇积累、降低血压等作用，另外某些寡糖对人体及动植物具有特殊的生理作用，在食品、保健、医药、化工、农业、饲料工业等领域具有广阔的开发前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法。

本发明的方法，包括以下步骤：

（1）多糖溶液的反复冻融：将枸杞粗多糖加去离子水配成多糖溶液，低温条件下（-20～-70℃）冷冻，冷冻完全后，室温条件下缓慢融化，将糖液低温离心，反复冻融离心多次，直至无沉淀为止；

（2）脱蛋白：将经过反复冻融的枸杞多糖溶液采用Sevage法（氯仿:正丁醇=4:1）脱蛋白，经透析，乙醇沉淀，干燥，得纯化的枸杞多糖；

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加化学降解剂或酶解降解剂，加载超声波条件下进行降解1～3h，然后加入一定体积的乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物而不立即产生沉淀状态；

（4）加载超声波条件下继续对多糖-乙醇溶液进行超声处理，随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加浓度≥95%的乙醇，出现悬浊物后暂停添加，待超声降解作用使得悬浊物降解消失后继续添加乙醇至悬浊物出现，如此反复进行至体系中乙醇浓度为80%～85%，体系未见悬浊物产生，停止超声作用，终止反应，得枸杞多糖降解液；

（5）枸杞多糖降解液通过减压浓缩回收乙醇，浓缩液加入等体积去离子水经微滤去除不溶物后，通过膜分离技术，截留小分子量的枸杞多糖，聚合度2～10的枸杞寡糖产物，产物浓缩、干燥得产品。

步骤（1）中所述的枸杞粗多糖为，采用水提醇沉法得到的枸杞粗多糖；多糖提取方法包括热水提取、酶解提取、超声波提取、微波提取等方法中的一种或多种方法；沉淀多糖的乙醇终浓度≥70%；所述的枸杞粗多糖配成的糖溶液浓度为5%～10%；低温冷冻条件为-20～-70℃；冷冻时间2～5h；融化后糖液低温离心条件为0～4℃，3000～5000rpm，10～20min。

步骤（3）中所述的化学降解剂指的是过氧化氢（H₂O₂）、亚氯酸钠（NaClO₂）、盐酸（HCl）、过硼酸钠（NaBO₃）中的一种或两种及以上混合物；化学降解剂使用浓度为0.5～3%，所述的酶解降解剂指的是糖化酶、纤维素酶、溶菌酶、淀粉酶中的一种或两种及以上混合物；所述的糖化酶即为α-1,4-葡萄糖水解酶，酶解的控制温度30～65℃，pH值在3.0～6.0;每克枸杞多糖所需酶的用量为100～1000U；所述的高浓度乙醇为浓度大于95%乙醇；超声过程中超声波的功率控制范围为100～1000W，占空比1:1～1:3。

步骤（4）中使用化学降解剂降解，反应终止后添加氨水或氢氧化钠调节pH至中性；超声停止时间以超声体系中悬浊物的消失为准。

步骤（5）所述的中膜分离技术指的是超滤和纳滤技术，降解液经微滤去除不溶物，泵入超滤装置，根据需要设置不同截留分子量（2000～5000Da），分子量大未被降解的产物返回降解槽继续降解，小分子量产物泵入纳滤装置中，滤掉单糖，得到产物为聚合度2～10的枸杞寡糖产物。

本发明多糖降解过程中加入一定体积的乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物而不立即产生沉淀状态；目的在于使得超声波的空化效应在多糖链之间充分发生作用。乙醇沉淀多糖的过程为随着乙醇浓度的逐渐增加大分子量多糖首先沉淀出来，小分子量多糖及寡糖溶解在乙醇溶液中，沉淀出来的大分子量多糖由于糖链处于紧缩状态，具有一定的“刚性”，而完全溶解在水溶液中多糖的糖链舒展，相对具有一定“柔性”，因此，超声波的空化作用、机械效应以及瞬时高温效应对“刚性”糖链更具有较强的破坏和断键作用。随着超声降解的不断进行，降解后的小分子多糖逐渐被体系中的乙醇溶解稀释，因此，逐步增加乙醇浓度，让未降解的大分子多糖继续析出，继续接受降解作用，直至所有范围分子量的多糖均被降解为一个较窄范围。

化学降解剂过氧化氢（H₂O₂）、亚氯酸钠（NaClO₂）以及过硼酸钠（NaBO₃）属于强氧化性试剂，联合超声波用于降解多糖具有高效、快速等优点，产生的副产物为钠盐，便于去除。酶解降解剂糖化酶、纤维素酶、溶菌酶、淀粉酶可特异性、选择性地切断糖苷键，具有反应温和，无副产物产生，酶活持续久可反复利用等优点。

具体实施方式

实施例1

（1）称取100g枸杞粗多糖，加去离子水配制成5%浓度的多糖溶液，置入-20℃低温条件下冷冻5h，室温条件下缓慢融化，将糖液在4℃，5000rpm条件下，离心10min，去杂质，上清液再次冻融，重复此步骤，至离心后无杂质沉淀为止；

（2）将经过反复冻融的枸杞多糖溶液加入Sevage试剂（氯仿:正丁醇=4:1），震荡、离心，脱除中间蛋白层，上清液经透析袋去离子水透析，加85%乙醇沉淀，沉淀物干燥，得纯化的枸杞多糖；

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加3%浓度的过氧化氢（H₂O₂），加载超声波条件下（超声波设置功率1000W，占空比1:1）进行降解1h，缓慢加入20%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物而不立即产生沉淀状态；

（4）继续加载超声波条件下，对体系进行超声处理，随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加95%乙醇，待体系中乙醇浓度增至85%，体系仍未见悬浊物产生，添加氨水调节pH至中性，终止反应，得多糖降解液；

（5）枸杞多糖降解液通过减压浓缩回收乙醇，浓缩液加入等体积去离子水经微滤去除不溶物后，泵入超滤装置，设置留分子量2000，未被降解的产物返回降解槽继续降解，小分子量产物泵入纳滤装置中，滤掉单糖，得到产物为聚合度2～10的枸杞寡糖产物，产物干燥得枸杞寡糖产品。

实施例2

（1）称取100g枸杞粗多糖，加去离子水配制成10%浓度的多糖溶液，置入-70℃低温条件下冷冻2h，室温条件下缓慢融化，将糖液在0℃，3000rpm条件下，离心20min，去杂质，上清液再次冻融，重复此步骤，至离心后无杂质沉淀为止；

（2）脱蛋白步骤同实施例1；

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加1%浓度的过氧化氢/亚氯酸钠体系（H₂O₂/NaClO₂=1:1），加载超声波条件下，超声波设置功率500W，占空比1:3，对体系进行超声处理3h，加入30%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

（4）随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加95%乙醇，待体系中乙醇浓度增至80%，体系仍未见悬浊物产生，终止反应，得多糖降解液；

（5）枸杞多糖降解液通过减压浓缩回收乙醇，浓缩液加入等体积去离子水经微滤去除不溶物后，泵入超滤装置，设置留分子量5000，未被降解的产物返回降解槽继续降解，小分子量产物泵入超滤装置，设置留分子量2000，可得分子量为2000～5000的小分子量枸杞多糖，产物干燥得小分子量枸杞多糖产品；分子量2000以下的寡糖溶液泵入纳滤装置中，滤掉单糖，得到产物为聚合度2～10的枸杞寡糖产物，产物干燥得枸杞寡糖产品。

实施例3

（1）-（2）步骤同实施例1

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加2%浓度的过氧化氢/盐酸（H₂O₂/HCl=1:1），加载超声波条件下，超声波设置功率500W，占空比1:3，对体系进行超声处理2.5h，加入20%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

（4）随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加95%乙醇，待体系中乙醇浓度增至85%，体系未见悬浊物产生，添加氢氧化钠调节pH至中性，终止反应，得多糖降解液；

（5）枸杞多糖降解液通过减压浓缩回收乙醇，浓缩液加入等体积去离子水经微滤去除不溶物后，泵入超滤装置，设置留分子量2000，未被降解的产物返回降解槽继续降解，小分子量产物泵入纳滤装置中，滤掉单糖、氯化钠等，得到产物为聚合度2～10的枸杞寡糖产物，产物干燥得枸杞寡糖产品。

实施例4

（1）-（2）步骤同实施例1

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加0.5%浓度的过硼酸钠（NaBO₃），加载超声波条件下，超声波设置功率1000W，占空比1:1，对体系进行超声处理2h，缓慢加入30%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

（4）随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加95%乙醇，待体系中乙醇浓度增至85%，体系仍未见悬浊物产生，添加氢氧化钠调节pH至中性，终止反应，得多糖降解液；

实施例5

（1）称取100g枸杞粗多糖，加去离子水配制成7%浓度的多糖溶液，置入-20℃低温条件下冷冻4h，室温条件下缓慢融化，将糖液在4℃，5000rpm条件下，离心15min，去杂质，上清液再次冻融，重复此步骤，至离心后无杂质沉淀为止；

（2）脱蛋白步骤同实施例1；

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加100份300U的糖化酶，控制温度62℃，pH值在4.5，加载100W低功率超声波条件，占空比1:2，对体系进行超声处理1.5h，然后缓慢加入30%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

（5）枸杞多糖降解液通过减压浓缩回收乙醇，浓缩液加入等体积去离子水经微滤去除不溶物后，泵入超滤装置，设置留分子量4000，未被降解的产物返回降解槽继续降解，小分子量产物泵入超滤装置，设置留分子量2000，可得分子量为2000～4000的小分子量枸杞多糖，产物干燥得小分子量枸杞多糖产品；分子量2000以下的寡糖溶液泵入纳滤装置中，滤掉单糖，得到产物为聚合度2～10的枸杞寡糖产物，产物干燥得枸杞寡糖产品。

实施例6

（1）称取100g枸杞粗多糖，加去离子水配制成5%浓度的多糖溶液，置入-70℃低温条件下冷冻2h，室温条件下缓慢融化，将糖液在4℃，4000rpm条件下，离心10min，去杂质，上清液再次冻融，重复此步骤，至离心后无杂质沉淀为止；

（2）脱蛋白步骤同实施例1；

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加100份200U的糖化酶与1000U淀粉酶混合物（10:1），控制温度60℃，pH值在4.0，加载200W低功率超声波条件，占空比1:1，对体系进行超声处理2h，缓慢加入30%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

（4）随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加95%乙醇，待体系中乙醇浓度增至85%，体系仍未见悬浊物产生，终止反应，得多糖降解液；

实施例7

（1）-（2）步骤同实施例6

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加100份活力单位为500U的纤维素酶、溶菌酶混合酶（10:1），控制温度35℃，pH值在6.0，加载300W低功率超声波条件，占空比1:2，对体系进行超声处理1.5h，缓慢加入30%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

实施例8

（1）-（2）步骤同实施例6

（3）将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加100份换算活力单位为600U的纤维素酶、溶菌酶混合酶（10:1），控制温度35℃，pH值在6.0，加载500W功率超声波条件，占空比1:1，对体系进行超声处理1h，然后缓慢加入30%乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物；

Claims

1.利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)多糖溶液的反复冻融：将枸杞粗多糖加去离子水配成多糖溶液，低温条件下冷冻，冷冻完全后，室温条件下缓慢融化，将多糖溶液低温离心，反复冻融离心多次，直至无沉淀为止；

(2)脱蛋白：将经过反复冻融的枸杞多糖溶液采用Sevage法脱蛋白，经透析，乙醇沉淀，干燥，得纯化的枸杞多糖；

(3)将纯化后的枸杞多糖加水充分溶解至透明状态，添加化学降解剂或酶解降解剂，加载超声波条件下进行降解1～3h，然后加入一定体积的乙醇，使多糖处于刚刚析出悬浊物而不立即产生沉淀状态；

(4)加载超声波条件下继续对多糖-乙醇溶液进行超声处理，随着超声时间的延长，向体系中缓慢逐步添加浓度≥95％的乙醇，出现悬浊物后暂停添加，待超声降解作用使得悬浊物降解消失后继续添加乙醇至悬浊物出现，如此反复进行至体系中乙醇浓度为80％～85％，体系未见悬浊物产生，停止超声作用，终止反应，得枸杞多糖降解液；

(5)枸杞多糖降解液通过减压浓缩回收乙醇，浓缩液加入等体积去离子水经微滤去除不溶物后，通过膜分离技术，截留小分子量的枸杞多糖，以及聚合度2～10的枸杞寡糖产物，产物浓缩、干燥得产品。

2.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的枸杞粗多糖为，采用水提醇沉法得到的枸杞粗多糖；多糖提取方法包括热水提取、酶解提取、超声波提取、微波提取方法中的一种或多种方法；沉淀多糖的乙醇终浓度≥70％。

3.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(1)中枸杞粗多糖配成的多糖溶液浓度为5％～10％；低温冷冻条件为-20～-70℃；冷冻时间2～5h；融化后多糖溶液低温离心条件为0～4℃，3000～5000rpm，10～20min。

4.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(3)中化学降解剂指的是过氧化氢(H₂O₂)、亚氯酸钠(NaClO₂)、盐酸(HCl)、过硼酸钠(NaBO₃)中的一种或两种及以上混合物。

5.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(3)中酶解降解剂指的是糖化酶、纤维素酶、溶菌酶、淀粉酶中的一种或两种及以上混合物。

6.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(3)及步骤(4)中超声波的功率控制范围100～1000W，占空比1:1～1:3，步骤(4)中超声停止时间以超声体系中悬浊物的消失为准。

7.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(5)中膜分离技术指的是超滤和纳滤技术，降解液经微滤去除不溶物，泵入超滤装置，根据需要设置不同截留分子量2000～5000Da，分子量大而未被降解的产物返回降解槽继续降解，小分子量产物泵入纳滤装置中，滤掉单糖，得到产物为聚合度2～10的枸杞寡糖产物。

8.根据权利要求1所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的Sevage法，氯仿与正丁醇比例为4:1。

9.根据权利要求4所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的化学降解剂使用浓度为0.5～3％，反应终止后添加氨水或氢氧化钠调节pH至中性。

10.根据权利要求5所述的利用枸杞多糖制备小分子量功能性多糖及寡糖的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的糖化酶即为α-1,4-葡萄糖水解酶；酶解的控制温度30～65℃，pH值在3.0～6.0；每克枸杞多糖所需酶的用量为100～1000U。