CN116751314A - 一种从槟榔中提取多糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从槟榔中提取多糖的方法。所述方法包括:(1)将槟榔用碱处理后粉碎;(2)将槟榔粉碎物在pH4.5~6.5、50~60℃下酶解,槟榔粉碎物、木瓜蛋白酶、β‑葡聚糖酶、角质酶和水的质量配比为500:(1.5~6.0):(0.1~1.0):(1.0~3.4):(1000~5000),使复合酶失活后收集酶解产物;(3)将酶解产物过滤,滤液50±5℃下减压浓缩,加醇4℃下静置沉淀,再次过滤,用醇和酮清洗滤饼,得到槟榔多糖粗提物;(4)将槟榔多糖粗提物溶于蒸馏水,用大孔吸附树脂分离纯化并冷冻干燥,得到槟榔多糖产物。本发明适于工业化生产,操作简单,成本低,对环境友好。

Description

一种从槟榔中提取多糖的方法
技术领域
本发明涉及一种从槟榔中提取多糖的方法,特别涉及用复合酶酶解槟榔粉碎物获得多糖粗提物,用大孔吸附树脂使槟榔多糖与槟榔碱分离的方法,属于天然产物分离纯化领域。
背景技术
槟榔是一种重要的中药材,《本草纲目》中记载其具有“下水肿、通关节、健脾调中、治心痛积聚”等功效。作为我国四大南药之首,槟榔含有生物碱、黄酮、单宁、三萜和甾体类、多糖、脂肪酸、氨基酸等多种活性成分,具有促消化、降血糖、抗抑郁、抗氧化、抗炎、抗寄生虫、抑菌等活性。其中,多糖具有广泛的药理活性,如免疫调节、抗肿瘤、防紫外线、降低血糖血脂、抗氧化、抑制溃疡、造血等。
目前槟榔活性成分的研究主要集中于生物碱、多酚、单宁等,对于槟榔多糖的研究较少,而且主要是从槟榔籽中提取,对于从槟榔果中提取多糖鲜有报道(非专利文献1)。
槟榔果皮主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,纤维素的化学结构以葡萄糖聚合体为主。由于木质素与纤维素、半纤维素紧密结合,相互缠绕形成粗纤维,导致槟榔果皮的处理较难。通常采用酸或者碱进行降解,但是处理不当会导致纤维素中的多糖损失较大。
对多糖的提取方法主要有煎煮法、超声波法、微波法、酶辅助提取法等,酶辅助提取因条件温和、成本低廉、利于保持有效成分的原有药效,在中药有效成分提取中受到越来越多的关注。目前槟榔多糖研究中使用的酶主要是针对槟榔籽,槟榔果由于果皮较难处理导致酶处理变得复杂,因此该方面的研究很少(非专利文献2)。
槟榔多糖粗提后进一步的分离纯化过程中,还存在槟榔多糖与槟榔碱较难分离的问题。大孔吸附树脂通常用于多糖的分离,陈木森等人研究了8种树脂对青钱柳多糖的静态吸附性能,王元凤等人研究了用D-315树脂分离茶多糖等(非专利文献3~4)。但是,对于从槟榔中提取多糖,尤其是在槟榔碱同时存在的情况下,如何选择适当的分离纯化条件(例如,大孔吸附树脂)以获得高效分离,目前尚未有该方面的报道。
槟榔作为热带地区的第二大经济作物,我国对其进行加工的技术水平与发达国家相去甚远,目前仍处于初级阶段。如何改善槟榔中多糖的提取工艺,促进槟榔加工副产物的综合利用和高附加值产品的开发,是迫切需要解决的问题。
现有技术文献:
非专利文献1:唐敏敏,陈华,李瑞,响应面法优化超声波提取槟榔多糖工艺及其抗炎活性,安徽农学通报,2019,25(09)21-24
非专利文献2:MEIBIAN HU,WEI PENG,YUJIE LIU,NAWU,CHONGBO ZHAO,DASHUAIXIE,DAN YAN,XIAOFEI ZHANG,XINGBAO TAO and CHUN-JIE WU,OPTIMUM EXTRACTION OFPOLYSACCHARIDE FROM ARECA CATECHU USING RESPONSE SURFACE METHODOLOGY AND ITSANTIOXIDANT ACTIVITY,Journal of Food Processing and Preservation,2017;41:1-13
非专利文献3:陈木森,上官新晨,徐睿庸,大孔树脂纯化青钱柳多糖的研究,西北农业学报,2007,16(4),275-278
非专利文献4:王元凤,金征宇,D315树脂分离多糖工艺的研究,农业工程学报,2005,vol.21,No.10,147-150
发明内容
发明要解决的问题
本发明提供一种从槟榔中提取多糖的方法,解决现有技术中使用槟榔种子提取多糖,原料来源单一,去壳处理成本高,分离纯化效率低,不能有效利用槟榔的果皮和果核,导致槟榔多糖损失的问题。本发明方法操作简单,成本低,绿色环保,工业价值高。
用于解决问题的方案
本发明的技术方案如下:
[1]、一种从槟榔中提取多糖的方法,其中,所述方法包括以下步骤:
(1)将槟榔用碱处理,水冲洗碱液后粉碎;
(2)将槟榔粉碎物用水和由木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶组成的复合酶在pH为4.5~6.5、温度为50~60℃下进行酶解,其中,槟榔粉碎物、木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶和水的质量配比为500:(1.5~6.0):(0.1~1.0):(1.0~3.4):(1000~5000),使所述复合酶失活后收集酶解产物;
(3)将所述酶解产物过滤,将滤液50±5℃下减压浓缩后加入醇,4℃下静置沉淀,再次过滤,用醇和酮清洗滤饼,得到槟榔多糖粗提物;
(4)将所述槟榔多糖粗提物溶于蒸馏水,用大孔吸附树脂分离纯化,冷冻干燥后得到槟榔多糖产物。
[2]、根据[1]所述的方法,优选地,在步骤(4)的大孔吸附树脂分离纯化中,所述槟榔多糖粗提物的水溶液的上样量为1.5~4BV,上柱流速为2~5mL/min,用2~3BV量的去离子水洗脱,洗脱速度为2~5mL/min,合并流出液和洗脱液,50±5℃下减压浓缩至合并体积的10~20%,加入醇,4℃下静置沉淀,过滤,用醇和酮清洗滤饼。
[3]、根据[1]或[2]所述的方法,优选地,在步骤(4)中,所述大孔吸附树脂选自由AB-8型、S-8型和NKA-9型组成的组中的至少一种,所述大孔吸附树脂采用湿法装柱,大孔树脂柱的直径为Φ2~5cm。
[4]、根据[1]~[3]中任一项所述的方法,优选地,在步骤(3)和步骤(4)中,用醇沉淀后的料液含20~80%的所述醇。
[5]、根据[1]~[4]中任一项所述的方法,优选地,在步骤(3)和步骤(4)中,所述醇选自由乙醇、丙醇和丁醇组成的组中的至少一种,所述酮选自由丙酮和丙酮组成的组中的至少一种。
[6]、根据[1]~[5]中任一项所述的方法,优选地,在步骤(1)中,用质量百分比浓度为3.0~6.5%的所述碱浸泡所述槟榔,浸泡时间为15~45小时。
[7]、根据[1]~[6]中任一项所述的方法,优选地,在步骤(1)中,所述粉碎后获得的槟榔粉碎物具有3~10mm的粒径。
[8]、根据[1]~[7]中任一项所述的方法,优选地,在步骤(1)中,所述碱选自由氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的中的至少一种。
[9]、根据[1]~[8]中任一项所述的方法,优选地,在步骤(1)中,向酶解液中添加NaOH溶液调整pH为8.5~10.0,加入2~10mmol/L十二烷基硫酸钠,使所述复合酶失活。
发明的效果
本发明方法使用特定的碱处理槟榔原料,粉碎后用复合酶进行酶解,再用特定的大孔吸附树脂对槟榔多糖和槟榔碱进行分离,由此得到较高含量的槟榔多糖。本发明方法适于工业化生产,工艺简单,溶剂绿色环保,成本低,可较大实现槟榔的工业价值。
本发明的优点在于:
①槟榔提取原料不仅仅包括槟榔籽,还包括槟榔果核和果皮,槟榔无需去壳直接提取多糖,可简化工艺,降低成本,提高槟榔的利用价值;
②槟榔的预处理使用碱水,使纤维素膨胀、果皮软化,破坏槟榔果皮的内部结构,将木质素转变为羟基木素,有利于后期高纤维素的降解和有效成分的浸出;
③采用独特的木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶和角质酶组成的复合酶,提高了多糖的提取率;
④现有技术中大孔吸附树脂用于除去多糖中的蛋白质、色素等杂质,本发明则利用大孔吸附树脂分离槟榔多糖与槟榔碱,实现二者的有效分离,提高槟榔多糖的含量。
附图说明
图1为不同类型大孔吸附树脂静态吸附和解吸多糖与槟榔碱的柱状图。
图2为AB-8型大孔吸附树脂对槟榔多糖和槟榔碱的动态吸附曲线图,其中,Co表示吸附前槟榔多糖或槟榔碱的初始浓度(mg/mL),Cb表示吸附后柱流出液中槟榔多糖和槟榔碱的浓度(mg/mL)。
图3为动态吸附饱和后使用去离子水洗脱,洗脱液中槟榔多糖和槟榔碱的浓度与时间关系的曲线图。
具体实施方式
本申请对于槟榔原料的来源没有限制,可使用未成熟或者成熟的槟榔籽、新鲜或者干燥的槟榔果。优选地,使用槟榔鲜果,能更多地提取活性高的多糖、更好地实现多糖与槟榔碱的分离。
槟榔果皮主要是粗纤维,含有纤维素、半纤维素和木质素,碱水处理可以改变果皮细胞壁结构以及组织细胞间的镶嵌物。其中,碱性物质中的氢氧根离子能破坏果皮中的纤维素结构,使纤维素膨胀、果皮软化,增大面积,有利于纤维素的分解。
本申请的槟榔果皮可采用本领域常规使用的碱进行处理,优选地,使用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙进行处理。
适当的碱液浓度和浸泡时间有利于去除果皮中的杂质,破坏槟榔果皮的内部结构,有利于提取多糖。碱浓度过低不利于破坏鲜果皮中的纤维,过高则导致多糖损失。优选地,以质量百分比浓度计,用3.0~6.5%的碱浸泡槟榔,可以将木质素转变为羟基木素,促进后期高纤维素的降解。更优选地,用3.5~5.5%的碱浸泡槟榔,可以实现木质素转变为羟基木素与多糖损失之间的平衡,用碱液浸泡槟榔的时间既要考虑杂质的去除效果,又要考虑减少多糖的损失。优选地,碱液浸泡时间为15~45h,更优选地,24~36h,在该时间范围内可以获得较高的多糖粗提物提取率,较高含量的多糖。
碱液浸泡后的槟榔需要用水冲洗至中性,去除碱液。为更好地进行后续的分离纯化操作,使其后的酶解反应充分,本申请对于碱液处理后的槟榔进行粉碎。槟榔粉碎的粒径过大或者过小均影响提取效果,粒径过大会导致比表面积减小,酶解反应不充分,粒径过小会增加工艺成本,可以使用筛网揉搓机粉碎槟榔。优选地,粉碎后的粒径在3~10mm的范围内。更优选地,粉碎后的粒径在5~8mm的范围内,粒径在该范围内可以使酶解反应充分,提取到更多的多糖。
多糖提取中常采用酶辅助提取法,使用适当的酶对β-葡聚糖等进行酶解,获得低聚糖、寡糖和葡萄糖等。本申请尝试采用复合酶对槟榔果进行酶解,以期提高多糖的提取率。通常,用于促进天然产物中次生代谢产物的释放的酶,尤其是生物领域中适合多糖提取的酶均可用于本发明,例如,果胶酶,木瓜蛋白酶,纤维素酶,β-葡聚糖酶,角质酶等。多糖提取可以使用单一酶或者复合酶。单独使用一种酶,对酶的提取效果要求较高,因此选择适合的单一酶比较困难。复合酶通过组合使用多种酶预期会有较好的多糖提取效果,但是使用多种酶的原料成本较高,而且酶反应的条件不适宜时,各酶酶活之间可能相互牵制。多糖提取中比较常用的复合酶是纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶的组合,本发明人研究后发现,木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶的组合更有利于槟榔多糖的提取。
木瓜蛋白酶(Papain)是一种含巯基(-SH)肽链内切酶,具有蛋白酶和酯酶的活性,有较广泛的适用性,对动植物蛋白、多肽、酯、酰胺等有较强的水解能力。β-葡聚糖酶能催化水解植物细胞壁中的β-葡聚糖,其包括内切型β-1,4-葡聚糖酶、内切型β-1,3-葡聚糖酶。角质酶是一种α/β水解酶,属于丝氨酸酯酶,角质酶可催化水解不溶性多聚体植物角质的酯键,也可作用于其它长链、短链脂肪酸酯、乳化的甘油三酯和可溶性的合成酯等,是一种多功能裂解酶。这些酶均可用于促进天然产物中次生代谢产物的释放。
本发明人令人惊异地发现,木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶以适当的配比组合使用时,多糖的提取具有显著优异的效果。优选地,将该复合酶用于碱处理后的槟榔粉碎物时,槟榔粉碎物、木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶、与水的配比为500:(1.5~6.0):(0.1~1.0):(1.0~3.4):(1000~5000),该配比范围内能产生优异的槟榔多糖与槟榔碱的提取效果。更优选地,该配比为500:(2~5):(0.15~0.5):(2~3):(2000~4000),能更好地去除蛋白、酯、酰胺等杂质,提高酶解水平,获得更多的多糖粗提物。
酶解反应的效果受反应体系的pH值和反应温度的影响,本申请的复合酶在酸性环境下能较大发挥酶活力,并且对于温度的耐受性较强,可以在较高温度下反应。优选地,将槟榔粉碎物用水和由木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶组成的复合酶在pH为4.0~6.5、温度为45~65℃下进行酶解,酶解时间为3~5h。更优选地,在pH为4.5~6.0、温度为50~60℃下进行酶解,以使酶解反应充分,提高多糖粗提物的收率。复合酶反应的pH值可使用酸调节,通常使用盐酸。
本申请的方法中,酶解反应后,向酶解溶液中添加碱溶液以调整pH为8.5~9.5,进一步添加2~10mmol/L十二烷基硫酸钠,使所述复合酶失活。所述碱溶液可以为氢氧化钠、氢氧化钾等的水溶液,优选为氢氧化钠水溶液。本申请还可以采用其他使复合酶失活的方法,不限于上述方法。
本申请的方法中,将酶解产物过滤并将滤液减压浓缩,然后用醇静置沉淀,再次过滤,用醇和酮清洗滤饼,得到槟榔多糖粗提物。为了较多去除杂质,减少多糖损失,前述步骤需要选择适当的操作条件。
本申请方法中的酶解产物的过滤和减压浓缩可以使用本领域的常规操作。优选地,减压浓缩在50±5℃下进行,在4℃下静置沉淀。醇沉操作可使用乙醇,丙醇,丁醇等。优选地,选择无水乙醇,其具有较好的溶解效果。本发明人等发现,用醇沉淀后的料液中,含醇浓度对于多糖的提取效果有较大影响。含醇浓度过低时,多糖不能完全提取,沉淀量少,无水乙醇添加量越多,获得的粗提物越多。含醇浓度过高时,增加原料成本。优选地,用醇沉淀后的料液中含有20~80%的醇,可以使杂质去除更充分,并且可以得到较高含量的多糖粗提物。考虑到乙醇的回收利用和成本,更优选醇沉时的料液含醇量为60~70%。
此外,本申请方法中用于清洗滤饼的醇和酮可使用本领域常规使用的试剂。优选地,所述醇为乙醇、丙醇或丁醇等。更优选地,所述醇为无水乙醇。优选地,所述酮为丙酮或丁酮等。更优选地,所述酮为丙酮。
更进一步地,本申请采用大孔吸附树脂对于醇沉后得到的槟榔多糖粗提物进行分离纯化。大孔吸附树脂是由聚合单体和交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂经聚合反应制备而成,通过考察大孔吸附树脂对天然产物中多糖的静态吸附,可以筛选出多糖吸附量较大的树脂。此外,由于某些大孔吸附树脂对于多糖粗提物溶液还具有脱色效果,因此,选择该大孔吸附树脂可兼顾多糖的提取率和多糖的外观品质。例如,有研究表明AB-8树脂对桑叶粗多糖溶液的脱色效果好,而且多糖回收率也高。
大孔吸附树脂除了吸附粗提物中的多糖,还吸附蛋白等其他杂质,因此,洗脱条件的选择对于获得较高收率的多糖也尤为重要。例如,ADS-7树脂对于淫羊藿多糖中的蛋白有很好的去除作用,而用大孔弱碱性阴离子交换树脂D-315分离茶多糖时,采用NaCl溶液洗脱可得到酸性糖ATPS。另外,吸附后洗脱时的洗脱液量、上样量、pH值、洗脱速度等对树脂去除蛋白等杂质、获得目标多糖同样具有较大影响。
本申请可使用本领域常规类型的大孔吸附树脂,其来源不受限制。优选地,使用AB-8、S-8、NKA-9型大孔吸附树脂,以实现槟榔多糖与槟榔碱的显著分离。更优选地,使用AB-8型大孔吸附树脂,在提高多糖提取率方面有更大的优势。
另外,本申请的大孔吸附树脂分离纯化中,优选地,槟榔多糖粗提物水溶液的上样量为1.5~4BV,上柱流速为2~5mL/min。更优选地,上样量为2.0~3.5BV,上柱流速为3~4.5mL/min。吸附后的洗脱中,优选地,用2~3BV量的去离子水洗脱,洗脱速度为2~5mL/min。更优选地,洗脱速度为3~4.5mL/min。合并流出液和洗脱液后,优选地,在50±5℃下减压浓缩,浓缩至合并体积的10~20%。此后,加入醇,4℃下静置沉淀,过滤,用醇和酮清洗滤饼。醇沉和清洗滤饼中使用的醇和酮与上文中的相同。
本申请的方法中,大孔吸附树脂采用湿法装柱,大孔树脂柱的直径优选为Φ2~5cm。
以下对本发明的实施方式进行详细说明。
首先对本申请所使用的实验材料和方法进行说明。
本申请实施例中使用的槟榔鲜果来源于海南万宁市的普通槟榔采购处;大孔吸附树脂AB-8、S-8、NKA-9、X-5购自天津波鸿树脂科技有限公司,D392树脂购自天津南开和成科技有限公司;氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、乙醇、丙醇、丙酮、丁酮等均为试剂级,购自天津欧瑞生物科技有限公司;木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶、果胶酶,木瓜蛋白酶、纤维素酶等购自北京伊诺凯科技有限公司。
<大孔吸附树脂的预处理>
本申请以AB-8、S-8、NKA-9型大孔吸附树脂为例对本发明进行说明,树脂型号及性能参数如表1所示。
表1
大孔吸附树脂在使用前进行如下预处理:
将大孔吸附树脂用清水洗涤数次,去掉上层碎屑,采用湿法装柱装入玻璃柱中。去离子水洗涤数次后,用95%乙醇浸泡24h使其充分溶胀,用蒸馏水洗涤至无醇味。接着,用pH=1~2的盐酸溶液洗涤,流量速度为4BV/h,继续用蒸馏水洗涤至pH=7。然后,用pH=12~13的氢氧化钠水溶液洗涤,流量速度为4BV/h,继续用蒸馏水洗涤至pH=7。最后,用95%的乙醇洗涤,流量速度为4BV/h,继续用蒸馏水洗涤至无醇味,备用。需要说明的是,本申请实施例中大孔吸附树脂的装填量是指溶胀后的大孔吸附树脂的装填量。此外,本发明还提供大孔吸附树脂X-5和阴离子交换树脂D392进行对比试验,对大孔吸附树脂X-5进行与上述相同的预处理,对阴离子交换树脂D392采用本领域常规的阴离子交换树脂的预处理方法。
<多糖的检测>
采用紫外分光光度法测定槟榔提取物中总多糖。
取葡萄糖标准品约0.25g,精密称定,置于250mL容量瓶中,加水溶解后,用水定容至刻度,摇匀得到葡萄糖储备溶液。精密量取不同体积的葡萄糖储备溶液,置于100mL容量瓶中,加水定容至刻度,摇匀得到葡萄糖标准溶液。分别精密量取葡萄糖标准溶液2.0mL,置于25mL纳氏比色管中,准确加入5%苯酚溶液1.0mL,浓硫酸5.0mL,摇匀,于80℃水浴中加热20min,迅速冷却至室温。精密量取纯化水2.0mL,置于25mL纳氏比色管中,按照上述方法制备空白溶液。以空白溶液调零,490nm处测定吸光度。以葡萄糖浓度(μg/mL)为横坐标,吸光度(A)为纵坐标,绘制标准曲线,计算线性回归方程,葡萄糖浓度在2.50~20.00μg/mL之间与吸光度呈线性关系。
线性方程为:y=0.0451x-0.0009;相关系数r=0.9997。
多糖含量(%)=C×V×N/(W×106)×100%
式中:C为多糖溶液的浓度(μg/mL)
V为多糖溶液体积(mL)
N为测定时多糖溶液的稀释倍数
W为槟榔多糖粗提物或多糖大孔吸附树脂分离产物的质量(g)。
<槟榔碱的检测>
采用HPLC法测定槟榔碱含量。
准确称量槟榔碱标准品20mg,加甲醇(色谱纯)定容至10mL,吸取1mL溶液于10mL容量瓶中,用甲醇定容,得到质量浓度为0.2mg/mL的槟榔标准品溶液。从该标准品溶液中吸取1mL、1.5mL、2mL、2.5mL,用甲醇定容至5mL,配成系列浓度标准液。
色谱条件:
色谱柱:C18
流动相:甲醇:0.1%体积分数的磷酸=90:10
流速:1.0mL/min
检测波长:215nm
柱温:30℃
槟榔碱浓度在40.0~100.0μg/mL之间与峰面积呈线性关系。
线性方程为:y=0.55964x-47.6577;相关系数r=0.9995。
实施例
以下给出实施例,更具体地说明本发明,但本发明不限于此。
<槟榔的碱处理及粉碎>
实施例1
称取2kg槟榔鲜果用水清洗干净,加入4.5%的氢氧化钠碱液10L,浸泡24h后取出,用水冲洗碱液,用3mm筛网揉搓机粉碎,加10L水浸泡。向浸泡液中添加复合酶(木瓜蛋白酶10g,β-葡聚糖酶1g,角质酶8g),用盐酸调节pH=6,置于水浴摇床,55℃酶解3h。添加NaOH溶液调pH=9.0,添加2mmol/L十二烷基硫酸钠,使酶失活。过滤,滤液减压低温55℃浓缩至总液量的10%,加入无水乙醇550mL,醇沉时的料液含醇量为30%。4℃冷藏室放置沉淀24h,过滤,滤饼用无水乙醇、丙酮各清洗3次。得到槟榔多糖粗提物84.61g,放置于4℃冷藏室保存,提取率达到4.23%,其中多糖含量为31.91%,槟榔碱含量为8.30%。
实施例2~9和比较例1~6
以与实施例1相同的方式,使用不同状态的槟榔、不同的碱、改变碱液浓度、浸泡时间和筛网孔径,以及以酸代替实施例1中的碱进行处理。检测所获得的槟榔多糖粗提物的提取率、多糖含量和槟榔碱含量,结果如表1所示。
由表1可以看出,实施例1~6对槟榔鲜果使用NaOH进行碱处理,碱的质量百分比浓度在3.5~5.5%的范围,浸泡时间为24~36小时,粉碎粒径在3~10mm的范围,由此得到的槟榔多糖粗提物具有较高的提取率,多糖含量在15.62~32.47%的范围内,槟榔碱含量在3.18~10.86%的范围内。实施例7采用槟榔干果核,实施例8采用大腹皮(槟榔干果的皮)作为原料,槟榔核和大腹皮在加工过程中均经过水煮加热干燥处理,其槟榔多糖粗提物的提取效果、多糖和槟榔碱的提取量均低于实施例1~6的槟榔鲜果。实施例9以KOH代替实施例1的NaOH,槟榔多糖粗提物的提取率、多糖含量和槟榔碱含量相似。比较例1~2分别使用7.0%和2.5%的NaOH对槟榔鲜果进行碱处理,实验结果显示槟榔多糖粗提物的提取效果、多糖和槟榔碱的提取量均比实施例差,说明碱浓度过高会抑制复合酶的活力,而碱浓度过低将导致果皮中杂质的去除效果差,不利于破坏鲜果皮中的纤维,影响多糖的提取。比较例3~4的槟榔鲜果浸泡时间超过45小时或者不足15小时,对于复合酶活力和果皮中杂质去除的影响与碱浓度过高或者过低相似,槟榔多糖粗提物的获得、多糖和槟榔碱的提取均不理想。此外,槟榔粉碎的粒径过大或者过小同样影响提取效果,粒径过大会导致比表面积减小,酶解反应不充分,如比较例5所示。粒径过小增加工艺成本,当粒径小至1mm时,操作较为困难,槟榔纤维较长,基本上不可能粉碎至该粒径,因此本申请未进行该实验。比较例6采用盐酸对槟榔鲜果进行预处理,但是提取效果明显不如碱处理。
<复合酶的配比设计>
采用均匀设计U10(103)的试验方案研究复合酶配比,槟榔粉碎物:木瓜蛋白酶:β-葡聚糖酶:角质酶:水的质量比为500:(1.5~6.0):(0.1~1.0):(1.6~3.4):2500,按照实施例1的方法提取槟榔多糖。酶法提取槟榔多糖中,三因素十水平的均匀设计实验方案及结果示于表2,复合酶配比对槟榔多糖粗提物的提取率的影响的实验设计示于表3。
表2
因素 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
木瓜蛋白酶A 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
β-葡聚糖酶B 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
角质酶C 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4
表3
利用SPSS软件,对10组实验数据进行回归,得到的回归方程为Y=-0.434A2-3.626B2-2.416C2+1.213AB-1.314BC+3.183A+12.757C-15.874。
回归统计中修正的决定系数R2为0.982,回归方程的拟合优度很高,方程的解释能力很强。回归分析中,F=132.12远大于临界值F0.05(9,10)=3.03,显著性p值很小,说明方程整体很显著,方程有很好的统计意义。回归系数均通过了t检验,对应p值表明回归系数均很显著。
理论上的最优水平:木瓜蛋白酶A=3.9302,β-葡聚糖酶B=0.1833,角质酶C=2.5889,粗提物提取率最大值可以达到6.89842%。
<酶解制备粗提物的实验>
实施例10~16和比较例7~13
以与实施例1相同的方式,使用不同的酶,不同的复合酶的配比,清洗滤饼用的醇和酮,制备槟榔多糖粗提物,检测粗提物的提取率、多糖含量和槟榔碱含量,结果如表4所示。
由表4可以看出,实施例10~14的槟榔粉碎物:木瓜蛋白酶:β-葡聚糖酶:角质酶:水均在500:(1.5~6.0):(0.1~1.0):(1.0~3.4):(1000~5000)的范围内,槟榔多糖粗提物、多糖和槟榔碱的提取率均较高。其中,实施例14使用配比设计中的优化配比,即,槟榔粉碎物:木瓜蛋白酶:β-葡聚糖酶:角质酶:水为500:3.9:0.18:2.6:2500,得到的粗提物提取率为6.62%,稍低于优化设计中的理论值6.89842%,多糖含量为37.46%,槟榔碱含量为11.03%,均高于其他实施例。
比较例7~11显示,槟榔粉碎物、复合酶与水的配比均不在前述配比范围内,槟榔多糖粗提物、多糖和槟榔碱的提取效果较差。实施例15~16分别使用丁酮和丙醇代替丙酮和乙醇,实验结果显示该替换对于槟榔多糖粗提物、多糖和槟榔碱的提取没有不利影响。但是,当选用其他复合酶或者单独使用β-葡聚糖酶时,多糖和槟榔碱的提取效果较差,此点可从比较例12~13看出。
<醇沉实验>
本实验研究对酶解产物的水溶液减压浓缩和用无水乙醇沉淀后,所得料液中的含醇量对槟榔多糖粗提物的提取率、多糖和槟榔碱的含量的影响。除了将醇沉时料液含醇量设置为15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、85%外,以与实施例1相同的方式进行实验,结果示于表5。
表5
由表5可以看出,醇沉浓度过低,为15%时,多糖未完全提取出,沉淀量少。无水乙醇添加量越多,获得的粗提物越多,当料液含醇量达到80%时,水溶性多糖提取率最大。粗提物中多糖的含量随着料液含醇量增加而增加,槟榔碱的含量基本稳定,但是,当醇沉浓度过高,为85%时,粗提物提取率和多糖含量不再呈线性增加。考虑到乙醇的回收利用和成本,醇沉时料液的含醇量优选为60~70%。
<不同极性大孔吸附树脂的静态吸附和解吸>
首先,按照实施例1的方法制备槟榔多糖粗提物3批,计算平均提取率为4.30%,多糖平均含量为32.12%,槟榔碱平均含量为8.87%。该槟榔多糖粗提物用于以下的大孔吸附树脂的静态吸附解吸实验、动态吸附和洗脱实验。
称取预处理后的大孔吸附树脂AB-8、S-8、NKA-9(每种树脂作三个平行实验)各2.5g于具塞锥形瓶中,加入20mL质量浓度为4mg/mL的槟榔多糖粗提物水溶液,于20℃下恒温振荡吸附12h,按照以下公式计算吸附率。
吸附率E(%)=(C0-Ce)/C0×100%
式中:
C0为吸附前槟榔多糖粗提物水溶液中多糖或槟榔碱的质量浓度(mg/mL)
Ce为吸附后溶液中多糖或槟榔碱的质量浓度(mg/mL)。
将充分吸附后的树脂用滤纸吸干表面滤液,置于干燥的锥形瓶中,加入20mL去离子水进行解吸,然后20℃下恒温振荡解吸12h,按照以下公式计算解析率。
解析率E(%)=C2×V2/(C0-Ce)×V1×100%
式中:
C2为洗脱液中样品质量浓度(mg/mL)
V2为洗脱液体积(mL)
C0为吸附前槟榔多糖粗提物水溶液中多糖或槟榔碱的质量浓度(mg/mL)
Ce为吸附后溶液中多糖或槟榔碱的质量浓度(mg/mL)
V1为槟榔多糖粗提物水溶液体积(mL)。
三种不同极性大孔吸附树脂对槟榔多糖和槟榔碱的静态吸附解吸实验数据如图1所示。
可以看出,对于槟榔多糖吸附能力最强的是NKA-9,但是其解吸力最低,不易将其洗脱分离出来。对槟榔碱吸附能力最强的是AB-8,解吸率与NKA-9和S-8相似。S-8对多糖的吸附能力最低,解吸率高。对比可知,AB-8更适合用于槟榔多糖和槟榔碱的分离。
<AB-8型大孔吸附树脂的动态吸附和洗脱>
(动态吸附实验)
取预处理后的AB-8树脂100mL,用湿法装柱装入Φ=5cm的玻璃柱中。取5g槟榔多糖粗提物溶于250mL蒸馏水,粗提物水溶液(上样溶液)从玻璃柱上端倒入,进行动态吸附。将上样流速控制在2mL/min,每隔1min检测流出液中槟榔多糖和槟榔碱的浓度,数据如图2所示。
图2中C0为上样溶液中槟榔多糖和槟榔碱的浓度(mg/mL),Cb为吸附后收集的柱子流出液中槟榔多糖和槟榔碱的浓度(mg/mL)。
由动态吸附曲线可知,AB-8型树脂在33min时槟榔多糖达到吸附饱和状态,27min槟榔碱达到吸附饱和状态,二者之间存在较长的吸附饱和时间差,适合于工业生产上的吸附控制,有利于后续槟榔多糖与槟榔碱的分离操作。
(动态洗脱实验)
对上述实验中动态吸附饱和后的大孔吸附树脂柱进行洗脱。使用3BV量的去离子水洗脱,洗脱速度控制在2mL/min。收集洗脱液,每隔5min检测一次洗脱液中槟榔多糖和槟榔碱的浓度,实验结果如图3所示。
由图3可以看出,槟榔碱的浓度在洗脱过程中基本维持不变,说明该AB-8型大孔吸附树脂对槟榔碱的吸附效果较好,而槟榔多糖在30min时达到最高浓度,此后逐渐下降,在55~60min时降至平稳状态。
动态洗脱曲线显示,槟榔多糖的洗脱效果较好,可以在较短时间内实现槟榔多糖和槟榔碱的有效分离,并且可以获得较高含量的槟榔多糖。槟榔碱稳定吸附在AB-8型大孔吸附树脂上,也有利于后续对其单独进行分离。
以下对于大孔吸附树脂、其他类型的树脂对于槟榔多糖与槟榔碱的分离纯化、以及具体的分离纯化条件进行研究。
实施例17
按照实施例1的方式制备槟榔多糖粗提物,用于以下的大孔吸附树脂的分离与纯化实验。
取5g槟榔多糖粗提物溶于250mL蒸馏水,将粗提物溶液倒入100mLAB-8大孔吸附树脂填充柱(Φ=5cm),粗提物溶液的流速控制在2mL/min,收集流出液。用2BV量去离子水洗脱,流速控制在2mL/min,收集洗脱液,合并流出液和洗脱液为450mL。55℃减压浓缩至67mL,加入无水乙醇100mL,4℃冷藏室放置沉淀24h。过滤,滤饼用无水乙醇、丙酮各清洗3次,冷冻干燥。得到槟榔多糖纯化产物4.17g,多糖含量为82.91%,槟榔碱含量为4.61%。
实施例18~26与比较例14~22
以与实施例17相同的方式,使用不同类型的大孔吸附树脂,改变上样量、上柱流速,洗脱用去离子水量,洗脱速度和减压浓缩体积,检测大孔吸附树脂分离纯化后的槟榔多糖纯化产物量、多糖含量和槟榔碱含量,结果如表6所示。
由表6可以看出,AB-8比S-8、NKA-9型大孔吸附树脂的分离纯化效果较好,可以获得较多的槟榔多糖纯化产物,较高含量的多糖,说明非极性大孔吸附树脂比极性大孔吸附树脂更适合于槟榔多糖的提取,实施例17~19显示了这几种树脂分离纯化效果的差异。比较例14~15使用大孔吸附树脂X-5和阴离子树脂D392,槟榔多糖的分离效果并不理想,与AB-8、S-8、NKA-9型大孔吸附树脂相比分离效果较差。
实施例20~26显示槟榔多糖粗提物水溶液的上样量为1.5~4BV,上柱流速为2~5mL/min,去离子水洗脱用量为2~3BV,洗脱速度为2~5mL/min,减压浓缩至流出液和洗脱液合并体积的10~20%时,可以较多地获得槟榔多糖纯化产物,多糖和槟榔碱分离效果好,损失较少。比较例16~22的上样量、上柱流速,去离子水洗脱用量,洗脱速度和减压浓缩体积不在前述范围内,由其获得的多糖的含量相比于实施例较低。
实施例27
称取2kg槟榔鲜果用水清洗干净,加入4.5%的氢氧化钠碱液10L,浸泡24h,捞取槟榔果实,用水冲洗碱液,用3mm筛网揉搓机粉碎,加10L水浸泡。向浸泡液中添加复合酶(木瓜蛋白酶15.6g,β-葡聚糖酶0.73g,角质酶10.4g),用盐酸调节pH=6,放置于水浴摇床,55℃酶解5h。添加NaOH溶液调pH为9.0,添加2mmol/L十二烷基硫酸钠,使酶失活。过滤,滤液减压低温55℃浓缩至1.462L,加入无水乙醇3L,醇沉时的料液含醇量为67.2%。4℃冷藏室放置沉淀24h,过滤,滤饼用无水乙醇、丙酮各清洗3次。得到槟榔多糖粗提物118.25g,放置于4℃冷藏室保存,粗提物提取率达到6.55%,其中多糖含量为46.27%,槟榔碱含量为10.33%。
取5g槟榔多糖粗提物溶于250mL蒸馏水,粗提物水溶液倒入100mLAB-8大孔吸附树脂填充柱(Φ=5cm),粗提物水溶液流速控制在2mL/min,收集流出液。用3BV量去离子水洗脱,流速控制在2mL/min,收集洗脱液,合并流出液和洗脱液,55℃减压浓缩至85mL,加入无水乙醇150mL。4℃冷藏室放置沉淀24h,过滤,滤饼用无水乙醇、丙酮各清洗3次,冷冻干燥。得到槟榔多糖纯化产物4.40g,其中多糖含量为83.67%,槟榔碱含量为4.28%。
产业上的可利用性
本发明提供一种从槟榔中提取多糖的方法,包括将槟榔用碱处理,粉碎后用复合酶进行酶解,过滤,醇沉,用醇和酮清洗滤饼,以及用大孔吸附树脂对所得槟榔多糖粗提物进行分离纯化,从而得到提取率高的槟榔多糖,同时实现了槟榔多糖与槟榔碱的有效分离。本发明方法适于工业化生产,工艺简单,溶剂绿色环保,成本低,对环境友好,可更高效地利用槟榔。

Claims (9)

1.一种从槟榔中提取多糖的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将槟榔用碱处理,水冲洗碱液后粉碎;
(2)将槟榔粉碎物用水和由木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶组成的复合酶在pH为4.5~6.5、温度为50~60℃下进行酶解,其中,槟榔粉碎物、木瓜蛋白酶、β-葡聚糖酶、角质酶和水的质量配比为500:(1.5~6.0):(0.1~1.0):(1.0~3.4):(1000~5000),使所述复合酶失活后收集酶解产物;
(3)将所述酶解产物过滤,将滤液50±5℃下减压浓缩后加入醇,4℃下静置沉淀,再次过滤,用醇和酮清洗滤饼,得到槟榔多糖粗提物;
(4)将所述槟榔多糖粗提物溶于蒸馏水,用大孔吸附树脂分离纯化,冷冻干燥后得到槟榔多糖产物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(4)的大孔吸附树脂分离纯化中,所述槟榔多糖粗提物的水溶液的上样量为1.5~4BV,上柱流速为2~5mL/min,用2~3BV量的去离子水洗脱,洗脱速度为2~5mL/min,合并流出液和洗脱液,50±5℃下减压浓缩至合并体积的10~20%,加入醇,4℃下静置沉淀,过滤,用醇和酮清洗滤饼。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在步骤(4)中,所述大孔吸附树脂选自由AB-8型、S-8型和NKA-9型组成的组中的至少一种,所述大孔吸附树脂采用湿法装柱,大孔树脂柱的直径为Φ2~5cm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(3)和步骤(4)中,用醇沉淀后的料液含20~80%的所述醇。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(3)和步骤(4)中,所述醇选自由乙醇、丙醇和丁醇组成的组中的至少一种,所述酮选自由丙酮和丁酮组成的组中的至少一种。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,用质量百分比浓度为3.0~6.5%的所述碱浸泡所述槟榔,浸泡时间为15~45小时。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述粉碎后获得的槟榔粉碎物具有3~10mm的粒径。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述碱选自由氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的中的至少一种。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(2)中,向酶解液中添加NaOH溶液调整pH为8.5~10.0,加入2~10mmol/L十二烷基硫酸钠,使所述复合酶失活。
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