CN1884571A - 从石蒜属植物中提取多糖的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种从石蒜属植物中提取多糖的方法,以及使用本方法提取出的石蒜中性多糖和石酸酸性多糖产品,本发明既包括一般从植物中提取多糖的工艺,如粉碎、浸取、酶解、浓缩、离心分离、醇析、去脂、脱蛋白、脱色、离子交换、去离子等工艺步骤,也根据石蒜属植物含淀粉和蛋白质高的特点,拟定出从石蒜属植物中提取石蒜多糖的工艺,并在充分实验基础上,提出最佳工艺条件,为研究石蒜糖的生物活性和药用价值奠定基础。
Description
技术领域:本发明是属于一种从石蒜属植物中提取多糖的工艺方法及使用本方法提取出的石蒜中性多糖和石蒜酸性多糖的产品。
背景技术:多糖具有多种生理功能,因而多糖药物近年来发展迅速,特别是从许多药用植物中提取的多糖,药用价值都很高,如黄精多糖能降低血糖及血清糖化血红蛋白含量,并具有降脂作用,牛膝多糖可用于医治肿瘤,肝炎等疾病,还具有免疫功能,可作为抗衰老保健药物等等。因此从各种药用植物中提取多糖的专利申请不少,如《口服药物牛膝多糖的生产方法》,申请号89104492.2;《黄精多糖的提取方法及其用途》,申请号02102167.8;《大蒜多糖的提取方法》申请号:98113263.4;《从金银花中提取金银花多糖的方法》,申请号200510019402.7;《发酵法提取枸杞多糖》申请号200510046785.7;《一种葛仙米多糖的提取方法》申请号200410012922.0等;但是从石蒜属植物中提取石蒜多糖的方法还没有。石蒜属植物全世界共有20种,而我国就有15种,占全世界石蒜属植物75%。石蒜属植物不仅花美丽、经济价值高,而且药用价值也很高。石蒜鳞茎中含多种生物碱,其中雪花莲胺碱又称加兰他敏,是一种可逆性胆碱酯酶抑制剂,对中枢神经系统有明显影响,对一些中枢神经系统麻痹有一定疗效,对小儿麻痹引起的瘫痪,重症肌无力的治疗效果都很好,而且毒性小。石蒜属植物除含多种生物碱具有较高药用价值外,还含有大量的石蒜多糖,石蒜多糖能够提高机体细胞及体液免疫功能,活化补体系统,增强巨噬细胞及天然杀伤细胞的吞噬功能,促进细胞因子的释放,调节免疫功能,抗肿瘤,抗病毒病菌,降血糖血酯,抗溃疡等,可见从石蒜中提取出石蒜多糖具有较大的科研价值和药用价值。
发明内容:本发明的目的在于根据石蒜属植物含淀粉量大,蛋白质含量高的具体特点,拟定出从石蒜属植物中提取石蒜多糖的工艺;在充分实验的基础上,提出一般工艺条件和最佳工艺条件;并根据本工艺和工艺条件生产出石蒜中性多糖和石蒜酸性多糖纯品,为研究石蒜多糖的生物活性,药用价值奠定基础。
本发明工艺流程见说明书附图1。
从附图1可知,工艺流程主要分两部份,第一部份是粗多糖的制备;第二部分是将粗多糖经分离纯化得多糖纯品,工艺步骤依次为:1.粉碎:采集新鲜石蒜球茎,用水冲洗干净,70~80℃烘干,样品在组织捣碎以后,再用超声波粉碎30分钟得干样品粉末。
2.酶解:将粉碎的石蒜球茎(干样品粉末)加入植物复合酶,每克干样品粉末加20~60μL植物复合酶,在50~60℃酶解1小时,植物复合酶是从植物中分离提取的一种酶,其有效成份包括纤维素酶,果酸酶,角质酶和多酞聚糖酶,主要起到破坏细胞壁的作用,本发明选用宁夏夏盛实业集团有限公司生产的植物复合液体酶产品,浓度为105000u/ml,u指酶的活力单位。
3.热水浸提:以干石蒜料重量计算,按料水重量比1∶10~1∶20加入60~80℃热水,提取2次,每次浸提时间3小时,将2次提取液合并在一起。
4.抽滤去除残渣:将2次提取合并后的提取液进行抽滤,取滤液。
5.淀粉酶处理:取上述滤液,按每毫升滤液加10μL淀粉酶,(淀粉酶浓度2112u/ml,u指酶的活力单位)进行酶解30分钟,淀粉酶能将淀粉酶解为糖。
6.浓缩离心去杂质:将淀粉酶酶解后的溶液浓缩至原来一半体积,然后离心分离除去杂质。
7.醇析过夜:浓缩离心去杂质后的溶液用3倍体积浓度为85%~95%的乙醇在4℃进行醇析过夜。
8.粗多糖获取:将醇析过夜的溶液进行离心分离,取沉淀得粗多糖。以上是粗多糖获取的工艺步骤。
下面是石蒜多糖的纯化和分离:
9.复溶:将粗多糖用少量蒸馏水溶解。
10.去脂:将复溶的粗多糖加入等体积的乙醚震摇10min,倒入分液漏斗,取下层糖液,如此重复3次,再合并糖液。
11.脱蛋白:由于石蒜属植物富含蛋白质,采用上述方法得到的粗多糖中含有较多的蛋白质,所以多糖在进一步纯化之前,必须除去多糖中的蛋白质,一般采用Sevag试剂(正丁醇∶氯仿=1∶4)萃取,实验证明,随着Sevag法脱蛋白处理次数的增加,蛋白质去除率增加的同时,多糖的损失也增大;本发明先用蛋白酶水解后再采用Sevag法脱蛋白,去除蛋白质的效果明显提高,而且多糖损失小,因此,采用先加蛋白酶水解,再用2次Sevag法除蛋白,效果最佳。脱蛋白的操作是:将经过去脂后的粗糖溶液按每毫升粗糖液加5μL的木瓜蛋白酶水解,木瓜蛋白酶浓度为60000u/ml,u是指酶的活力单位,然后加5倍蒸馏水稀释,加1/5体积的Sevag试剂萃取,充分搅拌20分钟,除去水层与氯仿层交界处的变性蛋白质,取上层糖液,重复二次。
12.脱色:多糖水溶液调节PH=8.0,用20%H2O2脱色,50℃以下保温1小时,用蒸馏水透析24小时,其间不断换蒸馏水。
13.离子交换柱层析:取一定量的DEAE一纤维素干粉加入到0.5mol/LNaOH溶液中,每克干粉DEAE一纤维素用15mlNaOH溶液,使其自然沉降,浸泡一天,抽滤,用水洗至中性,加足量0.5mol/L HCl摇匀、浸泡,抽滤,用水洗去游离HCl,再用NaOH洗,进而洗去碱液,至滤液呈中性,转移至φ1.5×40cm的层析柱,用蒸馏水平衡。将经过去酯,脱蛋白和脱色后多糖液浓缩,将浓缩多糖液转移至层析柱上,待多糖渗入到DEAE一纤维素中后,以蒸馏水洗脱出中性多糖,直至流出液中无多糖为止。再用0.1mol/L~1moL/L的NaCl洗脱出酸性多糖直至流出液中无多糖为止。DEAE一纤维素柱蒸馏水洗脱曲线见附图5,DEAE一纤维素柱NaCl洗脱曲线见附图6,横坐标为洗脱液量,用试管接取,每管接9ml洗脱液,纵坐标OD为吸光度值,由附图5、6可知,整个多糖中以中性多糖为主,带有很少的酸性多糖。
14.去离子:将收集的洗脱液蒸发浓缩装入透析袋中,用蒸馏水透析48小时,其间不断换蒸馏水。
15.醇析、洗涤、干燥:将透析后的洗脱液浓缩用3倍体积浓度为85%~95%的乙醇在4℃进行醇析过夜,离心分离取出沉淀,分别用乙醇、丙酮、乙醚依次洗沉淀多次,真空干燥得多糖纯品。
从上述工艺可知,本发明既有多糖的一般提取工艺步骤:依次包括原料的粉碎、浸取、酶解、浓缩、离心分离、醇析、去脂、脱蛋白,脱色、离子交换,去离子工艺步骤,也针对本发明所用石蒜原料具有淀粉含量高和蛋白含量高的特点,拟定出从石蒜植物中提取石蒜多糖工艺,其特点在于以石蒜属植物为原料,在石蒜粗多糖的制备过程中,将石蒜球茎干燥粉碎得样品粉末,将样品粉末,先用植物复合酶酶解,再用热水浸提,浸提液经过淀粉酶酶解;在制取多糖纯品过程中,在脱蛋白工序中先经蛋白酶酶解,再用Sevag法除蛋白;离子交换工序中用DEAE一纤离素柱层析分离,用蒸馏水洗脱得中性多糖产品,用NaCl洗脱得酸性多糖产品。
从上述工艺流程可以看出,影响粗多糖产率的关键步骤在于热水浸提的条件和醇析条件,影响多糖分离和纯化的关键步骤在脱蛋白和柱层析。为此本发明对上述步骤做下述条件试验。
(1)不同提取液对石蒜粗多糖得率的影响:取干样品粉末,按每克干样品粉末加20μL植物复合酶,植物复合酶浓度105000u/ml,在50℃酶解1小时,按干样品粉末料与浸取液的料水重量比1∶15分别加入水,浓度2%HCl、2%NaOH浸取3小时,浸提温度90℃用721型紫外型分光光度计在最大吸收波长490nm处测吸光度OD,计算出每100g干样品中粗多糖得率(%),其结果如表1,
表1,不同提取溶液对石蒜粗多糖得率的影响
根据实验可知石蒜粗多糖的浸取以蒸馏水得率最高。
(2)用热水浸提时不同提取温度对石蒜粗多糖得率的影响:取干样品粉末按每克干样品粉末加20μL植物复合酶(浓度105000u/ml)在50℃酶解1小时,按干样品粉末与浸取液的料水重量比为1∶15加入蒸馏水浸提时间3小时,浸提温度从60℃~90℃浸提次数2,以721型紫外分光光度计在最大吸收波长490nm处测吸光度计算出每100g干样品粉末中粗多糖得率,以温度为横坐标,以每100g干样品粉末中粗多糖得率(粗多糖g/100g干样品粉末)为纵坐标画图如附图2,从图可知,提取温度80℃以上,得率变化很小。
(3)用热水浸提时间对石蒜粗多糖得率的影响:取干样品末按每克干样品粉末加20μL植物复合酶(浓度105000u/ml)在50℃酶解1小时,按干样品粉末与浸取液的料水重量比为1∶15加入蒸馏水,浸提温度90℃,浸提时间从2到4小时,浸提次数2,以721型紫外分光光度计在最大吸收波490nm处测吸光度计算出100g干样品中粗多糖得率,以时间为横坐标,粗多糖得率为纵坐标画图,如附图3,从图可知,浸提2小时以后增幅趋于平缓,3小时以后几乎没有变化。
(4)浸提料水比对提取率的影响:取干样品粉末按每克干样品粉末加20μL植物复合酶,(植物复合酶浓度105000u/ml)在50℃酶解1小时,按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25加入蒸馏水,浸提时间3小时,浸提温度90℃,浸提次数2,同样以721型紫外分光光度计490nm测吸光度算出粗多糖得率(%),以得率为纵坐标,料液比为横座标画图如附图4,从图可知,粗多糖得率随加水量增加而升高,但在1∶15以后趋于平缓。
(5)浸提次数对石蒜粗多糖得率的影响。取干样品粉末,按每克干样品粉末加20μL植物复合酶(浓度105000u/ml),在50℃酶解1小时,按料液比1∶15加入蒸馏水,浸提3小时,浸提温度90℃,分别浸提1次或2次或3次,同样以721型紫外分光光度计490nm测吸光度,算出得率,浸提次数对石蒜粗多糖得率的影响见表2。
表2浸取次数对石蒜粗多糖得率的影响
浸提次数 | 粗多糖得率(粗糖g/100g干样品粉末) | 占总量比率(%) |
1 | 16.1 | 81.11 |
2 | 2.9 | 14.61 |
3 | 0.85 | 4.28 |
从表2可以看出,第一次提取达到总量81.11%,第二次提取为14.61%,前两次合计占总量95.72%,因此上述条件下提取次数为2,即可过多的提取次数没有必要。
(6)不同乙醇浓度对醇析的影响
取干样品粉末,按每克干样品粉末加20μL植物复合酶(浓度105000u/ml)在50℃酶解1小时,按料液比1∶15,在90℃浸提3小时,浸提次数2次,将2次提取液合并,抽滤取滤液,按每毫升滤液加10ml(浓度2112u/ml)淀粉酶酶解30分钟,将淀粉酶酶解后溶液浓缩至原体积一半,然后离心分离去杂质,用3倍的乙醇在40℃下进行醇析过夜,乙醇浓度分别为30%、50%、70%、85%、95%,乙醇浓度对石蒜粗糖得率的影响如表3
表3不同乙醇浓度对石蒜粗多糖得率的影响
乙醇浓度% | 30 | 50 | 70 | 85 | 95 |
多糖得率粗多糖g/100g样品粉末 | 1.12 | 5.80 | 11.35 | 14.6 | 15 |
从表3可知,乙醇浓度以95%为宜。
附图说明:附图1、从石蒜属植物中提取石蒜多糖工艺流程图。附图1的进一步说明请看说明书P2~P5。
附图2、热水浸提不同温度对粗多糖得率影响。进一步说明请看说明书P6,(2)用热水浸提时不同提取温度对石蒜多糖得率的影响。
附图3、用热水浸提不同浸提时间对粗多糖得率的影响。详细说明请看说明书P6。
附图4、热水浸提料水比对粗多糖得率的影响。详细说明请看说明书P6。
附图5、DEAE一纤维素柱蒸馏水洗脱曲线。
附图6、DEAE一纤维素柱NaCl洗脱曲线。附图5和附图6详细说明请看说明书P4中“13.离子交换柱层析”。
具体实施方式:实施例1、植物复合酶用量和酶解温度对石蒜属粗多糖提取的影响:酶的用量和酶解温度影响粗多糖得率,单项试验表明,在每g干样品粉末中加入植物复合酶20~60μL浓度105000μ/ml条件下,粗多糖的提取率随酶用量增加而增加,而植物复合酶的酶解温度在50~60℃范围内活性最大,我们用正交设计试验找出酶解的最佳条件。
采用3因素3水平,共做9个试验,3因素为A.酶解温度℃,B.热水浸取时料水比g/ml,C.植物复合酶用量(植物复合酶浓度105000u/ml),酶用量是指每克干样品粉末用去植物复合酶多少μL(1ml=1000μL),3水平是指A、B、C三个因素每个因素取3个点,即A取50℃、55℃、60℃;B取1∶10,1∶15,1∶20。C取20μL/g干样品粉末、40μL/g干样品粉末、60μL/g干 样品,其余条件为热水浸提两次,浸提温度90℃,浸提时间3小时,酶解时间1小时,用721型紫外分光光度计在最大吸收波长490nm测吸光度OD,计算出每100g干样品粉末中粗多糖得率。
三因素3水平表见表4,正交设计试验方案及试验结果见表5
表4、3因素3水平表
表5L9(33)试验方案及试验结果
K1 | 50.9 | 47.7 | 45.4 | |
K2 | 47.2 | 48.7 | 50.4 | |
K3 | 46.7 | 48.4 | 49.0 | |
K1 | 17.0 | 15.9 | 15.1 | |
K2 | 15.7 | 16.2 | 16.8 | |
K3 | 15.6 | 16.1 | 16.3 | |
R | 1.4 | 0.3 | 1.7 | |
最优水平 | A1 | B2 | C1 |
结果表明,石蒜属多糖采用酶解提取法,酶用量和酶解温度对粗多糖有显著影响,而料液比影响不大,各因素对提取效果的影响程度依次为:酶用量C>酶解温度A>料水比B,优选工艺为A1B2C2即酶解温度50℃,料水比1∶15,酶用量20μL/g干样品粉末。
实施例2、热水浸提和醇析条件正交设计试验。
条件:植物复合酶酶解温度50℃,酶用量20μL/g,热水浸提两次,浸取液浓缩至原体积一半,然后离心分离去除杂质,用3倍体积乙醇醇析,采用4因素3水平试验,4因素即A.热水浸提时间。B.热水浸提时料水比(g/ml);C.热水提取温度(℃),D.醇析时乙醇浓度。每个因素取3个点,即3水平,因素水平表见表6,正交设计试验方案及试验条件见表7。
表7、L9(34)试验方案及试验结果
表6、4因素3水平表
根据分析结果,各因素对提取效果的影响程度依次为:乙醇浓度D>提取温度=提取时间A>料液比B。较优的提取工艺是为A2B2C3D3即提取时间3小时,料液比1∶15,提取温度90℃,95%乙醇醇析加上前面已正交试验结果,植物复合酶用量20μL/g,酶解温度50℃,得出粗多糖最佳提取条件。
实施例3、(1)粉碎:采集新鲜石蒜球茎用水冲洗干净,在70~80℃烘干,样品在组织捣碎后,再用超声波粉碎30分钟,得干样品粉末。
(2)酶解:取石蒜干样品粉末5g,按酶用量为20μL/g干样品粉末加入植物复合酶(浓度105000u/ml)104.6μL,在50℃左右酶解1小时左右。
(3)热水浸提:以干样品料计算按料液比为1∶15加入水78.45ml,然后在温度90℃下,提取2次,每次浸提时间3小时。
(4)抽滤去残渣:将两次提取合并后的提取合并后的提取液进行抽滤,取滤液得140ml。
(5)淀粉酶处理:取上述滤液,按每毫升滤液加10μL淀粉酶进行酶解30分钟,淀粉酶浓度2112u/ml。
(6)浓缩离心去杂质:将酶解后的溶液浓缩至原来一半体积,然后在3500r/min离心分离30min,除去杂质。
(7)醇析过夜:浓缩离心去杂质后的溶液用3倍体积的乙醇210ml在40℃进行醇析过夜,乙醇浓度95%。
(8)粗多糖获取:将醇析过夜溶液进行离心分离,取沉淀得粗多糖0.94g。
(9)复溶:将粗多糖用10ml蒸馏水复溶。
(10)去脂:将复溶的粗多糖加入等体积的乙醚震摇10min,倒入分液漏斗,取下层糖液,如此重复3次,并合并糖液。
(11)脱蛋白:将去脂后的多糖溶液,加入50μL的木瓜蛋白酶水解,木瓜蛋白酶浓度为60000u/ml,然后加蒸馏水70ml左右,最后按比例1∶5加入Sevag试剂(正丁醇∶氯仿=1∶4)14ml,使其充分搅拌20min后除去水层与氯仿层交界外的变性蛋白质,取上层糖液,重复2次。
(12)脱色:将多糖液调PH=8.0,用20%H2O2脱色,50℃以下保温1小时,用蒸馏水透析24小时,其间不断换蒸馏水。
(13)离子交换柱层析:将脱色后的多糖液转移至φ1.5×40Cm的DEAE-纤维素层析柱,然后用蒸馏水洗脱收集洗脱液,再用0.1mol~1mol/L的NaCl洗脱,收集洗脱液。
(14)去离子:收集洗脱峰部位洗脱液,真空蒸发浓缩,装入透析袋中,透析48h,其间不断更换透析水。
(15)醇析、洗涤、干燥:将透析的洗脱液浓缩用3倍体积浓度为95%的乙醇在40℃下进行醇析过夜,离心分离取出沉淀,分别用乙醇、丙酮、乙醚依次洗沉淀多次,真空干燥得多糖纯品0.46g.
本发明先后用安徽石蒜,中国石蒜,忽地笑换棉花,石蒜等石蒜属植物进行试验,产品经751型紫外分光光度计在最大吸收峰为490nm处检测,在490nm处有吸收值,则为多糖,同时在260nm和280nm无吸收值,则说明该产品已不含蛋白质,多酞和核酸,由此可证明该纯品为多糖纯品,多糖纯度鉴定见表8
表8、多糖纯度鉴定
安徽石蒜 | 中国石蒜 | 忽地笑 | 换棉花 | 石蒜 | |
颜色 | 灰色 | 褐色 | 浅灰色 | 浅灰色 | 白色 |
吸潮 | 易 | 较易 | 易 | 较易 | 易 |
溶于冷水 | 不溶 | 不溶 | 不溶 | 不溶 | 不溶 |
溶于热水 | 溶 | 溶 | 易溶 | 易溶 | 易溶 |
溶于有机熔剂 | 不熔 | 不熔 | 不溶 | 不溶 | 不溶 |
水溶液粘度 | 较大 | 较大 | 较大 | 较大 | 较大 |
碘-碘化钾反应 | 阴性(不含淀粉) | 阴性 | 阴性 | 阴性 | 阴性 |
Molisch反应 | 阳性 | 阳性 | 阳性 | 阳性 | 阳性 |
苯酚-硫酸法反应 | (490nm)阳性 | 阳性 | 阳性 | 阳性 | 阳性 |
多糖得率(%) | 17 | 16 | 18 | 17.5 | 17.9 |
碘-碘化钾反应是用于检测是否含有淀粉的反应。其原理是显兰色为阳性,说明有淀粉存在;不显色为阴性,说明无淀粉存在。
Molish反应和苯酚-硫酸法反应都是用于检验多糖的方法,两种方法的反应都能使多糖显红紫色为阳性,则说明为多糖,不显色为阴性,说明不是多糖。
Claims (4)
1.一种从石蒜属植物中提取多糖的方法,包括多糖的一般提取工艺:依次为粉碎、浸取、酶解、浓缩、离心分离、醇析、去脂、脱蛋白,脱色、离子交换,去离子工艺步骤,其特征在于以石蒜属植物为原料,在石蒜粗多糖的制备过程中,将石蒜球茎干燥粉碎得样品粉末,将样品粉末先用植物复合酶酶解,再用热水浸提,浸提液经过淀粉酶酶解;在制取多糖纯品的过程中,在脱蛋白工序中先经蛋白酶酶解,再用Sevag法除蛋白;离子交换工序中用DEAE一纤离素柱层析分离,用蒸馏水洗脱得中性多糖产品,用NaCl洗脱得酸性多糖产品。
2.根据权利要求1所述的一种石蒜属植物中提取多糖的方法,其特征是将干样品粉末每克干样品粉末加20~60μL植物复合酶,植物复合酶浓度105000u/ml在50~60℃酶解1小时;用热水浸提多糖,热水浸提条件以干样品粉末重量计算,按料水重量比1∶10~1∶20加入60~90℃热水,提取时间2~4小时,提取两次;浸提液经淀粉酶处理,淀粉酶处理条件按每10ml浸取滤液加10μL淀粉酶,淀粉酶浓度2112u/ml,酶解30分钟;在脱蛋白工艺中,蛋白酶处理操作是在去脂后的粗糖溶液中,每毫升粗糖液加5μL木瓜蛋白酶水解,木瓜蛋白酶浓度为60000u/ml然后5倍蒸馏水稀释,再以Sevag试剂萃取;醇析条件为乙醇体积3倍于浸取液,在4℃下醇析过夜,乙醇浓度85~95%。
3.根据权利要求1或2所述的一种从石蒜属植物中提取多糖的方法,其特征是每克干样品粉加20μL植物复合酶,植物复合酶浓度105000uml,在50℃酶解1小时,用热水浸提多糖,热水浸提条件以干样品粉末重量计算,料水重量比1∶15,加入90℃热水提取时间3小时,提取2次;醇析条件为乙醇体积3倍于浸取液,在4℃下醇析过夜,醇析时乙醇浓度为95%。
4.根据权利要求1所述的一种从石蒜属植物中提取多糖的方法,其特征是离子交换柱层析的操作工艺为:取DEAE一纤维素干粉加入到0.5mol/L NaOH溶液中,每克干粉DEAE一纤维素用15mlNaOH溶液,使其自然沉降,浸泡一天,抽滤,用水洗至中性,加足量0.5mol/L HCl摇匀、浸泡,抽滤,用水洗去游离HCl,再用NaOH洗,进而用水洗去碱液,至滤液呈中性,转移至层析柱,用蒸馏水平衡,将经过去酯,脱蛋白和脱色后多糖液浓缩,将浓缩多糖液转移至层析柱上,待多糖渗入到DEAE一纤维素中后,以蒸馏水洗脱出中性多糖,直至流出液中无多糖为止,再用0.1mol/L~1moL/L的NaCl洗脱出酸性多糖。
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