TWI488866B - 海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法 - Google Patents

Description

海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法

本案係關於一種海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法，尤指一種簡易且快速的海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法。

海藻是一群能行光合作用且構造非常簡單的藻類，可廣泛用作蔬菜、飼料及肥料。再者，海藻富含營養成分和功能性成分，從海藻提煉出來的藻膠或海藻多醣具有特殊乳化性、凝膠性和藥用價值，因而逐漸應用於工業和醫藥產業中。

一般而言，藻類主要可分為綠藻、褐藻、紅藻及藍藻等四類。許多研究顯示從海藻中萃取的海藻多醣能有效地抑制病毒、降低膽固醇、降血糖及降血脂等效果。舉例來說，褐藻糖膠(Fucoidan)是一種存在於所有褐藻中的細胞間多醣。近年來的研究發現，褐藻糖膠具有抗氧化、抗凝血、抗腫瘤、抗病毒、抑制補體激活、抑制精卵结合、降血脂及吸收重金屬等功能，為一種重要的機能性保健素材。因此，如何從海藻中萃取出褐藻糖膠為一重要課題。

一種習知的褐藻糖膠萃取方法為先將新鮮海藻依次用乙醇、丙酮和氯仿進行預處理，接著將樣品經脫脂、脫鹽和乾燥後得乾粉，再以熱水萃取得到粗萃物，最後將粗萃物進一步純化可得褐藻糖 膠。此方法所製備的褐藻糖膠的萃取率為乾粉重量的6.5%。

另一種習知的褐藻糖膠萃取方法將藻體切成小片，浸在甲醛中，再以熱水萃取得到粗萃物，最後將粗萃物進一步純化可得褐藻糖膠。

又一種習知的褐藻糖膠萃取方法將藻粉用甲醇預處理後，以鹽酸萃取預處理物，離心後取沉澱物再次萃取，合併上清液，用氫氧化鈉中和，真空蒸發至乾後溶於0.5公升水而製備為粗萃物，最後將粗萃物進一步純化可得褐藻糖膠。此方法所製備的褐藻糖膠的萃取率為乾粉重量的27.2%。

從以上說明可知，習知的褐藻糖膠萃取方法主要經過有機溶劑預處理、加熱煮沸、加酸萃取及加鹼中和等繁瑣步驟。由於這些萃取方法使用大量有機溶劑，無法符合環境保護之效益。再者，這些萃取方法之萃取效率低，且製品有藻腥味殘留重等缺點。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種簡易且快速的海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，俾以減低有機溶劑使用量之方法且可以製備高萃取率之海藻多醣之褐藻糖膠。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，係包含以下步驟：(a)提供海藻原料；(b)將該海藻原料透過爆餅機，以爆餅機提供之特定壓力、溫度140~250度之間處理海藻原料4~10秒，以進行高溫高壓處理程序 ，並以爆餅機提供之瞬間洩壓速率進行一及瞬間洩壓處理程序，使海藻原料成為膨發性海藻樣品；以及(c)以熱水溫度70~100度，萃取時間1~5小時，以及澎發性海藻樣品及熱水比例為1：5~1：20之條件萃取膨發性海藻樣品，製得海藻多醣粗萃物。

11‧‧‧細胞質

12‧‧‧細胞膜

13‧‧‧細胞壁

S1~S5‧‧‧本案海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法的步驟

第1圖係為本案較佳實施例之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法之流程圖。

第2A圖顯示未經爆餅機處理之龍鬚菜原料的顯微照相示意圖。

第2B圖顯示經爆餅機處理後製得之膨發性龍鬚菜的顯微照相示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖，其係為本案較佳實施例之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法之流程圖。如第1圖所示，本案之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法包括以下步驟，其實驗流程說明如下。

首先進行步驟S1，提供適量之海藻原料。適用於本案之海藻原料可為綠藻、褐藻、紅藻及藍藻，較佳為褐藻(例如馬尾藻)及紅藻(例如龍鬚菜)。

接著，進行步驟S2，以清水洗淨海藻原料，並以35~50℃乾燥海藻原料約2~24小時，使得海藻原料之水含量約為5~10%。當然， 本步驟之操作條件可依實際需要調整。

接著，進行步驟S3，利用爆餅機提供的特定高溫高壓條件，例如以溫度140~250度加熱4~10秒以進行一高溫高壓處理程序，並以爆餅機提供之特定瞬間洩壓速率進行一瞬間洩壓處理程序使海藻原料成為膨發性海藻樣品，當然，該等溫度、壓力及卸壓速率等條件係依爆餅機提供之條件範圍而可任施變化。亦即，首先將海藻原料置於一密閉容器中，利用高溫高壓使海藻原料呈現部分融熔狀，再使該密閉容器瞬間洩壓，俾利用密閉容器內部壓力與外界壓力所產生的壓力差讓融熔狀海藻原料膨脹且脫去水分，達到膨發效果。此步驟的目的主要是為了將海藻原料的結構初步裂解並破壞其細胞壁的完整性，以便使海藻多醣與細胞壁間的作用力減低，以利在後續步驟更容易溶出海藻多醣。

上述高溫高壓及瞬間洩壓處理程序可透過爆餅機、膨發槍、擠壓機或任何類似的裝置完成。爆餅機為台灣夜市或是觀光地區常見的一種爆米餅或爆蝦餅用的機器，其作用方法與以前的爆米香用的膨發槍原理相同，但是更為快速有效，且能連續式生產。關於爆餅機及膨發槍的構成及作動程序已廣泛使用於業界，屬於習知技術，故不予贅述。擠壓機是一種是集合物料輸送、壓縮、混合、搓揉、剪切、加熱、殺菌、組織化、成形、膨發等功能之機器，將物料經過高溫高壓短時間作用後，通過模孔，因為水分與壓力的改變造成水蒸氣快速散失，使融熔狀的物料快速膨大，因此稱之為膨發。關於擠壓機的構成及作動程序已廣泛使用於業界，屬於習知技術，故不予贅述。

以爆餅機進行上述高溫高壓及瞬間洩壓處理程序為例，當海藻原 料置於爆餅機後，以爆餅機提供的特定壓力範圍、溫度140~250℃，較佳為180~230℃加熱處理4~10秒，可使海藻原料呈現部分融熔狀，接著使海藻原料瞬間脫離爆餅機，藉由瞬間洩壓作用，使海藻原料成為蓬鬆狀。此時，可將此蓬鬆狀的海藻原料稱為膨發性海藻樣品。經過上述高溫高壓及瞬間洩壓處理程序之後，膨發性海藻樣品相對於海藻原料的徑向膨發率可達1.5~4，較佳為2~3。

接著，進行步驟S4，以熱水萃取膨發性海藻樣品達一段特定時間，離心後，取上清液，可得海藻多醣粗萃物。根據一實施例，熱水溫度為70~100℃，膨發性海藻樣品與熱水的比例為1：5~1：20，萃取時間為1~5小時。當然，本步驟之操作條件可依實際需要調整。

接著，進行步驟S5，將海藻多醣粗萃物進一步純化為海藻多醣產物，即為褐藻醣膠。根據一實施例，加入三倍體積量之95%酒精使海藻多醣粗萃物沈澱，離心，取沈澱物再經低溫乾燥(例如40~50℃)乾燥1小時後可得海藻多醣產物。當然，本步驟之操作條件可依實際需要調整。

以下再以實施例具體說明本發明，此等實施例僅為例示說明之用，並非用以限制本發明。

實施例一 利用熱水從經膨發之龍鬚菜萃取海藻多醣及海藻多醣之特性分析

取適量的龍鬚菜原料，以清水洗淨並去除雜物，以40℃、乾燥16小時，此時水分含量約為6.47%。以爆餅機處理，爆餅機的處理 溫度分別為220℃及230℃，處理時間為10秒，爆餅機處理後製得膨發性龍鬚菜，其水分含量為4.23%。接著進行膨發率分析、藻腥味官能品評及顯微鏡分析。

經測量30個膨發性龍鬚菜後，可得其相對於龍鬚菜原料之徑向膨發率之平均值約為2.39倍。另外，由藻腥味官能品評分析可發現膨發性龍鬚菜之殘留藻腥味低。第2A圖顯示未經爆餅機處理之龍鬚菜原料的顯微照相示意圖。第2B圖顯示經爆餅機處理後製得之膨發性龍鬚菜的顯微照相示意圖。從第2A圖發現，未經爆餅機處理之龍鬚菜原料具有完整的細胞結構，可清楚區分出細胞質11、細胞膜12和細胞壁13，推測細胞壁13內具有海藻多醣。從第2B圖發現，經爆餅機處理後製得之膨發性龍鬚菜之藻細胞及細胞壁結構發生改變，無法看到完整的細胞結構，因此，從第2A圖及第2B圖之結果發現，透過爆餅機所進行之高溫高壓及瞬間洩壓處理程序使得海藻多醣脫離細胞壁的比例增加。

接著，取適量膨發性龍鬚菜，以85℃熱水(樣品重與熱水的比例=1：10)萃取3小時，離心後，取上清液，再以3倍體積量95%酒精沈澱，離心，取沈澱物，再經40~50℃乾燥1小時後可得海藻多醣。

接著，秤重定量海藻多醣，再以10~20毫升的水復溶後可進行多醣含量分析、薄層層析法(TLC)分析及DPPH自由基清除率分析。薄層層析法可檢測到海藻多醣存在。經計算後，220℃爆餅後之多醣的萃取量為乾粉重量的58.2%。另外，220℃爆餅後之DPPH自由基清除率為53%。

比較例一 利用熱水從未經膨發之龍鬚菜萃取海藻多醣及海藻多 醣之特性分析

取適量的龍鬚菜原料，以清水洗淨並去除雜物，以40℃、乾燥16小時，以85℃熱水(樣品重與熱水的比例=1：10)萃取3小時，離心後，取上清液，再以3倍體積量95%酒精沈澱，離心，取沈澱物，再經40~50℃乾燥1小時後可得海藻多醣。

接著，秤重定量海藻多醣，再以10~20毫升的水復溶後可進行多醣含量分析、薄層層析法分析及DPPH自由基清除率分析。薄層層析法分析可檢測到少許海藻多醣存在。經計算後發現，利用熱水可從未經爆餅機處理之龍鬚菜原料得到之多醣萃取量為乾粉重量的45.7%，DPPH自由基清除率為35%。

實施例二 利用熱水從經膨發之馬尾藻萃取海藻多醣及海藻多醣之特性分析

除了以馬尾藻原料替代龍鬚菜外，其餘採用與實施例一相同之方法，以相同的爆餅機條件處理馬尾藻，可製得膨發性馬尾藻。經測量30個膨發性馬尾藻後，可得其相對於馬尾藻原料之徑向膨發率之平均值約為1.6倍。另外，由藻腥味官能品評分析可發現膨發性馬尾藻之殘留藻腥味相當低。另外，從顯微照相(未顯示)亦發現，未經爆餅機處理之馬尾藻具有完整的細胞結構，經爆餅機處理後製得之膨發性馬尾藻之藻細胞及細胞壁結構發生改變，無法看到完整的細胞結構，因此，透過爆餅機所進行之高溫高壓及瞬間洩壓處理程序使得海藻多醣脫離細胞壁的比例增加。

接著，利用與實施例一相同的方法萃取膨發性馬尾藻，可得海藻多醣。薄層層析法可檢測到褐藻糖膠存在。經計算後，220℃爆 餅後之多醣的萃取量為乾粉重量的20.57%，230℃爆餅後之多醣的萃取量為乾粉重量的21.9%。另外，220℃爆餅後之DPPH自由基清除率為25%，230℃爆餅後之DPPH自由基清除率為44%。

比較例二 利用熱水從未經膨發之馬尾藻萃取海藻多醣及海藻多醣之特性分析

除了以馬尾藻原料替代龍鬚菜外，其餘採用與比較例一相同之方法，利用熱水從未經膨發之馬尾藻萃取海藻多醣。薄層層析法可檢測到少許褐藻糖膠存在。經計算後發現，利用熱水可從未經爆餅機處理之馬尾藻原料得到之多醣萃取量為乾粉重量的7.14%，DPPH自由基清除率為11%。

從以上實驗發現，藉由本案之海藻多醣萃取方法，將龍鬚菜或馬尾藻原料膨發後再以熱水萃取海藻多醣，相較於直接以熱水萃取龍鬚菜或馬尾藻原料，其多醣萃取率及DPPH自由基清除率均明顯增加。

綜上所述，本案提供一種的海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法。本案之方法利用爆餅機所產生的高溫與高壓，將海藻原料的結構先經過裂解及破壁處理後，再瞬間洩壓，讓融熔狀海藻原料膨脹且脫去水分，達到膨發效果。由於膨發性海藻樣品之海藻多醣與細胞壁間的作用力減低，因此利用熱水即可有效提取海藻多醣粗萃物，並將海藻多醣粗萃物純化後可得褐藻糖膠。相較於先前技藝之方法，本案之海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法更為簡易且快速。由於本案之海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法不需採用有機溶劑製備海藻多醣粗萃物，故可符合環境保護之效益。另外，本案之海藻多 醣之褐藻醣膠萃取方法之製品並無明顯的藻腥味殘留問題。此等優勢皆為習知技術所不及，故本案之海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法極具產業價值，爰依法提出申請。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

S1~S5‧‧‧本案海藻多醣之褐藻醣膠萃取方法的步驟

Claims (6)

1. 一種海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，係包含以下步驟：(a)提供一海藻原料；(b)將該海藻原料透過一爆餅機，以該爆餅機提供之特定壓力、溫度140~250度之間處理該海藻原料4~10秒，以進行一高溫高壓處理程序，並以該爆餅機提供之瞬間洩壓速率進行一瞬間洩壓處理程序，使該海藻原料成為一膨發性海藻樣品；以及(c)以熱水溫度70~100度，萃取時間1~5小時，以及該澎發性海藻樣品及熱水比例為1：5~1：20之條件萃取該膨發性海藻樣品，製得一海藻多醣粗萃物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，其中經該高溫高壓及瞬間洩壓處理程序後，該膨發性海藻樣品相對於該海藻原料的徑向膨發率為1.5~4。
3. 如申請專利範圍第1項所述之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，其中於該步驟(a)中，進一步以清水洗淨該海藻原料，並以35~50℃乾燥該海藻原料約2~24小時，使該海藻原料之水含量約為5~10%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，其中於步驟(c)後，該海藻多醣萃取方法進一步包含步驟(d)：將該海藻多醣粗萃物純化為一海藻多醣產物。
5. 如申請專利範圍第4項所述之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，其中該海藻多醣產物為褐藻糖膠。
6. 如申請專利範圍第1項所述之海藻多醣之褐藻糖膠萃取方法，其中該海藻原料為馬尾藻或龍鬚菜。