樹(shù)脂在中藥多糖脫色工藝中的研究進(jìn)展*

鈕婧杰 ，孫延平 ,2，李 霄 ，吳 丹 ，匡海學(xué)

（1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，教育部北藥基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江省中藥及天然藥物藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱150040；2.中國(guó)科學(xué)院 大連化學(xué)物理研究所，藥用資源開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116023）

多糖作為中藥的重要組成部分，具有抗炎、抗病毒、抗血糖血脂、抗癌、調(diào)節(jié)免疫等生物活性[1]，已成為廣大研究者重點(diǎn)研究對(duì)象。但由于多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為多糖的研究帶來(lái)了許多問(wèn)題，因此，能夠得到純化均一的多糖就顯得尤為重要，然而傳統(tǒng)的水提醇沉法得到的多糖往往由于色素殘余較多而使多糖的純度大大降低，影響多糖后續(xù)的研究，水溶、脂溶性色素相對(duì)來(lái)說(shuō)較易去除，而多酚類和多酚氧化酶類色素，以及結(jié)合在多糖上的其他有色物質(zhì)就很難去除，因此，找到一種合適的脫色方法在多糖純化過(guò)程中就顯得尤為重要。多糖脫色方法很多，如活性炭吸附、雙氧水脫色、反膠束法、樹(shù)脂法脫色等[2]，前3 種脫色方法損失率大、不易回收、環(huán)保性差、成本高，而樹(shù)脂具有吸附容量大、操作條件簡(jiǎn)便、易于回收等優(yōu)點(diǎn)。樹(shù)脂脫色的原理也較簡(jiǎn)單，大多通過(guò)不同的分子間相互作用力而吸附多糖中的色素分子從而達(dá)到去除色素的目的。目前，常采用的樹(shù)脂有大孔樹(shù)脂和離子交換樹(shù)脂等。

1 樹(shù)脂脫色的分類及特點(diǎn)

近年來(lái)，用于脫色的樹(shù)脂主要有大孔吸附樹(shù)脂和大孔型離子交換樹(shù)脂。大孔吸附樹(shù)脂主要吸附原理是通過(guò)分子間相互作用——范德華力，將色素分子吸附在樹(shù)脂填料上，從而達(dá)到脫色的效果。其特點(diǎn)在于吸附量大且迅速、選擇性佳、易于再生、價(jià)格合理等。大孔型離子交換樹(shù)脂因縮聚時(shí)添加了致孔劑，比凝膠型離子交換樹(shù)脂的內(nèi)部多出許多孔狀，比表面積增大，活性中心增多。這一特性既有利于離子交換，加大擴(kuò)散效率，同時(shí)樹(shù)脂本身具有的范德華力使吸附性能大大增加，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，其特點(diǎn)在于脫色能力增加、抗污染能力增強(qiáng)、再生、轉(zhuǎn)型方便、交換容量增大、擴(kuò)散速度增加等。

表1 不同大孔樹(shù)脂對(duì)多糖脫色的效果Tab.1 Decolorization effect of different macroporous resins on polysaccharides

2 不同類型樹(shù)脂在中藥多糖脫色中的研究

2.1 非極性大孔吸附樹(shù)脂

鐵皮石斛為蘭科植物鐵皮石斛（Dendrobium offici-nale Kimura et Migo）的干燥莖，鐵皮石斛多糖具有降血糖、抗衰老、調(diào)節(jié)免疫等多種活性。鐵皮石斛多糖的生物活性與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此，提取分離的加工方式就尤為重要[3,4]。譚青云[5]等采用不同脫色劑對(duì)鐵皮石斛粗多糖進(jìn)行脫色，研究表明，大孔樹(shù)脂D4020 能有效去除鐵皮石斛粗多糖色素并有效保留多糖含量和生物活性。林婷婷[6]等人利用響應(yīng)面法優(yōu)化，選用D101 非極性樹(shù)脂對(duì)酸棗仁多糖進(jìn)行脫色，當(dāng)樣品濃度為2mg·mL-1，上樣體積為3.5mL，洗脫流速為4BV·h-1時(shí)多糖脫色效果最佳，此條件下多糖的脫色率和保留率分別為61.32%和87.05%。沈錦[7]等人也發(fā)現(xiàn)利用D101 樹(shù)脂對(duì)白菊米多糖脫色效果最佳，優(yōu)化得到最佳脫色工藝為：填料用量比9g/100mL，脫色時(shí)間2h，脫色溫度 30℃時(shí)，在此條件下得到的多糖脫色率和回收率分別為 45.72%和64.28%，脫色后白菊米多糖顏色明顯變淺。Jun Yang[8]等人則選擇HPD-100 樹(shù)脂作為藏紅花花瓣多糖的脫色樹(shù)脂，優(yōu)化后5mg·mL-1藏紅花花瓣多糖提取液以流速5.4BV·h-1，體積60mL，溫度20℃的動(dòng)態(tài)吸附條件脫色，脫色率和多糖回收率可達(dá)86.59%和80.54%。

2.2 中、弱極性大孔吸附樹(shù)脂

AB-8 是一種常見(jiàn)的弱極性大孔吸附樹(shù)脂，在多糖脫色工藝中被廣泛使用。林冰梅[9]等人在比較了 NKA-9、AB-8、S-8 和 D-4020 4 種不同極性大孔吸附樹(shù)脂對(duì)黃花倒水蓮多糖脫色效果后發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂AB-8 脫色效果最明顯，脫色率可達(dá)80.4%。肖星輝[10]以新疆荒漠肉蓯蓉為研究對(duì)象研究其多糖提取純化工藝，發(fā)現(xiàn)AB-8 大孔樹(shù)脂脫色效果比活性炭脫色效果更好，其脫色率為86. 43%，多糖的回收率可達(dá)91. 93%。劉曉飛[11]等人在對(duì)發(fā)芽糙米粗多糖純化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大孔樹(shù)脂AB-8 對(duì)發(fā)芽糙米粗多糖脫色效率可達(dá)86.57%，多糖損失率僅為28.96%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他脫色劑的效果。劉沖英[12]等人研究表明，使用HPD-400 和LS-700B 型大孔吸附樹(shù)脂混合脫色，當(dāng)樣品濃度為 6.0mg·mL-1，溫度 30℃，上樣速率1.5BV·h-1，上柱體積1.5BV 時(shí)，對(duì)地黃多糖純化脫色效果最好，純化后的多糖保留率為90.25%，脫色率為83.15%。

2.3 極性大孔吸附樹(shù)脂

白牛肝菌中含有豐富的可溶性多糖，具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗疲勞、抗炎等生物活性，朱靜等優(yōu)化脫色工藝，選擇最佳條件：S8 樹(shù)脂量7.5g/100mg 多糖，多糖質(zhì)量濃度 1g·L-1，脫色時(shí)間 2h，脫色溫度30℃，最終多糖脫色率為89.34%，多糖回收率可達(dá)49.26%[18]。楊穎[13]等人利用HPD-600 純化白術(shù)多糖，最終選取最佳工藝條件為上樣濃度25mg·mL-1、pH 值為 6、溫度 75℃、脫色時(shí)間 6h。Bao-Lin He[14]等研究發(fā)現(xiàn)NKA-9 樹(shù)脂對(duì)蛹蟲草多糖色素和游離蛋白的吸附量最高，在優(yōu)化條件下，NKA-9 樹(shù)脂吸附脫色率為80.69%，多糖回收率為78.08%。劉偉[15]等人研究發(fā)現(xiàn)，NKA-9 大孔樹(shù)脂對(duì)草莓多糖的脫色效率最高，其最優(yōu)工藝為：上樣初始濃度 30mg·mL-1，時(shí)間 60min，溫度 50℃，pH 值為8.0。黃秀紅[16]等人比較了4 種脫色劑對(duì)烏龍茶多糖的綠色環(huán)保脫色工藝，研究表明PHD500 樹(shù)脂以0.2g·mL-1的樹(shù)脂添加，脫色效果最佳，多糖色素去除率為23.19%，回收率為70.78%。張春燕[17]等人對(duì)比了不同類型的樹(shù)脂對(duì)莼菜多糖的脫色效果，研究發(fā)現(xiàn)NKA-9 樹(shù)脂在脫色溫度55℃和脫色pH 值為4 的條件下，莼菜多糖溶液的脫色率可達(dá)到79.22%，多糖保留率為67.54%。

2.4 大孔型陰離子交換樹(shù)脂

張玉[19]等以糖脫色率和保留率為評(píng)價(jià)指標(biāo)得出D900 樹(shù)脂對(duì)金釵石斛粗多糖的脫色效果最好，最佳工藝為：脫色時(shí)間3.7h，溫度40℃，樹(shù)脂用量0.33g·mL-1。在此工藝條件下，金釵石斛多糖色素去除效率和保留率分別為82.7%和76.5%。趙芷萌[20]等人比較 AB-8、D315、D101、HPD-100 4 種大孔樹(shù)脂對(duì)百合多糖的純化效果，D315 大孔樹(shù)脂純化百合多糖效果最佳。陸敏[21]等人探索菊芋多糖中色素雜質(zhì)的去除效果，采用靜態(tài)吸附法篩選六種樹(shù)脂脫色效果，其中D301-G 大孔樹(shù)脂吸附菊芋多糖色素速率最快，多糖的損失率最小。Yingying Shi[22]通過(guò)陰離子交換大孔樹(shù)脂研究香椿芽多糖的高效脫色方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，D941 樹(shù)脂比其他被測(cè)樹(shù)脂具有更好的脫色效果。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，得出D941 樹(shù)脂脫色的最佳參數(shù)為：溫度45℃，樣品初始濃度為30mg·ml-1，pH 值為 8.5，靜態(tài)脫色時(shí)間為 90min，動(dòng)態(tài)脫色處理量為5.5BV，流速為2bv·h-1。香椿芽多糖的脫色率、多糖回收率和選擇性系數(shù)分別為（91.94±1.23）%、（90.05±2.35）%和（10.92±0.63）%。冉靚[23,24]等人通過(guò)比較活性炭法、過(guò)氧化氫法和樹(shù)脂法3 種脫色方法對(duì)黑虎掌菌多糖和多汁乳菇多糖的脫色效果，發(fā)現(xiàn)大孔吸附樹(shù)脂D202 的脫色效果較好, 并且脫色并不影響多糖的抗氧化能力，其優(yōu)化工藝條件為：脫色溫度60℃、脫色最佳時(shí)間3h、多糖溶液pH值為9.00、樹(shù)脂加入量分別為10g/100mL 和15g/100mL、多糖質(zhì)量濃度 4.0mg·mL-1和 2mg·mL-1。在此條件下大大增加了色素去除的效果。劉力萍[25]等通過(guò)靜態(tài)吸附法比較8 種不同極性樹(shù)脂，結(jié)果表明，D315 陰離子交換樹(shù)脂對(duì)灰樹(shù)花胞外粗多糖脫色效果最好，其最佳工藝參數(shù)為脫色溫度55℃、脫色時(shí)間420min、脫色pH 值為5.0、粗多糖質(zhì)量濃度10mg·mL-1。在此條件下，灰樹(shù)花胞外粗多糖的脫色效率可達(dá)90.61%，多糖保留率達(dá)78.23%，并且發(fā)現(xiàn)灰樹(shù)花胞外粗多糖在脫色純化后對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制率顯著增強(qiáng)。

2.5 大孔型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

毛蚶（Scapharca subcrenata）屬于軟體動(dòng)物門雙殼綱（Bivalvia）、魁蛤目、魁蛤科、蚶屬，肉質(zhì)豐滿, 屬于珍貴的海洋生物。毛蚶含有多種天然活性成分，其中多糖是最重要的天然活性成分之一。孫啟山等人用D105 大孔樹(shù)脂對(duì)毛蚶多糖脫色工藝優(yōu)化，其大孔樹(shù)脂用量為0.1g·mL-1時(shí)效果最好，脫色率為66.60%，多糖損失率為27.5%[26]。

3 結(jié)論

目前,多糖去除色素常用的方法有活性炭法、雙氧水法、反膠束法、樹(shù)脂法等?；钚蕴糠ㄒ话氵m用于去除多糖提取液中的水溶性色素和游離小分子色素；雙氧水法則適用于結(jié)合型色素的脫色；而反膠束法應(yīng)用較少，脫色效果欠佳，技術(shù)仍不夠成熟；大孔樹(shù)脂既可吸附小分子色素酮類、酚類、醌類等，并且離子交換型樹(shù)脂還可利用離子交換能力對(duì)帶有電荷的色素分子進(jìn)行處理，大大增加了脫色的效率。大孔型樹(shù)脂作為一種新型高分子材料在化學(xué)提取分離方面廣泛應(yīng)用，可處理各種來(lái)源的色素。本文通過(guò)整理了近年來(lái)大孔樹(shù)脂用于多糖脫色的應(yīng)用結(jié)合樹(shù)脂的原理，離子交換樹(shù)脂的脫色效果可能更優(yōu)于極性樹(shù)脂脫色效果，因?yàn)榇罂仔碗x子交換樹(shù)脂不僅有大孔吸附樹(shù)脂的吸附作用還有離子交換作用的雙重分子相互作用；而通過(guò)整理發(fā)現(xiàn)極性大孔樹(shù)脂相較于非極性和中極性的大孔樹(shù)脂的應(yīng)用范圍更廣。但具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選擇哪種類型的脫色樹(shù)脂的效果更好也與多糖的結(jié)構(gòu)、所含色素的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、溫度等有關(guān)，需要多方考量進(jìn)行選擇?？傊瑯?shù)脂是一種回收率高、操作條件簡(jiǎn)便、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)填料，合理利用樹(shù)脂脫色更有利于純化多糖，并為多糖后續(xù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析提供基礎(chǔ)。