超滤在多糖中的应用研究

王文正，吕建国，何葆华

(1.甘肃省膜科学技术研究院，甘肃 兰州 730020；2.甘肃省膜分离工程技术研究中心，甘肃 兰州 730020)

20世纪70年代以来，科学家们发现多糖及糖复合物参与了细胞各种生命现象的调节，多糖尤其是中药多糖因具有增强机体免疫功能及抗肿瘤等药理作用，且几乎没有毒性，愈来愈引起人们的关注[1]。目前，大部分低聚多糖生产过程中，初始料液中的低聚多糖含量很低(1.0 g·L-1左右)，且含有大量的无机盐(主要为NaCl)，其分离浓缩比较困难，采用传统方法如离子交换脱盐和真空浓缩等处理多糖稀溶液，需耗费大量的酸碱再生树脂，造成二次污染，而且能耗大、成本高[2]。

膜分离技术是一项新兴的高效分离技术，被公认为是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的重大高新生产技术之一，成为世界各国研究的热点，目前已广泛应用于医药、食品、化工、环保等多个领域[3]。超滤具有无相变、常温运行等优点，用于多糖的分离、浓缩及纯化过程具有明显的优势。近年来利用膜技术进行多糖分离与浓缩的研究越来越多，主要集中在菌类多糖的分离浓缩上，也有采用超滤进行中药多糖的分离与浓缩。作者在此介绍了超滤在多糖提取、浓缩中的应用，并对其发展提出了建议。

1 分离原理

1.1 超滤原理

超滤(UF)是以压力差为推动力的膜分离过程。超滤膜分离主要是依据筛分原理，根据膜的截流分子量不同进行分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离，小分子透过膜得到超滤液，而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高得到浓缩液，从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的[4]。

1.2 超滤孔径

超滤膜的孔径一般在1～100 nm之间，能够截留分子量300～500 000 Da的物质，包括多糖、生物分子、聚合物和胶体物质等。大多数超滤膜以其标称分子量(MWCO)来描述其基本特性，膜标称的切割分子量一般定义为膜具有90%以上截留率的最小分子量。

2 超滤在多糖中的应用研究

2.1 在多糖提取分离中的应用研究

枸杞的主要生物活性物质是枸杞多糖。白寿宁等[5]采用干枸杞子以乙醇沉淀法提取枸杞多糖粗品，或将新鲜枸杞浆果制成枸杞原汁后用膜脱色素，再用1～100 000分子量超滤膜进行分离浓缩后真空冷冻干燥，得到枸杞多糖粗品。

念保义等[6]利用超滤膜装置对浸提的香菇多糖进行分离。同时对超滤过程的阻力及传质特性进行分析，并建立了超滤过程的修正凝胶极化模型。香菇多糖提取率为5.7%，多糖质量分数为89.2%，说明利用超滤方法分离浓缩香菇多糖是有效的。

谢红旗等[7]采用中性蛋白酶辅助水提法提取香菇多糖，利用超滤膜分离多糖，研究酶法提取条件和超滤膜及分离参数的选择。结果表明，中性蛋白酶在pH值为4.8、温度为50℃、处理时间为60 min的条件下，能有效提高多糖的提取率，降低杂质蛋白质的含量。采用截留分子量为50 kDa、300 kDa的陶瓷超滤膜，在温度为35℃、压力为0.15 MPa的中性环境下，能有效浓缩香菇多糖提取液，并将多糖分为三部分：不含蛋白质的小分子量多糖、含少量蛋白质的中等分子量多糖和含大量蛋白质的大分子多糖。

满山香子为五味子科植物满山香的种子。满山香广泛分布于我国广西、云南等省区。满山香含有大量具备保肝降酶、抗艾滋病毒、抗肿瘤和PAF拮抗功能的活性成分，已有学者对其活性成分进行研究。邓胜平等[8]以满山香子为原料提取多糖，利用超滤膜分离装置进行满山香子多糖的分离，对影响超滤的工艺条件如料液比、提取温度、提取时间、提取压力进行考察，确定最佳的提取条件为：满山香子∶水=1∶20，提取温度80℃，提取时间2 h，提取压力0.20～0.30 MPa。提取物的多糖含量为5.65%，超滤后的提取物中多糖含量达80.29%，提取物得率为1.19%。

李树珍等[9]采用截留分子量为6000 Da的中空纤维超滤分离黄芪水提液中的多糖。结果表明，超滤法的多糖粗提物收率较水提醇沉法低，但多糖含量较水提醇沉法提高了20%，可降低口服给药剂量。

浮萍为浮萍科植物紫背浮萍或青萍的全草，在我国各地分布广泛，资源丰富。浮萍多糖是其重要的生物活性成分。通过煎煮、超滤、脱蛋白、乙醇沉淀等步骤得到浅褐色浮萍多糖粉末，纯度53.5%，蛋白质含量1.2%，收率6.43%。该方法可以简单、快速、有效地对浮萍多糖进行分离[10]。

2.2 在多糖浓缩中的应用研究

近年来，国内外对银耳的主要成分——银耳多糖进行了较多研究[11]，其平均分子量约为70 kDa[12]。左勇等[13]采用超滤浓缩银耳多糖，研究了超滤膜的选择、预处理方法、料液温度、压力和pH值对超滤的影响。结果表明，采用70 kDa内压式中空醋酸纤维素超滤膜，在温度为25℃、压力为0.12～0.15 MPa的中性水溶液环境下，产率较通常的浓缩方法提高22.4%。

薏苡仁是禾本科植物薏苡的干燥种仁，是具有很高药用和营养价值的中药和保健食品，其活性成分之一薏苡仁多糖具有显著的降血糖、调节代谢紊乱和增强人体免疫力的功效。杜邵龙等[14]研究了薏苡仁多糖的提取液超滤法浓缩和除小分子杂质过程，对比了4种不同截留分子量陶瓷超滤膜的浓缩效果，结果表明，截留分子量为150 kDa 的超滤膜对薏苡仁多糖的截留率达到98%以上，最适于薏苡仁多糖提取液浓缩；同时研究了浓缩倍数对膜污染的影响，选择适当的浓缩倍数对于膜法浓缩过程的经济性非常重要；采用热水洗、碱洗和次氯酸钠清洗后，膜通量能够恢复到实验前的水平。

南瓜是一种糖尿病疗效食物。从南瓜中提取的南瓜多糖，对大鼠、家兔、人等有非常显著的降血糖作用。但是，南瓜中的南瓜多糖含量通常都在3%以下，要达到降血糖效果，患者必须长期食用大量南瓜，让人难以接受。因此，有必要开发南瓜多糖精制产品。目前，国内对南瓜多糖的分离提取主要采用传统的水提醇沉法，存在能耗高、乙醇等试剂消耗大、色素脱除不彻底、成本高、效率低等问题，而利用超滤膜技术分离纯化南瓜多糖能很好地解决这些问题。采用截留分子量为10 kDa的超滤膜，在超滤压力为0.1 MPa、超滤温度为25℃的条件下，截留率达94.5%、脱色率达68.6%、还原糖脱除率达82.9%。因此，采用超滤工艺可以省略传统多糖提取工艺中的透析步骤，截留液在进一步脱除蛋白质后，可以直接通过干燥获得粗多糖[15]。

羊肚菌富含蛋白质、多糖、核酸以及多种微量元素和维生素。以羊肚菌为原料的保健品已得到美国FDA的许可。现代药理研究表明，羊肚菌多糖是其药用有效成分之一，有增强机体免疫力、抗疲劳、抗病毒、抑制肿瘤等[16]诸多功效。已有大量研究分析羊肚菌中的多糖、蛋白质、核酸、生物碱、有机酸、甾醇、萜类及无机盐、维生素等活性物质，但对羊肚菌深层发酵提取胞外多糖的研究尚少。李蔚等[16]确定超滤提取浓缩纯化羊肚菌胞外多糖的最佳条件为：超滤膜的截留分子量10 kDa、超滤压力0.100 MPa、超滤温度20℃，在此优化条件下，胞外多糖截留率达到95.72%，为进一步放大实验和工业化生产的优化和控制提供理论依据。

3 结语

超滤虽然有诸多优点，但是目前工业推广应用比较慢，其主要原因如下：

(1)在超滤工艺的设计中，膜前预处理必不可少。预处理过程选择得合理，多糖的损失少、分离效果好、纯化与浓缩才能达到设计要求，但是这种前期预处理难度很高，限制了超滤在多糖中的应用推广，建议今后要进一步加大前期预处理工艺的研究。

(2)在超滤用于多糖的提取、分离时，由于工艺线路较长，在运行过程中，设备的管道中残留部分多糖，造成多糖损失，因此设计合理的工艺路线也是推广超滤在多糖生产中应用的不可缺少的环节，建议深入优化超滤膜设备的设计、简化工艺路线。

(3)在采用超滤处理料液的工艺研究中，大多数研究人员注重了膜的清洗研究，在选择清洗剂、清洗方法上研究成果较多，但是，对抗污染超滤膜材料的研究报道不多，膜的清洗过程往往会影响生产，因此，尽快研制抗污染的超滤膜材料是解决超滤膜污染问题最根本的出路。

在我国大力提倡清洁工业、可持续发展的方针下，超滤在多糖中的应用研究越来越受到重视。如何实现工业化将是今后研究的主题，随着研究的不断深入，逐步克服阻碍超滤在多糖应用中的工业化难点，利用超滤实现多糖分离、浓缩、纯化的现代化工业生产必将成为现实。

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