未经真空干燥处理的白芨多糖的溶液流变性

张 洁，孙达峰，张卫明

(南京野生植物综合利用研究院，江苏南京 210042)

白芨［Bletilla striata(Thunb.)Reichb.f.］是一种传统中药，常用于治疗痈疽肿痛、创伤止血、手足皲裂等症［1］。《神农百草经》中称其，“味苦平。主痈肿，恶创，败疽，伤阴，死肌，胃中邪气，赋风，鬼击，痱缓，不收。”白芨的临床应用十分广泛，给药途径多种多样。除了以白芨粉或假鳞茎煎服入药，还可以将其中的多糖成分直接用于医学研究和临床治疗［2－3］。白芨葡甘聚糖(BSG)是白芨中重要的活性成分。它是由β－(1－4)－甘露糖、β－(1－4)－葡萄糖和α－(1－6)葡萄糖残基组成的中性杂多糖［1］。BSG不仅能够参与机体代谢，直接发挥止血敛创的治疗作用［4］;还是很好的赋形剂，用作药物载体，可以延长主药的作用时间，并降低毒性［5－6］。

BSG来源丰富，制备方法简单，具有良好的应用前景。在最近的五年内，关于白芨的新增专利达到638项，主要集中在医学和卫生学方面。研究中往往使用自制的BSG。制备工艺粗糙，得到的BSG的质量差异较大，严重制约了BSG的应用和基础研究。因此，有必要进一步明确BSG的制备工艺与理化性质的关系。

真空加热干燥是大分子制备过程中常用的处理方法。但是干燥过程可能使多糖分子失去结合水，分子结构变化，从而使溶液黏度降低。在前面的工作中，我们已经考察了经过真空加热干燥的白芨多糖样品的溶液流变性［7］。BSG水溶液是假塑性流体。剪切速率＜1s－1，BSG 溶液的表观黏度 η 随降低＞1s－1，η达到稳定;且溶液的η随浓度的增加而增加。外加电解质，或者改变溶液pH值，都不会影响其流变性。对质量浓度为16 g·L－1的BSG溶液，η与温度的关系符合Arrhenius方程。

本文考察了未经加热干燥的白芨多糖样品的溶液粘度，并比较了两种处理方式下BSG溶液流变性。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

白芨鳞茎，干制品，市购;乙醇(体积分数为95%)，NaOH、HCl、NaCl等均为分析纯试剂。

1.2 主要仪器

RE－2000A旋转蒸发仪(上海亚荣仪器厂);EL 204电子天平(梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司);NDJ－5S旋转粘度计(上海昌吉地质仪器有限公司);PHS－3C精密酸度计(上海理达仪器厂)。

1.3 实验方法

根据芮海云等人的方法改进［8］。将白芨块茎粉碎，过80目筛，加入20倍体积的蒸馏水进行提取，在70℃下搅拌浸提。所得提取液经过离心，取上清液。药渣用相同的方法浸提2次，合并3次上清液，70℃下减压蒸馏浓缩上清液至原体积的1/3。加入3倍体积95%乙醇，4℃静置、过滤、洗涤。所得BSG样品不经过真空加热干燥，直接用于后续实验。取少量BSG测定固含量;并用高效液相凝胶渗透色谱法(HPG－PC)测定分子量，约为4.0×105ku。

用NDJ－5S旋转粘度计，1号转子，转速60 r/min，测定溶液黏度(η)。取一定量的BSG分散在250 g水中，搅拌至均匀，静置2 h，配制成不同浓度的溶液，20℃测定溶液的黏度。配制1.5%(w/w)BSG溶液，用NaCl调节溶液的电解质浓度，并用HCl和NaOH调节溶液的pH值，观察溶液的表观黏度的变化。在4℃到45℃范围内，改变溶液的温度(T)，考察溶液η与T的关系。

2 结果与讨论

2.1 白芨多糖溶液的黏度与浓度的关系

图1 未经干燥与经过干燥处理的两组BSG样品的溶液黏度与浓度的关系(20℃)

多糖分子的化学结构和分子构象是决定其溶液的流变性的主要因素。白芨多糖溶液是假塑性流体［7］。本实验试图明确制备过程中的高温处理对BSG溶液黏度的影响。配制不同浓度的BSG溶液，室温下分别测定其黏度。图1显示了未经干燥与经过干燥处理的两组BSG样品的溶液黏度η与浓度c的关系。以BSG溶液的质量浓度c为横坐标，黏度η为纵坐标，得到BSG溶液的η－c曲线(如图1)。BSG溶液的η随着溶液浓度的增加而增加。真空加热干燥处理过程确实使BSG溶液的η略有降低，但是降低的幅度不大。对两组BSG样品的实验结果进行数学非线性回归处理。η－c的变化规律符合函数方程η=A+Bc+Cc2。图1中实线为按照拟合方程所得曲线，数据点为实验测量值。回归分析结果总结在表1中，R2均在0.99以上，拟合的曲线方程与实验结果基本吻合。

表1 两组BSG溶液η－c关系方程(20℃)

BSG是一种由β－1，4－甘露糖(β－1，4－Man)，β－1，4－葡萄糖(β－1，4－Glu)和 α－1，6－葡萄糖(α－1，6－Glu)残基组成的中性分子［8］。Wang Chunming等人认为白芨多糖分子结构可能是［9］:

BSG分子是一个带有稀疏支链的直链型分子，其主链通常由Man残基链接而成，而Glu残基构成分子支链。在大分子溶液中，分子之间的空间位阻、静电作用、交联、分子间氢键和范德华力等作用力都可以影响溶液的η。BSG分子是中性杂多糖分子，溶液的η 主要来自分子的空间位阻和氢键作用。溶液浓度增大，分子间更容易发生缠绕，同时分子间氢键作用增强，流体的流动阻力增大，表现为BSG溶液的η增大。

2.2 外加电解质对BSG溶液黏度的影响

对于未经干燥的BSG样品，向1.5%(w/w)溶液加入NaCl，配制成不同电解质浓度的BSG溶液，考察溶液η变化。结果列于表2中。

表2 未经干燥的BSG样品，1.5%(w/w)溶液黏度η与NaCl浓度CNaCl的关系 (20℃)

与真空干燥所得BSG样品的结果相同，外加电解质对BSG溶液η没有影响。BSG溶液的流变性主要取决于分子构象、分子量和所带电荷。制备过程中的真空加热干燥处理，没有改变BSG分子结构的电性。BSG溶液的黏度对外加电解质不敏感。

2.3 溶液pH值变化对黏度的影响

对于未经干燥的BSG样品，用HCl和NaOH调节1.5%(w/w)溶液的pH值，测定溶液的 η，所得结果列于表3。

表3 未经干燥的BSG样品，1.5%(w/w)溶液的黏度η与pH值的关系(20℃)

1.5%(w/w)BSG原溶液的pH值为6.27。用HCl和NaOH调节BSG溶液的pH值，溶液的黏度几乎不变。这也与经过加热干燥的BSG样品的实验结果相符合。这是因为BSG分子构架上无电荷，H+和OH－不会影响分子的构象和水化层结构。真空加热干燥过程并没有改变BSG溶液优良的耐酸碱性能。

2.4 温度对白芨多糖溶液黏度的影响

图2显示了未经干燥的BSG样品溶液黏度η与温度T的关系。根据Arrhenius公式，ln η=ln a，a，c为常数，Ea为摩尔流动活化能，R为气体常数，T为绝对温度。以黏度的对数(ln η)为纵坐标，绝对温度的倒数(1/T)为横坐标作图，得到一条直线。

BSG溶液的黏度随温度升高而降低(如图2)。温度升高，溶液中的分子能量增加，分子布朗运动增加，破坏了分子间的作用力，流动阻力减小，表现为溶液η下降。表观黏度随温度的变化规律符合Arrhenius公式，lnη与1/T符合一次线性方程。根据拟合直线的斜率(－Ea/R)得到不同浓度溶液的Ea，列于表5中。

图2 温度对未经干燥的BSG样品的溶液黏度的影响

表5 不同浓度BSG溶液的Ea和R2

经过真空加热干燥的BSG样品的Ea=24.72 kJ·mol－1［7］。两组 BSG 样品的 Ea一致。真空加热干燥过程没有改变BSG样品与温度相关的稳定性。

3 结论

白芨无毒［10］，无变态性反应和光毒反应，对人体皮肤无明显不良反应［11］，可以安全地用在医药和日化原料中，是目前研究热点之一。但是研究中往往使用自制的BSG，制备过程中操作不当会影响BSG的质量，严重制约了BSG研究的发展。因此，有必要进一步明确BSG的制备工艺与理化性质的关系，选择最优的工艺条件。

白芨多糖溶液是假塑性流体。本实验考察了未经真空干燥处理的白芨多糖(BSG)溶液的流变特性，并与经过干燥的白芨多糖样品的溶液性质相比较。两组样品的溶液黏度(η)变化规律相似。BSG溶液的η随浓度增加而增大。BSG在酸碱溶液中非常稳定，并具有优良的耐盐稳定性。升高温度，溶液η降低，η与T的变化关系符合Arrhenius方程。两组BSG样品的Ea一致。真空加热干燥过程对BSG样品与温度相关的稳定性没有影响。

［1］张洁，张卫明，史劲松，等.白芨葡甘聚糖在医药中的研究进展［J］.高分子通报，2010(9):52－57.

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［8］芮海云，吴国荣，陈景耀，等.白芨中性杂多糖的分离纯化与结构分析［J］.安徽农业大学学报，2004，31(1):30－33.

［9］Wang Chunming，Sun Jiantao，Lou Yi，et al.A polysaccharide isolated from the medicinal herb Bletilla striata induces endothelial cells proliferation and vascular dothelial growth factor expression in vitro［J］.Biotechnology Letters，2006，28:539－543.

［10］悦随士，田河林，张延霞，等.白芨甘露聚糖的毒性研究［J］.邯郸医专学报，1994，7(2):78－80.

［11］张卫明，马世宏，顾龚平，等.白芨多糖胶皮肤毒理学安全性评价研究［J］.中国野生植物资源，2003，22(5):59－61.