酶在植物多糖的提取方面的应用现状

酶在植物多糖的提取方面的应用现状

植物的有效成分大多包裹在细胞壁中，对这些有效成分的提取，传统的热水、酸、碱、有机溶剂浸提法，受细胞壁主要成分纤维素的阻碍，往往提取效率较低，恰当地利用植物精提复合酶处理这些中药材，可改变植物细胞壁的通透性，降解杂质（如蛋白，果胶，鞣质，灰分和粘性物质等）对中药有效成分提取的干扰，沉清提取液，易于滤过，提高药效成分的提取率。本文就植物精提复合酶的作用机理，影响酶促反应的因素及目前用于中药有效成分的提取的研究情况作一概述。

1. 植物精提复合酶水解作用机理

1.1纤维素分子是由许多吡喃型的D-葡萄糖残基通过β-1,4葡萄糖苷键连接而成的多糖链，天然纤维素为直链式结构，链与链之间有晶状结构和排列次序较差的无定形结构；纤维素分子以结晶或非结晶方式组合成微原纤维，微原纤维集束形成微纤维，以微纤维为基本构造构成纤维素。

纤维素酶由三类组成：(1)内切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase，也称EG酶或Cx酶)；(2)外切葡聚糖酶(exo-1,4-β-D-glucanase)，又称纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)或C1酶；(3) β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC3-2-1-21),简称BG。

纤维素酶解是一个复杂的过程，其最大特点是协同作用。内切葡聚糖酶首先作用于微纤维素的无定型区,随机水解β-1，4-糖苷键，产生大量带非还原性末端的小分子纤维素，外切葡聚糖酶从这些非还原性末端上依次水解β-1，4糖苷键，生成纤维二糖及其它低分子纤维糊精。

1.2果胶酶可分为作用于甲酯键的果胶脂酶（PE）和分解α-1.4-半乳糖醛键的解聚酶，解聚酶中的内切果胶酶（endo-pl）和内切聚半乳糖醛酸酶（cndo-pl）对中药提取液有极好的澄清效果，彻底分解果胶，降低提取液粘度。

1.3半纤维素酶能裂解植物细胞壁，释放出更多的有效成分，可快速分解果胶和其它阿拉伯糖长键分子，降低果汁粘度。

1.4木聚糖酶作用于戊聚糖链，降解葡聚糖及戊聚糖等高分子粘性物质，其降解产物为糊精，纤维二糖及昆布二糖等。

1.5中温α-淀粉酶能够水解淀粉分子的β-1，4-葡萄糖苷键，任意切割成长短不一的短链糊精及少量的低分子糖类、直链淀粉和支链淀粉，均以无规则形式进行分解，从而使淀粉糊的粘度迅速下降。

夏盛集团技术中心专门开发出植物提取专用复合酶，有SPE-001、SPE-002、SPE-005、SPE-006、SPE-007A、SPE-007B、SPE-008等复合酶以及食品级的纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶等一系列植物提取用单酶。经本研发中心试验及国内大的植提厂家中试及大试表明，植物精提复合酶各酶系之间有极强的协同作用，相互促进，一方面破坏植物细胞壁，使有效成分最大限度溶出，降解植物提取液

中的杂质；另一方面可快速降解果胶及各类造成浑浊的物质，沉清提取液，易于滤过，大大地缩短了厂家的生产周期及降低了生产成本。

2. 所用植物原料不同，酶解速度也不同。

因素有三:（1）比表面积：比表面积是指单位质量颗粒状物质的总表面积，纤维素的比表面积是纤维素的细度、细纤维化程度和长度变化的复函数，可间接反映植物复合酶抵达纤维素分子的难易程度。植物原料纤维素的比表面积越大，越有利于植物复合酶的作用。（2）木质素含量：植物复合酶在向纤维素内部扩散的过程中，受纤维素和木质素的影响。扩散传递速度降低，致使酶解速度降低。木质素具有无效吸附作用，使植物复合酶用量增加。木质素还起屏蔽作用,其含量越高屏蔽作用就越大,从而降低了酶解率。（3）结晶度：植物原料的纤维素微细结构是由结晶区和非结晶区组成，在结晶区中,组成纤维的大分子呈有序排列状态；在非结晶区中，大分子为无序排列状态。结晶度是指纤维素中结晶部分占纤维整体的百分比例，主要反映结晶成分的平均值。

3.反应条件

植物精提复合酶的作用适温度大多在40~65℃之间，最适温度在45-50℃；pH值大多在4.0~6.5之间，最适PH值在4.5-5.0之间；由于植物不同，作用方式及作用部位都不同，添加量一般也不同，根据具体植物及其提取部位（如植物的根、茎、叶、花、果实）及提取有效成分确定添加量，一般添加量在0.1-1％（原药材干物质重量）之间。作用时间也是根据药材及提取方式不同而不同，一般在2--72h。

4.酶制剂在中药成分提取中的应用现状

虽然目前酶用于植物药效成分提取的尚没有进行大范围使用，但经过无数次试验得出的结果比较一致，即酶解预处理能明显提高植物药有效成分的提取率。沈爱英等用复合酶法对姬松茸子实体酶解预处理后用热水浸提，多糖提取率为15.7%；所需时间为单纯热水浸提的一半，而提取率明显高于水浸提和酸、碱浸提。刘佳佳等在提取金银花绿原酸时，用酶法进行预处理，结果能显著提高金银花提取物得率和绿原酸得率,

最大可使绿原酸得率提高25.97%。赵宁等在提取干红辣椒中辣椒素的研究中，得出结果：酶法提取工艺比传统丙酮浸提法辣椒素产量提高了30%。马田田用黄柏提取小檗碱，在纤维素酶的作用下，小檗碱的收率平均提高0.2856%，P值小于0.05，与未加酶法相比有显著差异。杨军宣等在三七的提取中用酶法提取，三七总皂苷提取率提高23.5%。奚奇辉和王辉等分别用竹叶和银杏叶提取黄酮，增加了酶法处理步骤后，其含量比原方法分别提高23.5%和55.69%。

在提取成分分析方面,也有学者做一些工作。杨军宣等分别用酶工艺和75%乙醇工艺提取三七总皂苷，其产物经薄层层析分析，两种方法所提出的成分一致。马田田用黄柏提取小檗碱也做了同样的试验，取对照品盐酸小檗碱、加酶提取物和未加酶提取物做薄层层析，两种提取方法所得成分一致，与对照品相同。张彩霞等在纤维素酶用于穿山龙中薯蓣皂苷元的提取实验中，将薯蓣皂苷元对照品、

加酶组与未加酶组工艺得到的提取物结晶，在同一硅胶G薄层板上展开，通过斑点的比较证明，两种提取方法所得成分一致，与对照品相同，并且加酶组提取物有一定纯度。由此表明，植物复合酶用于中药有效成分的提取，对提取物成分影响小，而且纯度也高。

5.植物精提复合酶用于中药成分提取中的优点

传统的水、酸、碱、有机溶剂提取方法是利用浓度梯度使存在于植物药纤维组织之内的有效成分逐步扩散到提取溶剂中,受植物细胞壁纤维组织的屏障作用，往往萃取时间长，需要使用大量溶剂，而且提取率较低，尤其是以富含纤维素和木质素的根、茎、皮类药材为原料提取时，纤维素的屏障作用更为突出。植物细胞壁的主要成分是纤维素，恰当地利用植物复合酶处理，可使细胞壁发生不同程度的改变，如软化、膨胀和崩溃等,从而可改变细胞壁的通透性,提高中药成分的提取率，有利于壁内的药效成分溶出，从而提高药效成分的提取率。

植物复合酶用于中药有效成分提取的优点有：(1)植物复合酶预处理能显著提高药效成分的提取率，而且操作简便易行，对设备要求不高。(2)植物复合酶水解条件温和，降低了随后的溶剂提取的难度，使整个提取工艺条件温和化,有助于保持药效成分的原有性质。比如植物药经醇处理后,其成分已发生了不同程度的改变或丢失,以至直接影响中药制剂的药理作用及疗效,用植物复合酶预处理后，可用水或其他溶剂代替醇,从而最大限度地保持药效成分的原有性质。再如一些植物药中含特定立体旋光结构的真菌类多糖，在提取中有时需用酸处理，由于酸能破坏多糖的苷键而形成较多的单糖和低聚糖，从而使构象发生变化，用酶处理就不会出现这种情况。(3)“仿生化提取”是近几年提出的中药成分提取的构想。为了克服传统的高温煎煮对活性成分药效的影响，这一构想提出把提取温度降至接近人体温度，低温提取不利于植物药细胞壁的破坏，植物复合酶能担此重任，能在低温下迅速有效地破坏植物细胞壁，有助于实现中药有效成分的低温提取。