海带多糖的提取工艺研究[开题报告]

毕业论文开题报告

生物工程

海带多糖的提取工艺研究

一、选题的背景、意义

多糖是组成生物高分子家族中的一个最丰富多采的成员，它是由单糖组成的天然高分子化合物，已知的天然多糖化合物约有300加多种，广泛存在于植物、动物和微生物组织中，具有多种重要的功能，其中两种最重要的功能是结构物质和能量物质。如组成植物细胞壁的纤维素和组成虾蟹的甲壳属于结构物质，使组织具有强度。而植物中的淀粉及动物中的糖元是贮存的食物，它能随代谢的需要转变成能量。近二十多年来，由于分子生物学和细胞生物学的发展，发现多糖及缀合物参与细胞的各种生命现象的调节，如免疫细胞间信息的传递和感受，这与细胞表面的多糖体的介导有密切关系。而且多糖又是细胞表面对各种抗原和药物的受体，因此多糖作为支持组织和能量来源的传统观念已被突破。科学家们从大量药理和临床研究发现，从天然产物中分离出的多糖往往是一种免疫调节剂，它能激活免疫细胞，提高机体免疫功能而对正常细胞没有毒副作用。自1983年美国发现第一例AIDS病患者，1983年从患者血清中分离出一种淋巴结病毒（HIV）以来，多糖作为免疫治疗药物正越来越受到重视 ,已成为新药研究的热点之一，而其中最为重要的是从药用植物中提取的水溶性多糖。现已发现多糖化合物对机体的免疫调节作用主要是通过激活巨噬细胞，激活网状内皮系统，激活T和B淋巴细胞，激活补体以及促进各种细胞因子的生成等方式和途径来实现的。这种免疫调节作用具有以下两个特征：（1）最佳剂量的选择。对多糖不论进行动物的免疫功能试验还是抑制肿瘤试验都发现有一个最佳剂量值,剂量过高或过低都会影响实验结果。多糖在最佳剂量时，其活性最高，超过或低于最佳剂量，活性就会明显降低，这与一般药物不同。（2）没有直接细胞毒性。多糖作为药物的最大优点就在于毒副作用很小，它的抗肿瘤活性是宿主介导性的，因此在体外试验时，肿瘤细胞的存活率几乎可达100%。

至今多糖的结构与功能的关系并不十分清楚，但高级结构对功能的影响比一级结构还重要，这一点已为科学家们所首肯。而决定高级结构的重要因素是多糖分子链内与链外的氢键。除了主体构型是决定多糖生物活性的决定因素外，多糖的分子量、溶解度等也能影响其生物活性。近来多糖受体的发现对阐明其作用机理有重要意义。当多糖与受体作用时，只有分子

中的几个寡聚糖片段与受体结合，因此可以推测，多糖也许像蛋白质和酶一样，在分子中存在一个或几个寡糖片段的“活性中心”，但这尚需进一步证实。

到目前为止，对多糖的研究重新引起了人们的重视，但与蛋白质和核酸的研究相比还有很大的差距，还不够深人，这主要反映在以下几个方面：（1）多糖的结构与功能的关系至今仍是多糖研究的薄弱环节，大多还是凭科学家们的分析和推测，而对多糖的溶液构象和晶体结构的研究几乎还是空白。（2）多糖的结构测定方法还远未达到像核酸和蛋白质结构测定那样自动化、微量化和标准化。由于多糖分子中每个多糖残基都有多个反应点，这使糖苷键具有多种连接的可能性，而构型又有α和β两种，这使得多糖的结构测定远比蛋白质和核酸结构测定来得困难虽然近来有人用质谱和核磁共振以及毛细管电泳等技术来测定多糖的结构，但局限性较大，还未形成成熟的可靠的体系。（3）多糖的合成（目前实际上只是寡糖的合成）也远比多肤和多聚核昔酸的合成复杂和困难。（4）多糖在体内的作用机制还未十分明了。

尽管对多糖的研究还存在上述这些问题，但多糖的应用前景表明了多糖研究的强大生命力。相信不久的将来，天然多糖化合物将在疾病治疗和保障人类健康长寿方面作出它的贡献。

海带是一种具食用和药用价值的大型海藻，隶属于褐藻门，海带目，海带科，海带属，中药名称为“昆布”，海带的大部分生物活性与其主要成分多糖密切相关[1]。海带多糖是存在于海带细胞间和细胞内的一类天然生物大分子物质[2]。海带中主要有3种多糖，即褐藻胶、褐藻糖胶和海带淀粉，褐藻胶和褐藻糖胶是细胞壁的填充物质，而海带淀粉存在于细胞质中。

研究表明，海带对外界恶劣环境所表现出的抗逆耐受能力与它们所含的海带多糖有直接关系，海带多糖还具有稳定细胞膜和蛋白质结构的功能[3,4]。国内外学者的研究表明，从海带中分离出的多糖具有抗癌、防癌和增强免疫等功能，且有预防高血压、动脉硬化和有助于减肥等特殊功效。海带多糖在医药、食品、化妆品、农业等方面也具有广阔的应用前景[5,6]。我国的海带产量居世界首位，海带来源丰富，价格相对便宜。研究海带多糖的高效提取方法，可以最大程度地提取海带多糖，提高海带多糖的得率，从而提高海带的经济价值，这是国内外学者非常关注的问题。

二、相关研究的最新成果及动态

（一）水提法

水提法为海带多糖的传统提取方法。邢氏等[7]采用固定因素法对海带多糖的水提条件进行优化，以多糖提取率为指标得最佳工艺：提取温度为100℃，提取时间为6h，加水量为90mL/g。张氏等[8]采用单因素分析法对硫酸酯化多糖的提取工艺条件进行了优选，得出提取

时间为2h、提取温度为90℃、加水量为干净海藻质量的25倍。该工艺多糖产率达1.99%，其主要理化指标“硫酸根+多糖”质量分数为61.26%。

（二）酸提法

周氏等建立了一套用改良酸化法提取、纯化海带中多糖类化合物的方法，即在提取海带多糖的传统方法的基础上，延时、增加固液比、稍稍提高水浴温度，通过酸液的充分作用，使海带细胞、细胞壁充分吸水膨胀而破裂，从而使海带多糖充分游离出来，提高产量。该法将粗品用乙醇、丙酮、TCA沉淀交替处理，同时可以去除脂肪和蛋白质，脱色效果较好。经测定，采用该法，海带总多糖（含海带胶）的得率为35.1%[9]。

（三）碱处理法

刘氏等[10]以干海带为原料，采用二次浸泡和碱处理工艺，以褐藻酸的提取率作为多糖提取率的评价（70℃二次水浸提后，采用20倍1.5%Na2CO3，60℃碱提1h），提取率达到76.88%，高于其它方法。并指出，用Na2CO3溶液作为浸提介质较NaOH效果好，其浓度应控制在1%～2%。

（四）分类提取法

李氏等[2]根据海带多糖中的褐藻胶不溶于稀酸溶液而其钠盐溶于水的性质，以0.1mol/L HCl水溶液从海带粉末中提取褐藻糖胶和褐藻淀粉（根据溶解度的差异，用不同浓度的乙醇沉淀分离），而使含量很高的褐藻胶留存于滤渣中，然后以1%Na2CO3溶液使其生成褐藻酸钠来提取。

（五）微波法

高氏[11]等根据微波射线的穿透性极好，在接近环境温度下抽取所需的有效成分，对热敏性成分的浸提极为有效的特点，利用微波技术研究了固液比、微波作用时间和微波功率对海带多糖的影响规律，采用正交试验，得出了海带多糖提取工艺的最佳参数组合：以水为提取剂，微波功率为400W，提取时间为7min，固液比1∶90（g/mL），pH值为8.0。在此条件海带多糖的提取量为71.66mg/g。研究表明，该方法提取多糖，与传统加热浸提取时间相比，热效率高，升温快速均匀，能大大缩短萃取时间，提高萃取效率。

（六）超声波法

廖氏等[12]以海带多糖得率为指标，得出最优提取条件为：海带干粉加入62.5倍体积水，pH2.0的条件下超声波提取45min。按此条件提得粗提物中糖含量为28.19%，大分子的杂质含量为0.97%。而酸提法得到的多糖含量为19.8%，大分子的杂质为1.92%。二者差别显著（P <0.01），且抗肿瘤实验表明两种提取方法效果相当，提出该方法为一种有希望的多糖提