专利名称：一种采用溶剂萃取从海藻浸提液中提取分离多糖的方法
技术领域：
本发明涉及从海藻的浸提水溶液中提取分离海藻多糖的方法，特别是涉及采用溶剂萃取从海藻的浸提水溶液中提取分离海藻多糖的方法。
海藻多糖具有独特的生理活性，越来越多的研究结果已经显示出海藻多糖具有广阔的开发应用前景，如重要的海洋经济藻类之一的褐藻，其所含的褐藻多糖所具有的生物活性及医药保健作用已被揭示。尤其是褐藻糖胶(fucoidan)，许多研究表明具有抗肿瘤、抗凝血、抗溃疡及免疫增强等作用。褐藻中所含多糖主要包括褐藻胶、褐藻糖胶及褐藻淀粉等。迄今能进行工业生产的褐藻多糖为褐藻胶。从海洋藻类植物提取多糖的过程主要包括破碎、浸提、分离、纯化等。而浸提及从浸提液中提取分离多糖是影响过程回收率和经济效益以及产品质量的主要环节。迄今从海藻浸提液中提取出具有生物活性的多糖的传统方法主要是采用水溶性有机溶剂(如乙醇)沉淀法。
如文献1海洋绿藻硬石莼的细胞壁多糖．提取和化学组成。(B.Ray and M.lahaye,Cell-Wall polysaccharides from the marine green alga Ulva“rigid”(Ulvales,Chlorophyta).Extraction and chemical composition.Carbohydrate.1995,274:251-261)中介绍将石莼(Ulva rigida)的草酸钠和水提取液超滤后，加入3倍量95％乙醇沉淀多糖，沉淀物经离心，依次用浓度为80％、95％乙醇及丙酮彻底洗涤，真空下用P2O5干燥，得多糖粗品A。
如文献2鼠尾藻的抗肿瘤多糖级分.(H.Ito and M.Sugiura,AntitumorPolysaccharide Fraction from Sargassum thunbergii,Chem Pharm Bull,1976,24(5):1114-1115)中介绍从Sargassum thunbergii的酸性浸提液中经透析和3倍量无水乙醇沉淀法得到多糖。
如文献3(周慧萍，朱海燕，陈琼华，浒苔多糖的分离、纯化和分析，生物化学杂志，1995,11(1):91-93)从浒苔(Enteromorfha prolifera)的热水浸提液中经去蛋白、透析后用95％乙醇沉淀，得到浒苔多糖半纯品。
如文献4(张尔贤，俞丽君，肖湘等，鼠尾藻醇提取物的生理活性和生物化学研究，中国海洋药物，1994,(3):1-10；赵季勋，徐建阳，姜世魁等，鼠尾藻多糖化学成分及抗溃疡作用的研究，海洋药物，1987,(1):19-22)则从鼠尾藻的热水浸提液通过乙醇沉淀法分离出鼠尾藻多糖。
如文献5(周志刚，李朋富，刘志礼等，三种螺旋藻及其蛋白质、多糖和脂类结合硒的研究，1997,28(4):363-370)用乙醇沉淀法分别从螺旋藻的培养液和藻体的浸提液分离出胞外和胞内多糖。
如文献6(纪明侯，高洪峰，曹文达，范晓，用13C-NMR光谱法研究几种红藻含硫半乳聚糖的结构特征，海洋与湖沼，1996,27(3):330-335)从红藻的水浸提液中用3倍乙醇沉淀出含硫半乳聚糖。
如文献7食用海藻的抗肿瘤活性从食用褐藻制备的粗褐藻糖胶级分的抗L-1210白血病的效果(I.Yamamoto et al,Antitumor activity of edible marine algae:Effect of crude fucoidanfractions preparedfrom edible brown seaweeds againstL-1210leukemia,Hydrobiologia,1984,116/117:145-148)介绍则采用乙醇分步沉淀法并结合CPC沉淀法来分级纯化从Eisenia bicyclis中得到的粗褐藻糖胶。其过程为3克粗多糖溶于120毫升蒸馏水中，再往溶液中加入100毫升浓度为5％的氯化十六烷基吡啶，偶尔搅拌混合物，在室温下放置2小时，然后离心。沉淀物用30毫升浓度为5％的氯化十六烷基吡啶溶液洗涤、离心后，溶于200毫升3mol/L CaCl2溶液，搅拌30分钟。混合物离心，沉淀物溶于100毫升3mol/L CaCl2溶液，然后离心、过滤，滤液与前次离心的上清夜合并。合并混合液中加入乙醇使最终乙醇浓度为85％(体积/体积)。此溶液在室温放置2小时，离心。沉淀物重新溶于100毫升3mol/LCaCl2溶液，搅拌30分钟，然后离心。所得上清夜中加入乙醇使最终乙醇浓度为85％(体积/体积)，溶液室温下放置过夜，然后离心。沉淀物用85％(体积/体积)乙醇洗涤几次直至洗水无氯以及在波长260nm的吸收最大值消失，然后用乙醇和乙醚处理，在45℃干燥过夜。最终产物为淡褐色，产量0.44克，岩藻糖含量30.2％。
乙醇沉淀法的原理主要是通过降低水溶液的介电常数使多糖脱水从而产生沉淀来分离多糖，这一方法几乎适用于所有水溶性多糖，虽然不同多糖可在不同浓度乙醇的条件下分步沉淀，但特异性不高，导致对所需多糖的分离选择性较差，要提高多糖的纯度需经反复多次重沉淀，从而导致多糖损失大，降低了多糖的回收率。
多糖在化学上可分为酸性、中性及碱性多糖，因此如能根据多糖的化学性质，相应采用不同性质的非水溶性有机试剂和溶剂，通过有机试剂(萃取剂)与多糖间的结合而使不同性质的多糖得到分离提取，就可以克服现有的乙醇分步沉淀法的不足。
本发明的目的在于为了克服目前采用水溶性有机溶剂(主要是乙醇)从海藻浸提液中提取分离海藻多糖的沉淀法所存在的产品收率低、纯度不高的缺点，本发明采用非水溶性试剂和有机溶剂组成的萃取体系(有机相)，通过萃取剂与海藻浸提液中的多糖的作用，把原本不溶于有机溶剂的多糖提取进入有机相，从而与大部分水溶性杂质分离，再使含有多糖的有机相与含常用无机盐的水溶液接触，多糖即重新进入盐水溶液而使多糖进一步与非水溶性杂质分离，这样使多糖得到分离和富集，反萃后的有机相再返回萃取，循环使用，大大降低溶剂消耗，节约成本；从而提供一种从海藻浸提液中提取分离多糖的方法。
本发明的目的是这样实现的本发明使用非水溶性试剂和溶剂组成有机相对海藻浸提液中海藻多糖进行萃取，使多糖进入有机相而与水溶性杂质分离，萃入有机相的多糖用盐水溶液反萃回水相，从而进一步与非水溶性杂质分离并得到富集，有机相返回萃取，盐水溶液中的多糖可用常法回收。从而实现海藻多糖的提取分离。本发明的采用溶剂萃取从海藻的浸提水溶液中提取分离海藻多糖的方法，包括如下步骤(A)提供一种包括非水溶性试剂为季铵盐(做为萃取剂)，其浓度为0.2％～30％(重量/体积)、和余量为有机溶剂(做为稀释剂)组成的萃取体系(有机相)；(B)把步骤(A)制备好的有机相与海藻的浸提水溶液，按相比为1∶1-1∶50配料，将有机相与海藻的浸提水溶液放入通常的萃取装置中，按通常的萃取工艺进行至少一次萃取，萃取过程在室温下操作，平衡时间10-30分钟；离心分相；(C)萃取入有机相的海藻多糖可用含常用无机盐的水溶液反萃回水相并进一步得到富集，按反萃相比为1∶1-4∶1配料，取分相后的有机相与反萃溶液，其浓度为0.5-4.0mol/L含常用无机盐的水溶液，在通常的萃取装置中，按通常的反萃取工艺进行至少一次反萃，反萃过程可在室温下操作，平衡时间10-30分钟，进行离心分相。
其中非水溶性试剂为季铵盐萃取剂，可以包括0～30％(体积/体积)的添加剂，添加剂为弱碱性的胺类，包括长链伯胺、仲胺和叔胺，它们的分子量在250-600之间。添加剂的加入或有利于改善相分离或有利于萃取和反萃。
其中非水溶性试剂季铵盐为萃取剂，季铵盐化合物结构式为R1R2R3CH3N+Z-和R1R2(CH3)2N+Z-其中R1,R2,R3为烷基，其碳原子数既可相同也可不同，总碳数为16-36；Z-为组成盐的阴离子，可以是Cl-或Br-。如国产的N263(主要含氯化三烷基(C7-C9)甲基铵的季铵盐混合物)、和7401(主要含氯化三烷基(C8-C10)甲基铵的季铵盐混合物)及国外的Aliquat336和Adogen464等。这些季铵盐的萃取性能极为相似。
其中余下为有机溶剂如醇、酮、酯、烷烃及芳烃类有机溶剂。
其中所述的有机溶剂是乙酸戊酯、2-乙基己醇、甲基异丁基酮、煤油、甲苯、四氯化碳或上述溶剂互相组合而成的混合物，例如煤油与2-乙基己醇、乙酸戊酯与2-乙基己醇、煤油与甲苯、煤油与甲基异丁基酮、煤油与乙酸戊酯等。
本发明的效果本发明对采用溶剂萃取从海藻浸提液中提取分离海藻多糖的效率受萃取剂浓度、浸提液中盐浓度等的影响，其优点如下(1)多糖的萃取率几乎不受浸提液pH的影响，在初始pH为1-12的范围内都可进行有效的萃取，这就对从不同pH的浸提液萃取多糖极为有利；(2)多糖的萃取效率几乎不受相比的影响，在相比(O/A)为1∶1-1∶50的范围内都可实施有效萃取，这就可通过改变萃取相比使多糖达到高度富集；(3)在足量萃取剂的存在下，褐藻糖胶的萃取基本不受温度的影响，从而对液温的适应性较宽。
(4)本发明的方法与沉淀法比较分离程度高，多糖的萃取率高，从表1-3可以看出，最高可达99.8％；所得到的海藻多糖产品纯度也高。
(5)本发明的方法与比离子交换和吸附法处理量大，比蒸馏法耗能少，并且对从海藻浸提液中提取分离海藻多糖的方法中使用的均是国产的萃取剂，大大地节约了外汇，降低成本，提高了经济效益。
(6)本发明的方法易于连续化操作和可自动化生产。
现结合附图和实施例详细地对本发明进行说明附
图1为褐藻糖胶的萃取率与溶液初始pH值的关系。图中曲线分别表示不同浓度(重量/体积)的N263(曲线1-0.5％,2-2.0％,3-4.0％)为萃取剂。实验条件为初始水相褐藻糖胶浓度1g/L,NaCl浓度为0.4mol/L，室温约15℃，相比(0/A)=1/1，溶剂为乙酸戊酯。
附图2为褐藻糖胶的萃取率与温度的关系。图中曲线分别表示不同浓度(重量/体积)的N263(曲线1-0.5％,2-1.0％,3-2.0％,3-4.0％)为萃取剂。实验条件为初始水相褐藻糖胶浓度1g/L，相比(0/A)=1/5，溶剂为乙酸戊酯。
附图3为不同相比下褐藻糖胶萃取率与萃取剂浓度间的关系。图中曲线分别表示不同的相比(曲线1-1∶2∶2-1∶4,3-1∶10)。实验条件为初始水相褐藻糖胶浓度1g/L，溶剂为乙酸戊酯。
附图4为不同溶剂(或溶剂混合物)为稀释剂时褐藻糖胶萃取率与萃取剂浓度的关系。图中曲线分别表示不同的溶剂或溶剂混合物(□-乙酸戊酯，●-CCl4,o-2-乙基己醇，-甲苯，◇-甲基异丁基酮，Δ-煤油+2-乙基己醇)为稀释剂。实验条件为初始水相褐藻糖胶浓度1g/L，温度为20℃，相比=1/5。
附图5为褐藻糖胶浓度与其萃取率的关系。图中曲线分别表示不同的相比(曲线1-1∶4,2-1∶10)。实验条件为N263浓度4％，溶剂为乙酸戊酯。
实施例1褐藻糖胶的萃取富集表1为不同相比、不同萃取剂浓度及不同料液褐藻糖胶浓度时的萃取实施例。
采用N263为萃取剂，乙酸戊酯为溶剂组成有机相，按表1中所示相比，取一定体积的有机相及含多糖的水溶液于离心杯中，在室温下电磁搅拌10分钟，离心分相后，取平衡水相测定褐藻糖胶浓度，以此计算萃取率，萃取结果列于表1。从表1可知，在不同相比下，不同浓度的褐藻糖胶可通过改变有机相萃取剂浓度而达到萃取褐藻糖胶的目的，且褐藻糖胶在有机相中得到高度富集。
表1褐藻糖胶的萃取(萃取剂N263，溶剂乙酸戊酯)
注糖浓度为g/L；萃取剂浓度为(体积)％；相比为体积比。
实施例2褐藻糖胶的盐反萃的实例表2为萃入有机相的褐藻糖胶用盐水溶液反萃的实施例。
采用N263为萃取剂，乙酸戊酯为溶剂组成有机相，取一定体积的有机相及含多糖的水溶液于离心杯中，在室温下电磁搅拌10分钟，离心分相后，测定平衡水相中的褐藻糖胶浓度，以此计算有机相中的褐藻糖胶浓度，取此负荷有机相于离心管中，以表2所示反萃相比，往试管中加入一定体积含常用无机盐的水溶液，室温下手摇混合约1分钟，离心分相，取盐水溶液分析其中褐藻糖胶浓度，以此计算反萃率，结果列于表2。从表2中所列出的数据可知，萃取入有机相的褐藻糖胶可用含盐水溶液反萃回水相并进一步得到富集，但反萃效率随有机相中褐藻糖胶的浓度增加而降低。
表2褐藻糖胶的反萃
其中表中糖浓度为g/L。
实施例3实际海藻浸提液中的萃取与反萃表3为实际海藻浸提液中褐藻糖胶的萃取及反萃实施例。
采用7401(或TOA)为萃取剂，配(或不配)以添加剂TOA，乙酸戊酯为溶剂组成有机相，以表3中所示萃取相比和配比，取一定体积的有机相及鼠尾藻或海带的热酸水浸提液或超声浸提液于离心杯中，在室温下电磁搅拌10分钟，离心分相后，测定平衡水相中的岩藻糖浓度，以此计算萃取率，有机相中的岩藻糖浓度以差减法计算。反萃取此负荷有机相于离心管中，以表3中所示反萃相比，往试管中加入一定体积含盐水溶液，室温下手摇混合约1分钟，离心分相，取出盐水溶液(1)；重复以上步骤，得盐水溶液(2)，分析盐水溶液(1)、(2)中的岩藻糖浓度，以此计算反萃率。
表3的结果表明弱碱性胺类三辛胺(TOA)作为萃取剂的萃取能力较低，但作为添加剂，则有利于萃取和反萃，其他弱碱性胺类也与TOA的作用类似。结果还表明从超声浸提液中的萃取优于从热酸水浸提液中的萃取。
表3.实际海藻浸提液中褐藻糖胶的萃取及反萃实施例
其中例1～3为鼠尾藻热酸水浸提液；例4为海带热酸水浸提液；例5～10为海带超声浸提液。
实施例4从鼠尾藻浸提液中乙醇沉淀法与萃取法多糖纯度的比较取鼠尾藻浸提液200ml，加热浓缩至50ml，搅拌下加无水乙醇至30％(体积/体积)，离心后弃去沉淀，上清液中继续加无水乙醇至60％(体积)，混合物置冰箱中过夜，离心后取沉淀，经洗涤、干燥得粗多糖，经分析含岩藻糖为19.3％。
另取鼠尾藻浸提液200ml，用40ml含7401为5％(重量/体积)的乙酸戊酯溶液萃取，有机相用2mol/L CaCl2溶液反萃，反萃液中加无水乙醇至60％(体积/体积)，混合物置冰箱中过夜，离心取沉淀(1)，上清液中继续加乙醇至80％，放置3小时后，离心取沉淀(2)。沉淀(1)和(2)经洗涤、干燥得到固体多糖，经分析，分别含岩藻糖为20.4％和43.1％。可见，萃取法所得多糖纯度要高于乙醇分步沉淀法的纯度。
实施例5从海带浸提液中乙醇分步沉淀法与萃取法多糖收率和纯度的比较取海带浸提液400ml，加热浓缩至130ml，冷却后搅拌下加无水乙醇至30％(体积/体积)，离心后弃去沉淀，上清液中继续加无水乙醇至60％(体积/体积)，混合物置冰箱中过夜，离心后取沉淀，经洗涤、干燥得粗多糖0.5157g，经分析含岩藻糖为33.7％，以岩藻糖计，产量为0.1738g。
另取相同海带浸提液400ml，用80ml含7401为3％(重量/体积)的乙酸戊酯溶液萃取，有机相用2mol/L CaCl2溶液反萃2次，反萃液(1)中加入1倍体积无水乙醇，置冰箱中过夜，离心取沉淀(1)，上清液中继续加入3倍体积(以反萃液体积计)无水乙醇，放置2小时后，离心取沉淀(2)。反萃液(2)加热浓缩至约一半体积，冷却后加入4倍体积无水乙醇，置冰箱中过夜，离心取沉淀(3)。沉淀(1)、(2)和(3)经洗涤、干燥得到固体多糖分别为0.3367g、0.0592g和0.0983g。经分析，含岩藻糖分别为45.0、27.2％和38.4％，以岩藻糖计，产量为0.2053g。可见，以岩藻糖计，萃取法的产量(0.2053g)及多糖纯度(平均含量为41.5％)都要高于乙醇分步沉淀法的产量(0.1738g)及多糖纯度(33.7％)。
权利要求
1．一种采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，包括如下步骤(A)提供一种包括非水溶性试剂为季铵盐萃取剂，其浓度为0.2％～30％(重量/体积)、和余量为有机溶剂组成的有机相；(B)把步骤(A)制备好的有机相与海藻的浸提水溶液，按相比为1∶1-1∶50配料，将有机相与海藻的浸提水溶液放入通常的萃取装置中，按通常的萃取工艺进行至少一次萃取，萃取过程在室温下操作，平衡时间10-30分钟；离心分相；(C)萃取入有机相的海藻多糖可用含盐水溶液反萃回水相并进一步得到富集，按反萃相比为1∶1-4∶1配料，取分相后的有机相与反萃溶液，其浓度为0.5-4.0mol/L的盐的水溶液，在通常的萃取装置中，按通常的反萃取工艺进行至少一次反萃，反萃过程可在室温下操作，平衡时间10-30分钟，进行离心分相。
2．按权利要求1所述的采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，其特征在于所述的非水溶性试剂季铵盐化合物结构式为R1R2R3CH3N+Z-和R1R2(CH3)2N+Z-其中R1,R2,R3为烷基，其碳原子数相同或不同，总碳数为16-36；Z-为组成盐的阴离子，可以是Cl-或Br-。
3．按权利要求1所述的采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，其特征在于所述的非水溶性试剂中还包括添加0～30％(体积/体积)的添加剂。
4．按权利要求1所述的采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，其特征在于所述的非水溶性试剂中添加的添加剂为弱碱性的胺类，包括长链伯胺、仲胺和叔胺，其分子量在250-600之间。
5．按权利要求1所述的采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，其特征在于所述的有机溶剂包括醇、酮、酯、烷烃、氯代烷烃类及芳烃类或所述溶剂的组合而成的混合物。
6．按权利要求5所述的采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，其特征在于所述的醇类有机溶剂是2-乙基己醇；所述的酯类有机溶剂是乙酸戊酯；所述的烷烃类有机溶剂是甲苯、煤油；所述的氯代烷烃类有机溶剂是四氯化碳；所述的酮类有机溶剂是甲基异丁基酮。
7．按权利要求1所述的采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法，其特征在于所述的非水溶性试剂季铵盐浓度为1％-10％(重量/体积)。
全文摘要
本发明涉及一种采用溶剂萃取从海藻浸提液中分离提取海藻多糖的方法。该方法使用非水溶性试剂和溶剂组成有机相对海藻浸提液中海藻多糖进行萃取,使多糖进入有机相而与水溶性杂质分离,有机相的多糖用盐水溶液反萃回水相从而进一步与非水溶性杂质分离并得到富集,有机相返回萃取,盐水溶液中的多糖可用常法回收。本发明分离提取多糖的方法与已有方法相比多糖的回收率及纯度更高。该方法中使用的均是国产的萃取剂,大大地节约了外汇,降低成本,提高了经济效益。
文档编号C08B37/00GK1318566SQ00105700
公开日2001年10月24日 申请日期2000年4月18日 优先权日2000年4月18日
发明者伍志春, 欧阳藩, 房燕丽, 赵兵 申请人:中国科学院化工冶金研究所