专利名称：絮凝提取海藻多糖的方法
技术领域：
本发明属于生化工程下游技术中海藻多糖的提取方法，特别涉及一种海藻多糖的絮凝提取方法。
海洋面积辽阔，海洋藻类植物来源丰富，海藻多糖正逐步成为生物多糖的主要来源之一。由于海藻生存环境特异，海藻多糖具有某些独特的生理活性，如海带多糖可降低脾脏内过氧化物含量，增加超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)的活性，达到抗肿瘤的目的；紫菜多糖、硫酸甘糖酯等具有抗血栓、改善微循环等作用；海带多糖、紫菜多糖等对机体细胞有保护功能。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，褐藻多糖是其中的重要组成部份，它包括褐藻糖胶(Fucoidan)、褐藻胶(Algin)、褐藻淀粉(Laminaran)；褐藻糖胶是水溶性多糖，存在于细胞间组织中，为组成相似的杂多糖混合物，其主要成分为L-岩藻糖-4-硫酸酯，还伴随少量的半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、糖醛酸等，褐藻糖胶通常与蛋白质结合，分级纯化较困难(海藻化学。纪明侯。北京科学出版社。1997.p12-17)，褐藻糖胶的衍生物在抗爱滋病毒、治疗肾衰竭、降血糖等方面已逐渐显示出了巨大潜力。
海藻多糖提取过程中的浸提及沉淀是两个最关键的步骤。浸提是将海藻用机械或化学方法破碎后，在常温或加热条件下，用碱性、中性或酸性溶液浸泡，但一般存在浸提时间较长、浸提回收率较低等问题。在浸提之前可以采取一些预处理及净化方法减少浸提液中其它杂质含量，如用Sevage法、高浓度醇类及甲醛溶液等预处理除去蛋白质，或者采用酸或碱处理藻体，但预处理往往会造成多糖损失、降低多糖回收率。
海藻多糖浸提目前主要采用水煮提取法(周慧萍等。浒苔多糖的分离、纯化和分析，生物化学杂志，1993，11(1)91-93；曾和平。螺旋藻化学的研究，药学学报。1995，20(11)858-861，)，但其效率低，能耗高；此外还有超声提取法(赵兵等，超声强化法从鼠尾藻中提取硫酸酯多糖，无锡轻工大学学报，1998，18(60)47-49；于淑娟。超声波酶催化酶法提取灵芝多糖，华南理工大学学位论文。广州，1996.1)、酸提取法(王作芸。铜藻的褐藻糖胶、褐藻淀粉和褐藻胶的分离及提纯，水产学报，1985，19(1)68-76)；碱提取法(徐洪祖。蜈蚣藻、蜈蚣藻夹变型和拟厚膜藻卡拉胶的研究，海洋与湖沼，1996，27(5)499-504；魏玉西。多管藻多糖提取工艺的研究，海洋科学，1998，4，62-63)等。
得到的含有海藻多糖浸提液后，一般采用减压浓缩提取液的办法减少后续的处理体积，或用透析的方法浓缩提取液。也有采用常压下水浴蒸发浓缩提取液和压滤的方法(周志刚等，极大螺旋藻多糖的分离、纯化及其抗氧化的特性，植物学报，1997，39(1)77-81；纪明侯等，用13C-NMR光谱法研究几种红藻含硫半聚糖的结构特征，海洋与湖沼，，1996，27(3)330-335)。
从浸提液中提取分离海洋生物活性多糖目前几乎都是采用沉淀法，如乙醇沉淀、氯化十六烷基吡啶(CPC)或溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)沉淀等。而海藻多糖的提取分离现在几乎都是乙醇沉淀法，如浒苔多糖、螺旋藻多糖、螺旋藻粘多糖、褐藻多糖硫酸酯、蜈蚣藻卡拉胶等均采用乙醇沉淀法提取。比如，B.Ray等采用水煮法从石莼(Ulva rigida)中连续提取、乙醇沉淀提取分离细胞壁多糖(1995)；张尔贤等经水煮后从鼠尾藻和铜藻中用乙醇沉淀法提取分离海藻多糖(1995)；周志刚等用蒸馏水水煮-乙醇沉淀法提取分离了培养的三种(极大、钝顶和盐泽)螺旋藻的胞外、胞内多糖(1997)；螺旋藻多糖的一般提取分离也是将海藻经80℃热水提取后，用95％乙醇沉淀分离(徐惠等中国生化药物杂志，1997，18，72；曾和平等药物学报，1995，330，858；左绍远等药物生物技术，1996，3，158)；法国的Fleury等从浸提褐藻的头遍酸性溶液中用乙醇沉淀法分离出褐藻多糖(J.Appl.Phycol.，1993，5，605)；从红藻多管藻中经冷或热水浸提后，也是用乙醇沉淀法从溶液中分离出多糖(纪明候等海洋与湖沼，1996，27，330)；乙醇沉淀法也是用于褐藻多糖硫酸酯(fucoidan)纯化及分级的常用方法(张全斌等中国海洋药物，1996，(4)，38)。
乙醇沉淀法虽然易于大规模生产，但它存在如下问题1.一般只能得到多糖含量较低的粗产品(＜50％)，由于产品含大量变性蛋白质等杂质，增加了后续的乙醇重沉淀、离子交换、层析等纯化过程的难度；2.每公斤粗多糖需消耗工业乙醇50-60公斤，而总回收率一般仅为10-30％，造成产品成本高；3.乙醇回收系统投资大、流程较复杂、能耗高；而且整个提取过程在工程放大时不易实现连续化、自动化。
目前尽管进行了一些其它方法的研究，但仍是沉淀法，如氯化十六烷基吡啶(CPC)沉淀、溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)沉淀、氢氧化铝、氢氧化铅络合物沉淀等，同样存在与乙醇沉淀法相同的问题。
电场絮凝用于生物活性物质的回收处理是一个引人注目的话题。八十年代初，Volkova等人(U.S.S.R.P.SU 944527)用电场絮凝处理蛋白质-维生素厂废液，结果表明在30V/cm电场下处理1分钟后可除去74.8％以上的悬浮固体，96.1％以上的醚溶性物质以及76.3％以上的蛋白质；Kumay等(Kumay H D et.al.Electrical flocculation of the unicellular green Algachlorella Vulgaris.Aquatic Botany.1981，11187-195)研究电场絮凝单细胞绿藻时发现电流通过悬浮液时，绿藻凝聚上浮；3V/cm电场，30分钟，pH值＝7.0时，可将近90％绿藻从水中分离；赵兵等人(ZL90100012.4，1990)利用电场絮凝方法提取了α-淀粉酶、碱性蛋白酶和糖化酶。但迄今为止，尚无絮凝提取海藻多糖的工艺。
本发明的目的在于提供一种絮凝/电场絮凝提取海藻多糖的工艺。
本发明技术方案如下本发明提供的絮凝提取海藻多糖的方法，其步骤如下(1)采用循环超声破碎或者水煮法浸提海藻，制得含海藻多糖的浸提料液；(2)将上述含海藻多糖的浸提料液置入搅拌反应器中，调节搅拌反应器内提取温度为20-60℃，pH值为5-8；(3)在300-1500rpm搅拌速度下，加入絮凝剂，对含海藻多糖的浸提料液进行絮凝提取，絮凝剂的加入量为50-500ppm，其搅拌及絮凝提取时间为5-40分钟；所述絮凝剂为具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂或溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂或为它们混合絮凝剂；(4)絮凝提取完成之后，对絮凝提取液进行澄清或离心过滤，得到海藻多糖粗产品；(5)将得到的海藻多糖粗产品进一步进行纯化或烘干，即得到海藻多糖产品；所述具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂为壳聚糖或改性淀粉。所述溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂为聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或磺甲基化聚丙烯铣胺；本发明提供的絮凝提取海藻多糖的方法中的步骤(3)还可为在300-1500rpm搅拌速度下，加入絮凝剂，并在搅拌反应器中设置一对平板式电极，平板式电极的两极端接入直流或交流电源，在电场强度为0-50V/cm的条件下对含海藻多糖的浸提料液进行电场絮凝提取，絮凝剂的加入量为50-500ppm，其搅拌及絮凝提取时间为5-40分钟；所述絮凝剂为具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂或溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂或为它们混合絮凝剂；本发明首先采用超声破碎浸提或水煮海藻得到含海藻多糖的浸提料液，然后再加入絮凝剂，在电场或非电场的情况下进行絮凝提取，并以电场絮凝提取效果更好，其絮凝剂的加入仅起到絮凝核心的形成作用，海藻多糖的絮凝析出主要靠电场作用和阴极提供的微电流，因而絮凝剂用量仅为几百ppm(絮凝料液中)，絮凝剂成本仅为乙醇沉淀的几分之一到几十分之一，从而显著降低海藻多糖提取成本，而且产品纯度高。
电场作用可以使胶体粒子获得能量，并扩展了每个胶粒的影响范围，电场和粒子表面电荷发生的静电作用引起粒子周围液膜的减薄从而使粒子絮凝长大；电场可以有效地中和或部分中和粒子表面电荷，从而使分散相粒子呈链状絮凝；因此电场作用对海藻多糖的絮凝能起到显著促进作用。
采用安全无毒的絮凝剂具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂和溶于水时电离出负电荷磺酸根离子的阴离子型絮凝剂，在搅拌反应器中pH值5-8时，它有高电荷密度，能够吸附在负电荷表面。
下面结合实施例进一步描述本发明实施例1，用本发明的方法絮凝提取海带中的海带多糖，其步骤如下采用循环超声破碎浸提对海带进行浸提，得到海带浸提料液；将得到的海带浸提料液置入搅拌反应器中，加入壳聚糖絮凝剂，壳聚糖絮凝剂的加入量为每50ml海带浸提液中加入160ppm的壳聚糖絮凝剂，搅拌反应器中无电场，絮凝提取温度为40℃，pH值为6，在不同的搅拌速度下的絮凝提取结果如下在300rpm转速搅拌下，絮凝提取15分钟，其海带多糖的提取率为17.9％；先在1500rpm转速搅拌下，絮凝提取5分钟，然后在300rpm转速搅拌下，絮凝提取10分钟，其海带多糖的提取率为20.1％；先在900rpm转速搅拌下，絮凝提取5分钟，然后在300rpm转速搅拌下，絮凝提取10分钟，其海带多糖的提取率为47.9％。
絮凝提取完成之后，对絮凝提取进行澄清或离心过滤，得到海带多糖粗产品；再对得到的海带多糖粗产品进行进一步纯化或烘干，即得到海带多糖产品。
实施例2，用本发明的方法电场絮凝提取鼠尾藻中的鼠尾藻多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为30℃，pH值为7，改性淀粉絮凝剂的加入量为每50ml鼠尾藻浸提液中加入160ppm的改性淀粉絮凝剂，搅拌反应器中电场强度E＝20V/cm，电场作用时间20min，先以900rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，其絮凝提取率为66.7％。
实施例3，用本发明的方法电场絮凝提取海带中的海藻多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为20℃，pH值为7，壳聚糖絮凝剂的加入量为每50ml海带浸提液中加入420ppm的壳聚糖絮凝剂，搅拌反应器中电场强度E＝30V/cm，电场作用时间30min，先以900rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，其絮凝提取率为52.9％；同样条件下絮凝提取温度为60℃时，其海藻多糖絮凝提取率61.5％。
实施例4，用本发明的方法电场絮凝提取鼠尾藻中的鼠尾藻多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为40℃，十二烷基苯磺酸钠絮凝剂的加入量为每50ml鼠尾藻浸提液中加入50ppm的十二烷基苯磺酸钠絮凝剂，搅拌反应器中电场强度E＝20V/cm，电场作用时间20min，先以900rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，当pH＝5时，其絮凝提取率为25.8％；同样条件下，pH＝6时，其絮凝提取率为40.2％；同样条件下，当pH＝8时，其絮凝提取率为50.7％；实施例5，用本发明的方法絮凝提取海带中的海带多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为40℃，pH＝7，于50ml海带提取液中加入300ppm磺甲基化聚丙烯酰胺絮凝剂，先以900rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，电场作用时间为20min，当电场强度为10v/cm，多糖絮凝率为50％；同样条件下，电场强度为20V/cm，多糖絮凝率为72.7％；同样条件下，电场强度为30v/cm，絮凝率为65％；同样条件下，电场强度为50v/cm，絮凝率为53.7％。。
实施例6，用本发明的方法絮凝提取海带中的海带多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为40℃，pH＝7，于50ml海带提取液中加入200ppm壳聚糖絮凝剂和60ppm磺甲基化聚丙烯酰胺絮凝剂，电场强度E＝20V/cm，电场作用时间20min，先以1500rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，多糖絮凝率达到81.6％。
实施例7，用本发明的方法絮凝提取海带中的海带多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为40℃，pH＝6，于50ml海带提取液中加入240ppm壳聚糖絮凝剂和160ppm磺甲基化聚丙烯酰胺絮凝剂，电场强度E＝20V/cm，电场作用时间30min，先以1200rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，多糖絮凝率达到83.2％。
实施例8，用本发明的方法絮凝提取海带中的海带多糖，其步骤如下方法与步骤同实施例1，但絮凝提取温度为40℃，pH＝6.5，于50ml海带提取液中加入320ppm壳聚糖絮凝剂和180ppm聚苯乙烯磺酸钠絮凝剂，电场强度E＝30V/cm，电场作用时间30min，先以900rpm转速快速搅拌5分钟，再以300rpm转速慢速搅拌10分钟，多糖絮凝率达到85.2％。
权利要求
1.一种絮凝提取海藻多糖的方法，其特征在于，步骤如下(1)采用循环超声破碎或者水煮法浸提海藻，制得含海藻多糖的浸提料液；(2)将上述含海藻多糖的浸提料液置入搅拌反应器中，调节搅拌反应器内提取温度为20-60℃，pH值为5-8；(3)在300-1500rpm搅拌速度下，加入絮凝剂，对含海藻多糖的浸提料液进行絮凝提取，絮凝剂的加入量为50-500ppm，其搅拌及絮凝提取时间为5-40分钟；所述絮凝剂为具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂或溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂或为它们混合絮凝剂；(4)絮凝提取完成之后，对絮凝提取液进行澄清或离心过滤，得到海藻多糖粗产品；(5)将得到的海藻多糖粗产品进一步进行纯化或烘干，即得到海藻多糖产品。
2.按权利要求1所述絮凝提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂为壳聚糖或改性淀粉。
3.按权利要求1所述絮凝提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂为聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或磺甲基化聚丙烯酰胺。
4.按权利要求1所述絮凝提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述的步(3)为在300-1500rpm搅拌速度下，加入絮凝剂，并在搅拌反应器中设置一对平板式电极，平板式电极的两极端接入直流或交流电源，在电场强度为0-50V/cm条件下对含海藻多糖的浸提料液进行电场絮凝提取，絮凝剂的加入量为50-500ppm，其搅拌及絮凝提取时间为5-40分钟；所述絮凝剂为具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂或溶于水时电离出磺酸根离子的阴离子型絮凝剂或为它们混合絮凝剂；
5.按权利要求4所述絮凝提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂为壳聚糖或改性淀粉。
6.按权利要求4所述絮凝提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述具有活性氨基与羟基的阳离子生物絮凝剂为聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或磺甲基化聚丙烯酰胺。
全文摘要
本发明的絮凝提取海藻多糖的方法首先采用循环超声破碎或者水煮法浸提制得含海藻多糖的浸提料液，将含海藻多糖的浸提料液置入反应器中，调节反应器内温度20－60℃，pH5－8；在300－1500rpm搅拌速度下，加入絮凝剂，对含海藻多糖浸提料液进行絮凝或电场絮凝提取，得到海藻多糖粗产品，之后再对海藻多糖粗产品进行纯化或烘干处理，即制得海藻多糖产品，本发明所用絮凝剂量少，絮凝剂成本仅为乙醇成本的1/10左右，从而可大大降低海藻多糖的提取成本。
文档编号C08B37/00GK1392160SQ0111598
公开日2003年1月22日 申请日期2001年6月15日 优先权日2001年6月15日
发明者赵兵, 王玉春, 黄猛, 王谦, 赵爱英 申请人:中国科学院化工冶金研究所