一种昆布多糖的提取方法及应用与流程

本发明属于食品科学技术领域，特别涉及一种昆布多糖的提取方法及应用。

背景技术：

昆布，其食用部分以海带科海带和翅藻科黑昆布的叶状物为主，是生活中常见的可食用大型海藻，具有软坚散结、消肿利水、润下消痰等保健功效。研究发现，昆布的药理作用与它所含有的多糖成分有关。昆布多糖主要有三种类型：褐藻酸盐、褐藻淀粉、褐藻糖胶。通过对昆布多糖的深入研究发现其具有多种生理活性。多糖在抗肿瘤方面一直有较为出色的表现，近年来通过实验发现昆布多糖对于人胃癌nkm-45细胞、卵巢癌sk-ov细胞、宫颈癌hela细胞、肝癌smmc-7721细胞，以及小鼠s180肉瘤、b16黑色素瘤细胞等均具有明显的抑制作用。另外，昆布多糖对特异性免疫和非特异性免疫都有很好的调节作用，能够提高机体的免疫力。研究还发现，昆布多糖还具有抗病毒、抗凝血、抗炎、抑菌、抗衰老、抗血管生成、调节酪氨酸激酶活性等多种生物活性。

随着应用开发价值以及市场前景逐渐被重视，昆布多糖的提取分离纯化工艺也日渐完善。昆布多糖的提取方法有很多，目前大量研究与应用的主要有热水浸提法、酸浸提法、酶提法、超声波辅助提取法等。其中，热水提法是最广为人知的方法，因其简单的提取设备、容易上手的操作、不太高的成本而广泛用于工业生产。但是，热水提法提取率没有其他方法高，耗费时间比较久，且较高的提取温度容易导致多糖活性被破坏。相较于热水提法，酸浸提法的提取率有所提高而且耗时也比较短。酸浸提法也有一定的缺点，通过酸浸提法最终得到的多糖分子会有部分降解，且当总糖的浓度增大时，多糖的含量就会有所下降。超声辅助提取法比酸浸提法得到的多糖含量更高，所含的大分子杂质也略有减少，但是过大的超声功率可能对多糖分子产生一定的破坏，导致其生理活性降低。如何高效提取多糖的同时保证多糖较高的活性成为人们关注的热点。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种昆布多糖的提取方法及应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明一种昆布多糖的提取方法，其包括以下步骤，(1)将昆布、水和酶混合，调节ph后混合均匀进行酶解，酶解结束后迅速100℃水浴灭酶10min；(2)减压抽滤，滤液中加入适量无水乙醇，静置24h，析出沉淀；(3)将沉淀物用无水乙醇缓慢冲洗2～3次，然后冻干得到多糖制品。

优选的，所述酶包括木瓜蛋白酶、果胶酶、纤维素酶中的一种或几种。

优选的，按质量分数计，所述木瓜蛋白酶2.5～3.5％、所述果胶酶1.5～2.5％、所述纤维素酶4～6％。

优选的，步骤(1)中，所述调节ph后进行酶解，其为将ph调整为5，在50℃水浴酶解提取3h。

优选的，提取方法中还包括纯化，纯化步骤包括，(1)溶解多糖制品，采用sevage法去除蛋白质；(2)上deae阴离子交换柱，用0.1-0.3mol/lnacl溶液以1ml/min的流速对样液进行洗脱，55℃旋转蒸发浓缩，透析后将透析液进行冻干处理后得到初步纯化产品；(3)溶解初步纯化产品，上sephadexg-100葡聚糖凝胶柱，用水以0.5ml/min的流速对样液进行洗脱，后55℃旋转蒸发浓缩，最后将透析液真空冷冻干燥，得到纯化产品。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种昆布多糖，其为黄色、黄白色或白色絮状固体。

优选的，所述昆布多糖对人乳腺癌细胞mcf-7的半抑制浓度小于512.5μg/ml。

优选的，所述昆布多糖对人肺癌细胞a549的半抑制浓度小于609.7μg/ml。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种昆布多糖在制备抗肿瘤产品、饮片、饮料中的应用。

本发明的有益效果如下：

1)复合酶法反应条件温和，在最适的反应环境下，酶促反应的高效性和专一性使得多糖的释放效率得到了较大的提升，因此复合酶法较热水浸提法、酸浸提法、超声波辅助提取法等有更高的提取率。

2)酶法提取所获得的多糖，打破了原生多糖的长链结构，从而释放了更多的活性单元，并且未破坏其活性单元的聚合结构，使其相对分子质量保持在一个合适的较低水平，从而在整体上提升了多糖的活性。

3)木瓜蛋白酶可以与蛋白质特异结合，温和专一地去除蛋白质，同时，联合sevage法可以有效降低多糖中蛋白质的含量。

4)复合酶打破了原生多糖的长链结构，同时木瓜蛋白酶使得糖蛋白上部分蛋白结构被分解，多糖结构变得更加疏松，溶解性也变得更好。

总之，复合酶法提取相对于其他提取方法具有反应条件温和、提取效率高、成本低以及优化有效组分等显著的优势，特别是纯化后得到的昆布多糖成品颜色洁白，溶解性好，经试验证明有很好的抗肿瘤活性。

附图说明

图1为纤维素酶对昆布多糖提取率的影响；

图2为果胶酶酶对昆布多糖提取率的影响；

图3为木瓜蛋白酶酶对昆布多糖提取率的影响；

图4为deae-52纤维素层析柱洗脱曲线；

图5为sephadexg-100葡聚糖凝胶层析柱洗脱曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本申请提供的复合酶法提取昆布多糖工艺流程如下：

昆布→浸泡除杂→晾干粉碎→酶解→灭酶→醇沉→冻干→粗多糖制品→纯化→昆布多糖。

实施例1：

1.浸泡除杂、晾干粉碎：市场购买的昆布经过挑选及清洗除去杂质，晾干后用粉碎机打碎，过60目筛，得到昆布粉备用；

2.酶解、灭酶：称取1g干燥昆布粉，按1:70(g/ml)的料液比加入蒸馏水和2.5％木瓜蛋白酶、1.5％果胶酶、6％纤维素酶，将混合液的ph调整为5，混合均匀。50℃水浴酶解提取3h，酶解结束后迅速100℃水浴灭酶10min；

3.醇沉：减压抽滤，向滤液中加入适量无水乙醇，静置24h，析出沉淀。

4.冻干：将用无水乙醇缓慢冲洗2～3次，冻干，得到粗多糖制品，多糖提取率为15.09％。

实施例2：

1.浸泡除杂、晾干粉碎：市场购买的昆布经过挑选及清洗除去杂质，晾干后用粉碎机打碎，过60目筛，得到昆布粉备用。

2.酶解、灭酶：称取1g干燥昆布粉，按1:70(g/ml)的料液比加入蒸馏水和2.5％木瓜蛋白酶、2.5％果胶酶、6％纤维素酶，将混合液的ph调整为5，混合均匀。50℃水浴酶解提取3h，酶解结束后迅速100℃水浴灭酶10min。

3.醇析：减压抽滤，向滤液中加入适量无水乙醇，静置24h，析出沉淀。

4.冻干：将用无水乙醇缓慢冲洗2～3次，冻干，得到粗多糖制品，多糖提取率为13.24％。

实施例3：

1.浸泡除杂、晾干粉碎：市场购买的昆布经过挑选及清洗除去杂质，晾干后用粉碎机打碎，过60目筛，得到昆布粉备用。

2.酶解、灭酶：称取1g干燥昆布粉，按1:70(g/ml)的料液比加入蒸馏水和3％木瓜蛋白酶、2.5％果胶酶、5％纤维素酶，将混合液的ph调整为5，混合均匀。50℃水浴酶解提取3h，酶解结束后迅速100℃水浴灭酶10min。醇析：减压抽滤，向滤液中加入适量无水乙醇，静置24h，析出沉淀。

3.冻干：将用无水乙醇缓慢冲洗2～3次，冻干，得到粗多糖制品，多糖提取率为13.01％。

实施例4：复合酶对昆布多糖提取率的优选试验

1.纤维素酶对昆布多糖提取率的影响

取六个100ml烧杯，分别标号a1、b1、c1、d1、e1、f1，按照下表加入试剂：

表1试剂与添加量

将溶液的ph调整到5，然后50℃水浴提取3h。溶液在水浴结束后马上进行100℃水浴灭酶处理10min。将上述溶液离心20min(4000r/min)，取上清液用苯酚-硫酸法测定昆布多糖的含量。

2.果胶酶对昆布多糖提取率的影响

取六个100ml烧杯，分别标号a2、b2、c2、d2、e2、f2，按照下表加入试剂：

表2试剂与添加量

将溶液的ph调整到5，然后50℃水浴提取3h。溶液在水浴结束后马上进行100℃水浴灭酶处理10min。将上述溶液离心20min(4000r/min)，取上清液用苯酚-硫酸法测定昆布多糖的含量。

3.木瓜蛋白酶对昆布多糖提取率的影响

取五个100ml烧杯，分别标号a3、b3、c3、d3、e3，按照下表加入试剂：

表3试剂与添加量

将溶液的ph调整到5，然后50℃水浴提取3h。溶液在水浴结束后马上进行100℃水浴灭酶处理10min。将上述溶液离心20min(4000r/min)，取上清液用苯酚-硫酸法测定昆布多糖的含量。

根据试验结果，如图1，昆布多糖提取率随着纤维素酶量的增加呈现先上升后下降的趋势。在纤维素酶酶底比为50:1时，昆布多糖提取率最高；如图2，果胶酶对昆布多糖提取率的影响与纤维素酶相似，昆布多糖提取率随着果胶酶量的增加呈现先上升后下降的趋势。在果胶酶的酶底比为20:1时，昆布多糖的提取率最高；如图3，木瓜蛋白酶对昆布多糖提取率的影响与前两种酶明显不同，随着木瓜蛋白酶量的增多，昆布多糖提取率逐渐提高，在木瓜蛋白酶的酶底比为30:1时，昆布多糖含量达到最大，酶底比超过30:1时多糖提取率变化不再明显，甚至不变。

4.确定复合酶最佳酶底比的正交实验

根据单因素实验结果，选择l9(3⁴)正交表进行正交实验，以昆布多糖的提取率为测定指标，确定三种酶的最佳酶底比。运用spssr软件进行分析，用均值±标准差来表示测定结果，并采用验证实验进行验证。

表4正交实验因素与水平

表5正交实验结果

表6主体间效应的检验

a：r²＝0.906(调整后的r²＝0.924)

表7最佳实验条件验证试验结果

由正交试验结果得出，纤维素酶对所提取昆布多糖提取率影响最大，其次是木瓜蛋白酶和果胶酶，当木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶的比例为5:3:12时，复合酶法提取效果最好。按照最佳酶底比进行验证试验，实验结果表明昆布多糖的提取率为15.09±0.09％。

实施例5：

deae-52纤维素层析柱分离纯化

(1)deae-52纤维素预处理：称取100gdeae-52纤维素，加入500ml去离子水，缓慢搅动一会后浸泡3h，除掉表面的杂质，抽干(砂芯抽滤装置)后加入0.5mol/l的naoh溶液，缓慢搅动一会后浸泡2h，一边抽滤一边用去离子水冲洗至中性。再次将deae-52纤维素抽干后加入0.5mol/l的hcl溶液，缓慢搅动一会后浸泡2h，一边抽滤一边用去离子水冲洗至中性。第三次抽干后，加入0.5mol/l的naoh溶液，缓慢搅动一会后浸泡2h，一边抽滤一边用去离子水冲洗至中性后抽干。

(2)装柱：经过预处理的deae-52纤维素加入适量的去离子水，缓缓加入洗净的层析柱(2.6cm×30cm)中。等柱中的纤维素有所沉降时再次慢慢加入，待加至柱中纤维素上表面至柱口2～3cm时停止装柱，注意不要产生断层和气泡，将层析柱用去离子水洗脱12h，流速1ml/min。

(3)上样：称取1g实施例1-4任一昆布多糖产品，溶解于100ml去离子水中配置成0.01g/ml的昆布多糖溶液。将所得溶液过0.45um微孔滤膜得到样液。吸取20ml样液沿层析柱柱口缓缓加入，注意不要破坏纤维素的表面。分别用0、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8mol/lnacl溶液以1ml/min的流速对样液进行洗脱，用自动收集器每隔10min收集一管，每个梯度收集30管，共收集180管。收集好的溶液用苯酚-硫酸法测定吸光度，绘制洗脱曲线。将最好峰段处的样品收集起来，相同组分进行合并后55℃旋转蒸发浓缩。浓缩液装入10000da透析袋中进行透析直到检测不到水溶液中的cl^-，最后将透析液进行冻干处理后得到初步纯化产品。

sephadexg-100葡聚糖凝胶层析柱分离纯化

(1)sephadexg-100葡聚糖凝胶预处理：称取20gsephadexg-100葡聚糖凝胶，加入500ml去离子水缓慢搅动一会，除掉表面杂质，溶胀24h。

(2)装柱：预处理好的sephadexg-100葡聚糖凝胶除去多余的水，缓缓加入洗净的层析柱(1.6cm×60cm)中，待加至柱中纤维素上表面至柱口2～3cm时停止装柱，注意不要产生断层与气泡。等液面不再下降后用去离子水以1ml/min的流速平衡柱子24h。

(3)上样：称取deae-52纤维素层析柱分离纯化得到的初步纯化产品100mg溶解于10ml去离子水中配置成0.01g/ml的昆布多糖溶液。将所得溶液过0.45um微孔滤膜得到样液。吸取1ml样液沿层析柱柱口缓缓加入，注意不要破坏纤维素的表面，用去离子水以0.5ml/min的流速对样液进行洗脱，洗脱下来的溶液用自动收集器每隔4min收集一管，一共收集65管，收集好的溶液用苯酚-硫酸法测定吸光度，绘制洗脱曲线。将最好峰段处的样品收集起来，相同组分进行合并后55℃旋转蒸发浓缩。浓缩液装入10000da透析袋中进行透析直到检测不到水溶液中的cl^-，最后将透析液真空冷冻干燥，得到纯化产品。从图4可以看出，用去离子水和氯化钠溶液梯度洗脱deae-52纤维素层析柱后，昆布多糖出现7个组分的峰。

不同浓度洗脱的多糖组分抗肿瘤活性筛选：

采用噻唑蓝(mtt)法测试化合物对肿瘤细胞的抑制活性。对数期的人乳腺癌细胞mcf-7和人肺癌细胞a549细胞经消化、计数，配制细胞悬液(1×10⁴个/ml)，在96孔细胞培养板中每孔加入100μl细胞悬液，置于37℃，5％co2培养箱中培养过夜；将提前配制好的不同浓度的多糖溶液加入到9孔板的每个微孔中，每孔100μl，继续置于37℃，5％co2培养箱中培养72h后，每孔加入20μl(5g/l)mtt溶液，继续培养4h。培养结束后弃去上清液，每孔加入150μldmso溶解，摇床振荡10min混匀，用酶标仪测定570nm处的吸光值(a)。计算不同提取方法所得到的多糖的半抑制浓度ic50。

昆布多糖用去离子水和不同浓度nacl溶液洗脱后出现了7个组分峰，将这7个组分分别收集浓缩冻干后进行抗肿瘤活性筛选，结果如下。从表中看出，7种组分对人乳腺癌细胞mcf-7都有很好的抑制作用，其中0.1mol/l与0.2mol/lnacl溶液所洗脱下来的组分3、组分4对mcf-7的半抑制浓度较小，可以说明这两个浓度下洗脱出来的多糖组分抗mcf-7活性较好；7种组分对人肺癌细胞a549有抑制作用的只有组分3、4、5，即0.1mol/l、0.2mol/l、0.3mol/lnacl溶液所洗脱下来的多糖组分，而这其中组分4对a549的半抑制浓度最小。综合不同组分对两种肿瘤细胞的抑制情况来看，0.2mol/l的nacl溶液洗脱下来的多糖组分有较好的抗肿瘤活性，可以进行下一步纯化。

表8

注：“-”表示该浓度分离的多糖组分对癌细胞无抑制作用。

经过抗肿瘤活性的筛选，具有较好抗肿瘤活性的昆布多糖组分是用0.2mol/l的nacl溶液洗脱下来的。收集0.2mol/l的nacl溶液洗脱下来的样液，将收集到的样液在55℃下旋转蒸发浓缩，然后用10000da的透析袋透析至不再能够检测到水溶液中的cl^-为止，最后真空冷冻干燥得到的昆布多糖多糖初产品，初产品为黄白色絮状固体，可用于下一步sephadexg-100葡聚糖凝胶色谱柱的进一步纯化。

从图5可以看出，经过sephadexg-100葡聚糖凝胶色谱层析柱洗脱得到昆布多糖的洗脱曲线是单一峰，且对称性很好，这说明洗脱得到的昆布多糖多糖组分是较为均一的多糖。将洗脱下的昆布多糖溶液于55℃下旋转蒸发浓缩，最后真空冷冻干燥得到样品。样品为白色絮状固体。

实施例6：一种昆布多糖-山楂饮片的制备

配方(按重量计)：山楂50、胶原蛋白粉13、昆布多糖(实施例1制得，经实施例5纯化的最终产品)25、天然蜂蜜80。

具体操作如下：挑选果形饱满圆润的山楂，除去果蒂、果柄、果核及其他杂质后用切片机将山楂切成5mm厚的山楂片；将天然蜂蜜加热至徐徐沸腾后，改用文火，保持微沸，除去泡沫及上浮的蜡质及死蜂，温度保持在116℃左右，炼至满锅起鱼泡眼，加入胶原蛋白粉、实施例1制备所得的昆布多糖纯品，混匀，用手捻之有粘性，指间尚无白丝出现时，迅速出锅；与山楂片拌闷30分钟，然后放入热锅内，迅速翻动，用文火炒至表面颜色加深、不粘手时时取出，摊晾；挑选表面深黄色，微有光泽，略具黏性，有蜜香气，味甜的蜜山楂，去除糊片碎片，用无毒聚乙烯塑料透明袋包装，封存。

实施例7：一种含昆布多糖的饮料的制备

配方(按重量计)：昆布多糖(实施例1制得，经实施例5纯化的最终产品)15、饮用水85、甜叶菊0.04、柠檬酸0.08。

具体操作如下：将各种配料按照配方中的比例添加调配，混合均匀，调配好的饮料经超高温瞬时灭菌(137～145℃加热4～10s)后立刻装入灭过菌的瓶子，既得昆布多糖饮料。

本发明主要提出来一种昆布多糖高效简便的提取方法—复合酶法。昆布细胞壁主要成分是纤维素、果胶、几丁质，复合酶法是利用纤维素酶和果胶酶水解的专一性使昆布细胞壁主要成分彻底水解，将其中的内容物完全释放出来。同时木瓜蛋白酶使蛋白质分解。该方法能够得到含量较高的多糖，具有特异、高效、绿色环保的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。