微波輔助法提取多糖的研究進展

景永帥孫麗叢程文境劉東波李 蘭張丹參吳蘭芳

(1. 河北科技大學化學與制藥工程學院，河北 石家莊 050018；2. 河北中醫學院藥學院，河北 石家莊 050200)

多糖(Polysaccharides，PS)又稱多聚糖，由10個及以上的單糖通過糖苷鍵連接而成的一種聚合糖高分子碳水化合物。多糖在自然界中來源廣泛，研究發現，多糖具有多種生物活性，包括抗腫瘤[1]、抗病毒[2]、抗氧化[3]、降血糖[4]、降血脂[5]、免疫調節活性[6]等功能。多糖的提取是進行多糖后續研究的基礎，因此有效提取多糖顯得尤為重要。

目前關于多糖的提取方法主要有熱水回流提取法、酸(堿)溶液提取法、酶輔助提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法等。不同的提取方法有各自的優缺點:如熱水回流提取法操作簡單，可較大程度保留多糖活性，但效率低，耗能高[7]；酶輔助提取法效率高且條件溫和[8]，但酶易失活且多糖結構易改變[9]；超聲波輔助提取法耗時短[10]，但可能會使多糖結構發生改變[11]。而微波輔助提取法省時高效，無污染[12-13]，是一種頗具發展潛力的新型提取技術，在多糖[14]、多酚[15]、總黃酮[16]等成分的提取中廣泛應用。因此文章擬就微波輔助法原理、方法以及和其他方法聯合使用提取多糖進行綜述，以期為多糖的提取相關研究及應用提供進一步的理論依據。

1 微波輔助提取法

1.1 微波輔助提取多糖的原理

微波輔助提取(Microwave-assisted Extraction，MAE)，是一項從植物等組織中提取化學成分的新型萃取技術，其原理是將微波和傳統浸提聯合使用[17-18]，利用微波的熱效應提取多糖等物質。高頻電磁波的頻率在300 MHz～300 GHz，具有很強的穿透性、選擇性和較高的加熱效率，能穿透溶劑將能量傳遞到細胞質，在微波熱效應及產生的電磁波效應下，促使細胞內溫度及壓力升高，加快細胞內外分子運動，當內壓超過細胞壁所能承受的能力時，促使細胞破裂，從而將細胞內多糖等有效成分成功釋放到浸提液中[19]。

1.2 微波輔助提取多糖的方法及應用

微波輔助提取法克服了傳統提取方法的提取時間長、提取溫度高、提取產率低以及多糖易降解等缺點，被認為是一種高效節能、環境友好型的提取方法[20]，具有選擇性強、方便快捷、得率高等優點[21]，并且已經被廣泛應用于從各種植物材料中提取多糖。

扶教龍等[22]通過單因素試驗及正交試驗對比傳統水提法及微波輔助提取法提取南瓜多糖的工藝，結果發現，運用微波輔助法提取的提取時間為2 min，提取率為19.96%，與傳統水提法相比，提取時間縮短了238 min，提取率提高了5.25%。另外，馬雪梅等[23]分別運用微波輔助提取法及水提法提取大棗多糖，相比發現，在相同料液比的條件下，微波輔助提取法的提取時間縮短了170 min，提取率增加了1.56倍。綜上，與水提法相比，微波輔助提取法提取多糖用時短，溫度低，能源消耗僅為原來的14.3%～20.0%[24]，節能效果明顯；此外，該法可在相同料液比條件下提取率顯著提高，原料殘渣和有機溶劑的用量減少，大大降低對環境的污染?？梢?，微波輔助提取法是一種節能、環保的提取方法。

微波輔助提取法在提高多糖活性方面也具有重要意義。Zhu等[25]運用MTT法檢測茯苓多糖對小鼠S180腫瘤細胞的抑制作用，結果表明，在一定范圍內其抑制活性與多糖濃度呈正比。與其他方法相比，微波輔助提取法提取的多糖物質含量較高，并且具有適宜的黏度，有利于多糖的流動及其對腫瘤細胞的附著，因此由微波輔助提取法提取的茯苓多糖物質則具有較強的抗腫瘤活性。翁梁等[26]通過比較不同提取方法提取蛹草多糖清除羥基自由基的能力后發現，當多糖濃度為1.0 mg/mL時，微波提取多糖的抗氧化性可達97.11%，比沸水提取法高1.88%。由此可見，微波輔助提取法可以增強多糖抗腫瘤、抗氧化等活性。

運用微波輔助提取法提取多糖時，多糖得率與微波功率、提取時間呈正比，但功率過大，提取時間過長會導致多糖降解。Chen等[27]運用微波輔助提取技術提取辣木多糖(MLPs)時，經單因素試驗發現，在一定條件下，將提取時間由10 min增加到70 min后，MLPs得率達到了2.21%，但當提取時間超過70 min后，MLPs得率開始下降?？梢娫诙嗵翘崛∵^程中要控制好時間，在耗時少的情況下達到高提取率。另外，在增大微波功率后發現，當功率>600 W時，多糖得率下降。這是由于微波功率增大，瞬間升溫，物質中的糖苷鍵斷裂、糖基結構發生改變，從而導致其生物活性減弱，提取率降低[28]。汪興平等[29]在適宜條件下運用微波輔助提取法提取茶多糖并對其進行紫外和紅外分析后發現，微波對茶多糖的化學結構無影響，此方法對多糖的降解作用是微乎其微的。

綜上所述，微波輔助提取法是一項很有發展潛力的萃取技術，該技術具有穿透力強、選擇性高、加熱效率高等傳統技術無法超越的優點，被譽為“綠色分析化學”技術[30]，但實際操作時對試驗設備要求很高，如若微波泄漏，將會對試驗者造成極大的傷害，所以目前難以應用于大規模的生產中。

1.3 微波輔助提取法的聯合運用

隨著進一步的研究與發展，多糖的提取技術不斷成熟，微波輔助提取法由單獨應用發展為多種技術聯合使用，例如有微波—超聲波輔助提取法、微波輔助酶法提取、微波—超聲協同酶法、微波輔助酸堿液提取法等。這種聯合提取技術改善了單獨使用多糖提取技術的缺點，提高了多糖提取效率，降低了提取成本，將成為未來多糖提取工藝的發展趨勢[31]。

1.3.1 微波—超聲波輔助提取多糖 超聲提取法是一種常用的多糖提取方法，超聲波能夠顯著縮短多糖的提取時間，降低提取溫度，但也存在產熱效應不強，很難達到足夠提取溫度的問題。而微波輔助提取可以利用微波的能量，提高加熱效率，彌補超聲產熱不足[32]這一缺點。超聲微波輔助提取技術充分利用了微波和超聲空化的高能效應，已被有效地應用于從蘑菇和草本植物等不同材料中提取多糖[33-36]。Liu[37]分別用超聲、微波和微波—超聲協同提取法對油松多糖進行提取，結果表明，3種方式的多糖提取率分別為23.16%(微波—超聲協同)>22.33%(微波)>19.54%(超聲)。陳孝云等[38]在佛手多糖提取試驗中，用包括微波輔助超聲提取在內的多種提取方法進行提取，試驗結果顯示，微波輔助超聲提取多糖的提取率為(4.15±0.14)%，微波輔助提取率為(3.12±0.15)%，超聲輔助提取得率為(3.78±0.15)%。由此可知，微波輔助超聲法提取多糖得率高于微波法或超聲法的單獨應用。

微波輔助超聲所得多糖活性高可能是由于微波、超聲波二者聯合作用，細胞內部能量升高，分子內外運動加強，多糖的結構及其理化性質發生變化，致使多糖的氫鍵遭到破壞，改變了多糖分子的分支、形態等結構，從而導致活性改變[39,41]。

1.3.2 微波輔助酶法提取多糖 傳統的多糖提取方式由于自身的缺點，可能導致多糖降解、藥理活性降低。而酶法提取多糖，具有條件溫和、對多糖有效結構破壞性小、可避免多糖生理活性的改變等優點，還可提高多糖的提取率。近年來，微波輔助酶法已被公認為從植物中提取生物活性組分的潛在而有力的技術[42-44]。

程振玉[45]用包括微波輔助酶法在內的多種方法提取北五味子多糖，結果表明，微波輔助酶法提取多糖的提取率最高為(7.38±0.21)%，優于單獨酶法(6.87±0.29)%和超聲波輔助法(6.44±0.33)%，且與熱水回流法和單獨酶法相比，微波輔助酶法的優點在于降低了提取溫度、節省了時間和溶劑的用量?？聵非鄣萚46]在對杏鮑菇深加工殘渣進行多糖提取工藝優化過程中，得到了如下結果：在最優條件下微波輔助酶法提取多糖的得率為(12.11±1.02)%，比傳統水提法高出41.21%，且提取時間也縮短了105 min。由此可見微波輔助酶法與傳統水提法相比，在提高多糖得率的同時縮短了提取時間，減少的耗能，更加節能環保。

微波輔助酶法提高多糖得率的機制可能是微波在加速細胞壁破裂的同時酶能夠較快地溶解細胞壁，加速細胞中多糖的釋放，使多糖分子在短時間內大量釋放；多糖濃度相同時抗氧化活性增強，可能是微波使多糖分子產生降解，進而暴露了更多的活性基團，使其更容易捕獲自由基[47]。

1.3.3 微波—超聲協同酶法 在使用微波、超聲、酶解法單獨提取多糖時，都存在一定的弊端，三者共同作用時，會加速細胞壁的破裂，使多糖更快地溶于溶劑之中。為了更好地避免多糖提取中存在的問題，微波—超聲協同酶法提取多糖成為眾多植物多糖研究者的研究對象。

陳衛云[51]在微波—超聲協同酶解提取荔枝果肉多糖試驗中，多糖得率分別為：超聲提取法4.37%，微波輔助提取法17.10%，酶解提取法18.91%，而微波超聲協同酶法的提取率明顯增加，為23.31%。阿吾提·艾買爾[52]用多種提取方法提取野薔薇根多糖，試驗結果表明，超聲微波協同酶解提取野薔薇根多糖的得率為10.48 g/mg，超聲波提取、微波輔助提取、酶解提取和傳統水提取的得率分別為5.13，4.85，4.51，3.67 g/mg，且在最優工藝下微波—超聲協同酶解法與比傳統水提法相比提取時間縮短105 min、提取溫度降低18.91 ℃、液料比下降58.13%。由此可知，微波—超聲—酶三者協同作用時在很大程度上提高的多糖的提取率、縮短了提取時間、降低了提取溫度和液料比，達到了節省能源、時間和物料成本和提高產率的目的。

Yin等[53]在研究不同提取方法(包括微波超聲輔助酶解法)對香菇多糖的活性的影響時，通過對多糖分子進行紅外和掃描電鏡的研究，發現不同方法得到的譜圖都有典型的多糖吸收峰，說明提取方法不會對多糖的糖苷鍵和環狀結構造成顯著影響，但不同提取方法得到的多糖的微觀結構有明顯差異，微波超聲輔助酶解法會對其微觀結構產生較大影響，使多糖表明更加光滑，支架減少。

陳衛云[51]在試驗中還進行了微波—超聲協同酶解與傳統水提法在體外抗氧化活性和體外免疫活性的比較，結果表明采用超聲微波酶法提取荔枝多糖的抗氧化性較傳統水提法均明顯增強。在比較體外免疫活性試驗中，以脾淋巴細胞的增殖和NK細胞的活性為指標，結果表明微波—超聲協同酶解提取法對淋巴細胞的增殖和NK細胞的活性促進作用明顯高于傳統水提法。由此可知，微波超聲協同酶解所得多糖可增強體外抗氧化活性和體外免疫力。

1.3.4 微波輔助酸、堿溶液提取多糖 酸、堿溶液浸提法可針對植物多糖帶電特性，有效提高其在水溶液中的溶解度，在最大限度提高多糖提取率的同時，也能夠保持其活性物質的結構不被破壞。酸堿浸提和微波輔助提取法聯合使用，可以去除非極性分子雜質和帶電物質，提高提取效率[54]。張慧玲等[55]用酸浸提法提取海帶多糖時，通過前期對單因素試驗的考察和正交試驗，得到的粗多糖的提取率分別為8.094%，9.160%。黃麗媛等[56]在研究堿提法提取仙草多糖的試驗中，通過響應面優化工藝，得到了最優的仙草多糖提取率為8.10%。蔣文明等[57]用堿液聯合微波技術進行了仙草多糖的提取，得到仙草粗多糖提取率為43.84%。對比幾位學者的試驗過程和結果可以得出，在試驗前要根據活性物質選擇合適的提取液。

金顯春[58]在玉米芯中木聚糖研究試驗中，得出微波輔助堿液法提取玉米芯木聚糖的得率為86.7%，比傳統水提法提高了15.4%。而且微波輔助堿法很大程度上縮短了時間，降低了液料比。唐強[59]在利用微波輔助堿法(0.75% NaOH/14 min/80 ℃)提取多糖時發現與堿提法相比(7.5% NaOH/16 h/15 ℃)，具有短時高效的特點。由上可知，微波輔助酸、堿法可提高多糖提取率，縮短提取時間，是一種節能環保的提取方法。

相較而言，微波聯合輔助提取法與傳統水提法或單獨使用微波提取技術相比，具有提取率高、提取時間短、體外抗氧化能力強、對癌細胞和α-葡萄糖苷酶的抑制率提高等特點[10]。關于多糖的提取過程，針對不同的多糖、不同的藥用部位，可以選擇不同的提取方式。微波與其他提取方式聯合使用，在避免單一技術缺陷的同時，大大提高了多糖的提取效率，為多糖研究與發展奠定了基礎，指明了方向。

2 結論與展望

多糖的提取方法有很多，如傳統的水提醇沉法、微波、超聲波、酶提取法等，這些方法在多糖提取領域有著重要的作用。微波輔助提取法與其他傳統方法一樣，具有優缺點。但將該技術與其他方法聯用，便能夠彌補其單獨使用時的不足，取長補短，增加提取率?？傊?，微波輔助提取技術在多糖提取及活性研究等方面有重大的意義。

不論是微波輔助提取法還是與其他方式的聯用都比傳統的多糖提取方式更具優勢。但是目前的微波輔助提取技術仍存在提取率不夠高、有效成分浪費或被機械、化學破壞等多種問題，因此今后的研究重點應該是如何更大程度地提高多糖提取率，減少提取過程中有效成分損失等。