大孔樹(shù)脂純化薏苡多糖的研究

任海偉，陳海秀，唐學(xué)慧，李 雪，李勝召

（蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730050）

大孔樹(shù)脂純化薏苡多糖的研究

任海偉，陳海秀，唐學(xué)慧，李 雪，李勝召

（蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730050）

為提高薏苡多糖純度，以吸附量（率）與解吸率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從6種大孔吸附樹(shù)脂中篩選適宜的樹(shù)脂，并采用靜動(dòng)態(tài)吸附-解吸方法優(yōu)化工藝。結(jié)果表明：AB-8樹(shù)脂純化薏苡多糖效果更佳；其最適條件為：上柱液的質(zhì)量濃度為0.68mg/mL，上柱液的體積為4BV，乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%，洗脫液體積為4BV。FT-IR圖譜表明，薏苡多糖存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵，分子中存在C-H伸縮振動(dòng)和-OH變形振動(dòng)，存在呋喃糖苷吸收峰，是典型的多糖類化合物。

薏苡，多糖，大孔吸附樹(shù)脂，純化，紅外光譜

1.1 材料與儀器

薏苡 市售；AB-8、NKA、NKA-9、X-5、D3520大孔吸附樹(shù)脂 天津南開(kāi)大學(xué)化工廠；D101大孔吸附樹(shù)脂 安徽三星樹(shù)脂科技有限公司。

UV-9000紫外分光光度計(jì) 北京瑞麗分析儀器公司；R202-3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 常州諾基儀器有限公司；鼓風(fēng)干燥箱 金壇市誠(chéng)輝儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 多糖含量的測(cè)定 參考文獻(xiàn)[4]方法?？偺菧y(cè)定：蒽酮-硫酸法；還原糖測(cè)定：3，5-二硝基水楊酸比色法，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品；多糖測(cè)定：總糖與還原糖含量的差值。

1.2.2 薏苡多糖的提取 選取籽粒飽滿的薏苡仁粉碎后過(guò)100目篩，按1∶5比例加85%乙醇80℃恒溫浸提3h；然后以1∶2比例加90℃蒸餾水超聲輔助浸提4h，3000r/min離心10min，上清液采用Sevage法除去蛋白，即得薏苡多糖粗提液（經(jīng)測(cè)定濃度為1.02mg/mL）。

1.2.3 樹(shù)脂的預(yù)處理 用蒸餾水反復(fù)清洗大孔樹(shù)脂至洗出液無(wú)泡沫為止；再用無(wú)水乙醇浸泡24h，然后用無(wú)水乙醇洗滌樹(shù)脂至流出液不呈白色渾濁為止，蒸餾水洗至無(wú)醇味；用5%HCl液沖洗樹(shù)脂至流出液呈酸性后浸泡4h，蒸餾水沖至中性，最后用2%NaOH液沖洗樹(shù)脂至流出液呈堿性后用堿浸泡4h，蒸餾水洗至中性備用。

1.2.4 樹(shù)脂的篩選

1.2.4.1 靜態(tài)吸附研究 準(zhǔn)確稱取預(yù)處理過(guò)的六種濕樹(shù)脂1.00g于100mL錐形瓶中，加入30mL薏苡多糖粗提液，常溫下160r/min振蕩吸附，每隔1h取樣測(cè)定多糖含量，計(jì)算吸附量和吸附率[5]。

式中：c0為吸附前液體多糖濃度（mg/mL）；c1為吸附后液體多糖濃度（mg/mL）；V為液體體積（mL）；M為樹(shù)脂濕重（g）。

1.2.4.2 靜態(tài)解析研究 將充分吸附的樹(shù)脂過(guò)濾，用水沖洗后濾干置于錐形瓶中，加入30mL 60%乙醇密閉振蕩，每隔1h取樣測(cè)定多糖含量，計(jì)算解析率。

式中：c0為解析液多糖濃度（mg/mL）；c1為粗提液多糖濃度（mg/mL）；c2為上清液的平衡多糖濃度（mg/mL）。

1.2.5 AB-8樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的靜態(tài)吸附解析性能研究 按上述靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)方法，研究薏苡多糖pH（4.0、5.0、6.0、7.0、8.0）、溫度（23、26、28、30、32、35℃）和振蕩速度（160、180、200、220、240r/min）對(duì)AB-8樹(shù)脂吸附效果的影響；按靜態(tài)解析方法研究乙醇濃度（20%、40%、60%、80%、100%）對(duì)解析效果的影響。

1.2.6 AB-8樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的動(dòng)態(tài)吸附解析性能研究 將預(yù)處理好的5.00g AB-8樹(shù)脂裝柱后，研究上柱液多糖濃度（稀釋倍數(shù)為2.5、2、1.5、1、0.5B）、上樣量（2、4、6、8、10BV）對(duì)AB-8樹(shù)脂吸附效果的影響；在相同條件下研究洗脫液體積（0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5BV）對(duì)洗脫效果的影響。上柱流速和洗脫速度均為3.5BV/h[6]。

式中：m：上柱液多糖質(zhì)量（mg）；m1：漏出液多糖質(zhì)量（mg）。

式中：m0：解析液多糖質(zhì)量（mg）；m：上柱液多糖質(zhì)量（mg）；m1：漏出液多糖質(zhì)量（mg）；m2：水洗液多糖質(zhì)量（mg）。

1.2.7 薏苡多糖的FT-IR光譜分析 稱取1.5mg多糖干燥樣品與150mg KBr混合研磨后壓片，采用傅里葉變換紅外光譜儀掃描分析，掃描范圍為4000～400cm-1，

觀察吸收峰確定其基團(tuán)類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 大孔吸附樹(shù)脂的篩選

2.1.1 不同樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附性能 圖1表明，吸附初始的前6h內(nèi)，6種大孔樹(shù)脂能夠快速吸附薏苡多糖，隨著時(shí)間推移吸附速率趨緩，吸附量在9h左右飽和，基本達(dá)到吸附平衡。同時(shí)，各種樹(shù)脂的靜態(tài)吸附總量略有差異，順序依次是：AB-8＞D101＞X-5＞NKA-9＞NKA＞D3520。AB-8樹(shù)脂靜態(tài)飽和吸附量為29.72mg/g，說(shuō)明大孔樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附具有選擇性，其吸附能力與樹(shù)脂類型有關(guān)。

圖1 不同樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附率Fig.1 Effect of different types of resins on adsorption rate

2.1.2 不同樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的解析性能 不同類型樹(shù)脂的靜態(tài)解析曲線如圖2所示，60%乙醇溶液對(duì)6種樹(shù)脂都具有較好的解析能力，解析速率也較快，3h內(nèi)就基本達(dá)到解析平衡。AB-8樹(shù)脂最大解析率可達(dá)96.70%。綜合以上結(jié)果，AB-8樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖物質(zhì)不僅具有較強(qiáng)的吸附能力，而且容易洗脫，是純化薏苡多糖的優(yōu)良材料，因此選用AB-8樹(shù)脂吸附純化薏苡多糖。

圖2 不同樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的解析率Fig.1 Effect of different types of resins on desorption rate

2.2 AB-8樹(shù)脂的靜態(tài)吸附解析研究

2.2.1 溫度對(duì)AB-8樹(shù)脂靜態(tài)吸附的影響 由圖3可知，AB-8樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附率隨溫度升高呈先升后降的趨勢(shì)，28℃時(shí)吸附率達(dá)峰值（69.82%），這是因?yàn)闇囟冗^(guò)低往往在短時(shí)間達(dá)不到平衡，溫度升高有助于提高吸附率，但AB-8樹(shù)脂的吸附屬放熱過(guò)程，溫度過(guò)高反而不利于吸附，因此選擇28℃作為吸附溫度。

圖3 溫度對(duì)AB-8樹(shù)脂吸附率的影響Fig.3 Effect of temperature on adsorption rate

2.2.2 pH對(duì)AB-8樹(shù)脂靜態(tài)吸附性能的影響 由圖4可知，隨著pH的升高，AB-8樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附率增加，但pH大于6以后趨于平緩，結(jié)合樹(shù)脂本身工作性質(zhì)要求，本實(shí)驗(yàn)選擇pH為6。

圖4 pH對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂吸附率的影響Fig.4 Effect of pH on adsorption rate

2.2.3 振蕩轉(zhuǎn)速對(duì)AB-8樹(shù)脂靜態(tài)吸附性能的影響 由圖5可知，AB-8樹(shù)脂在振蕩速度為200r/min時(shí)吸附率最大，這是因?yàn)樗俣鹊脑黾哟龠M(jìn)了樹(shù)脂對(duì)多糖的吸附，但速度過(guò)大同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致多糖發(fā)生解析，因此本實(shí)驗(yàn)選擇振蕩速度為200r/min。

圖5 振蕩速度對(duì)AB-8樹(shù)脂吸附率的影響Fig.5 Effect of shake speed on adsorption rate

2.2.4 乙醇濃度對(duì)洗脫效果影響 由圖6可知，隨乙醇濃度增加解析率先升高后下降；當(dāng)乙醇濃度為60%時(shí)解析率達(dá)最大（87.31%）。因此選用60%乙醇作為解析液（即動(dòng)態(tài)純化的洗脫劑）。

圖6 乙醇濃度對(duì)AB-8樹(shù)脂解析率的影響Fig.6 Effect of ethanol concentration on desorption rate

2.3 AB-8樹(shù)脂動(dòng)態(tài)吸附解析研究

2.3.1 上樣液濃度對(duì)AB-8樹(shù)脂動(dòng)態(tài)吸附的影響 由圖7可知，AB-8樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附率隨上樣液濃度的增加先上升后下降，當(dāng)濃度小于0.68mg/mL（稀釋1.5倍以上）時(shí)，吸附量隨上樣液濃度的增加而升高，這是因?yàn)榈蜐舛确秶蠘右簼舛鹊脑黾涌梢源龠M(jìn)多糖分子與樹(shù)脂的接觸，加速多糖進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部并迅速擴(kuò)散；另一方面，當(dāng)上樣液濃度增加至一定值后，若繼續(xù)提高濃度，樹(shù)脂接觸表面多糖分子過(guò)多，阻礙其他多糖分子進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部，影響多糖在樹(shù)脂內(nèi)部的擴(kuò)散能力，導(dǎo)致樹(shù)脂吸附量下降，同時(shí)濃度的增加導(dǎo)致能與多糖競(jìng)爭(zhēng)吸附的雜質(zhì)也會(huì)增加，因此選擇上樣液稀釋1.5倍。

圖7 上樣液濃度對(duì)AB-8樹(shù)脂吸附率的影響Fig.7 Effect of solution concentration on adsorption rate

2.3.2 上樣液體積對(duì)AB-8樹(shù)脂動(dòng)態(tài)吸附的影響 由圖8可知，隨上樣液體積的增大吸附率降低，當(dāng)薏苡多糖溶液的體積為2～4BV（樹(shù)脂床體積）時(shí)樹(shù)脂的吸附率較高，之后隨上樣液體積增加，吸附率急劇下降。當(dāng)上樣量為10BV時(shí)，吸附率僅為14.62%。綜合考慮吸附率和純化效率，選擇上樣液體積為4BV。

圖8 上樣液體積對(duì)AB-8樹(shù)脂吸附率的影響Fig.8 Effect of the solution volume on adsorption rate

2.3.3 洗脫液體積對(duì)洗脫效果的影響 由圖9可知，60%乙醇的洗脫能力與其用量呈正相關(guān)，用量越大，解吸率越大。當(dāng)洗脫劑用量為0.5BV時(shí)，解析幾乎不會(huì)發(fā)生；而洗脫劑用量達(dá)到4BV時(shí)，78.52%的薏苡多糖被洗脫下來(lái)。從節(jié)約成本角度考慮，60%乙醇洗脫以4BV的用量為宜。

圖9 洗脫液體積對(duì)AB-8樹(shù)脂解析率的影響Fig.9 Effect of the effluent volume on desorption rate

2.3.4 薏苡多糖FT-IR圖譜分析 由圖10可知，在4000～400cm-1區(qū)間具有多糖類物質(zhì)的一般特征：在3409.26cm-1處的吸收峰（強(qiáng)，寬），是糖類的O-H伸縮振動(dòng)，表明多糖存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵；2851.80cm-1的強(qiáng)吸收峰和2815.52cm-1處的弱峰代表CH2或CH3的C-H伸縮振動(dòng)；1538.16cm-1處的吸收峰為C-H變角振動(dòng)。另外，1638.46cm-1處吸收峰對(duì)應(yīng)于C-O非對(duì)稱伸縮振動(dòng)，為多糖的水合振動(dòng)峰；在1103.12cm-1（弱）和1057.86cm-1（強(qiáng)）處出現(xiàn)的吸收峰為呋喃糖苷吸收峰，說(shuō)明該組分中存在呋喃糖苷。

圖10 薏苡多糖純化后FT-IR譜圖Fig.10 The infrared spectrum of purified polysaccharide

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)6種大孔樹(shù)脂吸附薏苡多糖對(duì)比研究，篩選出吸附量大、解吸率高的AB-8樹(shù)脂。通過(guò)靜態(tài)-動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)確定最佳純化條件為：上柱液質(zhì)量濃度0.68mg/mL，上柱液體積4BV，洗脫液乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，洗脫液體積4BV。FT-IR光譜分析發(fā)現(xiàn)：薏苡多糖具有多糖的特征吸收峰，存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵，分子中存在C-H鍵伸縮振動(dòng)，存在-OH的變形振動(dòng)，存在呋喃糖苷吸收峰，是典型的多糖類化合物。

[1]凌關(guān)庭.保健食品原料手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007，5.

[2]徐梓輝，周世文，黃林清.薏苡仁多糖的分離提取及其降血糖作用的研究[J].第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（6）：578-581.

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Purification of polysaccharide from Coix lacryma-jobi L.by macroporous adsorption resin

REN Hai-wei，CHEN Hai-xiu，TANG Xue-hui，LI Xue，LI Sheng-zhao
（College of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China）

In order to improve the purity of polysaccharide，6 kinds of macroporous resin were chosen to carry out static and dynamic adsorption-desorption experiments.With the indexes of adsorption capacity and desorption rate，the suitable macroporous resin was selected and process parameters were confirmed.The results showed that AB-8 resin had the best performance of adsorption and desorption effects for purification of polysaccharide，the optimum technology parameters were sample concentration of 0.68mg/mL，sample volume of 4BV，60%ethanol for elution，elution volume of 4BV.The FT-IR spectral analysis showed that there were intramolecular hydrogen bond and intermolecular hydrogen bond.In addition，the existences of stretching vibration of the carbon-hydrogen and deformation vibration of hydroxyl group and characteristic absorption of ribofuranoside were also demonstrated.

C.lacryma-jobi L.；polysaccharide；macroporous adsorption resin；purification；FT-IR

TS201.2+3

B

1002-0306（2012）03-0249-04

薏苡（Coix lachrymal-jobi L.）為禾本科薏苡屬一年或多年生草本植物，營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值極高，是典型的藥食兼用作物。薏苡種仁呈廣卵形或長(zhǎng)橢圓形，長(zhǎng)4～8mm，寬3～6mm，兩頂端鈍圓，表面乳白色，腹面有一較寬且深的縱溝。中醫(yī)記載，薏苡仁具有健脾利濕、清熱排膿等功效?，F(xiàn)代研究表明，薏苡仁含碳水化合物69.1%（其中含淀粉52%），含蛋白質(zhì)12.8%～18%，含脂肪3.3%～7%，并富含維生素B1等，主要功效成分有薏苡仁酯、薏苡素和薏苡多糖等[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已從薏苡仁中分離得到多糖成分，藥理學(xué)研究證明薏苡多糖具有免疫興奮、抗補(bǔ)體活性以及降血糖等作用[2-3]。本文擬研究6種不同型號(hào)的大孔吸附樹(shù)脂對(duì)薏苡多糖的吸附及解吸性能，篩選適宜的大孔樹(shù)脂并確定純化工藝，以期為制備高純度薏苡多糖奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

2011-04-06

任海偉（1983-），男，碩士，講師，研究方向：食品科學(xué)。

蘭州理工大學(xué)學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展基金資助。