绞股蓝多糖的动力学研究

摘要：植物多糖具有多种生理活性，在化妆品、药品等领域应用潜力巨大，是新药及日化用品开发的重要方向之一。基于此，本文对超声提取和水浸提绞股蓝多糖两种方法进行研究，探讨了不同温度下绞股蓝多糖随着提取时间的变化规律，建立了绞股蓝多糖提取的动力学方程。结果显示：超声提取和溶剂浸提绞股蓝多糖的表观活化能分别为7．072×103J／mol和1．199×104J／mol，超声提取绞股蓝多糖表观活化能低，提取效果好。

关键词：绞股蓝；多糖；提取；动力学

绞股蓝是药食同源的珍贵多年生植物，具有健胃、消炎、抑菌等功效，其主要活性成分多糖在抗肿瘤、抗病毒、降血糖、抗凝血、抗炎、抗衰老、抗辐射等方面发挥着重要作用。多糖及其衍生物的研究不断拓展，成为21世纪备受关注的研究领域之一，在医药开发及日化用品中的应用越来越广泛［1～4］。植物多糖的提取是其开发利用的前提条件，由于目前提取及纯化工艺复杂，成本相对较高，限制了植物多糖的应用。基于此，本文研究了不同方法提取绞股蓝多糖的动力学，探讨出表观活化能最小的提取方法，旨在为指导其工业化生产及应用提供理论参考。

1实验部分

1．1材料及仪器

绞股蓝购于陕西平利农贸市场，清洗除杂后干燥粉碎，过60目筛于阴凉干燥处放置备用；葡萄糖标准品，中国药品生物制品检验所，纯度≥99％；浓硫酸、苯酚等均为国产分析纯。GR－200电子天平，日本AND；TU－1810紫外－可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司；SHZ－D（Ⅲ）循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限公司；pHS－3TC（0．01级）精密酸度计，上海天达仪器有限公司；电热鼓风干燥箱101型，北京科伟永兴仪器有限公司；DHG－9075A型电热鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；SK8200HP超声波清洗器，上海科导超声有限公司；80－1型离心机，江苏金坛正基仪器有限公司；FW117中草药粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司。

1．2实验步骤

1．2．1葡萄糖标准曲线的绘制将葡萄糖标准品在100℃条件下烘至恒干，精密称取0．1g放入烧杯中，用蒸馏水溶解后移至100mL的容量瓶中定容，配制好1mg／mL的葡萄糖标准液备用；分别精密吸取0、1、2、3、4、5、6mL的标准液移入7个50mL的容量瓶中，加入1．0mL质量分数5％的苯酚溶液，摇匀静置，再加5．0mL的硫酸后立刻摇匀后用蒸馏水定容，于沸水中加热10min，冰水浴冷却至室温，以蒸馏水作空白参比，于510．00nm处测定吸光度。标准曲线绘制中的纵坐标为葡萄糖标样吸光度，横坐标为葡萄糖标样浓度，所得的回归方程为：y＝5．2461x－0．0153，（y表示吸光度值，x表示葡萄糖标准溶液浓度，mg／mL），方程的相关系数R2＝0．9978，表明葡萄糖在0～0．12mg／mL的浓度范围内线性关系良好。1．2．2多糖提取浓度计算将绞股蓝粉末和水溶液按照一定的料液比配制好后移入超声波清洗器中进行超声提取，水浸提将绞股蓝粉末和水按一定料液比制好放入烧杯中，移入恒温水浴槽中进行提取，提取液经过抽滤、离心，将所得的上清液进行稀释后测定吸光度，借助标准曲线按照下式（1）计算绞股蓝多糖浓度。（1）式中，Q为上清液的稀释总倍数；y为测定液吸光度。

1．3提取过程动力学模型的建立

［5］提取过程的传质推动力是固液两相的浓度差，对于超声提取绞股蓝多糖实验中，主体溶液中多糖的浓度变化与平衡浓度和溶液浓度之差符合动力学方程式（2）。（2）式中，V为溶液体积，mL；C为溶液中多糖浓度，mg／mL；t为提取时间，min；k为总传质系数，mL／（m2•min）；S为总传质面积，m2；Cp为提取液中多糖的平衡浓度，mg／mL。为了简化公式，令kSV＝kb，则得到式（3）。（3）kb为提取过程的表观速率常数，在绞股蓝多糖提取过程中，绞股蓝粉末未经任何预处理，因此当t＝0时，C＝0，对上式进行积分可得式（4）。（4）此式可用来描述提取液中多糖浓度随提取时间的变化，据此可以根据实验探究计算出多糖提取过程中的平衡浓度。

2绞股蓝多糖提取动力学研究

2．1动力学模型的验证

根据动力学方程可知，温度对多糖的提取具有重要的影响，据此探究了不同温度下绞股蓝中多糖随着提取时间其对应的得率的变化，以提取到的多糖的浓度为纵坐标，提取时间为横坐标做图，结果见图1。实验过程中设定料液比1∶18（g／mL），超声功率200W。提取过程中，随着提取时间的延长，多糖在固液两相之间的传质达到动态平衡，该浓度即为多糖提取的平衡浓度。从图1中可以看出，不论对于超声提取还是水浸提，在提取一段时间之后，多糖的浓度均会稳定到一个固定值，说明此时提取达到动态平衡。通过比较可以发现，相同温度下，水浸提达到平衡的时间比超声提取长。在实验测定的温度范围内，温度升高，多糖在水中的溶解度增大，分子运动加快，溶剂对细胞组织的渗透作用增强，扩散及溶质溶解的速度也随之增加，提取平衡向右移动，表现为平衡浓度增大，达到平衡的时间也缩短。对图1中的数据进行处理，可得绞股蓝中多糖的平衡浓度随温度变化的规律，超声提取为式（6），水浸提为式（7）。Cp＝0．00012exp（0．0292T）（6）Cp＝0．00011exp（0．0291T）（7）根据不同温度下浓度随时间变化的关系数据及1．3中的式（5），以时间t为横坐标，ln［Cp／（Cp－C）］为纵坐标绘图，结果见图2所示。ln［Cp／（Cp－C）］－t数据反应的是超声提取和水浸提多糖的表观速率，由图2可以看出，拟合结果有较好的线性关系，在30～50℃范围内，随着温度的升高，表观速率常数增大，反应出随着温度的升高，提取速率增大，这与图1中的实验结果相吻合，说明式（5）能很好地反应超声提取绞股蓝过程。

2．2表观速率常数的确定

表观速率常数与温度之间符合Arrhenius方程：kb＝k0exp（－Ea／RT），式中k0为指前因子，单位为min－1；T为温度，单位为K；Ea为表观活化能，单位为J／mol；R为气体常数，单位为8．314J／mol•K。给Arrhenius方程两边取对数可得：lnkb＝lnk0－（Ea／RT），以lnkb对1／T作图，结果见图3所示。由图3可知，超声提取绞股蓝多糖中Ea／R＝850．7，lnk0＝2．3831，换算出的表观活化能Ea＝7．072×103J／mol，k0＝10．838min－1。将所求的参数值带入式（4）中，得超声提取绞股蓝中多糖得提取动力学方程，见式（8）。同理，水浸提绞股蓝多糖中，Ea／R＝1442．2，lnk0＝3．9301，换算出的表观活化能Ea＝1．199×104J／mol，k0＝50．912min－1。将所求的参数值带入式（4）中，得水浸提绞股蓝中多糖得提取动力学方程，见式（9）。从公式（8）及公式（9）可以看出，超声提取和水浸提绞股蓝多糖过程中，多糖的提取平衡浓度和提取温度及提取时间密切相关，因此在实验过程中应该严格控制提取时间和提取温度，达到最佳的提取效果，达到高效利用绞股蓝资源的目的。

3结论

依据质量守恒原理建立了绞股蓝多糖超声提取及水浸提的动力学模型，经过拟合得到了多糖提取平衡浓度的动力学计算公式，能很好地拟合提取结果。实验结果发现，超声提取绞股蓝多糖提取的表观活化能为7．072×103J／mol，水浸提绞股蓝多糖的表观活化能为1．199×104J／mol。超声提取绞股蓝多糖时产生的超声空化作用能降低多糖提取的能垒，提高提取效率，缩短提取时间，是值得开发的提取技术。

参考文献

［1］施松善，王顺春．多糖生物活性研究进展［J］．生命科学，2011（7）：662－670．

［2］张彦民，李宝才，朱利平，等．多糖化学及其生物活性研究进展［J］．昆明理工大学学报（理工版），2003，28（3）：140－144．

［3］刘敏，张云，崔岩．多糖－一种新型的化妆品保湿剂［J］．中国洗涤用品工业，2010（1）：69－71．

［4］王蓉，吴剑波．多糖生物活性的研究进展［J］．国外医药（抗生素分册），2001（3）：21－24．

［5］赵平，宋学娟，张月萍，等．葡萄籽原花青素提取动力学研究［J］．食品科学，2010，31（1）：110－112．

作者：张卫波 杨豆 赵倩芸 单位：陕西理工大学化学与环境科学学院