用膜分离技术提取芦荟多糖的应用研究.doc

用膜分离技术提取芦荟多糖的应用研究
作者：董银卯， 赵 华
【关键词】膜分离技术
【摘要】用膜分离技术提取芦荟多糖的应用研究
l 前言
芦荟系百合科多年生多肉质草本植物，原产非洲，其神奇的功效已被越来越多的人们所接受。芦荟中的活性成分分布在两个不同的位置：凝胶和黄汁。黄汁主要由称为芦荟素的蒽醌衍生物及其甙所组成，它的药物活性主要体现在消炎、杀菌及致泻作用。凝胶中的主要成分则是芦荟多糖、有机酸、纤维、维生素、矿物质、氨基酸、生物酶和草酸钙等。凝胶中多糖分子量分布可以从数干到数万，其主要结构为乙酰化甘露聚糖(Acemannan)，它是芦荟具有药物活性的重要成分，它可改善人体内的微生态循环、提高人体免疫能力、促进伤口愈合、降低血脂、抗衰老、抗癌以及对皮肤具有保湿、营养、修复等作用，被广泛用于生物制品、药品、化妆品和食品等行业。
美国自二十世纪七十年代开始研究芦荟，迄今已经成立了二十几家大型公司专门从事芦荟的研究、开发和产品生产。为了将芦荟这一古老的植物向纵深方向发展，美国科研人员的研究的重点已由对芦荟某一部分进行整体研究过渡到对芦荟中单--成分的分离、提取及药效、药理研究，相应的所开发产品也由过去的以芦荟整体为原料的各类食品、保健品、化妆品上升到以芦荟中单一成分为原料的生物制品和药品。美国对芦荟乙酰化甘露聚糖的研究已持续了近二十年，现已将其应用到临床，开发出系列医药产品，用于抗病毒、抗肿瘤和增强身体抵抗力。
相比较而言，我国的芦荟产业发展还处在初级阶段，具体表现在所加工的芦荟原料均以芦荟整体或凝胶整体为对象，如芦荟全叶粉、芦荟凝胶粉、芦荟凝胶原汁等，虽然具有一定的保健、美容功效，但效果并不突山，某一方面的功效更是无法突显，因此以这些原料加工成的芦荟产品只能局限在芦荟食品、保健品和化妆品上，而不能加工成具有显著医疗效果的生物制品。
传统的多糖制取方法是溶剂沉淀法，工艺复杂，生产过程中多糖容易发生分解。我们采用膜分离技术对芦荟多糖的分离纯化进行应用研究，旨在推出一整套工业化的生产路线，它的实施不仅可以改变我国芦荟产品附加值低的现状，给企业带来可观的经济效益也可带来很好的社会效益。
现代膜分离技术具有以下几个特点：
1、整个分离过程是在常温下进行，因而适用于对热敏性物质如某些天然产物的活性成分、生物酶等进行浓缩和分离；
2、整个过程不发生相变，工业生产中可与后续的无菌灌装设备配套，实现冷法杀菌和灌装，弥补了巴氏杀菌会对物料品质和形态造成损害的不足，同时也可节省能源；
3、膜分离工艺还具有流程简便、操作容易快速的特点。
因此，在国际膜科学技术会议上曾将“在2l世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题进行深入讨论，并被认为是21世纪前叶最有发展前途的高技术之一。
2 膜分离技术提取芦荟多糖工艺
1、工艺流程：

总体工艺流程图

膜分离操作工艺流程图
2、工艺过程简单说明：
(1)将新鲜芦荟原汁经过增压泵和精滤器(包括沙滤器、碳滤器)过滤后，进入超滤过程。此过程可定时反洗；
(2)超滤过程中的截留浓缩液回到增压泵中进行循环过滤，而透过液则排出，进行下一步的处理；
(3)在超滤过程中，选择不同孔径的膜材，将芦荟多糖依分子量大小分为2000，4000和2万道尔顿的级分；
(4)收集不同级分的多糖液，经过冷冻干燥分别制成不同分子量区间的芦荟多糖冷冻干燥制品；
(5)在超滤过程中，视通量衰减情况，或进行物理清洗，或进行化学清洗；
3、主要部件：
选用美国海德能膜材——中空纤维膜、聚丙烯腈(PAN)膜；
国产膜材——聚砜(PS)、醋酸纤维素(CA)。
4、结果讨论：
为了了解膜分离工艺中各操作参数对超滤性能的影响，研究过程中考察了操作压力、运行时间对膜通量的影响，此外，对膜的清洗方法及效果也进行了探讨。
(1)操作压力对膜通量的影响
实验结果表明，提高压力会增大膜通量，但压力过高会引起膜的致密及能耗加大，另外考虑到实验设备本身的因素，故将操作压力确定为0.4MPa，见图1。

图1 操作压力对膜通量的影响
(2)运行时间对膜通量的影响。
实验结果表明，随着运行时间的增长，膜通量逐渐下降。初始时下降幅度较大，随后逐渐平缓；

从实验结果也可看出，不同膜材在超滤过程中表现山的抗污染能力是不同的，见图2。

图2 清洗前运行时间对膜通量的影响
(3)超滤膜的清洗
正确的清洗方法是保证整个工艺过程能够高效、快捷实施的一个重要手段。本工艺中除保证膜表面维持较高的流速外，每隔15～20分钟进行一次反冲洗，每隔6～8小时进行一次化学清洗，见图3。
(4)产品品质

图3 清洗后运行时间对膜通量的影响
在试验过程中，对所得到的芦荟多糖的各项技术指标进行了检测，结果如下：
a．溶解性 用本工艺得到的芦荟多糖是一种白色或灰白色非晶形粉末，它能缓慢地溶解于水，形成具有高度粘性的胶体溶液(0.4％／v)剧烈摇振数小时后，可得1％(w/v)粘稠凝胶，不溶于普通有机溶剂。
b．旋光性 芦荟多糖的0.2％(w／v)水溶液通过0.45μm膜滤器，测得的旋光度如下：[]20589＝-20°(表示β-键)，用去离子水作空白。
c．红外光谱鉴定 用红外光谱测试表明，在1740cm-1和1250cm-l附近有乙酰化的强吸收谱带。而在3422cm-1、1066-1、1639 cm-1、897cm-1和773cm-1附近则是p-甘露糖基键多糖的特征吸收峰。
d．分子量分布
芦荟多糖是分散的，通过凝胶色谱的测定，其至少50％～70％分子的分子量处于相对应的级分内。
3 结论
1、用膜分离方法代替传统的溶剂沉淀法，可提高芦荟多糖的分离效果，得到的产品质量接近或达到国外同类产品水平。
2、将膜分离方法用于芦荟制品的分离，为芦荟的综合利用提供了一种新的方法，对整个芦荟行业的发展起到积极的推动作用。
3、加强新型优质低廉膜材料的开发、找到更为简便的膜清洗方法等，是膜分离技术走向成熟、走向工业化所需要解决的问题。