静态离子交换法脱除黄芪粗多糖液中蛋13的研究
2016-10-09林嘉成冯思欣班俊峰陈燕忠谢
林嘉成 冯思欣++班俊峰++陈燕忠++谢清春++刁艳玲 吕竹芬
[摘要]目的筛选黄芪粗提多糖除蛋白的最优工艺条件。方法通过一系列因素的考察，以蛋白脱除率和多糖保留率为指标，考察离子交换树脂对黄芪粗多糖除蛋白的最优工艺，并采用吸附等温线对蛋白的脱除效果进行评价。结果经筛选，D152阳离子交换树脂具有较好的蛋白脱除效率，且对多糖含量影响较小，其蛋白脱除率和多糖保留率分别为68.5%和97.3%，D152树脂对蛋白质的吸附呈单分子层吸附，其最大吸附量go为16.50mg/g。结论D152阳离子交换树脂适用于黄芪粗多糖的除蛋白，为其工业化生产奠定基础。
[关键词]离子交换树脂法；黄芪多糖；除蛋白
[中图分类号]R286.0
[文献标识码]A
[文章编号]2095-0616（2016）03-64-04
来源于植物提取液中的多糖，为醛糖或酮糖经脱水形成苷键后以线性或分枝链接而成的链状聚合物。近年研究发现，多糖除为机体储存能量提供物质外，还具有多种生物学功能。研究发现，提取纯化过程影响多糖的生理功能。多糖提取液中的蛋白质为水溶性杂质，常以游离态或与多糖形成糖蛋白复合物等形态存在，因此，高效去除蛋白质保留多糖活性，是目前多糖纯化技术的难点。
文献报道多糖提取液脱蛋白的方法主要有化学法、物理法和生物法，其中化学法除蛋白效率较高，但其操作需严格控制反应条件、步骤繁琐造成多糖损失严重，反应过程中有机物的添加易引入新杂质和重金属污染；生物法虽能更好解决化学法除蛋白中易损伤糖蛋白的问题，但其酶催化水解蛋白的专属性较强，常发生蛋白脱除效果不好的现象。反复冻融、离子树脂交换、径向流动色谱等物理方法以其条件温和不改变化合物性质、成本低、可循环利用、安全且操作简便等优势逐渐成为纯化研究的热点。
黄芪多糖是黄芪发挥抗肿瘤、免疫调节、抗炎、抗病毒、防治糖尿病、抗氧化和改善脑缺血等生物活性的主要有效成分。在前期研究基础上，笔者发现蛋白是影响黄芪多糖纯度和生物学功能的主要杂质，本研究采用离子交换树脂法对黄芪多糖提取液中蛋白质的脱除工艺进行研究，以期为提高多糖品质提供依据。
1.材料与方法
1.1材料与仪器
材料：黄芪（广州致信药业有限公司，批号2903070），牛血清白蛋白（上海伯奥生物科技有限公司，批号040112），无水葡萄糖（天津市大茂化学试剂厂，批号20090618），考马斯亮兰G-250（上海蓝季科技发展有限公司，批号120220），重蒸苯酚（广州试剂有限公司，自制），D152大孔弱酸阳离子交换树脂（天津兴南允能高分子技术有限公司），D001大孔强酸阳离子交换树脂、D113大孔弱酸阳离子交换树脂、D900弱酸阴离子交换树脂、717强碱阴离子交换树脂和732强酸阳离子交换树脂（沧州宝恩吸附材料科技有限公司）。
仪器：BS224S型电子天平，CP225D型电子天平[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]。UVll01型紫外一可见分光光度仪[天美（中国）科学仪器有限公司]，KQ-300DA型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司），AutoScience SWB-2000型恒温水浴摇床（天津奥特赛恩斯仪器有限公司），JulaboTw-20水浴锅（优莱博技术有限公司），RE52-05型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂），LXJ-ⅡB型低速大容量多管离心机（上海安亭科学仪器厂）。
1.2实验方法
1.2.1黄芪多糖提取液的制备称取一定量经脱脂的黄芪药材，以水为提取溶剂，料液比为1：15，于90℃水浴，温浸提取3h，过滤，滤渣按上述重复操作，共提取3次；合并提取液，减压浓缩后，加入3倍量乙醇，静置12h，滤过得到粗多糖，用乙醇洗涤至无色，以水按一定比例稀释制得不同浓度的黄芪多糖液。
1.2.2多糖保留率的测定采用苯酚一硫酸法，以无水葡萄糖为对照品，按保留率=C前/C后=×100%（式中C前、C后分别为树脂吸附前后样品多糖含量）测定黄芪粗多糖中的保留率。
1.2.3蛋白脱除率的测定蛋白质采用考马斯亮蓝G-250法测定，以牛血清白蛋白为标准品，按脱除率（%）=（C前-C后）×100C前（式中C前、C后分别为脱色前和脱色后蛋白质的浓度）测定蛋白的脱除率。
1.2.4离子交换树脂的筛选选择不同交换基团的6种树脂，考察其对多糖和蛋白质吸附量和吸附率。参照文献所述方法对树脂进行预处理，分别称取树脂D152，D113，D001，D900，732，717各2.5g于lOOmL具塞锥形瓶中，分别加入黄芪多糖液50mL，置于恒温水浴摇床中，25℃，100r/min振荡12h，使之吸附完全，测定多糖保留率和蛋白质脱除率。
1.2.5吸附时间对蛋白脱除率的影响称取预处理后的树脂2.5g于lOOmL具塞锥形瓶，加入黄芪多糖液50mL，按静态吸附试验方法，恒温振荡数小时，分别于0，10，20，40，60，90，120，180，240，300，360min取样，过滤并收集滤液，并测定多糖保留率和蛋白质脱除率。
1.2.6pH值对蛋白脱除率的影响称取预处理后的树脂2.5g于100mL具塞锥形瓶，分别加入不同pH值的黄芪多糖液50mL，按静态吸附试验方法，恒温振荡3h，过滤并收集滤液，并测定多糖保留率和蛋白质脱除率。
1.2.7多糖液浓度对蛋白脱除率的影响称取预处理后的树脂2.5g于100mL锥形瓶，分别加入不同.浓度（4.38，9.38，13.42，18.67，22.84，28.53mg/mL）的黄芪多糖液50mL，按静态吸附试验方法，恒温振荡3h，过滤并收集滤液，并测定多糖保留率和蛋白质脱除率。
1.3统计学处理
所有实验均重复3次并平行取样，数据分析均采用SPSSl7.0进行处理。
2.结果
2.1离子树脂的筛选结果
2.1.1树脂种类的筛选结果如图1所示，6种树脂的蛋白脱除率由高到低依次为732，D152，D113，D001，D900，717，其中阳离子交换树脂的脱蛋白能力优于阴离子交换树脂，提示黄芪多糖提取液中的蛋白质可能以带正电荷居多。732树脂对黄芪多糖提取液表现出最佳蛋白脱除率但多糖损失率也最为严重。而其中D152树脂脱蛋白综合性能最好，蛋白脱除率和多糖保留率分别为64.94%、97.33%，故选用D152阳离子树脂进行研究。
2.1.2吸附时间对D1 52树脂吸附效果的影响 由图2所示，随着吸附时间的增加，树脂对蛋白质的吸附量逐渐增加，前120min树脂对蛋白质的吸附量随时间增加得较快，120min后吸附量增加缓慢，达到180min后，蛋白的吸附增加量基本趋于平缓，故选择180min为树脂的吸附终点。
2.1.3 pH对D1 52树脂吸附效果的影响 如图3所示，在实验pH值范围内，随着黄芪多糖液pH的增加，多糖保留率均比较高且无明显变化，而蛋白脱除率整体呈下降趋势，其中在酸性条件下变化趋于平缓，在碱性条件下降趋势明显。D152树脂是弱酸阳离子交换树脂，蛋白质为两性分子，在低于其等电点pH条件下呈阳离子状态，更容易被吸附，符合实验结果。黄芪多糖液pH约为7.3，为了减少工艺步骤，故选择直接使用黄芪多糖液进行脱蛋白，即不需要调节pH值。
2.1.4黄芪多糖溶液浓度对D1 52树脂吸附效果的影响 如图4所示，随着黄芪多糖液浓度的增加，树脂对蛋白质的吸附量逐渐减少，浓度达到18.67mg/mL之后有明显的下降趋势；多糖保留率随着多糖液浓度的增加，变化不大。表明多糖液浓度对其影响不大，多糖液浓度的增加有利于后续工艺的操作，最终选择9.38mg/mL为多糖液除蛋白浓度。
2.2离子交换树脂的吸附等温曲线
在黄芪多糖提取液中，蛋白呈离子状态，大孔离子交换树脂对蛋白的脱除是离子交换与吸附过程，且主要是以吸附为主的过程。根据下式可以计算出树脂平衡吸附量q（mg/g树脂）：g=V0（c0-c）/G，式中：V0为黄芪溶液体积mL；c0为黄芪多糖液的初始蛋白浓度，mg/mL；c为黄芪多糖液中蛋白的平衡浓度，mg/mL；G为树脂重，g。以平衡吸附量为纵坐标，平衡浓度为横坐标，绘制出吸附等温线，如图5所示。
分别采用Langmuir和Freundlich吸附等温式对吸附等温线数据进行拟合，结果见表1，由相关系数可以看出，Langmuir方程较Freundlich等温方程更优于描述D152树脂对多糖溶液中蛋白质的吸附规律。根据Langmuir曲线模型可推测D152树脂对蛋白质的吸附呈单分子层吸附，其最大吸附量q0为16.50mg/g。根据Freundlich拟合方程，由n>1可知D152树脂对蛋白质的吸附为优惠吸附，说明D152树脂对蛋白质的吸附容易进行。
2.3黄芪多糖液的除蛋白工艺验证
离子交换树脂法脱除黄芪多糖中蛋白质的最优工艺为：采用D152大孔弱酸阳离子交换树脂，树脂处理浓度为9.38 mg/mL，处理量为50mL/g树脂，在室温下吸附3h，蛋白脱除率和多糖保留率分别为68.5%和97.3%。
3.讨论
离子交换树脂具有理化性质稳定、使用分离简单、分离速度快和再生简便等优点，本研究对其脱除黄芪多糖提取液中蛋白质，保留多糖的工艺进行考察。实验结果表明，D152型阳离子交换树脂可有效保留提取液中的多糖，但其脱蛋白作用并不完全有效。可见单一使用物理方法难以获得组分单一的植物多糖，将两种或多种化学或生物方法有机结合，充分利用每种纯化方法的优势，可能对多糖的完全纯化更为有效。本研究确定的树脂吸附最佳参数，可最大程度保存多糖生物活性，为黄芪多糖在产业化生产奠定了基础。
