微波辅助法提取多糖的研究进展

景永帅孙丽丛程文境刘东波李 兰张丹参吴兰芳

(1. 河北科技大学化学与制药工程学院，河北 石家庄 050018；2. 河北中医学院药学院，河北 石家庄 050200)

多糖(Polysaccharides，PS)又称多聚糖，由10个及以上的单糖通过糖苷键连接而成的一种聚合糖高分子碳水化合物。多糖在自然界中来源广泛，研究发现，多糖具有多种生物活性，包括抗肿瘤[1]、抗病毒[2]、抗氧化[3]、降血糖[4]、降血脂[5]、免疫调节活性[6]等功能。多糖的提取是进行多糖后续研究的基础，因此有效提取多糖显得尤为重要。

目前关于多糖的提取方法主要有热水回流提取法、酸(碱)溶液提取法、酶辅助提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法等。不同的提取方法有各自的优缺点:如热水回流提取法操作简单，可较大程度保留多糖活性，但效率低，耗能高[7]；酶辅助提取法效率高且条件温和[8]，但酶易失活且多糖结构易改变[9]；超声波辅助提取法耗时短[10]，但可能会使多糖结构发生改变[11]。而微波辅助提取法省时高效，无污染[12-13]，是一种颇具发展潜力的新型提取技术，在多糖[14]、多酚[15]、总黄酮[16]等成分的提取中广泛应用。因此文章拟就微波辅助法原理、方法以及和其他方法联合使用提取多糖进行综述，以期为多糖的提取相关研究及应用提供进一步的理论依据。

1 微波辅助提取法

1.1 微波辅助提取多糖的原理

微波辅助提取(Microwave-assisted Extraction，MAE)，是一项从植物等组织中提取化学成分的新型萃取技术，其原理是将微波和传统浸提联合使用[17-18]，利用微波的热效应提取多糖等物质。高频电磁波的频率在300 MHz～300 GHz，具有很强的穿透性、选择性和较高的加热效率，能穿透溶剂将能量传递到细胞质，在微波热效应及产生的电磁波效应下，促使细胞内温度及压力升高，加快细胞内外分子运动，当内压超过细胞壁所能承受的能力时，促使细胞破裂，从而将细胞内多糖等有效成分成功释放到浸提液中[19]。

1.2 微波辅助提取多糖的方法及应用

微波辅助提取法克服了传统提取方法的提取时间长、提取温度高、提取产率低以及多糖易降解等缺点，被认为是一种高效节能、环境友好型的提取方法[20]，具有选择性强、方便快捷、得率高等优点[21]，并且已经被广泛应用于从各种植物材料中提取多糖。

扶教龙等[22]通过单因素试验及正交试验对比传统水提法及微波辅助提取法提取南瓜多糖的工艺，结果发现，运用微波辅助法提取的提取时间为2 min，提取率为19.96%，与传统水提法相比，提取时间缩短了238 min，提取率提高了5.25%。另外，马雪梅等[23]分别运用微波辅助提取法及水提法提取大枣多糖，相比发现，在相同料液比的条件下，微波辅助提取法的提取时间缩短了170 min，提取率增加了1.56倍。综上，与水提法相比，微波辅助提取法提取多糖用时短，温度低，能源消耗仅为原来的14.3%～20.0%[24]，节能效果明显；此外，该法可在相同料液比条件下提取率显著提高，原料残渣和有机溶剂的用量减少，大大降低对环境的污染。可见，微波辅助提取法是一种节能、环保的提取方法。

微波辅助提取法在提高多糖活性方面也具有重要意义。Zhu等[25]运用MTT法检测茯苓多糖对小鼠S180肿瘤细胞的抑制作用，结果表明，在一定范围内其抑制活性与多糖浓度呈正比。与其他方法相比，微波辅助提取法提取的多糖物质含量较高，并且具有适宜的黏度，有利于多糖的流动及其对肿瘤细胞的附着，因此由微波辅助提取法提取的茯苓多糖物质则具有较强的抗肿瘤活性。翁梁等[26]通过比较不同提取方法提取蛹草多糖清除羟基自由基的能力后发现，当多糖浓度为1.0 mg/mL时，微波提取多糖的抗氧化性可达97.11%，比沸水提取法高1.88%。由此可见，微波辅助提取法可以增强多糖抗肿瘤、抗氧化等活性。

运用微波辅助提取法提取多糖时，多糖得率与微波功率、提取时间呈正比，但功率过大，提取时间过长会导致多糖降解。Chen等[27]运用微波辅助提取技术提取辣木多糖(MLPs)时，经单因素试验发现，在一定条件下，将提取时间由10 min增加到70 min后，MLPs得率达到了2.21%，但当提取时间超过70 min后，MLPs得率开始下降。可见在多糖提取过程中要控制好时间，在耗时少的情况下达到高提取率。另外，在增大微波功率后发现，当功率>600 W时，多糖得率下降。这是由于微波功率增大，瞬间升温，物质中的糖苷键断裂、糖基结构发生改变，从而导致其生物活性减弱，提取率降低[28]。汪兴平等[29]在适宜条件下运用微波辅助提取法提取茶多糖并对其进行紫外和红外分析后发现，微波对茶多糖的化学结构无影响，此方法对多糖的降解作用是微乎其微的。

综上所述，微波辅助提取法是一项很有发展潜力的萃取技术，该技术具有穿透力强、选择性高、加热效率高等传统技术无法超越的优点，被誉为“绿色分析化学”技术[30]，但实际操作时对试验设备要求很高，如若微波泄漏，将会对试验者造成极大的伤害，所以目前难以应用于大规模的生产中。

1.3 微波辅助提取法的联合运用

随着进一步的研究与发展，多糖的提取技术不断成熟，微波辅助提取法由单独应用发展为多种技术联合使用，例如有微波—超声波辅助提取法、微波辅助酶法提取、微波—超声协同酶法、微波辅助酸碱液提取法等。这种联合提取技术改善了单独使用多糖提取技术的缺点，提高了多糖提取效率，降低了提取成本，将成为未来多糖提取工艺的发展趋势[31]。

1.3.1 微波—超声波辅助提取多糖 超声提取法是一种常用的多糖提取方法，超声波能够显著缩短多糖的提取时间，降低提取温度，但也存在产热效应不强，很难达到足够提取温度的问题。而微波辅助提取可以利用微波的能量，提高加热效率，弥补超声产热不足[32]这一缺点。超声微波辅助提取技术充分利用了微波和超声空化的高能效应，已被有效地应用于从蘑菇和草本植物等不同材料中提取多糖[33-36]。Liu[37]分别用超声、微波和微波—超声协同提取法对油松多糖进行提取，结果表明，3种方式的多糖提取率分别为23.16%(微波—超声协同)>22.33%(微波)>19.54%(超声)。陈孝云等[38]在佛手多糖提取试验中，用包括微波辅助超声提取在内的多种提取方法进行提取，试验结果显示，微波辅助超声提取多糖的提取率为(4.15±0.14)%，微波辅助提取率为(3.12±0.15)%，超声辅助提取得率为(3.78±0.15)%。由此可知，微波辅助超声法提取多糖得率高于微波法或超声法的单独应用。

微波辅助超声所得多糖活性高可能是由于微波、超声波二者联合作用，细胞内部能量升高，分子内外运动加强，多糖的结构及其理化性质发生变化，致使多糖的氢键遭到破坏，改变了多糖分子的分支、形态等结构，从而导致活性改变[39,41]。

1.3.2 微波辅助酶法提取多糖 传统的多糖提取方式由于自身的缺点，可能导致多糖降解、药理活性降低。而酶法提取多糖，具有条件温和、对多糖有效结构破坏性小、可避免多糖生理活性的改变等优点，还可提高多糖的提取率。近年来，微波辅助酶法已被公认为从植物中提取生物活性组分的潜在而有力的技术[42-44]。

程振玉[45]用包括微波辅助酶法在内的多种方法提取北五味子多糖，结果表明，微波辅助酶法提取多糖的提取率最高为(7.38±0.21)%，优于单独酶法(6.87±0.29)%和超声波辅助法(6.44±0.33)%，且与热水回流法和单独酶法相比，微波辅助酶法的优点在于降低了提取温度、节省了时间和溶剂的用量。柯乐芹等[46]在对杏鲍菇深加工残渣进行多糖提取工艺优化过程中，得到了如下结果：在最优条件下微波辅助酶法提取多糖的得率为(12.11±1.02)%，比传统水提法高出41.21%，且提取时间也缩短了105 min。由此可见微波辅助酶法与传统水提法相比，在提高多糖得率的同时缩短了提取时间，减少的耗能，更加节能环保。

微波辅助酶法提高多糖得率的机制可能是微波在加速细胞壁破裂的同时酶能够较快地溶解细胞壁，加速细胞中多糖的释放，使多糖分子在短时间内大量释放；多糖浓度相同时抗氧化活性增强，可能是微波使多糖分子产生降解，进而暴露了更多的活性基团，使其更容易捕获自由基[47]。

1.3.3 微波—超声协同酶法 在使用微波、超声、酶解法单独提取多糖时，都存在一定的弊端，三者共同作用时，会加速细胞壁的破裂，使多糖更快地溶于溶剂之中。为了更好地避免多糖提取中存在的问题，微波—超声协同酶法提取多糖成为众多植物多糖研究者的研究对象。

陈卫云[51]在微波—超声协同酶解提取荔枝果肉多糖试验中，多糖得率分别为：超声提取法4.37%，微波辅助提取法17.10%，酶解提取法18.91%，而微波超声协同酶法的提取率明显增加，为23.31%。阿吾提·艾买尔[52]用多种提取方法提取野蔷薇根多糖，试验结果表明，超声微波协同酶解提取野蔷薇根多糖的得率为10.48 g/mg，超声波提取、微波辅助提取、酶解提取和传统水提取的得率分别为5.13，4.85，4.51，3.67 g/mg，且在最优工艺下微波—超声协同酶解法与比传统水提法相比提取时间缩短105 min、提取温度降低18.91 ℃、液料比下降58.13%。由此可知，微波—超声—酶三者协同作用时在很大程度上提高的多糖的提取率、缩短了提取时间、降低了提取温度和液料比，达到了节省能源、时间和物料成本和提高产率的目的。

Yin等[53]在研究不同提取方法(包括微波超声辅助酶解法)对香菇多糖的活性的影响时，通过对多糖分子进行红外和扫描电镜的研究，发现不同方法得到的谱图都有典型的多糖吸收峰，说明提取方法不会对多糖的糖苷键和环状结构造成显著影响，但不同提取方法得到的多糖的微观结构有明显差异，微波超声辅助酶解法会对其微观结构产生较大影响，使多糖表明更加光滑，支架减少。

陈卫云[51]在试验中还进行了微波—超声协同酶解与传统水提法在体外抗氧化活性和体外免疫活性的比较，结果表明采用超声微波酶法提取荔枝多糖的抗氧化性较传统水提法均明显增强。在比较体外免疫活性试验中，以脾淋巴细胞的增殖和NK细胞的活性为指标，结果表明微波—超声协同酶解提取法对淋巴细胞的增殖和NK细胞的活性促进作用明显高于传统水提法。由此可知，微波超声协同酶解所得多糖可增强体外抗氧化活性和体外免疫力。

1.3.4 微波辅助酸、碱溶液提取多糖 酸、碱溶液浸提法可针对植物多糖带电特性，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时，也能够保持其活性物质的结构不被破坏。酸碱浸提和微波辅助提取法联合使用，可以去除非极性分子杂质和带电物质，提高提取效率[54]。张慧玲等[55]用酸浸提法提取海带多糖时，通过前期对单因素试验的考察和正交试验，得到的粗多糖的提取率分别为8.094%，9.160%。黄丽媛等[56]在研究碱提法提取仙草多糖的试验中，通过响应面优化工艺，得到了最优的仙草多糖提取率为8.10%。蒋文明等[57]用碱液联合微波技术进行了仙草多糖的提取，得到仙草粗多糖提取率为43.84%。对比几位学者的试验过程和结果可以得出，在试验前要根据活性物质选择合适的提取液。

金显春[58]在玉米芯中木聚糖研究试验中，得出微波辅助碱液法提取玉米芯木聚糖的得率为86.7%，比传统水提法提高了15.4%。而且微波辅助碱法很大程度上缩短了时间，降低了液料比。唐强[59]在利用微波辅助碱法(0.75% NaOH/14 min/80 ℃)提取多糖时发现与碱提法相比(7.5% NaOH/16 h/15 ℃)，具有短时高效的特点。由上可知，微波辅助酸、碱法可提高多糖提取率，缩短提取时间，是一种节能环保的提取方法。

相较而言，微波联合辅助提取法与传统水提法或单独使用微波提取技术相比，具有提取率高、提取时间短、体外抗氧化能力强、对癌细胞和α-葡萄糖苷酶的抑制率提高等特点[10]。关于多糖的提取过程，针对不同的多糖、不同的药用部位，可以选择不同的提取方式。微波与其他提取方式联合使用，在避免单一技术缺陷的同时，大大提高了多糖的提取效率，为多糖研究与发展奠定了基础，指明了方向。

2 结论与展望

多糖的提取方法有很多，如传统的水提醇沉法、微波、超声波、酶提取法等，这些方法在多糖提取领域有着重要的作用。微波辅助提取法与其他传统方法一样，具有优缺点。但将该技术与其他方法联用，便能够弥补其单独使用时的不足，取长补短，增加提取率。总之，微波辅助提取技术在多糖提取及活性研究等方面有重大的意义。

不论是微波辅助提取法还是与其他方式的联用都比传统的多糖提取方式更具优势。但是目前的微波辅助提取技术仍存在提取率不够高、有效成分浪费或被机械、化学破坏等多种问题，因此今后的研究重点应该是如何更大程度地提高多糖提取率，减少提取过程中有效成分损失等。