免费文献传递   相关文献

琼枝麒麟菜多糖超声提取工艺及皮肤修复活性研究



全 文 :第33卷第6期
2014年12月
中 国 海 洋 药 物
CHINESE JOURNAL OF MARINE DRUGS
Vol.33 No.6
December,2014
琼枝麒麟菜多糖超声提取工艺及
皮肤修复活性研究△

王怀玲#,董栋#,邹沐平,廖晓凤,刘秋英,王一飞*
(暨南大学 生命科学技术学院 生物医药研究开发基地;广东 广州510632)
摘 要:目的 优化琼枝麒麟菜多糖(EGP)的超声提取方法,并探讨EGP在皮肤损伤修复方面的作用。方法
采用单因素考察和正交试验方法优化超声方法提取琼枝麒麟菜多糖(EGP),苯酚-浓硫酸法测定EGP中多糖
含量。通过 MTT细胞毒性实验、细胞增殖实验和划痕实验,研究EGP对人永生化表皮细胞(HaCaT)形态、
增殖分化和细胞迁移速度的影响,评价其在皮肤损伤修复方面的作用。结果 确定EGP的最优超声提取条件
为:温度60℃,料液比1∶100,时间30min,EGP得率为40.3%±1.8%,其中多糖含量为48.2%±4.6%。
EGP对HaCaT细胞几乎无毒,且在一定浓度范围内对HaCaT细胞的增殖有显著的促进作用;EGP还能加快
HaCaT细胞的迁移速度,对皮肤损伤的愈合有显著的影响意义。结论 超声法提取EGP时间短,工艺稳定,
所得EGP毒性小,对皮肤及黏膜损伤的修复具有促进作用,可广泛应用于化妆品及医疗器械。
关键词:琼枝麒麟菜;琼枝麒麟菜多糖;超声提取工艺;皮肤修复
中图分类号:R931   文献标志码:A   文章编号:1002-3461(2014)06-065-06
Ultrasonic extraction process optimization of polysaccharides from the
Eucheuma gelatinae and their skin repair and protection activities evaluation
WANG Huai-ling#,DONG Dong#,ZOU Mu-ping,LIAO Xiao-feng,
LIU Qiu-ying,WANG Yi-fei*
(Guangdong Provincial Key Laboratory of Bioengineering Medicine,Biomedicine Research and
Development Centre of Jinan University,Guangzhou510632,China)
Abstract:Objective To optimize the ultrasonic extraction process of Eucheuma gelatinae polysaccharides
(EGP)and evaluate the EGP's repair and protection activities.Methods The ultrasonic extraction
process of EGP was optimized by single factor study and orthogonal experiment design,and the content
of polysaccharide was measured using phenol-sulfuric acid method.The EGP's repair and protection ac-
tivities were also evaluated in terms of cel morphology,cel growth and cel migration on HaCaT cel
line.Results The results showed that the optimized extraction process was at the folowing condition:
60℃,solid-liquid ratio of 1∶100,and 30min,and EGP yielded 40.3%±1.8% which contented 48.
2%±4.6%of polysaccharide.Cel proliferation and migration assays demonstrated that EGP played an
important role to facilitate the HaCaT cel proliferation and migration with no toxicity,which might ac-
celerate skin repair and wound healing.ConclusionIt was an energy saving and stable technology to ex-
tract EGP by ultrasound.The extractive could improve the wound healing and regeneration of skin and
* △基金项目:广东省海洋经济创新发展区域示范项目(GDHY2012-01-001)资助
 作者简介:王怀玲(1988-),女,硕士研究生;#共同第一作者:董栋(1983-),女,博士后。
*通讯作者:王一飞,男,教授。研究方向:生物医药。E-mail:twangyf@jnu.edu.cn,Tel:+86-20-85223426
  收稿日期:2014-08-11
DOI:10.13400/j.cnki.cjmd.2014.06.012
66  中 国 海 洋 药 物 33卷
mucosa membrane with no toxicity.EGP showed great potential in the fields of cosmetics and therapeu-
tic devices.
Key words:Eucheuma gelatinae;Eucheuma gelatinae polysaccharose(EGP);ultrasonic extraction;
skin repair
  麒麟菜又名鸡脚菜、珍珠菜等,全世界有30
多种,其主要成分为多糖、纤维素和矿物质。琼枝
麒麟菜(Eucheuma gelatinae)属红藻,是麒麟菜的
1种,现主要被用于提取卡拉胶。
麒麟菜多糖的提取方法有很多,如热水浸提
法[1]、碱处理法和 KCl分级提取法[2]等。在传统
热提取方法或碱处理过程中,其活性结构容易被
破坏,碱及无机盐的加入又会影响多糖的纯度。
为了有效的避免此类问题,本实验希望通过超声
控温提取法提取琼枝麒麟菜多糖,既可有效保护
麒麟菜多糖的活性结构,提高提取效率,减少提取
溶剂的使用,缩短提取时间,节省能源,又有希望
应用于工厂大量生产。另外,研究表明,麒麟菜多
糖具有抑菌[3]、抗病毒[4]、抗肿瘤[5-6]、抗凝血[7]等
多种生物活性。本文初步探讨了琼枝麒麟菜多糖
(EGP)在皮肤修复方面的生物活性,为其在生物
医药材料及化妆品领域的应用提供进一步的科学
依据。
1 仪器与材料
仪器设备:电热套(浙江舟山市源仪器厂);UV-
2600紫外分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司);
RE52CS旋转蒸发仪(浙江舟山市源仪器厂);B-220
恒温水浴锅(浙江舟山市海源仪器厂);LRH-150生
化培养箱(上海益恒仪器有限公司);SHB-B95A型
循环水多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);低
温冷却液循环泵(郑州长城科工贸有限公司);超声
波仪(上海五相仪器仪表有限公司);小型台式冻干
机(BMH);低温高速离心机(德国 HETTICH 公
司);细胞培养瓶(美国CORNING公司);NUNC96
孔板(广州新晋公司)。
材料:琼枝麒麟菜(海南省琼海市麒麟菜养殖
基地);无水乙醇(广州化学试剂厂);DMEM培养液
(美国Gibco公司);EDTA(美国AMRESCO公司);
澳洲胎牛血清(美国 Hyclone公司);DMSO(美国
Sigma公司);MTT粉末(美国Sigma公司)。
2 试验方法
2.1 多糖提取流程
琼枝麒麟菜用自来水冲洗干净,置于网筛上
控水至表面干燥,用粉碎机将其粉碎,80目筛过
筛,得琼枝麒麟菜粉末(以下称原料)。按一定的
料液比(原料:水,g·mL-1)在一定的温度下,用
超声仪(功率100W)提取一定的时间,抽滤,得滤
液。浓缩至原体积的1/3,按浓缩液体积加入3倍
体积的95%乙醇,置于4℃冰箱中过夜,离心,得
EGP[3,8-10]。
EGP的提取率(%)=EGP质量/原料质量×
100%。
2.2 单因素考察
2.2.1 提取温度的考察
以EGP的提取率为指标,通过单因素考察提
取温度对提取率的影响,在25、40、60和65℃,料
液比1∶100的条件下,原料1g,根据2.1提取流
程,重复操作3次。
2.2.2 料液比的考察
以多糖的提取率为指标,通过单因素考察料
液比对提取率的影响,按1∶25、1∶50、1∶75、1∶
100,超声温度40℃,原料1g,根据2.1提取流
程,重复操作3次。
2.2.3 超声时间的考察
以多糖的提取率为指标,通过单因素考察提
取时间对提取率的影响,按30、60、90、120min,超
声温度40℃的条件下,原料1g,根据2.1提取流
程,重复操作3次。
2.3 正交试验[10-11]的设定
以EGP的得率为指标,在单因素实验的基础
上选用L9(34)正交试验对提取温度、料液比和超
声时间进行优化,从而优选出琼枝麒麟菜多糖的
最佳提取工艺,并在优化的最佳提取条件下再进
行3次验证实验。
2.4 超声提取EGP的多糖含量测定
采 用 苯 酚-浓 硫 酸 法 进 行 多 糖 含 量 的 测
定[11-14]。
6期 王怀玲,等:琼枝麒麟菜多糖超声提取工艺及皮肤修复活性研究 67 
2.4.1 标准曲线的制作
称取分析纯葡萄糖10.0mg溶于250.0mL
水,分别吸取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6及1.8mL,
用水补至2.0mL;加入6.0 %苯酚1.0 mL
及浓硫酸5.0mL,静置10.0min,摇匀,室温放置
20.0min后于490.0nm测定其吸光度(Abs);以
2.0mL水为空白对照按同样方法操作,横坐标为
多糖浓度(μg·mL
-1),纵坐标为吸光度值(Abs),
做标准曲线。
2.4.2 EGP多糖含量测定
吸取 EGP溶液2.0mL(5.0mg/250mL
EGP),按上述步骤操作测定吸光度,以标准曲线
计算EGP多糖的含量。
2.5 EGP皮肤修复活性的初步探究
2.5.1 EGP对人永生化表皮细胞(HaCaT)细胞
毒性[15]研究(MTT法)
取对数生长期的 HaCaT细胞,每孔接种细胞
悬液100μL于96孔培养板中。37℃、5%CO2培
养过夜。次日取出细胞板,弃上清,每孔分别加入
不同浓度的受试物(培养基稀释)100μL,每一浓
度孔均做6复孔。对照组加入100μL的培养基,
另做一孔不加细胞,只加培养液(比色时用此孔调
零)。外周加PBS保持细胞培养板内部水分,在
37℃、5%CO2条件下培养。于培养时间结束时,
依次在每孔中加入浓度为5mg·mL-1的 MTT
溶液10μL,继续孵育4h。弃去孔中培养上清液
100μL,再于每孔加入100μL DMSO充分震荡至
结晶物充分溶解。在酶联免疫检测仪上选择
570nm波长,测定各孔光吸收值(OD值)。
2.5.2 EGP对人永生化表皮细胞(HaCaT)细胞
增值研究(MTT法)
取对数生长期的 HaCaT细胞,铺板方法同
2.5.1。阳性对照组加入bFGF(20ng·mL-1),
对照组加入100μL的培养基,另做一孔不加细
胞,只加培养液(比色时用此孔调零)。在37℃、
5%CO2条件下培养。于培养时间结束时,按照细
胞毒性实验中MTT法进行以下步骤,最后在酶联
免疫检测仪上选择570nm波长,测定各孔光吸收
值(OD值)。
2.5.3 EGP对 HaCaT细胞创伤愈合的影响(细
胞划痕实验)
取 HaCaT细胞预6孔板,待细胞100% 融
合,6孔板背面用笔画等距离横线,以100μL枪头
在细胞单层纵向划痕,造成培养细胞创口模型,划
痕与所画横线交汇点附近观测。划痕后随机分组
(正常组、划痕组、实验组、阳性对照组),阳性对照
药物bFGF浓度为20ng·mL-1,样品浓度选择
增殖效果最好的浓度。此时倒置显微镜照相作为
0h,创口形成后6、12、24、48h分别照相,计算不
同时刻进入划痕内的细胞数。
3 结果与分析
3.1 超声温度对EGP得率的影响
实验结果见图1。
图1 提取温度对EGP提取率的影响
Fig.1 Effect of the extraction temperature on the
extraction rate of EGP
  由图1可知,EGP得率随着超声温度的增加
而增加,且超过60℃后,EGP得率的增加不再明
显。
3.2 料液比对EGP得率的影响
实验结果见图2。
图2 料液比对EGP提取率的影响
Fig.2 Effect of the solid-to-solvent ratio on the
extraction rate of EGP
  由图2结果可知,增加料液比可提高EGP的
提取率,且在1∶100时提取率到达最高。
68  中 国 海 洋 药 物 33卷
3.3 超声时间对EGP得率的影响
实验结果见图3。
图3 超声时间对EGP提取率的影响
Fig.3 Effect of the ultrasonic time on the
extraction rate of EGP
  由图3结果可知,EGP得率随着超声时间的
增加而增加,但超声时间达到120min后,EGP得
率明显下降。
3.4 正交试验
通过对单因素实验结果进行分析,确定超声
提取时间、温度和料液比3个因素的较适宜的水
平范围。
为了进一步考察超声时间、超声温度和料液
比之间的交互影响,确定最佳提取工艺,拟用L9
(34)正交试验进行进一步优化,其因素水平安排
见表1,正交实验结果与分析见表2,方差分析结
果见表3。
表1 正交试验因素水平表
Table 1 Levels of critical influencing factors
of orthogonal array design
水平
A超声时间
/min
B超声温度
/℃
C料液比
/g·mL-1
1  30  25  1∶50
2  60  40  1∶75
3  90  60  1∶100
  由表2极差分析和表3的方差分析结果可
知,影响EGP提取率的因素主次顺序为超声温度
>料液比>超声时间,确定提取EGP的最佳工艺
为A1B3C3,即料液比为1∶100,在60℃下超声
30min。
表2 超声提取EGP正交试验设计及结果
Table 2  Experimental responses and the results
of orthogonal array design
试验号 A  B  C  EGP提取率/%
1  1  1  1  10.7
2  1  2  2  23.2
3  1  3  3  38.6
4  2  1  2  20.0
5  2  2  3  24.6
6  2  3  1  30.9
7  3  1  3  12.6
8  3  2  1  18.8
9  3  3  2  31.4
k1  0.242  0.144  0.201
k2  0.252  0.222  0.249
k3  0.209  0.336  0.253
R  0.043  0.192  0.052
表3 方差分析表
Table 3 Analysis of variance for the extraction rate of EGP
方差来源 偏差平方和 自由度 F比
F临界值
(a=0.05)
A  0.003  2  0.179  4.46
B  0.056  2  3.343  4.46
C  0.005  2  0.299  4.46
误差 0.07  8
3.5 验证实验
正交试验确定的最佳提取条件下进行从琼枝
麒麟菜中提取多糖的验证实验,实验重复3次,平
均提取率为40.3% ±1.8%(见表4)。说明该工
艺比较稳定,重现性较好。
表4 最佳提取条件下EGP提取率
Table 4 Extraction rate of EGP under the optimum conditions
样品编号 EGP提取率/% Mean±SD
1  41.8
2  38.5  40.3±1.8
3  40.5
3.6 EGP多糖含量的测定
苯酚-硫酸法测定EGP多糖含量的标准曲线
方程为y=0.019x-0.023,r2=0.990,。对不同
温度下超声提取的EGP进行多糖含量测定,进行
3次试验,得到多糖含量见表5。
表5 EGP的多糖的含量
Table 5 Polysaccharide content of EGP
样品编号 EGP提取率/% Mean±SD
1  46.7
2  43.4  48.2±4.6
3  52.9
6期 王怀玲,等:琼枝麒麟菜多糖超声提取工艺及皮肤修复活性研究 69 
3.7 EGP的皮肤创伤修复探讨
3.7.1 EGP对 HaCaT细胞的毒性
分析结果如图4可知,EGP对HaCaT毒性极
小,在高达1mg·mL-1时仍有约75.0%以上细
胞存活,且细胞状态良好。
图4 细胞毒性实验
Fig.4 Results of cytotoxicity test
3.7.2 EGP对细胞的促增殖效果
由图5a可知,EGP对 HacaT细胞增殖效果
的影响,可以观察到细胞增值率的提高呈现先上
升后下降的趋势。EGP在浓度为35.0μg·mL
-1
时对细胞的促增殖效果最明显,其增长率达到
145.8%,与阳性对照生长因子的细胞生长率相近
(144.6%,图5b),增殖作用明显,故接下来对其
增殖效果的进一步评价选用最佳促增殖浓度
35.0μg·mL
-1。
图5 细胞增殖实验
Fig.5 Results of cel proliferation test
3.7.3 EGP对 HaCaT细胞创伤愈合的影响(细
胞划痕实验)
图6明显显示EGP组和bFGF阳性对照组
的细胞划痕愈合效果高于正常对照组。观察各组
分别在0、6、12、24h的划痕宽度,EGP组和bFGF
组划痕宽度有明显变窄的趋势,可以看出其增殖
效果与阳性对照组作用接近。故由此可以得出,
EGP可促进 HaCaT细胞迁移融合,具有良好的
创伤愈合效果。
图6 细胞划痕实验
Fig.6 Results of scratch adhesion test
4 结论
采用超声技术提取琼枝麒麟菜多糖,不仅能
够增加多糖类物质的提取率,还能够保持有效成
分的活性,减少水提时温度过高造成多糖成分结
构的改变。文中首先通过单因素实验验证提取温
度、料液比、超声时间对多糖提取率的影响,然后
采用正交试验设计得到最佳的提取条件:超声温
度60℃,料液比为1∶100,超声时间为30min,提
取率高达40.3%。比传统的提取方法节约了资
源,减少提取工艺的时间。
70  中 国 海 洋 药 物 33卷
EGP对HaCaT细胞没有明显毒性,且在浓度
小于150μg·mL
-1时对其生长具有促进作用,其最
佳浓度在35.0μg·mL
-1,其增殖率高达145.8%。
另外,划痕实验中EGP可以在促进 HaCaT细胞增
长的同时加速其进行融合迁移,初步证明EGP对皮
肤创伤后细胞修复及创口愈合具有一定促进作用,
为EGP在皮肤修复方面医疗器械及化妆品行业中
抗衰老产品中的应用提供了理论基础,也为麒麟菜
的开发奠定了一定的理论基础。
参考文献
[1] 杜云建,赵玉巧,黄国军.麒麟菜中多糖的提取研究[J].食
品工业,2012,33(12):75-78.
[2] 马夏军,岑颖洲,邱玉明,等.超声波辅助过氧化氢氧化降解
制备相对低分子质量异枝麒麟菜硫酸多糖[J].中国海洋药
物,2005,24(4):10-13.
[3] 郭凌,包惠燕,叶绍明,等.琼枝麒麟菜和异枝麒麟菜硫酸多
糖及其水解产物的抑菌作用[J].暨南大学学报(自然科学
版)2002,3:79-83.
[4] 叶绍明,岑颖洲,张美英,等.麒麟菜硫酸酯多糖体外抗病毒
作用的研究[J].中国海洋药物,2007,26(3):14-19.
[5] 梁智渊.琼枝和异枝麒麟菜中硫酸酯基多糖不同提取方法
的化学分析比较[J].暨南大学学报 (自然科学版),2005,
26(3):380-385.
[6] 王长振.海藻硫酸多糖的分离纯化及其抗肿瘤作用研究
[J].解放军药学学报,2010,26(4):283-286.
[7] 孙惠洁.海藻硫酸多糖的制备及其抗凝血活性的研究进展
[J].食品与药品,2007,9(08A):54-56.
[8] 王永良,范贤,李玉兰,等.超声辅助提取异枝麒麟菜硫酸酯
多糖的工艺优化[J].食品科学工艺技术,2010,31(6):6-
10.
[9] 张胜帮.超声波-酶解法和超声波法提取裙带菜多糖的比较
研究[J].食品科学,2011,32(16):141-145.
[10] 郝拉娣,于化东.正交试验设计表的使用分析[J].编辑学
报,2005,17(5):334-335.
[11] 刘瑞江,张业旺,闻崇炜,等.正交试验设计和分析方法研
究[J].实验技术与管理,2010,27(9):52-55.
[12] 徐志祥,李刚,李宝健,等.苯酚-硫酸法测定灵芝多糖含量
的条件研究[J].食用菌,2000,3:6-8.
[13] 徐斌,董英,林琳,等.改良苯酚-硫酸法测定苦瓜多糖含量
[J].食品科技,2005,07:79-82.
[14] 杨铃,郑成,宁正祥.正交实验设计优选二氢杨梅素的提取
工艺[J].食品工业科技,2005,26(5):95-97.
[15] Y.Diao,Y.Xin,Y.Zhou,et al.Extracelular polysac-
charide from Bacilus sp.strain LBP32prevents LPS-in-
duced inflammation in RAW 264.7macrophages by inhibi-
ting NF-kappaB and MAPKs activation and ROS production
[J].Int J Immunopharmacol,2014,(18):12-19.