全 文 ：食品与发酵工业 FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES
190　 2010 Vol.36No.4(Total268)
超滤膜分离灰树花多糖的工艺条件优化
汪维云 1 ,施燕2 ,时宏斌 2 ,王勇 1 ,童心 1
1(安徽农业大学生命科学学院 , 安徽 合肥 , 230036)2(合肥世杰膜工程责任有限公司 , 安徽 合肥 , 230088)
摘　要　利用超滤膜分离技术对灰树花多糖进行分离 , 选择截留分子量 6.0×104的 PS膜分离灰树花多糖 ,膜
通量较好。正交试验表明 ,影响膜通量的主要因素是料液温度 ,其次是膜分离操作压力;综合考虑膜的使用寿命
和生产成本 ,采用超滤膜分离时料液在中性情况下 ,料温为 30℃、操作压力为 0.25 MPa为膜分离的优化工艺。
关键词　超滤 ,灰树花多糖 , 分离
第一作者:博士 ,教授。
收稿日期:2010-03-29
　　灰树花是一种食 、药兼用的珍稀真菌 ,含有多种
活性物质 ,其中灰树花多糖就是最主要的一类活性成
分 。自 Ohno等报道了灰树花多糖具有抗肿瘤活
性 [ 1]以来 ,对灰树花多糖的研究就逐步展开了 ,其对
人体生理功能良好的调节作用也逐渐被人们认识 。
灰树花多糖对肿瘤的抑制率为 86.5%,是所有研究
过的真菌多糖中抗肿瘤活性最强的 ,比国际认证的抗
癌新药香菇多糖抑制率高 32%[ 2-3] 。 Suzuki等认为 ,
灰树花多糖是一种免疫调节剂和诱导抗体产生和诱
生干扰素的诱导物[ 4-5] 。大量的药理与临床实验证
明 ,灰树花多糖具有明显的抗肿瘤 ,改善免疫系统功
能 ,调节血糖 、血脂 、血压及胆固醇水平 , 抗 HIV/
AIDS病毒等作用 ,对癌症 、高血压 、糖尿病 、肝炎 、艾
滋病 、肥胖症及免疫系统功能紊乱等都有一定的疗
效 ,且无任何毒副作用 [ 6-8] 。
1983年 Inagaki等首次报道了灰树花子实体活
性组分的分离纯化工艺流程 ,后经过多次改良 ,其中
的灰树花胞外多糖的提取工艺不断得到完善 。大量
的研究表明 ,通过热水 、冷碱或热碱浸提 ,并经透析 、
离心 、洗涤 、沉淀等过程可以得到纯度较高的灰树花
胞外多糖[ 9] 。史美丽等 [ 10]对灰树花胞外多糖的 4种
提取方法———酸法 、碱法 、盐法 、中性进行了比较研
究 ,得出灰树花发酵液提取时所采用的溶剂不同 ,浸
提过程中体系的性状 、多糖的性状及多糖的收率等方
面均有差异 。王卫国等[ 11]采用正交试验等方法对灰
树花多糖提取和纯化条件进行了优化研究 ,得出影响
纯化效果的首要因素是抽提时间 ,其次是样品与氯
仿 -正丁醇的体积比及氯仿与正丁醇的体积比 。
膜分离技术(membraneseparationtechnique)是
一项新的高效分离技术 ,已被国际公认为 20世纪末
到 21世纪中期最有发展前途的一项重大高新生产技
术 。与传统的分离方法相比 ,膜分离技术具有其独特
的优点。膜分离过程没有相变 ,节能 ,高效 ,无二次污
染 ,操作过程一般比较简单 ,经济性好 ,可以直接放
大 ,可专一配膜。膜分离技术已广泛应用于食品工
业 、饮料工业 、植物提取 、色素 、食品添加剂 、生物发
酵 、生物医药 、中药 、医药化工 、精细化工 、环保等各个
领域[ 12-13] 。
本试验利用超滤膜分离技术 ,对灰树花液态发酵
的多糖进行提取分离 ,探索灰树花多糖膜分离技术的
优化工艺 ,为以后灰树花多糖工业化生产提供理论依
据和奠定基础 。
1　材料与方法
1.1　材料
灰树花粗多糖 ,由灰树花液体发酵浸提得到 [ 14] ,
安徽农业大学中药与天然药物研究所提供 。
1.2　仪器设备
UV-2000紫外分光光度计 ,上海尤尼柯有限仪
器公司;微滤膜装置 、超滤膜装置 ,由合肥世杰膜工程
有限责任公司研制 。
1.3　试验方法
1.3.1　多糖测定方法
采用硫酸 -苯酚法 。
1.3.2　超滤预处理
灰树花粗多糖在超滤前仍需预处理进一步除去
杂质 ,以降低超滤时膜的堵塞。采用 0.1 μm膜微滤
和 3 000r/min离心 8min,其结果见表 1。无论离心或
微滤均可有效地除去多糖溶液中的固形物 ,但微滤操
作除固形物较离心彻底 ,并且多糖损失较少 ,处理量
大且方法简便 、连续。以后的超滤试验采用微滤作为
分离与提取
2010年第 36卷第 4期(总第 268期) 191　
预处理方法 。
表 1　预处理结果
料液性质 可溶性固形物/(mg· mL-1)
不溶性固形物
/(mg· mL-1)
多糖含量
/(mg· mL-1)
原料液 1.00 0.39 0.28
离心后 0.98 0.57 0.21
微滤后 0.91 0.27 0.25
1.3.3　超滤膜分离工艺设计
超滤膜分离工艺设计重点考察以水为介质的料
液温度 、操作压力 、料液 pH值 3个因素对膜通量和
截留率的影响 ,每个因素取 3个水平 ,因素水平表见
表 2。
表 2　超滤膜分离因素水平表
水 平 因素温度(A)/℃ 压力(B)/MPa pH(C)
1 25 0.20 5
2 30 0.25 7
3 40 0.30 9
2　结果与分析
2.1　超滤膜分离特性
多糖浓度 1 g/L的料液在 0.20 MPa压力差和
25℃条件下分别用两种膜(截留分子量分别为 6.0×
10
4和 1.5×105)进行超滤 ,其通量变化见图 1,截留
情况见表 3,不同截留分子量的膜 ,其超滤通量也不同。
采用 6.0×104的膜可获得满意的截留效果 ,这可能是
灰树花胞外多糖的分子量在 6-10万左右的缘故。
图 1　不同膜的超滤通量
表 3　不同膜对多糖的截留率
截留分子量 料液体积 /L 料液多糖 /(g· L-1) 浓缩液体积 /L 浓缩液多糖 /(g· L-1) 截留率 /%
1.5×105 3 1.00 0.630 2.46 69.2
6.0×104 3 1.00 0.710 3.72 83.6
2.2　温度的影响
料液操作压力 0.20 MPa,相同温度条件下 ,进料
浓度大的截留率高 ,膜透过通量低;相同进料浓度条
件下 ,温度高的料液通量大于低温的通量 ,因为在一
定范围内 ,温度升高使粘度下降 ,扩散系数和传质系
数增大 ,且溶解度增大;温度提高反而导致了截留率
的降低 ,这可能是因为温度升高导致了膜截留性能和
溶液理化性质的改变 。温度对 6.0×104 PS膜的超
滤通量和截留率的影响见表 4。
因此 ,对于温度的选择应综合考虑膜性能 、预期
截留率等多种因素 ,采用室温作为超滤时温度 。
表 4　温度对超滤截留率的影响
超滤温度 /℃ 进料浓度/(g·L-1)
截留率
/%
膜通量 /
(mL· cm-2· min-1)
40 2.0 89 1.59
40 1.0 87 1.76
30 2.0 93 1.27
30 1.0 91 1.43
20 2.0 95 1.18
20 1.0 93 1.24
2.3　压力实验
料温 25℃料液 、浓度为 1.0 g/L条件下 ,不同压
力对超滤影响如图 2,随压力上升 ,料液透过平均通
量上升 ,但达到 0.25 MPa后 ,通量趋于恒定 ,这符合
超滤过程中浓差极化和凝胶层理论。截留率随压力
差上升而上升 ,这可能是因为压力差较大时 ,通量较
大 ,凝胶形成较快 ,过早在膜面形成吸附 ,改变了膜透
过率所致 。
图 2　压力对超滤的影响
2.4　pH值影响
1.0 g/L的粗多糖液用 0.1 molNaOH调节 pH
值 。在 25℃、0.20 MPa压力差超滤特征见表 5。在
水为介质情况下 ,在 pH中性条件下超滤通量最大 ,
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浓缩倍数高 ,这可能与多糖在不同 pH值溶解度不同
有关。
表 5　pH值对超滤的影响
调料液 pH值 膜通量 /(mL· cm-2· min-1) 截留率 /% 浓缩倍数
5 0.92 92.1 1.5
7 1.41 91.4 2.1
9 0.90 87.2 1.4
2.5　正交试验结果
由表 6知 , RA>RB>RC,各因素对超滤膜通量
的影响顺序为:A>B>C,最佳组合为 A3B3C2 ,即超
滤膜分离时采用料液在中性(pH7.0)情况下 ,料温为
40℃、压力为 0.30MPa。超滤的料液 pH值对膜通量
影响不大 ,因此考察料液温度和压力对超滤膜通量的
影响 ,拟合了响应面方程:
z=3.512 +0.178x2 +11.345y-0.003x2 -
23.333y2 (1)
式中:z为超滤膜通量(mL/cm2· min1), x为超
滤料温(℃), y为压力(MPa)。
经显著性检验 ,方程的复相关系数 R2 =0.9711,
最终方程的剩余标准差 S=0.199 9。最终方程的检
验统计量 F=20.160 4>(F0.01 =8.41),说明方程拟
合较好 。
表 6　各因素对超滤膜通量的影响
水 平 因 素A B C
膜通量
/(mL·cm-2· min-1)
1 1 1 1 0.99
2 1 2 2 1.13
3 1 3 3 1.21
4 2 1 2 1.27
5 2 2 3 1.45
6 2 3 1 1.39
7 3 1 3 1.33
8 3 2 1 1.51
9 3 3 2 1.64
K1 3.33 3.59 3.89
K2 4.11 4.09 4.04
K3 4.48 4.24 3.99
k1 1.11 1.20 1.30
k2 1.37 1.36 1.35
k
3 1.49 1.41 1.33
R 0.38 0.21 0.05
按方程(1)进行绘图得图 3。
　　由图 3知 ,超滤膜通量在料温为 30-35℃、压力
为 0.25-0.30 MPa时最优。与正交试验结果吻合 。
图 3　超滤膜通量响应面图
3　结论与讨论
(1)选择截留分子量 6.0×104的 PS膜分离灰树
花多糖 ,膜通量较好 ,这与报道的灰树花胞外多糖分
子量在 6-10万左右吻合。
(2)正交试验表明 ,影响膜通量的主要因素是料
液温度 ,其次是膜分离操作压力 , pH值影响较小 ,最
佳组合为 A3B3C2 ,即超滤膜分离时采用料液在中性
(pH 7.0)情况下 ,料温为 40℃、压力为 0.30 MPa。
响应面图显示超滤膜通量在料温为 30-35℃、压力
为 0.25-0.30MPa时最优 。综合考虑膜的使用寿命
和生产成本 ,采用超滤膜分离时采用料液在中性情况
下 ,料温为 30℃、压力为 0.25 MPa为膜分离优化工
艺 。
(3)超滤作为一种新型分离技术 ,有一些问题至
今未能很好地解决 。因此 ,为提高超滤技术的应用效
率 ,需要解决膜的污染和使用寿命等问题。超滤技术
已经在国内外均有不少成功的应用报道。随着材料
科学的发展 、分析手段的进步和环境意识的增强 ,超
滤会发挥越来越大的作用。
参 考 文 献
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StudiesonOptimizationTechnologyofSeparation
GrifolanUsingUltrafiltrationMembrane
WangWeiyun1 , ShiYan2 , ShiHongbin2 , WangYong1 , TongXin1
1(SchoolofLifeScience, AnhuiAgriculturalUniversity, Hefei, 230036, China)
2(HefeiShijieMembraneEngineeringCo., Ltd, Hefei, 230088, China)
ABSTRACT　InordertoseparationGrifolanusingultrafiltrationmembrane, whichchoosingmolecularweightcutof
6.0×104PSmembrane, themembranefluxwasbeter.Theorthogonalexperimentalshownthemainfactorsofefect
onmembranefluxweretemperatureofmaterandoperatingpressure.Consideringtheusefullifeofmembraneand
productioncoststhesefactorscomprehensively, theconclusionwasshownthatoptimumtechnologyaretemperature
30℃, operatingpressure0.25MPausingneutralmater.
Keywords　ultrafiltration, Grifolan, separation
　信息窗
　
日本开发出新型杀菌薄膜
日本三井化学公司日前与北里大学合作开发出一种新型杀菌薄膜 , 其特殊之处在于它的制作。
研究人员用名为 “镀气”的方法在树脂薄膜表面镀上一层薄薄的铜合金 , 从而使薄膜具有杀菌效果。
所谓 “镀气” ,是指在真空中加热金属 , 使其融化挥散后附着在物体表面。三井化学公司 5日发表公告说 , 有关研究人员通
过 “镀气”法成功给树脂薄膜镀上一层 10-100nm厚的铜合金。
实验发现 ,将金黄色葡萄球菌等几种常见病菌置于这种薄膜上 , 2h后它们几乎全部死亡。这种薄膜对于流感病毒以及大
肠杆菌也具有一定灭杀效果。
研究人员说 ,铜是一种具有杀菌效果的金属材料 ,与同样具有杀菌效果的银相比 , 铜可以不受温度和湿度的影响而发挥杀
菌作用。这种以铜合金为基础的杀菌薄膜可以应用于医院的扶手和餐馆的厨房用具上。
三井化学公司表示 , 下一步还会尝试将其应用于冰箱等家电产品中。