海藻酸钠的提取研究进展

海藻酸钠的提取研究进展

窦有涛 杨照悦 赵丽丽

青岛明月海藻集团有限公司 山东省青岛市 266400

摘要：海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物，具有良好的生物降解性和生物相容性，国际市场上的需求量很大。但是目前工业提取海藻酸钠的粘度及平均提取率普遍较低，海藻酸钠衍生物的种类较少，难以满足国际市场日益增长的需要，所以对海藻酸钠提取工艺的进一步研究及对海藻酸钠衍生物的开发具有重要的实用价值。鉴于此，文章重点就海藻酸钠的提取研究进展进行分析，以供业内人士参考和借鉴。

关键字：海藻酸钠；提取；研究进展

引言

海藻酸钠是一种天然多糖，可减缓脂肪、糖和胆盐的吸收，具有降低血清胆固醇、血中甘油三酯和血糖的作用；可预防高血压、糖尿病、肥胖症等现代病；在肠道中能抑制有害金属如锶、镉、铅等在体内的积累；作为优良的增稠剂，其实用价值远远超过果胶。由此看来，海藻酸钠有着良好的开发前景，但由于价格昂贵，限制了它的应用。近年来，海藻酸钠的提取工艺已经得到了很大的改善，但是其工业提取仍存在着工艺繁杂、生产成本高、降解严重、黏度和产率偏低等问题，因此如何进一步提高海藻酸钠的产率和质量已经成为研究领域的热门话题。

1海藻的种类及分布

海藻是生长在海洋中的一类植物，依靠光合作用合成自身所需的能量来合成有机物，我们通常说的海藻主要是指褐藻、红藻、绿藻三大门海洋藻类的总称。褐藻包括大型褐藻、马尾藻和墨角藻属等，在太平洋及南极地区分布着巨藻属和海囊藻属，海带属在太平洋沿岸及不列颠群岛都很丰富，在墨西哥湾流和马尾藻海中马尾藻属常见，墨角藻属大量分布在不列颠群岛潮间带。我国褐藻门在各沿海均有分布，但属数的分布存在自北往南逐渐减少的现象。红藻包括掌状红皮藻、紫菜、石花菜属、角叉菜属等，掌状红皮藻主要分布在北大西洋两岸，角叉菜属主要分布在大西洋岩石海岸，紫菜主要分布在不列颠群岛、日本、韩国及我国沿海。石花菜属则是世界性的红藻，分布很广。在我国，红藻门属的数量在各沿海区域都有分布。绿藻主要分布在淡水，在海水的阴湿处也有分布，仅占10%。海水的温度决定了海洋中绿藻的分布；淡水中的绿藻分布很广，不受水温的限制，世界各地均有分布。随着人们对海藻需求量的增加，自然界生产的海藻不能满足工业生产的需求，如今在我国及东南亚地区主要是靠人工养殖的方式满足工业的需求。我国沿海有大量的海藻养殖基地，海藻酸钠的提取主要以褐藻为原料。

2海藻酸钠的提取研究进展

2.1海藻酸钠提取的主要影响因素

目前在海藻酸钠提取工艺中，降解是一个最关键的不利因素。对海藻酸钠进行热解动力学研究表明，当温度高于60℃时，海藻酸钠水溶液或者含水的海藻酸钠降解速率明显加快，而提取温度低于60℃，海藻酸钠结构稳定，不易降解，所以整个提取工艺温度应保持在60℃以下。除温度外，溶液酸碱性也会影响海藻酸钠的降解和提取率。大量研究发现，在弱酸或者中性条件下海藻酸钠的结构较稳定，降解速率较慢；而在过酸或过碱条件下，海藻酸钠分子内的糖苷键很不稳定，容易断裂，降解速率明显加快，在强酸条件下海藻酸钠溶液还会出现胶凝现象，其结构不稳定且发生降解形成小分子，产率和黏度都较低，此外常用的脱色剂会造成海藻酸钠结构不稳定，其长链中部分结构发生氧化降解，使提取得到的海藻酸钠产品相对分子质量减小，纯度也有所下降，同时提取率降低。

2.2海藻酸钠提取前的预处理

由于褐藻中含多种色素及蛋白质，提取的海藻酸钠常带有颜色，使产品品质下降，所以在提取海藻酸钠前一般都会对原料进行脱色处理，主要是通过在有机体系或水体系中长时间浸渍原料来脱除色素。目前实验室和工业提取中大多采用2%的甲醛水溶液来使海带中色素富集至表面而脱除色素，然而脱色处理过程中所使用溶剂的处理与排放会对环境造成危害，因此相关人员采用乙醇这类无害有机溶剂对原料进行预处理，去除了海带中的色素和蛋白质，提高了海藻酸钠产品质量。

2.3海藻酸钠的提取工艺

2.3.1钙凝-离子交换法

该方法与钙凝-酸化法基本相同，不同之处是在钙凝之后采用了离子交换脱钙，即加入一定量的氯化钠来交换脱钙得到海藻酸钠。离子交换过程可用柱层析的方式完成，也可通过在间歇式反应釜中反应来实现。利用离子交换生成的海藻酸钠，由于盐析作用仍为絮状凝胶，经过滤、干燥、粉碎后即可得到成品的海藻酸钠。在脱钙过程中采用离子交换脱钙缩短了提取时间，产品收率明显提高，此外还避免了大量酸碱的加入，避免了海藻酸钠的降解。然而由于离子交换脱钙是可逆反应，为提高海藻酸钠的产量，需适当提高氯化钠溶液的浓度，同时在离子交换前需用去离子水洗涤海藻酸钙胶块，提高海藻酸钠纯度。

2.3.2酶解法

酶解法是近年来提取海藻酸钠的新工艺，该法与钙凝-酸化法基本相同，只是在消化步骤前采用纤维素酶溶液酶解原料的细胞壁，促进海藻胶的溶出以提高海藻酸钠得率。相关研究人员以纤维素酶提取法为对照，设计了用复合酶(褐藻酸裂解酶和纤维素酶)提取海藻酸钠的方法，结果显示当2种酶用量为2：1时溶液黏度最大，且提取率最高，各项指标分析结果显示，由复合酶法提取的海藻酸钠色泽、品质良好，水分、灰分及水不溶物含量均较低，显示了复合酶法的优势。然而由于酶解法提取海藻酸钠的成本高、能耗大、提取周期长且条件苛刻，目前尚未实现大规模工业生产。

2.3.3超滤法

超滤法是将膜分离技术应用于海藻酸钠提取工艺中，以降低提取工艺的能耗、去除杂质，提高海藻酸钠产品质量。在酸凝-酸化法的基础上采用超滤法得到了海藻酸钠，其工艺流程与酸凝-酸化法一致，只是在最后用碳酸钠中和得到海藻酸钠溶液后采用截留相对分子质量为3000醋酸纤维素膜的超滤法将溶液中的海藻酸钠分离，随后再次采用醇沉得到海藻酸钠产品。实验结果发现，采用膜分离技术分离后可得到高纯度、较好色泽以及高豁度的海藻酸钠产品，尤其是黏度显著高于一般市售海藻酸钠，但是由于海藻酸钠自身具有良好的增稠性和成膜性等特点，在使用膜分离技术时极易因膜通量衰减和分离特性的不可逆变化等而对超滤膜产生严重污染，影响了膜分离技术的可行性和经济成本。而采用由聚丙烯睛、二甲基甲酞胺等混合溶液制备的荷电耐污染超滤膜来进行纯化，膜污染现象均得到改善，可见其在实现海藻酸钠大规模工业分离、提纯方面极具发展前景。

结束语

综上所述，目前海藻酸盐的提取技术在国内主要以工艺优化为主，随着生物医学的发展，高纯度海藻酸盐的需求增加，对纯化工艺要求更高，如何在在工艺流程中减少杂质，并提高提取率是值得关注的问题，同时少量或尽量不用对人体有毒有害的化学品是当前海藻酸盐提取技术工艺中急需解决的问题。海藻酸盐的提取技术随原料的不同而不同，如何在海藻的养殖领域提高海藻中海藻酸含量，以及从基因层面养殖不同M/G比值的海藻酸，满足不同用途是目前需要重点关注的方向。我国海岸线广阔，地理条件优越，相信随着研究的深入会得到可喜的成果。

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