CN104673497B - 一种植物精油、多糖和黄酮的提取工艺 - Google Patents
一种植物精油、多糖和黄酮的提取工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，是以含纤维素酶的乙醇水溶液作提取溶剂在超声波辅助下提取植物精油、黄酮与多糖3次；合并提取液，减压蒸馏回收乙醇后离心分离得精油粗品、水相和黄酮苷元粗品。利用正丁醇从水相中萃取黄酮苷，将黄酮苷元溶于含黄酮苷的萃取相，减压蒸馏回收正丁醇，干燥得黄酮粗品；含多糖的萃余相经乙醇沉淀，过滤，干燥得多糖粗品。该提取工艺使植物原料得到了较充分的利用，具有简单、安全、产物得率高且活性受损小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及天然活性物质提取领域，特别涉及植物精油、多糖和黄酮的提取工艺。
背景技术
植物精油是一类有气味的挥发性油状液体物质，可从植物的花、叶、枝、根、皮、果实等中获得，具有抗菌、消炎、抗肿瘤、抗病毒、解热镇痛、祛痰止咳等功效。植物精油的提取方法包括水蒸汽蒸馏提取、溶剂提取、分子蒸馏提取、压榨提取、超声波辅助提取、酶辅助提取、超临界CO2提取、微波辅助提取等。多糖是机体内天然大分子之一，由多个相同或不相同的单糖以糖苷键相连而形成，广泛存在于高等动植物、真菌等体内。多糖在细胞中一直作为能量存储分子和结构组成的角色，近年来随着多糖研究的深入，多糖的多种生物活性被发现，如抗氧化、抗肿瘤、保湿、护肝、抗炎等，且其对人体正常细胞毒副作用较小，是理想的药物来源。多糖的提取方法有水提取、酸提取、碱提取、微波辅助提取、酶辅助提取、超声波辅助提取、超高压辅助提取、超临界CO2提取等。黄酮是一类广泛存在于植物体内的多酚类物质，该类化合物具有抗氧化、抗肿瘤、抑菌、镇痛、抗凝血、抗炎、保护肝脏等多种生物活性，可应用于制药和食品加工等方面。黄酮的提取方法有水提取、有机溶剂提取、超临界CO2提取、微波辅助提取、超声波辅助提取、酶辅助提取等。
超声波辅助提取天然活性物质是一种物理破碎过程，原理是利用超声波的空化作用破坏植物组织的细胞，使溶剂易于渗入细胞内，同时超声波的多次级效应，如机械震动、乳化、扩散、击碎、化学效应等，也能加速提取成分的扩散、释放并与溶剂充分混合而利于提取，该技术能耗低、投资小、操作简便，易实现工业扩大生产。酶辅助提取天然活性物质是根据植物细胞壁的构成，利用酶反应具有专一性和高效性的特点选择相应的酶，将细胞壁的组成成分 ( 纤维素、半纤维素和果胶质等) 水解或降解，破坏细胞壁结构，使细胞内的成分溶解、混悬或胶溶于溶剂中，从而达到提取目的。该技术具有得率高、产物活性受损小、环保等优点。
近年，对有关天然活性物质提取的报道逐渐增多，但不少存在产品单一、成本高、原料利用率低、使用了毒害性较大或易燃易爆试剂等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可提高原料的利用率和产物得率，提取过程安全环保的植物精油、黄酮与多糖的提取工艺。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，具体操作步骤如下：
（1） 干燥与粉碎：将原料洗净，干燥，粉碎后过10~100目筛，备用；
（2） 浸泡：将步骤（1）备用的原料用乙醇水溶液浸泡1~15 h；
（3） 一次提取：将步骤（2）中的原料和乙醇水溶液放入提取容器中，往提取溶剂乙醇水溶液中加入纤维素酶后在25℃~65℃条件下超声波处理10~120 min，提取完毕后过滤，收集滤液、滤渣；
（4） 二次提取：向步骤（3）的滤渣补加乙醇水溶液，浸泡10~120 min后重复步骤（3）的提取和过滤步骤；
（5） 三次提取：重复步骤（4）的过程；
（6） 一次减压蒸馏：将步骤（3）、（4）、（5）中的滤液合并，在45~60℃条件下减压蒸馏回收乙醇，除去部分水；
（7） 离心分离：采用离心机将步骤（6）后剩余的滤液离心10~60 min，得精油粗品、水相和黄酮苷元粗品；
（8） 萃取分离：采用正丁醇从步骤（7）所得的中间水相中萃取黄酮苷至正丁醇相无明显颜色，得含黄酮苷的萃取相和含多糖的萃余相；
（9） 醇沉：往步骤（8）中含多糖的萃余相加入4~10 倍体积的无水乙醇，静置12~30h，过滤，收集滤液、滤渣；
（10）二次减压蒸馏和干燥：将步骤（7）得到的黄酮苷元粗品加入步骤（8）中含黄酮苷的萃取相中，在70℃~80℃条件下减压蒸馏回收正丁醇，剩余的萃取相减压干燥得黄酮粗品；将步骤（9）得到的滤液在45~60℃条件下减压蒸馏回收乙醇，将步骤（9）得到的滤渣减压干燥得多糖粗品；
（11）分子蒸馏精制：将步骤（7）得到的精油粗品经分子蒸馏技术精制；
（12）检测精油粗品和经分子蒸馏技术精制后的质量；检测多糖粗品及所含多糖质量；检测黄酮粗品及所含黄酮质量。
作为上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中乙醇水溶液为乙醇与水配置，体积分数为30%~70%。
优选的，所述步骤（2）、步骤（4）、步骤（5）所加溶剂乙醇水溶液的量，其体积与原料质量比为5~25∶1 mL/g。
优选的，所述步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中，加入纤维素酶的浓度为0.3~4.0 U/mL提取溶剂。
优选的，所述超声波的功率为200 W，频率为25 kHz。
优选的，所述离心机的转速为3 000~5 000 rpm。
本发明的原理：
纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称，其来源广泛，例如软体动物、昆虫、原生动物、细菌、放线菌、真菌等都可产生纤维素酶。水可再生、无污染，乙醇早已被用做活性物质的提取溶剂，能与水以任何比例混合，具有污染小、毒性低、易回收等优点，在超声波和纤维素酶的辅助下，可以利用乙醇水溶液从植物中提取精油、黄酮与多糖。正丁醇类似于乙醇，也是粮食、玉米芯等农作物通过发酵得到的产品，在白酒中微量存在，也允许作为食品添加剂使用。
精油难溶于水、微溶于乙醇，精油的沸点高于水和乙醇。多糖是生物大分子，易溶于水，难溶于乙醇等有机溶剂。黄酮苷元易溶于乙醇、难溶于水，黄酮苷易溶于水和正丁醇，正丁醇微溶于水；利用这些特性将提取液中乙醇旋转蒸发后，通过离心得到精油粗品、水相和黄酮苷元粗品，采用正丁醇从水相中萃取黄酮苷将多糖和黄酮苷分离，萃取完毕，利用醇沉对萃余相中的多糖进行纯化，将黄酮苷元粗品加入萃取相中，经旋转蒸发回收正丁醇，减压干燥得黄酮粗品。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1. 超声波协同纤维素酶辅助提取植物精油、多糖和黄酮等多种产品
超声波协同纤维素酶辅助提取工艺，可以从一次投料中同时提取植物精油、多糖与黄酮等多种产品，能提高产物得率和原料利用率，降低成本，且产物活性受损低、热敏性成分遭受破坏小。
2. 产品浓缩与溶剂回收技术简单、环保、效率高
利用黄酮苷元易溶于乙醇，难溶于水和精油，且精油和水的沸点高于乙醇，精油与水互不相溶这些特性，第一次减压蒸馏回收乙醇、除掉部分水后通过离心分离精油、黄酮苷元和水相；利用多糖易溶于水，难溶于正丁醇，黄酮苷易溶于水和正丁醇，正丁醇微溶于水这些特性，使用正丁醇从水相中萃取黄酮苷分离黄酮苷与多糖，将黄酮苷元粗品加入含黄酮苷的萃取相，减压蒸馏回收正丁醇后通过减压干燥得黄酮粗品；含多糖的萃余相经醇沉，过滤和减压干燥得多糖粗品。溶剂具有无毒、污染小、易回收等优点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例1：
将缬草根洗净后干燥，粉碎，过100 目筛，选取100 g粉末作原料。用1.5 L的50%乙醇水溶液（即提取溶剂）浸泡原料12 h后，放入提取容器中，并加入纤维素酶，在纤维素酶浓度为2.4 U/mL提取溶剂、提取温度55℃条件下，超声波（功率：200 W，频率：25 kHz）处理35min，提取完毕后过滤，收集滤液、滤渣，完成一次提取；向一次提取的滤渣加入1.5 L的50%乙醇水溶液浸泡60 min，重复一次提取中的提取和过滤等操作，收集滤液、滤渣，完成二次提取；向二次提取的滤渣加入1.5 L的50%乙醇水溶液，重复二次提取中的浸泡、提取和过滤等操作，完成三次提取。再将三次过滤得到的滤液合并，在45℃条件下进行减压蒸馏回收乙醇、除去部分水，之后离心机离心（转速：4000 r/min）15 min，得到上层精油粗品、中间水相和底层黄酮苷元粗品。采用正丁醇从中间水相中萃取至正丁醇相无明显颜色，萃取完毕，收集含黄酮苷的萃取相和含多糖的萃取余相。将黄酮苷元粗品加入含黄酮苷的萃取相后在75℃条件下旋转蒸发回收正丁醇，剩余的萃取相减压干燥得黄酮粗品；含多糖的萃取余相加入6 倍体积的无水乙醇，静置12h后过滤，收集滤渣、滤液，滤渣经减压干燥得多糖粗品，滤液在55℃条件下减压蒸馏回收乙醇；采用分子蒸馏法精制精油粗品。最后分别得到精油粗品0.94 g，精制后0.81 g；多糖粗品7.46 g，含多糖2.87 g；黄酮粗品8.09 g，含黄酮2.31g。
实施例2：
将樟树叶洗净后干燥，粉碎，过10 目筛，选取100 g粉末作试验原料。用1.8 L的50%乙醇水溶液（即提取溶剂）浸泡原料15 h后，放入提取容器中，并加入纤维素酶，在纤维素酶浓度为2.1 U/mL提取溶剂、提取温度50℃条件下，超声波（功率：200 W，频率：25 kHz）处理25 min，提取完毕后过滤，收集滤液、滤渣，完成一次提取；向一次提取的滤渣加入1.8L的50%乙醇水溶液浸泡100 min，重复一次提取中的提取和过滤等操作，收集滤液、滤渣，完成二次提取；向二次提取的滤渣加入1.8 L的50%乙醇水溶液，重复二次提取中的浸泡、提取和过滤等操作，完成三次提取。再将三次过滤得到的滤液合并。在50℃条件下进行减压蒸馏回收乙醇、除去部分水，之后离心机离心（转速：4000 r/min）20 min，得到上层精油粗品、中间水相和底层黄酮苷元粗品。采用正丁醇从中间水相中萃取至正丁醇相无明显颜色，萃取完毕，收集含黄酮苷的萃取相和含多糖的萃取余相。将黄酮苷元粗品加入含黄酮苷的萃取相后在75℃条件下旋转蒸发回收正丁醇，剩余的萃取相减压干燥得黄酮粗品；含多糖的萃取余相加入4 倍体积的无水乙醇，静置24 h后过滤，收集滤渣、滤液，滤渣经减压干燥得多糖粗品，滤液在55℃条件下减压蒸馏回收乙醇；采用分子蒸馏法精制精油粗品。最后分别得到精油粗品2.69 g，精制后2.29 g；多糖粗品38.90 g，含多糖11.89 g；黄酮粗品14.84 g，含黄酮3.25 g。
实施例3：
将沙田柚皮洗净后干燥，粉碎后过50 目筛，选取100 g 粉末作试验原料。用2.0 L的45%乙醇水溶液（即提取溶剂）浸泡原料10 h后，放入提取容器中，并加入纤维素酶，在纤维素酶浓度为2.2 U/mL提取溶剂、提取温度50℃条件下，超声波（功率：200 W，频率：25kHz）处理30 min，提取完毕后过滤，收集滤液、滤渣，完成一次提取；向一次提取的滤渣加入2.0 L的45%乙醇水溶液浸泡30 min，重复一次提取中的提取和过滤等操作，收集滤液、滤渣，完成二次提取；向二次提取的滤渣加入2.0 L的45%乙醇水溶液，重复二次提取中的浸泡、提取和过滤等操作，完成三次提取。再将三次过滤得到的滤液合并。在60℃条件下进行减压蒸馏回收乙醇、除去部分水，之后离心机离心（转速：4000 r/min）30 min，得到上层精油粗品、中间水相和底层黄酮苷元粗品。采用正丁醇从中间水相中萃取至正丁醇相无明显颜色，萃取完毕，收集含黄酮苷的萃取相和含多糖的萃取余相。将黄酮苷元粗品加入含黄酮苷的萃取相后在75℃条件下旋转蒸发回收正丁醇，剩余的萃取相减压干燥得黄酮粗品；萃取余相加入5 倍体积的无水乙醇，静置24 h后过滤，收集滤渣、滤液，滤渣经减压干燥得多糖粗品，滤液在55℃条件下减压蒸馏回收乙醇；采用分子蒸馏法精制精油粗品。最后分别得到精油粗品2.42 g，精制后2.11 g、多糖粗品27.21 g，含多糖7.49 g；黄酮粗品6.84 g，含黄酮1.61 g。
实施例4：
将洋葱洗净后干燥，粉碎，过50 目筛，选取100 g 粉末作试验原料。用1.8 L的50%乙醇水溶液（即提取溶剂）浸泡原料1 h后，放入提取容器中，并加入纤维素酶，在纤维素酶浓度为1.6 U/mL提取溶剂、提取温度45℃条件下，超声波（功率：200 W，频率：25 kHz）处理25 min，提取完毕后过滤，收集滤液、滤渣，完成一次提取；向一次提取的滤渣加入1.8 L的50%乙醇水溶液浸泡20 min，重复一次提取中的提取和过滤等操作，收集滤液、滤渣，完成二次提取；向二次提取的滤渣加入1.8 L的50%乙醇水溶液，重复二次提取中的浸泡、提取和过滤等操作，完成三次提取。再将三次过滤得到的滤液合并。在50℃条件下进行减压蒸馏回收乙醇、除去部分水，之后离心机离心（转速：4000 r/min）10 min，得到上层精油粗品、中间水相和底层黄酮苷元粗品。采用正丁醇从中间水相中萃取至正丁醇相无明显颜色，萃取完毕，收集含黄酮苷的萃取相和含多糖的萃取余相。将黄酮苷元粗品加入含黄酮苷的萃取相后在75℃条件下旋转蒸发回收正丁醇，剩余的萃取相减压干燥得黄酮粗品；含多糖的萃取余相加入10 倍体积的无水乙醇，静置48 h后过滤，收集滤渣、滤液，滤渣经减压干燥得多糖粗品，滤液在55℃条件下减压蒸馏回收乙醇；采用分子蒸馏法精制精油粗品。最后分别得到精油粗品0.61 g，精制后0.51 g、多糖粗品13.96 g，含多糖4.62 g；黄酮粗品18.53 g，黄酮4.83 g。
Claims (6)
1.一种植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，具体操作步骤如下：
（1） 干燥与粉碎：将原料洗净，干燥，粉碎后过10~100目筛，备用；
（2） 浸泡：将步骤（1）备用的原料用乙醇水溶液浸泡1~15 h；
（3） 一次提取：将步骤（2）中的原料和乙醇水溶液放入提取容器中，往提取溶剂乙醇水溶液中加入纤维素酶后在25℃~65℃条件下超声波处理10~120 min，提取完毕后过滤，收集滤液、滤渣；
（4） 二次提取：向步骤（3）的滤渣补加乙醇水溶液，浸泡10~120 min后重复步骤（3）的提取和过滤步骤；
（5） 三次提取：重复步骤（4）的过程；
（6） 一次减压蒸馏：将步骤（3）、（4）、（5）中的滤液合并，在45~60℃条件下减压蒸馏回收乙醇，除去部分水；
（7） 离心分离：采用离心机将步骤（6）后剩余的滤液离心10~60 min，得精油粗品、水相和黄酮苷元粗品；
（8） 萃取分离：采用正丁醇从步骤（7）所得的中间水相中萃取黄酮苷至正丁醇相无明显颜色，得含黄酮苷的萃取相和含多糖的萃余相；
（9） 醇沉：往步骤（8）中含多糖的萃余相加入4~10 倍体积的无水乙醇，静置12~48 h，过滤，收集滤液、滤渣；
（10）二次减压蒸馏和干燥：将步骤（7）得到的黄酮苷元粗品加入步骤（8）中含黄酮苷的萃取相中，在70℃~80℃条件下减压蒸馏回收正丁醇，剩余的萃取相减压干燥得黄酮粗品；将步骤（9）得到的滤液在45~60℃条件下减压蒸馏回收乙醇，将步骤（9）得到的滤渣减压干燥得多糖粗品；
（11）分子蒸馏精制：将步骤（7）得到的精油粗品经分子蒸馏技术精制；
（12）检测精油粗品和经分子蒸馏技术精制后的质量；检测多糖粗品及所含多糖质量；检测黄酮粗品及所含黄酮质量。
2.根据权利要求1所述的植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中乙醇水溶液为乙醇与水配置，体积分数为30%~70%。
3.根据权利要求1所述的植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤（2）、步骤（4）、步骤（5）所加溶剂乙醇水溶液的量，其体积与原料质量比为5~25∶1 mL/g。
4.根据权利要求1所述的植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，其特征在于：所述步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中，加入纤维素酶的浓度为0.3~4.0 U/mL提取溶剂。
5.根据权利要求1所述的植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，其特征在于：所述超声波的功率为200 W，频率为25 kHz。
6.根据权利要求1所述的植物精油、黄酮与多糖的提取工艺，其特征在于：所述离心机的转速为3 000~5 000 rpm。
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