CN108822305B - 一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法 - Google Patents
一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法 Download PDFInfo
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Abstract
为了解决目前杜仲树皮中杜仲胶提取难度大、提取效率低、提取试剂易燃易爆、污染大、提取物含植物碎屑多、工艺复杂等问题，本发明提供了一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法。本发明采用咪唑类离子液体预处理已粉碎至絮状的杜仲树皮，加热反应温度为60～130℃，反应时间为0.5～24h。预处理完毕后，对处理的固体残渣冲洗后采用纤维素酶进行酶水解，对酶水解后的固体残渣进行再次冲洗可得高纯度杜仲胶。该提取方法整体工艺简单、操作方便、溶剂绿色可回收、杜仲胶的得率及纯度较高。
Description
技术领域
本发明属于天然产物提取的技术领域，具体涉及一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法。
背景技术
杜仲胶是一种特殊的天然高分子材料，具有高绝缘性、耐腐蚀性、低温热可塑性等优点，在医用、汽车、军事工业、航空航天等领域均有广阔的应用前景。杜仲胶的主要原料来源为杜仲叶、果实和树皮；其中，杜仲叶和果实的抗性小，因此从杜仲叶和果实中提取杜仲胶方法相对成熟。然而，由于杜仲树皮存在硬度大，抗性大的特点，这就造成从杜仲树皮中提取杜仲胶较为困难。在杜仲树皮的提胶过程中，传统的提取方法都存在着较大的缺陷，如碱法提胶，其污染大，提取效率低，所提胶纯度低；有机溶剂法虽所提胶纯度高，但是会使用大量的石油醚、苯类、醚类及醇类等有机溶剂，存在提取次数多、产率低、污染严重等问题，从而极大地制约了其工业化应用和发展。
为了解决传统工艺在杜仲树皮中存在的提胶弊端，中国专利申请文献CN104356398A提出了一种全生物酶法提取杜仲胶的方法，首先将杜仲树皮进行***碎裂，然后依次用蛋白酶、果胶酶及纤维素酶处理***后的原料，从而实现杜仲胶的提取分离。该提取过程清洁环保、成本低、效率高，在很大程度上解决了传统杜仲胶提取工艺的弊端。然而酶解的杜仲胶中含有大量的植物碎屑，严重影响杜仲胶的品质和应用。为解决这一问题，中国专利申请文献CN105566656A提出了将提取分离后的杜仲胶残渣进一步反复淘洗-酶水解以除去植物碎屑的方法，然而直接酶解杜仲胶纤维残渣必然使得整个提取工艺复杂化且成本提高。
发明内容
本发明针对目前杜仲树皮中杜仲胶提取难度大、提取效率低、提取试剂易燃易爆、污染大、提取物含植物碎屑多、工艺复杂等问题，而提供一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，以提高杜仲树皮的杜仲胶提取效率和纯度，同时达到了绿色环保的提取要求。
发明构思：
咪唑类离子液体预处理技术是利用离子液体溶解木质纤维原料，破坏纤维素、半纤维素及木质素之间的连接键，从而改变木质纤维原料的结构。溶解后的木质纤维原料组分经添加再生溶剂如水、乙醇后析出。在离子液体预处理过程中，阳离子和阴离子会和纤维素分子之间的氢键结合，纤维素分子间的氢键被打开并被纤维素和溶剂分子间的氢键所代替，从而导致纤维素的溶解。同时，半纤维素与木质素、纤维素连接键的断裂，导致了底物中半纤维素的溶解。若将离子液体预处理技术运用于杜仲树皮的提胶前期处理，这将大大提升杜仲胶的酶解提取效率。同时离子液体既可以避免传统提取方法缺点，也可以回收反复使用来降低生产成本。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1)去杂粉碎
将杜仲树皮去杂处理，粉碎后置于干燥阴凉处备用；
步骤2)预处理
将步骤1)中粉碎后的杜仲树皮与咪唑类离子液体混合，置于反应瓶中密封并进行加热反应，反应结束后冷却；
步骤3)漂洗
将步骤2)中冷却后的反应液进行固液分离，收集滤渣，并用水冲洗滤渣以除去残留的离子液体；
步骤4)酶解
向步骤3)中冲洗后的滤渣中添加纤维素酶和柠檬酸钠缓冲液，进行酶水解反应，得水解液；
步骤5)纯化
对步骤4)中的水解液进行固液分离，收集水解剩余物；用水冲洗水解剩余物，即得高纯度杜仲胶。
优选地，为了使粉碎后的杜仲树皮被充分浸没，步骤2)中，所述杜仲树皮与咪唑类离子液体的料液比为1:6～1:20。
优选地，步骤2)中，所述加热反应的温度为60～130℃，反应时间为0.5～24h。
优选地，步骤4)中，加入纤维素酶后加柠檬酸钠缓冲液，使底物质量浓度为5％。
优选地，步骤4)中，所述纤维素酶用量为5～20FPU/g底物。
优选地，为了能更加有效地溶解杜仲树皮中大量的纤维素，降低杜仲树皮抗性，步骤2)中，所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。
优选地，步骤4)中，所述酶水解反应中水解体系pH值为4.5～5.0，温度为50℃。
优选地，步骤1)中，所述粉碎是指经四十目网筛过筛。
本发明的优点是：
1.本发明提供一种基于咪唑类离子类液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，提取工艺简单、操作方便，使用的离子液体可有效溶出杜仲树皮中的纤维素，保留杜仲胶，从而提高了杜仲胶得率与纯度。
2.本发明中所使用的离子液体安全可靠、绿色可回收，降低了杜仲胶的提取成本。
3.本发明中离子液体所溶出的纤维素可回收，提高了杜仲树皮利用率。
4.本发明中采用酶法提取离子液体预处理后残渣中杜仲胶，清洁环保，纯度可达95％左右。
5.本发明提取效率高、杜仲胶纯度高，对促进杜仲产业化具有重要的推动作用。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
实施例一
称取5g去杂粉碎后的杜仲树皮置于反应瓶中，按照料液比1:14向反应瓶中加入离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，放入高压灭菌锅中121℃反应3h。预处理结束后取出处理液，冷却后进行固液分离，收集滤渣，用水洗涤滤渣以除去残留的离子液体后用于酶水解。
将上述洗涤后的滤渣置于三角瓶中，加入20FPU/g底物的纤维素酶，添加pH值等于5.0的柠檬酸钠缓冲液使水解体系底物的质量浓度为5％，调节恒温振荡器的温度为50℃，将三角瓶置于恒温振荡器中振荡，持续进行水解。水解48h后，取出水解液，固液分离得到水解剩余物。用水冲洗水解剩余物即可得到高纯度杜仲胶，杜仲胶得率94％，纯度95％。
实施例二
称取5g去杂粉碎后的杜仲树皮，过四十目筛除去不含杜仲胶的小颗粒，然后将过筛后的原料置于反应瓶中，按照料液比1:20向反应瓶中加入离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，放入高压灭菌锅中121℃反应1h。预处理结束后取出处理液，冷却后进行固液分离，收集滤渣，用水洗涤滤渣以除去残留的离子液体后用于酶水解。
将上述洗涤后的滤渣置于三角瓶中，加入10FPU/g底物的纤维素酶，添加pH值等于5.0的柠檬酸钠缓冲液使水解体系底物的质量浓度为5％，调节恒温振荡器的温度为50℃，将三角瓶置于恒温振荡器中振荡，持续进行水解。水解48h后，取出水解液，固液分离得到水解剩余物。用水冲洗水解剩余物即可得到高纯度杜仲胶，杜仲胶得率96％，纯度94％。
实施例三：
称取5g去杂粉碎后的杜仲树皮，过四十目筛除去不含杜仲胶的小颗粒，然后将过筛后的原料置于反应瓶中，置于反应瓶中，按照料液比1:12加入离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，放入高压灭菌锅中121℃反应0.5h。预处理结束后取出处理液，冷却后进行固液分离，收集滤渣，用水洗涤滤渣以除去残留的离子液体后用于酶水解。
将上述洗涤后的滤渣置于三角瓶中，加入10FPU/g底物的纤维素酶，添加pH值等于4.5的柠檬酸钠缓冲液使水解体系底物的质量浓度为5％，调节恒温振荡器的温度为50℃，将三角瓶置于恒温振荡器中振荡，持续进行水解。水解48h后，取出水解液，固液分离得到水解剩余物。用水冲洗水解剩余物即可得到高纯度杜仲胶，杜仲胶得率95％，纯度95％。
实施例四：
称取5g去杂粉碎后的杜仲树皮，过四十目筛除去不含杜仲胶的小颗粒，然后将过筛后的原料置于反应瓶中，置于反应瓶中，按照料液比1:10加入离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，放入高压灭菌锅中80℃反应24h。预处理结束后取出处理液，冷却后进行固液分离，收集滤渣，用水洗涤滤渣以除去残留的离子液体后用于酶水解。
将上述洗涤后的滤渣置于三角瓶中，加入5FPU/g底物的纤维素酶，添加pH值等于4.5的柠檬酸钠缓冲液使水解体系底物的质量浓度为5％，调节恒温振荡器的温度为50℃，将三角瓶置于恒温振荡器中振荡，持续进行水解。水解48h后，取出水解液，固液分离得到水解剩余物。用水冲洗水解剩余物即可得到高纯度杜仲胶，杜仲胶得率96％，纯度94％。
实施例五：
称取5g去杂粉碎后的杜仲树皮，过四十目筛除去不含杜仲胶的小颗粒，然后将过筛后的原料置于反应瓶中，置于反应瓶中，按照料液比1:15加入离子液体1-乙基-3-唑乙酸盐，放入高压灭菌锅中121℃反应0.5h。预处理结束后取出处理液，冷却后进行固液分离，收集滤渣，用水洗涤滤渣以除去残留的离子液体后用于酶水解。
将上述洗涤后的滤渣置于三角瓶中，加入10FPU/g底物的纤维素酶，添加pH值等于5.0的柠檬酸钠缓冲液使水解体系底物的质量浓度为5％，调节恒温振荡器的温度为50℃，将三角瓶置于恒温振荡器中振荡，持续进行水解。水解48h后，取出水解液，固液分离得到水解剩余物。用水冲洗水解剩余物即可得到高纯度杜仲胶，杜仲胶得率94％，纯度93％。
实施例六
预处理方法和反应条件与实施例一基本相同，区别之处在于料液比为1:6，最终杜仲胶得率90％，纯度91％。
实施例七
预处理方法和反应条件与实施例一基本相同，区别之处在于反应温度为130℃，最终杜仲胶得率95％，纯度95％。
实施例八
预处理方法和反应条件与实施例四基本相同，区别之处在于反应温度为60℃，最终杜仲胶得率92％，纯度93％。
除了上述实施例中选用的1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐之外，还可以使用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐等咪唑类离子液体对杜仲树皮进行预处理以达到发明目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)去杂粉碎
将杜仲树皮去杂处理，粉碎后置于干燥阴凉处备用；
步骤2)预处理
将步骤1)中粉碎后的杜仲树皮与咪唑类离子液体混合，置于反应瓶中密封并进行加热反应，反应结束后冷却；所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐；所述杜仲树皮与咪唑类离子液体混合的料液比为1:6～1:20；
步骤3)漂洗
将步骤2)中冷却后的反应液进行固液分离，收集滤渣，并用水冲洗滤渣以除去残留的离子液体；
步骤4)酶解
向步骤3)中冲洗后的滤渣中添加纤维素酶和柠檬酸钠缓冲液，进行酶水解反应，得水解液；
步骤5)纯化
对步骤4)中的水解液进行固液分离，收集水解剩余物；用水冲洗水解剩余物，即得高纯度杜仲胶。
2.根据权利要求1所述的一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特征在于：步骤2)中，所述加热反应的温度为60～130℃，反应时间为0.5～24h。
3.根据权利要求2所述的一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特征在于：步骤4)中，加入纤维素酶后加柠檬酸钠缓冲液，使底物质量浓度为5％。
4.根据权利要求3所述的一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特征在于：步骤4)中，所述纤维素酶的用量为5～20FPU/g底物。
5.根据权利要求4所述的一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特征在于：步骤4)中，所述酶水解反应中水解体系pH值为4.5～5.0，温度为50℃。
6.根据权利要求5所述的一种基于咪唑类离子液体预处理提取杜仲树皮中杜仲胶的方法，其特征在于：步骤1)中，所述粉碎是指经四十目网筛过筛。
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