專利名稱：：植物有效成分提取的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及植物有效成分的提取方法，具體涉及在植物有效成分提取之前對(duì)植物進(jìn)行預(yù)處理的方法，通過(guò)預(yù)處理使植物細(xì)胞壁破裂，從而使植物有效成分的提取有更好的得率。
背景技術(shù)：
：我國(guó)地域遼闊，地理和氣候條件優(yōu)越，蘊(yùn)藏著極為豐富的天然植物資源，僅高等植物就有30000余種，其中藥用植物就有11146種，其種類和數(shù)量均為世界之最，它們構(gòu)成了中華民族幾千年來(lái)的中藥醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)。我國(guó)雖是植物藥的產(chǎn)量大國(guó)，但不是植物藥生產(chǎn)的強(qiáng)國(guó)。目前我國(guó)植物藥在世界植物藥市場(chǎng)上所占份額不到5%，其中大部分還是藥材原料，我國(guó)在發(fā)達(dá)國(guó)家的植物藥市場(chǎng)所占份額更低，在英美約占2%，在德國(guó)約為0.2%，我國(guó)在植物藥產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)方面已落后于日本和韓國(guó)。植物有效成分的含量往往相對(duì)較少，提取過(guò)程需要耗費(fèi)大量的溶劑和能量，因此提取是植物藥生產(chǎn)中最重要的工序，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)成本及原料的利用率等。如何快速、高效、簡(jiǎn)捷、低成本地將植物中的藥用或營(yíng)養(yǎng)保健有效成分提取出來(lái)一直是植物提取研究和生產(chǎn)的"瓶頸"，幵發(fā)高效節(jié)能的提取新技術(shù)和設(shè)備是關(guān)鍵，對(duì)加快中藥生產(chǎn)現(xiàn)代化的進(jìn)程，有效開(kāi)發(fā)和利用中草藥資源，有著重要的意義。常規(guī)的植物有效成分的提取方法如煎煮法、回流提取法、索氏提取法、浸漬法、滲漉法和水蒸氣蒸餾法等，這些方法都是將植物與適當(dāng)?shù)娜苊交旌霞訜?，溶媒滲入組織內(nèi)部及細(xì)胞中，可溶性成份在濃度差的推動(dòng)下，從物質(zhì)內(nèi)部逐步遷移到表面，再轉(zhuǎn)移到溶媒中，其轉(zhuǎn)移的時(shí)間長(zhǎng)短與加熱度有極大的關(guān)系。上述方法的局限與缺點(diǎn)是(1)物質(zhì)轉(zhuǎn)移緩慢，需要長(zhǎng)時(shí)間加熱，大大增加能耗；(2)需要大量的溶媒，增加了后段能耗；(3)長(zhǎng)時(shí)間高溫處理，可能造成有效成分破壞；(4)生產(chǎn)效率低，為提高生產(chǎn)能力，通常采用加大提取罐體積和用多組提取罐的方法；(5)占地大，操作不便。上述方法都屬于間歇式提取方法。目前植物有效成分的提取還有連續(xù)動(dòng)態(tài)逆流提取方法，并與分離、濃縮、3干燥等現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成生產(chǎn)工藝路線。但是其提取設(shè)備龐大，提取時(shí)間長(zhǎng)。近年來(lái)出現(xiàn)了一些新的提取技術(shù)，如超臨界流體提取技術(shù)、微波輔助提取技術(shù)、超聲輔助提取技術(shù)、酶輔助提取技術(shù)等。這些新技術(shù)各有其特點(diǎn)，在一定程度上豐富了提取的手段，提高了提取率和提取速度。其中，微波輔助提取方法(MicrowaveAssistedExtraction,簡(jiǎn)稱MAE)是一項(xiàng)最具潛力的提取新技術(shù)，MAE的提取原理主要是利用微波的加熱特性，微波可以透過(guò)提取介質(zhì)到達(dá)物料內(nèi)部的維管束和腺胞系統(tǒng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的極性物質(zhì)尤其是水分子吸收微波能量而產(chǎn)生大量的熱量，使細(xì)胞內(nèi)溫度迅速上升，液態(tài)水汽化產(chǎn)生的壓力將細(xì)胞壁/膜沖破或形成微小的孔洞。此外，微波所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也能加速被提取組分在溶劑中的擴(kuò)散速率。但上述現(xiàn)有微波輔助提取方法在工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用存在著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全瓶頸。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究微波輔助提取，以微波爐或微波實(shí)驗(yàn)儀等為手段，進(jìn)行了大量試驗(yàn)，觀察到微波對(duì)提取的促進(jìn)作用，并發(fā)表了大量相關(guān)的論文，但這些工作均停留在小規(guī)模及實(shí)驗(yàn)室水平，至今未能在工業(yè)規(guī)模的植物提取中得到成功的應(yīng)用。微波提取從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模轉(zhuǎn)化到工業(yè)規(guī)模需要全面解決生產(chǎn)能力、提取效率、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)設(shè)備等一系列問(wèn)題。影響微波提取效果的局限性在于微波在液體中的穿透深度有限，如2450MHz的微波在水中的穿透深度僅30mm，超過(guò)這一深度，微波大多被溶劑吸收，微波的作用極其微弱，微波的利用率低，由此會(huì)影響其工業(yè)上的應(yīng)用；微波由電能轉(zhuǎn)化而來(lái)，其能耗成本要比一次能源貴5-6倍，由于工業(yè)上提取植物有效成分的生產(chǎn)量大，如果微波的能耗成本過(guò)大，在工業(yè)上的規(guī)模生產(chǎn)也是難以接受的；此外，如果植物有效成分的溶媒為有機(jī)溶劑，微波輻射有機(jī)溶劑存在爆炸的可能性。綜合現(xiàn)有的文獻(xiàn)和國(guó)內(nèi)外專利來(lái)看，試圖在工業(yè)規(guī)模將微波應(yīng)用于植物有效成分提取中的使用方法基本有兩類，第一類方法是把微波直接引入提取罐或管道內(nèi)，如美國(guó)專利5002784，7001629B1,中國(guó)專利CN1391972A，CN10腕116A，CN101209384A，CN101020126A，CN101041117A，CN1824364A，ZL200610044442.1,令微波穿透溶劑進(jìn)入提取物內(nèi)部，破壞植物組織或強(qiáng)化植物組織內(nèi)部傳質(zhì)過(guò)程。這種方法對(duì)使用吸收微波能力較弱的非極性溶劑提取效果較好，因?yàn)槲⒉ù┩溉軇r(shí)被溶劑吸收少，大部分微波可到達(dá)植物組織內(nèi)部被吸收，微波的利用率較高，例如在分析化學(xué)中可以使用透明溶劑(不吸收微波)。但在工業(yè)生產(chǎn)中，植物提取大都是使用水或醇等極性較強(qiáng)的溶劑，難以4使用透明溶劑。中國(guó)專利CN1391972A，CN101041116A是在提取罐里加微波，在罐壁30mm以外，微波極其微弱，嚴(yán)重影響了微波輔助提取的效果和效率；而中國(guó)專利CN101209384A，CN101020126A，CN101041117A采用物料在管道內(nèi)流動(dòng)并接受微波輻射的形式，可解決穿透性問(wèn)題，但微波大多被溶劑吸收，利用率低的問(wèn)題仍然不能解決；美國(guó)專利7001629B1，中國(guó)專利CN1824364A，ZL200610044442.1在微波輻射罐內(nèi)或瓶?jī)?nèi)抽真空，降低了溶劑的沸點(diǎn)，有利于保護(hù)熱敏性活性有效成分，但上述微波穿透深度有限和微波利用率低的問(wèn)題仍然存在，并不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。第二類方法是微波預(yù)處理提取法，如中國(guó)專利CN1422685A、CN1546194A、CN1273206C，該方法是在傳統(tǒng)的提取工藝之前，先用微波預(yù)處理，其目的是改變植物的組織結(jié)構(gòu)，以使后續(xù)提取變得容易。預(yù)處理的原理是用微波快速加熱濕的物料，使物料內(nèi)的液體快速汽化，改變物料的組織結(jié)構(gòu)。此方法的特點(diǎn)是微波處理的是沒(méi)有過(guò)多游離溶劑的濕物料，微波輻射時(shí)間短、需要量少，處理量大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但上述預(yù)處理過(guò)程采用常壓微波輻射，處理后的物料溫度往往超過(guò)10(TC，會(huì)造成熱敏性有效成分被破壞，嚴(yán)重制約了該方法的實(shí)際應(yīng)用。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的申請(qǐng)人針對(duì)目前微波輔助提取在工業(yè)化應(yīng)用中存在上述微波穿透深度有限、微波利用率低、能耗成本高、常壓微波輻射處理后的物料往往會(huì)造成熱敏性有效成分被破壞以及微波輻射對(duì)有機(jī)溶劑溶媒存在爆炸的可能性等問(wèn)題，進(jìn)行了改進(jìn)研究，提出了另一種植物有效成分提取的預(yù)處理方法，在植物有效成分提取之前首先利用該方法對(duì)植物進(jìn)行預(yù)處理，使植物細(xì)胞壁有效破裂，預(yù)處理之后再按照常規(guī)方法進(jìn)行植物有效成分的后續(xù)提取，如此對(duì)植物有效成分的提取有更高的得率。本方法微波利用率高，不破壞目標(biāo)有效成分，處理時(shí)間短、能耗低以及對(duì)植物進(jìn)行預(yù)處理中不使用有機(jī)溶劑，避免有機(jī)溶劑的爆炸，適合應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種植物有效成分提取的預(yù)處理方法，在提取之前首先采用真空微波輻射濕基植物物料，然后用螺桿擠壓機(jī)對(duì)所述經(jīng)真空微波輻射過(guò)的植物物料反復(fù)施加機(jī)械擠壓力及剪切力。其進(jìn)一步的技術(shù)方案是對(duì)于干基植物物料，在所述真空微波輻射之前，首先用其重量比2至6倍的水預(yù)浸，預(yù)浸時(shí)間30分鐘1小時(shí)，成為濕基植物物料；對(duì)于新鮮的植物物料，則作為濕基植物物料，直接對(duì)其進(jìn)行所述真空微波輻射。對(duì)于干的植物物料，在用水預(yù)浸之前，需要進(jìn)行切片或粉碎，至顆粒度不大于8mm。上述真空微波輻射的功率密度為15瓦/每克濕基植物物料，真空度為1085Kpa時(shí)，所述濕基植物物料的溫度為5090°C，輻射時(shí)間310分鐘。上述螺桿擠壓機(jī)為單螺桿或雙螺桿擠壓機(jī)，其螺桿的體積擠壓比為1:21:6。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是-本發(fā)明采用真空微波結(jié)合擠壓破碎對(duì)濕基植物物料進(jìn)行預(yù)處理，大部分植物細(xì)胞壁被破裂或使得細(xì)胞壁的強(qiáng)度變?nèi)?，?xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)分離，細(xì)胞結(jié)構(gòu)松散，之后再反復(fù)施加機(jī)械擠壓力、剪切力等，可以進(jìn)一步更完全、更徹底地撕裂細(xì)胞壁，改變和破裂植物的組織結(jié)構(gòu)，使植物有效成分的后續(xù)提取中有更高的得率。本發(fā)明避免現(xiàn)有技術(shù)中將植物物料置于提取罐或管道內(nèi)極性較強(qiáng)的溶劑(例如水)中進(jìn)行微波輻射處理，而是將植物物料僅用溶劑(例如水)進(jìn)行預(yù)浸，成為濕基植物物料進(jìn)行微波輻射，或者對(duì)新鮮的植物物料，作為所述濕基植物物料，直接對(duì)其進(jìn)行微波輻射，由于嚴(yán)格控制了溶劑的用量，微波能量?jī)H作用于細(xì)胞內(nèi)的溶劑，如此既利用了溶劑(例如水)幫助改變和破裂植物的組織結(jié)構(gòu)，又避免使用多量水等極性較強(qiáng)的溶劑時(shí)對(duì)微波的衰減性吸收，從而使微波能量的利用率高，需要輻射的時(shí)間短。本發(fā)明采用真空微波輻射，通過(guò)控制真空度，可以控制任意需要的溫度(一般5010(TC)，避免溫度的升高而破壞熱敏性活性成分。此外真空微波條件下由于物料所處的環(huán)境壓力較低，植物細(xì)胞也比常壓微波輻射條件下更容易膨化而破裂。本發(fā)明的處理時(shí)間短、處理量大。本發(fā)明在預(yù)處理過(guò)程中只使用水作為預(yù)浸溶劑，并嚴(yán)格控制了水的用量，而且預(yù)浸水分在真空微波輻射加熱過(guò)程中大部分蒸發(fā)汽化，所以并不影響后續(xù)常規(guī)提取中有機(jī)溶劑的濃度要求(有機(jī)溶劑提取使用的濃度一般在70~90%之間)。很好地解決了有機(jī)溶劑微波輻射時(shí)的防爆問(wèn)題。本發(fā)明使整體節(jié)能成為可能。雖然真空微波輻射結(jié)合擠壓破碎預(yù)處理消耗一定的微波能和機(jī)械能，但由于在真空微波處理物料過(guò)程中嚴(yán)格控制預(yù)浸水的用量，微波基本作用于細(xì)胞內(nèi)的水分，微波的作用效率高，微波的輻射處理時(shí)間只需數(shù)分鐘。機(jī)械擠壓破碎消耗的機(jī)械能也有限，經(jīng)過(guò)處理后的植物細(xì)胞壁態(tài)逆流提取或罐式攪拌提取的傳質(zhì)速度大大加快，所需的提取時(shí)間和溶劑用量減少程度大，總體的能耗費(fèi)用反而會(huì)較大幅度下降。本發(fā)明使得連續(xù)真空微波輻射處理設(shè)備的開(kāi)發(fā)成為可能。在現(xiàn)有真空微波干燥設(shè)備的開(kāi)發(fā)中，由于所需的真空度(真空度表示系統(tǒng)實(shí)際壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，即真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓強(qiáng))較大，在95KPa以上，連續(xù)式真空微波干燥設(shè)備在我國(guó)至今還沒(méi)有能成功開(kāi)發(fā)。而本項(xiàng)目由于真空微波處理的溫度50100"C之間，對(duì)應(yīng)的最高的真空度在85KPa左右，由于真空度要求的降低，完全可開(kāi)發(fā)出連續(xù)真空微波輻射處理設(shè)備，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)處理量大，自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。具體實(shí)施方式以下通過(guò)三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明。實(shí)施例一靈芝多糖的提取。將干靈芝粉碎成20-50目，用電子天平稱取100g，浸潤(rùn)水的重量500g，充分?jǐn)嚢杈鶆?，浸?rùn)1小時(shí)，真空微波輻射7分鐘，微波的功率密度2.5~3.0瓦/克(w/g)，真空度75Kpa;真空微波輻射后的靈芝立即進(jìn)入單螺桿擠壓機(jī)，螺桿的壓縮比1:3;后續(xù)再采用索氏法提取，80。C加熱回流提取2.5小時(shí)(h)，靈芝多糖的提取得率為1.753%。本發(fā)明加后續(xù)現(xiàn)有的索氏法提取與單獨(dú)用現(xiàn)有的索氏法提取的條件和結(jié)果的比較見(jiàn)表l(原料相同，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取均值)，從表l中數(shù)據(jù)可知，與沒(méi)有預(yù)處理的索氏法提取相比，本發(fā)明可減少提取溶劑(水)量33.3%，提取時(shí)間減少58.3%，通過(guò)本發(fā)明的預(yù)處理，提高有效成分靈芝多糖提取的得率效果顯著，靈芝多糖的得率提高33.70%。表l:本發(fā)明對(duì)靈脂多糖提取的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1中多糖提取率=,"00%,-多糖的質(zhì)量(g);,:靈芝原料的質(zhì)量(g，干基)。實(shí)施例二竹葉中竹葉黃酮的提取用電子天平稱取干竹葉(10~30目)200g，浸潤(rùn)水為800g，充分?jǐn)嚢杈鶆?，浸?rùn)0.5小時(shí)，真空微波輻射10分鐘，微波的功率密度1.52.0w/g，真空度65Kpa;真空微波輻射后的竹葉立即進(jìn)入單螺桿擠壓機(jī)，螺桿的壓縮比1:2。后續(xù)再采用傳統(tǒng)的水浴加熱法提取，水浴溫度9(TC，提取溶劑為水，加熱提取1小時(shí)(h)，竹葉黃酮的提取率為2.027%。本發(fā)明加后續(xù)現(xiàn)有的水浴加熱法提取與單獨(dú)現(xiàn)有的水浴加熱法提取的條件和結(jié)果的比較見(jiàn)表2(原料相同，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取均值，黃酮提取率的計(jì)算方法同表l)，從表2中數(shù)據(jù)可知，與沒(méi)有預(yù)處理的水浴加熱法提取相比，本發(fā)明方法可減少提取溶劑(水)37.5%，提取時(shí)間減少52%,通過(guò)本發(fā)明的預(yù)處理，提高有效成分竹葉黃酮提取的得率效果顯著，竹葉黃酮的得率提高24.3%。表2:本發(fā)明對(duì)竹葉黃酮提取的影響提取方法浸潤(rùn)水料比浸潤(rùn)時(shí)間(h)水浴加熱提取時(shí)間(h)總提取料液比黃酮提取率％提取率的偏差(RSD%)水浴加熱提取4:11.02.51:401.6310.054真空微波和擠壓組合預(yù)處理十水浴加熱提取4:11.01.21:252.0270.067實(shí)施例三銀杏鮮葉中黃酮的提取將新鮮的銀杏葉適當(dāng)?shù)厍兴椋秒娮犹炱椒Q取銀杏葉3Kg，真空微波輻射5分鐘，微波的功率密度4.04.5w/g，真空度45Kpa;真空微波輻射后的銀杏葉立即進(jìn)入單螺桿擠壓機(jī)，螺桿的壓縮比l:5。后續(xù)再采用現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)連續(xù)法提取，提取溶劑采用50%的乙醇溶液，溶劑溫度90°C，物料在動(dòng)態(tài)連續(xù)提取器中停流時(shí)間為1.2h，鮮銀杏葉黃酮的提取率為1.150%。本發(fā)明加后續(xù)動(dòng)態(tài)連續(xù)法提取與單獨(dú)用現(xiàn)有動(dòng)態(tài)連續(xù)法提取的條件和結(jié)果的比較見(jiàn)表3(原料相同，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取均值，黃酮提取率的計(jì)算方法同表l)，從表3中數(shù)據(jù)可知，與沒(méi)有預(yù)處理的現(xiàn)有動(dòng)態(tài)連續(xù)法提取相比，本發(fā)明方法可減少提取溶劑(水)44.4%，提取時(shí)間減少60%。通過(guò)本發(fā)明的預(yù)處理，提高有效成分鮮銀杏葉黃酮提取的得率效果顯著，鮮銀杏葉黃酮的得率提高26.34%。表3:本發(fā)明對(duì)銀杏鮮葉中黃酮提取的影響提取方法動(dòng)態(tài)逆流連續(xù)提取時(shí)間(h)總提取料液比黃酮提取率(%)提取率的偏差(RSD%)動(dòng)態(tài)逆流連續(xù)提取2.01:181.1500.067真空微波和擠壓組合預(yù)處理+動(dòng)態(tài)逆流連續(xù)提取0.81:101.4530.078以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例?？梢岳斫?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種植物有效成分提取的預(yù)處理方法，其特征在于在提取之前首先采用真空微波輻射濕基植物物料，然后用螺桿擠壓機(jī)對(duì)所述經(jīng)真空微波輻射過(guò)的植物物料反復(fù)施加機(jī)械擠壓力及剪切力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物有效成分提取的預(yù)處理方法，其特征在于:對(duì)于干基植物物料，在所述真空微波福射之前，首先用其重量比2至6倍的水預(yù)浸，預(yù)浸時(shí)間30分鐘1小時(shí)，成為所述濕基植物物料；對(duì)于新鮮的植物物料，則作為所述濕基植物物料，直接對(duì)其進(jìn)行所述真空微波輻射。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物有效成分提取的預(yù)處理方法，其特征在于對(duì)于千基植物物料，在用水預(yù)浸之前，進(jìn)行切片或粉碎，至顆粒度最大尺寸不大于8mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物有效成分提取的預(yù)處理方法，其特征在于所述真空微波輻射的功率密度為15瓦/每克濕基植物物料，真空度為1085Kpa時(shí)，所述濕基植物物料的溫度為509(TC，輻射時(shí)間310分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物有效成分提取的預(yù)處理方法，其特征在于-所述螺桿擠壓機(jī)為單螺桿擠壓機(jī)或雙螺桿擠壓機(jī)，其螺桿的體積擠壓比為1-21:6。全文摘要本發(fā)明為一種植物有效成分提取的預(yù)處理方法，在提取之前首先采用真空微波輻射濕基植物物料，然后用螺桿擠壓機(jī)對(duì)所述經(jīng)真空微波輻射過(guò)的植物物料反復(fù)施加機(jī)械擠壓力及剪切力。預(yù)處理后的植物物料再按照常規(guī)方法進(jìn)行植物有效成分的后續(xù)提取，如此對(duì)植物有效成分的提取有更高的得率，本方法還具有微波利用率高、不破壞目標(biāo)有效成分、處理時(shí)間短、能耗低以及對(duì)植物進(jìn)行預(yù)處理中由于不使用有機(jī)溶劑而能夠避免發(fā)生有機(jī)溶劑的爆炸事故，本發(fā)明適合應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。文檔編號(hào)A61K36/00GK101530435SQ200910031200公開(kāi)日2009年9月16日申請(qǐng)日期2009年4月29日優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日發(fā)明者崔政偉申請(qǐng)人:江南大學(xué)