CN101709057B - 染料木素的提取方法 - Google Patents

Abstract

染料木素的提取方法。被粉碎至粒度为20-80目的原料槐角与80～95v％乙醇以1/8～1/15(w/v)充分混合并泵送入流体动力声能发生器，在由其流动产生的频率为1k～3kHz和216～236dB声压级的声波作用下，使槐角苷进入提取溶剂并进一步水解。固液分离后，对液体部分除去溶剂后的非水溶性沉淀物用乙醇溶解，乙醇溶解后经硅胶柱层析并用乙醇洗脱，收集洗脱液，除去溶剂得染料木素。该方法是以无需外加能源的流体动力声能进行的绿色提取过程，可以直接得到染料木素，常温下无需添加任何附加成分即可完成并获得高纯度的提取物，最大限度避免了对有效成分的破坏。处理过程简单，设备稳定可靠，大大减少了提取设备和占地面积，可实现连续式作业，单位处理量大，大大缩短了提取时间，提取成本仅为现行常规方法的1/10～1/20。

Description

染料木素的提取方法

技术领域

本发明涉及对天然植物成分的提取，具体讲是利用流体动力产生的声能提取染料木素的方法。

背景技术

染料木素是天然植物槐角中的一种具有应用价值的功能成分。其提取方法目前多为先以醇提得到染料木素-4′-葡萄糖苷(槐角苷)成分，然后再经酸水解得到染料木素。此提取过程时间长、加热温度过高还会导致的有效成分分解和损失、提取液中含有的较多杂质为后续处理带来不便及影响有效成分的提出率等。

近年来，有将超声波用于植物天然成分提取的研究报道，取得了一定的研究成果。如王地人在“利用流体动力式超声波提取中药的实验研究”(《中国中药杂志》2008(14)Vol.33，2008.7)中，就报道了采用由压缩空气为动力源带动气哨产生的频率为20～30kHz的超声波作用于液体，对黄芩、银杏叶成分进行提取。公开号CN101524138A的中国文献中也提出了一种采用18～25kHz的超声波，在30～50℃条件下对天然植物原料成分进行提取的方法。该两文献中除采用了相近频率的超声波，利用其空化效应以及热效应和机械效应进行提取外，提取前都还需对原料进行1～2小时的浸泡处理。目前的超声波发生器(如北京弘祥隆生物技术开发有限公司等企业生产的超声波提取机)均为由电能驱动的超声波换能器，而电能驱动产生的超声波在使用中存在声屏蔽现象，会导致超声波的有效作用范围小，作用不均匀等缺点。其次，由于超声波换能器难以放大，处理能力小，也难以实现工业化生产。第三，超声波换能器的成本高，耗电量大，生产成本高。第四，超声波提取处理大多采取循环处理方式，也难以形成流水线式的连续提取，影响了提取效率。

发明内容

针对上述情况，本发明将提供一种由原料槐角中提取染料木素的新方法，以解决包括目前已有使用/报道的常规提取和超声波提取等方法所存在的问题。

本发明染料木素的提取方法，是利用液体流动的能量通过流体动力声能发生器时产生的声能作用提取原料中的成分，并能实现工业化生产。基本提取过程是，使被粉碎至粒度为20-80目的原料槐角与80％～95v％乙醇溶剂以重量/体积比为1/8～1/15充分混合，并在保持充分混合状态下使将其泵送入流体动力声能发生器，在由其流动所产生的频率为1k～3kHz和216～236dB声压级(注：水中0dB＝1μPa，下同)，特别优选为声波主频为1350Hz和声压级为235dB的声波作用下，使原料槐角中的染料木素-4′-葡萄糖苷(槐角苷)进入提取溶剂，并进一步发生水解反应。随后，将混合物料进行固液分离后得到的液体除去溶剂，并将其中的非水溶性沉淀物用乙醇溶解，用硅胶柱层析吸附分离，乙醇洗脱，收集洗脱液，除去溶剂，得到染料木素产物。

所说的流体动力声能发生器基本结构、原理、相关的频率公式等，具体可参见冯若主编《超声手册》(第591～594页)。本发明上述提取方法中所说的流体动力声能发生器，可以选择和参考目前已有文献(如上述《超声手册》)报道和/或使用的涡旋哨、簧片哨、哈特曼哨或其它设计形式的流体动力声能发生器。)

目前研究已证明，任何液体在其静止或运动过程中，因受到环境和气体分子运动的影响，不可避免地会有一些气体溶入，因此液体中就会悬浮着一批被称为“气核”的气相微泡。当液体中的压力降到空气分离压以下时，溶于液体中的气体可被突然迅速分离而产生大量气泡。当压力继续降低到在此温度下该液体的饱和蒸气压以下时，除液体中所含的气体析出而形成气泡外，液体本身还会剧烈地气化沸腾产生大量的气泡。由于液体气化和溶解气体的游离是向着作为核的空泡内进行的，结果就形成了充满着空气和蒸汽的气泡。当这些气泡随着液流进入高压区时，蒸汽高速凝结和气泡溃灭，流体质点向空腔中心高速冲动，产生强烈的冲击，就使瞬时的局部压力和局部温度急剧上升，即所说的“空化效应”。

由于声波在介质中的传播过程中存在着正负压强的交变周期。在正压相位时，声波挤压介质分子，增大了原来介质的密度；在负压相位时则又使介质分子离散，减小了介质的密度。当足够大振幅的声波作用于液体介质时，在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质发生断裂形成微泡，微泡继续长大成为空化气泡。这些气泡一方面可以重新溶解于液体介质中，也可能上浮并消失；另一方面随着声场的变化继续长大，直至负压达到最大值。在随即的压缩过程中，这些空化气泡被压缩，体积缩小，有些甚至完全消失。当脱出共振相位时，这时气泡内的压强已不能支撑其自身的大小，使空化气泡不再稳定而开始溃陷，产生空化效应，即所谓的“声空化”(Sound Cavitation)。由于气泡的崩溃时间极短，其过程可视为是绝热过程，因而空化气泡崩溃时可产生瞬时的高温、高压。

研究表明，声空化过程是一个集中声场能量并迅速释放的绝热过程。在空化时，空化核(气核)的寿命约为100ns至数微秒，气泡周围的微小空间可以形成局部热点(hotspot)，温度可高达5000K，压力高达50～500MPa，持续数微秒后，热点迅速冷却，冷却率(温度变化率)达109K/s，并伴随有强大的冲击波和速度为110m/s、具有强烈冲击力的微射流，这就为物质的变化提供了一个极端的物理环境和化学反应环境。

因此，流体流动过程中所产生的声波能量和声波在介质中传播所引发的机械效应、热学效应、空化效应等因素，可以使物料颗粒断裂、粉碎为更细小的微粒(例如可以细化至纳米级～10μm的微粒)、植物细胞的破壁、强分散、颗粒表面改性、体系强力搅拌等物理作用，可以使物料颗粒获得巨大的加速度和动能，增大物料微粒与溶剂之间的接触面积，加速提取溶剂穿透原料的组织，有利于提高原料从原料的固相基体迅速逸出游离转移到液相溶剂中的传质速率，有效改善提取纯度，提高提取收率，还可以使提取物化合物结构中的某些化学键断裂及加速化学反应、提高反应收率、引发新反应等化学作用。特别是在含有聚合物等成分的多相体系中，在产生的声波具有足够强度时，由于空化泡溃陷时产生的强大流体力学剪切力的作用，化合物(包括提取物成分和/或水等溶剂)分子结构中的化学键也可发生断裂，进一步分解产生如游离态的·H、·OH或其它形式的自由基，进而在液体中发生自由基反应，在空化泡周围界面可重新组合、或是与气相中的挥发性溶质反应、或是在气泡界面区、甚至在本体溶液中与可溶性溶质反应，形成相应的提取物和/或其它的产物成分。

实验显示，本发明的上述提取过程无需加热，使混合物料在室温下经过1～3次(级)所说的流体动力声能发生器进行处理后，再进行对所需提取物成分的分离，都可以取得满意的效果。其中，为有利于实现提取物的流水式连续提取，对混合物料进行多级提取处理时，优选的是不在同一流体动力声能发生器上进行循环处理，而是采用依次以同样方式由泵送装置送入顺序设置的各流体动力声能发生器的方式进行，还有利于避免循环处理所带来的各种不利影响。

通过流体动力声能发生器处理后的混合物料经固液分离后的液体部分，除去溶剂后进行柱层析时的一种优选方式，是将液体部分除去溶剂后所得到的膏状物等形式的沉淀物用水(特别是纯化水)充分分散洗涤，沉淀和分离(如离心分离等方式)，干燥后，再用乙醇溶解后进行硅胶柱层析吸附分离。吸附所用的柱层析硅胶，可以使用目前常用的包括工业用硅胶、实验室用硅胶等各种形式的层析用硅胶，其中尤以选择pH值为6.5～8，水分＜5％，比表面积为300～400m²/g的硅胶的效果为佳。

将所收集的柱层析洗脱液除去溶剂后的产物，即得到所说产物染料木素粗品。根据使用目的和要求，将该粗品用水进行结晶，特别是以80℃的水溶解后进行结晶，分离后减压干燥，可以得到染料木素晶体纯品。

由于本发明提取方法仅依靠液体流动本身作为产生声能的驱动能源而无需外加能源，利用所产生的一定频率和声压级的声能共同作用于原料而实现的，完全是一个绿色提取过程，且使用中不存在声屏蔽现象，声波的有效作用范围大，作用均匀，提取过程中对原料也无需预浸渍处理，在常温和无需添加任何附加成分的条件下即可完成使染料木素-4′-葡萄糖苷(槐角苷)由原料槐角中溶出和进一步的水解反应，得到最终产物染料木素，提高提取率并可获得高纯度的提取物，避免了高温提取对有效成分的破坏。所用的流体动力声能发生器处理设备稳定可靠，过程简单，大大减少了提取设备和占地面积，可实现连续式作业的工业化生产，单位处理量大，大大缩短了提取时间，综合提取成本仅为现行常规方法的1/10～1/20。

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

实施例

提取过程按下述步骤进行：

1.将槐角原料按常规方式净制后干燥，经破碎机破碎后过40目筛网，得到粒径40目的槐角原料颗粒。

2.取40目槐角颗粒100公斤，与1000升85～90％乙醇，加入混合罐中，经搅拌器以30r/min的速度搅拌30分钟，得到混合液。

3.开启液体泵，使混合罐中的处于充分混合状态的液体物料在室温下经过簧片哨、涡旋哨、哈特曼哨或其它形式的流体动力声能提取装置(试验结果显示基本相同)流体动力声能提取装置，实测声压级235dB，声波主频率1350Hz，处理后的溶液进入一级储存罐。

4.依次开启顺序设置的二、三级流体动力声能提取装置，以同样方式送入流体动力声能提取装置处理。

5.将三级储存罐中的液体经过200目过滤器除去渣滓后，再经离心分离。

6.离心分离后的药液进入浓缩工序，采用减压浓缩的方法，得浸膏粗品约15.4kg，回收后的乙醇经精馏后可再利用。

7.浸膏粗品加77kg纯化水，搅拌30分钟后静置沉淀。

8.离心分离所得沉淀物加15kg纯化水冲洗后，用干燥箱干燥，干燥温度80℃，干燥时间8小时。

9.干燥后的沉淀物加8L乙醇溶解后，用硅胶柱层析吸附。所用硅胶的参数为：pH值6.5-8，水分＜5％，有效物质含量＜99.9％，粒度为60-80目(粒径150～180μm)，比表面积300-400m²/g。吸附后用27L乙醇洗脱。

10.洗脱液用真空浓缩设备浓缩至膏状后(浓缩后约3.1kg)，立即加50kg的80℃的纯化水混匀，静置结晶。

11.将结晶体离心分离，60℃减压干燥4小时，得到精制的染料木素1.57kg。

检测结果：产物mp.297.5℃(染料木素标准品mp.294～298℃)，按照《中国药典》2005年版二部附录VD的高效液相色谱法检测所得晶体，并与染料木素标准品对照，上述产物的色谱主峰保留时间为2.865min(标准对照品保留时间为2.873min)，表明产物为与标准品一致的染料木素，以干燥品计算的含量为99.6％，也即所得的染料木素折合每千克干粉收率为1.57％，即每吨槐角干粉所提取的染料木素质量为15.7kg。另以醇提后再经酸水解制取染料木素的传统方法进行平行对比提取试验，染料木素的收率为0.45±0.1％，即每吨槐角干粉所提取的染料木素质量为4.5±1kg，本发明制取方法的槐角染料木素收率是传统方法的3.49倍。

Claims (9)

1.染料木素的提取方法，其特征是使被粉碎至粒度为20-80目的原料槐角与80％～95v％乙醇溶剂以重量/体积比为1/8～1/15充分混合，并在保持充分混合状态下使将其泵送入流体动力声能发生器，在由其流动所产生的频率为1k～3kHz和216～236dB声压级的声波作用下，使被提取物进入提取溶剂中，混合物料固液分离，对液体部分中除去溶剂后的非水溶性沉淀物用乙醇溶解，用硅胶柱层析吸附分离，乙醇洗脱，收集洗脱液，除去溶剂，得到染料木素产物。

2.如权利要求1所述染料木素的提取方法，其特征是所说的混合物料流经流体动力声能发生器的声波主频为1350Hz，声压级为235dB。

3.如权利要求1所述染料木素的提取方法，其特征是所说的混合物料流经流体动力声能发生器的处理温度为室温。

4.如权利要求1至3之一所述染料木素的提取方法，其特征是所说的混合物料经1～3级所说的由泵送装置送入流体动力声能发生器方式提取后，再进行得到所需提取物成分的分离。

5.如权利要求4所述染料木素的提取方法，其特征是所说的对混合物料的各级提取为依次以同样方式由泵送装置送入顺序设置的各流体动力声能发生器进行的提取处理。

6.如权利要求1至3之一所述染料木素的提取方法，其特征是所说的经流体动力声能发生器处理后的混合物料固液分离，液体部分除去溶剂，所得沉淀物水洗后干燥，再用乙醇溶解进行硅胶柱层析吸附分离。

7.如权利要求1至3之一所述染料木素的提取方法，其特征是所说柱层析吸附所用硅胶的pH值为6.5～8，水分＜5w％，比表面积为300～400m²/g。

8.如权利要求1至3之一所述染料木素的提取方法，其特征是所说收集的柱层析洗脱液除去洗脱溶剂后的产物，用水进行结晶。

9.如权利要求8所述染料木素的提取方法，其特征是进行所说的结晶时，将收集的柱层析洗脱液除去洗脱溶剂后的产物溶于80℃的水后进行结晶。