CN101856427B - 从马铃薯皮中提制龙葵素的方法 - Google Patents

Abstract

一种从马铃薯皮中提制龙葵素的方法，包括以超声波辅助乙醇安全无毒地从马铃薯皮中提取龙葵素粗提物；及将龙葵素粗提物以大孔吸附树脂分离纯化制得马铃薯龙葵素提取物。该方法能安全有效地工业化生产20～35％纯度规格的马铃薯龙葵素提取物，实现马铃薯资源的高值化利用和系列产品的工业化生产，且采用天然产物化学和中药现代化生产技术提取、及分离纯化马铃薯主要活性成分龙葵素，充分体现了绿色化学生产的理念。

Description

从马铃薯皮中提制龙葵素的方法

技术领域：

本发明涉及一种提取、及分离纯化园艺植物中生理活性成分的绿色化学工艺技术，尤指一种采用超声波辅助提取、及大孔吸附树脂分离纯化马铃薯皮中龙葵素的方法。

背景技术：

马铃薯(Solanum tuberosum L.)为茄科茄属一年生草本植物，有土豆、山药蛋、荷兰薯、洋芋等多种称谓，与水稻、小麦、玉米、高粱一起并称为世界五大粮食作物。我国是世界上最大的马铃薯生产国，种植面积占世界的1/4，产量占1/5。马铃薯块茎富含淀粉，含量可达9％～30％；同时还含有生物碱、花色苷等多种生理活性成分。近年研究发现，马铃薯中含有的生物碱是一类叫龙葵素的活性物质，是由含氮的类固醇基和1～4个单糖通过3-O-糖苷键所组成的甾类化合物，主要分为茄碱(solanine)和卡茄碱(chaconine)两大类。龙葵素不溶于水、乙醚、石油醚，而溶于甲醇，乙醇，戊醇，丙酮等，对碱较稳定，pH大于8时沉淀；在马铃薯中含量为3～10mg/100g；当马铃薯发芽、变绿或腐烂时，龙葵素的含量会显著提高。研究表明，龙葵素具有免疫调节、止咳、抑制乙酰胆碱酯酶、抑制消化道肿瘤细胞的增殖、抑制胃癌与直肠癌以及植物病虫害等多种生理功能。然而，目前国内外对马铃薯的深加工主要集中于淀粉的提取与利用，而龙葵素等生理活性成分大多作为副产物而被浪费。

目前关于提取马铃薯龙葵素粗提物的主要技术有：段光明等对3个马铃薯品种的9个样品分别采用单溶剂(甲醇)法、双溶剂(甲醇-氯仿)法、混合溶剂(四氢呋喃∶水∶乙腈∶冰乙酸＝500∶300∶200∶10)法进行了龙葵素的提取，认为混合溶剂提取法的提取率最高，达28.2mg/100g。张薇等对马铃薯龙葵素分别采用乙醇提取、乙醇-乙酸法(双溶剂法)索氏提取以及混合溶剂法(乙醇∶乙腈∶冰乙酸＝500∶300∶200)提取，认为双溶剂提取效率最好，薯皮中龙葵素提取得率达26.6mg/100g。张薇等又采用微波辅助乙醇-乙酸双溶剂法提取马铃薯皮中的龙葵素，并通过4因素3水平正交试验确定了最佳提取参数为乙醇-冰乙酸体积比100∶10，料液比1∶20，微波功率540W，提取时间6min，龙葵素提取得率为5.11mg/g。

另外，有关植物源性生物碱的分离纯化研究较多，如采用X-5大孔吸附树脂分离纯化新乌头碱和乌头总碱，大孔吸附树脂NKA-9、D-101、AB-8对白芥子生物碱的吸附性能，D101大孔吸附树脂分离纯化黄连总生物碱的效果最好，这些研究都为生物碱类物质的分离纯化提供了可借鉴的方法和参数，然而却鲜见马铃薯龙葵素的分离纯化研究。

马铃薯化学成分复杂，既含有易溶于乙醇等极性溶剂的活性成分，也含有易溶于水或缓冲液的蛋白质、酶、多糖等水溶性生物大分子杂质和鞣质、有机酸、低聚糖等不溶性生物小分子杂质，甚至还含有易溶于石油醚等非极性溶剂的脂类、树胶等脂溶性杂质成分。显然上述有关马铃薯龙葵素提取及植物源性生物碱分离纯化方法虽能制备具有一定纯度和得率的马铃薯龙葵素提取物，但由于受到技术手段的限制以及加工过程中使用了大量的有毒有机溶剂或化学制剂，使得产品明显存在安全性欠佳或者纯度与得率不高、易吸湿、功效不明显、产品的品质和市场竞争力不足等缺陷。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种高效、绿色安全、低成本、高得率、较高纯度、适用于工业生产的，以超声波辅助乙醇提取、及用大孔吸附树脂分离纯化从马铃薯皮中提制龙葵素的方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种从马铃薯皮中提制龙葵素的方法，该方法包括如下步骤：

a、以超声波辅助乙醇从马铃薯皮中提取龙葵素粗提物：取于室温遮光条件下放至变绿且发出新芽的马铃薯皮3～6mm厚，于50～80℃烘干至恒重，粉碎，过0.2～0.8mm筛；用体积浓度为30～95％并经冰乙酸调节pH值为2～6的乙醇，按1公斤马铃薯皮粉加10～25升乙醇的比例在30～90℃以100～300W超声辅助提取两次，每次提取时间为10～30分钟，合并两次提取的粗滤液并过200目尼龙布，离心，取澄清液，离心转速为3000～5000转/分，离心时间为5～15min；将澄清液在-0.05～-0.09MPa、40～45℃下浓缩，回收乙醇溶剂后真空冷冻干燥，得粗提物，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度测定法分析，为龙葵素粗提物；

b、将上述龙葵素粗提物以大孔吸附树脂分离纯化：用1％体积浓度的硫酸溶液，按3～6克上述龙葵素粗提物加20～60毫升硫酸溶液的比例溶解龙葵素粗提物，得溶解液；在室温下，将溶解液上样使大孔吸附树脂吸附至饱和，上样体积2～4BV(该BV是相对于树脂量而言的，是体积为2～4倍树脂量的料液，简写为2～4BV；以下所有的BV均是相对于树脂量而言的)，上样流速2～4BV/h，然后用1～3BV的水以1～3BV/h的流速冲洗杂质，再用1～5BV的体积浓度为60～95％的食用乙醇以1～3BV/h的流速洗脱龙葵素，收集洗脱液；将洗脱液在-0.05～-0.09MPa、40～70℃条件下浓缩回收乙醇，真空冷冻干燥，即得龙葵素提取物。

上述提及的大孔吸附树脂为D1400、D101、或ADS-21，优选为D1400。

上述大孔吸附树脂的处理：试验所用新购树脂需先用体积浓度为80～95％食用乙醇浸泡20～30小时，充分溶胀后装柱，用体积浓度为80～95％的食用乙醇清洗至流出液加等量蒸馏水无白色浑浊为止，再用蒸馏水洗至无醇味即可。已使用过树脂则需采用1～5％NaOH浸泡1～5小时后水洗至中性，再用1～5％柠檬酸浸泡1～5h后水洗至中性即可。

上述步骤中，采用经静态吸附与解吸筛选出来的大孔吸附树脂吸附马铃薯龙葵素，对未被大孔吸附树脂吸附部分，经减压浓缩回收乙醇。对上述步骤中吸附在大孔吸附树脂的马铃薯龙葵素进行洗脱回收，先用水洗去极性杂质和小部分色素，再采用较高浓度的食用乙醇洗脱马铃薯龙葵素，得到的龙葵素纯度为20-35％。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、集成采用超声波辅助乙醇安全无毒地提取马铃薯龙葵素粗提物、及大孔吸附树脂分离纯化马铃薯龙葵素等方法，不仅能安全有效地工业化生产不同纯度规格的马铃薯龙葵素提取物，用于后续的抗癌、免疫调节、抗植物病虫害等功能产品的研发，而且可以安全、简便、合理、经济地实现马铃薯资源的高值化利用和系列产品的工业化生产，充分体现了绿色化学生产的理念和循环经济的策略。因而，本发明具有理论新颖、技术科学、操作及产品安全、工艺简便、经济可行、环境友好等特点。

2、采用天然产物化学和中药现代化生产技术提取、及分离纯化马铃薯主要活性成分龙葵素，将其制成国际通行的各种纯度规格的马铃薯龙葵素提取物，较好地顺应和满足现代功能食品、保健品、药品、食品添加剂、饲料添加剂、日化用品等健康领域对其天然、安全、有效、方便的需求，同时，符合国家农业现代化与国际化的产业政策。

具体实施方式：

以湖南本地马铃薯为研究对象，将新鲜马铃薯于室温遮光条件下放置5-15天，待马铃薯皮变绿，发出新芽，备用。

实施例1：

取上述5mm厚的马铃薯皮600克，放置60℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后过0.5mm筛，然后采用体积浓度为70％并经冰乙酸调节pH至3的乙醇，按1公斤马铃薯皮粉加15升乙醇的比例在65℃下以160W超声辅助提取20分钟后趁热过滤，滤液快速冷却，渣再按1公斤马铃薯皮粉加15升乙醇的比例用体积浓度为70％并经冰乙酸调节pH至3的乙醇于65℃下以160W超声辅助提取20分钟后趁热过滤，滤液快速冷却，合并两次的滤液过200目尼龙布，再用离心机在4000转/分钟下进行离心澄清10min，取澄清液于-0.05～-0.09MPa、42℃条件下浓缩，回收食用乙醇溶剂后真空冷冻干燥，制得马铃薯龙葵素的粗提物175克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得龙葵素的提取得率为马铃薯皮粉原料质量的0.84％，粗提取物中龙葵素的纯度为2.88％。

按3克上述龙葵素粗提物加25毫升1％的硫酸的比例将上述龙葵素粗提物溶解，然后将溶解液按上样体积3BV、上样流速3BV/h的操作参数进行上样，使D1400大孔吸附树脂吸附至饱和，进而采用2BV的水以2BV/h的流速冲洗杂质，再用3BV体积浓度为80％的食用乙醇以2BV/h的流速洗脱龙葵素，收集洗脱液，并将洗脱液在-0.05～-0.09MPa、55℃条件下浓缩回收乙醇、真空冷冻干燥，即得马铃薯龙葵素提取物11.54克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得分离纯化工艺中龙葵素的得率为77.75％，纯度为33.95％，是龙葵素粗提物的11.8倍。

实例2：

取上述3mm厚的马铃薯皮600克，放置50℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后过0.2mm筛，然后采用体积浓度为30％并经冰乙酸调节pH值为6的乙醇，按1公斤马铃薯皮粉加25升乙醇的比例在30℃下以300W超声辅助提取10分钟后趁热过滤，滤液快速冷却，渣再按1公斤马铃薯皮粉加25升乙醇的比例用体积浓度为30％并经冰乙酸调节pH值为6的乙醇于30℃下以300W超声辅助提取10分钟后趁热过滤，滤液快速冷却，合并两次的滤液过200目尼龙布，再用离心机在5000转/分钟下进行离心澄清5min，取澄清液于-0.05～-0.09MPa、40℃条件下减压浓缩，回收食用乙醇溶剂后真空冷冻干燥，制得马铃薯龙葵素的粗提物167.18克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得龙葵素的提取得率为马铃薯皮粉原料质量的0.73％，粗提取物中龙葵素的纯度为2.62％。

按4克上述龙葵素粗提物加40毫升1％的硫酸的比例将龙葵素粗提物溶解，然后将溶解液按照上样体积2BV、上样流速2BV/h的操作参数进行上样，使D101大孔吸附树脂吸附至饱和，进而采用1BV的水以1BV/h的流速冲洗杂质，再用1BV体积浓度为65％食用乙醇以1BV/h的流速洗脱龙葵素，收集洗脱液，并将洗脱液在-0.05～-0.09MPa、40℃条件下浓缩回收乙醇、真空冷冻干燥，即得马铃薯龙葵素提取物12.25克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得分离纯化工艺中龙葵素的得率为73.76％，纯度为26.37％，是龙葵素粗提物的10.06倍。

实例3：

取上述6mm厚的马铃薯皮600克，放置80℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后过0.8mm筛，然后采用体积浓度为95％并经冰乙酸调节pH值为2的乙醇，按1公斤马铃薯皮粉加10升乙醇的比例在90℃下以100W超声辅助提取30分钟后趁热过滤，滤液快速冷却，渣再按1公斤马铃薯皮粉加10升乙醇的比例用体积浓度为95％并经冰乙酸调节pH值为2的乙醇于90℃下以100W超声辅助提取30分钟后趁热过滤，滤液快速冷却，合并两次的滤液过200目尼龙布，再用离心机在3000转/分钟下进行离心澄清15min，取澄清液于-0.05～-0.09MPa、45℃条件下浓缩，回收食用乙醇溶剂后真空冷冻干燥，制得马铃薯龙葵素的粗提物155.81克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得龙葵素的提取得率为马铃薯皮粉原料质量的0.67％，粗提取物中龙葵素的纯度为2.58％。

按6克上述龙葵素粗提物加60毫升1％的硫酸的比例将龙葵素粗提物溶解，然后将溶解液按照上样体积4BV、上样流速4BV/h的操作参数进行上样，使ADS-21大孔吸附树脂吸附至饱和，进而采用3BV的水以3BV/h的流速冲洗杂质，再用5BV体积浓度为95％食用乙醇以3BV/h的流速洗脱龙葵素，收集洗脱液，并将洗脱液在-0.05～-0.09MPa、70℃条件下真空浓缩回收乙醇、真空冷冻干燥，即得马铃薯龙葵素提取物11.23克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得分离纯化工艺中龙葵素的得率为69.56％，纯度为24.91％，是龙葵素粗提物的9.66倍。

对比实验1(因暂未发现利用大孔树脂分离纯化马铃薯龙葵素的报导，所以未提供对比实验)：

取上述5mm厚的马铃薯皮600克，放置60℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后过0.3mm筛，然后采用乙醇-乙酸双溶剂法，按1公斤马铃薯皮粉加20升溶剂(乙醇与乙酸的体积比为100∶10)的比例在540W的微波功率下提取6分钟；抽滤后，将滤液和残渣装入索氏提取器中，在65℃下提取16小时后趁热过滤，滤液快速冷却，过200目尼龙布，再用离心机在4000转/分钟下进行离心澄清10min，取澄清液于-0.05～-0.09MPa、42℃条件下浓缩，回收溶剂后真空冷冻干燥，制得马铃薯龙葵素的粗提物164.47克，用α-茄碱标准品为基础的紫外可见分光光度法测得龙葵素的提取得率为马铃薯皮粉原料质量的0.54％，粗提取物中龙葵素的纯度为1.97％。

Claims (1)

1.一种从马铃薯皮中提制龙葵素的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a、以超声波辅助乙醇从马铃薯皮中提取龙葵素粗提物：取于室温遮光条件下放至变绿且发出新芽的马铃薯皮3～6mm厚，于50～80℃烘干至恒重，粉碎，过0.2～0.8mm筛；用体积浓度为30～95％并经冰乙酸调节pH值为2～6的乙醇，按1公斤马铃薯皮粉加10～25升乙醇的比例在30～90℃以100～300W超声辅助提取两次，每次提取时间为10～30分钟，合并两次提取的粗滤液并过200目尼龙布，离心，取澄清液；将澄清液在-0.05～-0.09MPa、40～45℃条件下浓缩，回收乙醇溶剂后真空冷冻干燥，即得龙葵素粗提物；

b、将上述龙葵素粗提物以大孔吸附树脂分离纯化：用1％体积浓度的硫酸溶液，按3～6克上述龙葵素粗提物加20～60毫升硫酸溶液的比例溶解龙葵素粗提物，得溶解液；在室温下，将溶解液上样使大孔吸附树脂吸附至饱和，上样体积2～4BV，上样流速2～4BV/h，然后用1～3BV的水以1～3BV/h的流速冲洗，再用1～5BV的体积浓度为60～95％的食用乙醇以1～3BV/h的流速洗脱龙葵素，收集洗脱液；将洗脱液在-0.05～-0.09MPa、40～70℃条件下浓缩，回收乙醇，真空冷冻干燥，即得龙葵素提取物，

其中，上述大孔吸附树脂为D1400、D101、或ADS-21。