CN101863764A - 超临界co2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法 - Google Patents

超临界co2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及薏苡仁的深加工技术，特别是利用超临界CO2分步提取分段收集，获得在线制备薏苡仁酯和薏苡仁油的方法。一种超临界CO2分步提取及分段收集薏苡仁酯和薏苡仁油的方法，它包括以下步骤：粉碎制粒、整粒过筛、超临界CO2分步提取分段收集：将薏苡仁粉粒放入24L提取釜的料篮内，釜内通入超临界CO2，压力在10-30MPa之间分步增加，提取温度在40-60℃，薏苡仁酯、油由提取釜，经阀门降压进入分离釜，釜内压力在5-7MPa，温度40-60℃，CO2流量100-130L/hr，按提取时间分段收集，0.5-1.0hr/段，总时间为5-5.5hr。本发明采用分步升压分段收集的流程，可实现薏苡仁粉粒内的水分，薏苡仁酯，薏苡仁油和其他杂质的在线分离，克服了常规提取方法中还需要采用其他分离技术对提取物做进一步分离的弊病。

Description

超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法
技术领域
本发明涉及薏苡仁的深加工技术，特别是指利用超临界CO2分步提取分段收集，获得在线制备薏苡仁酯和薏苡仁油的方法。
背景技术
薏苡仁是禾本科植物薏苡(Coix Lachryma johi L.)的种仁，是一种食药同源的功能性食品原料，久食可养颜护肤、轻身益气、清热渗湿、消水肿和增进食欲。《本草纲目》中称其为上品养心药。薏苡仁中所含化学成分种类繁多，脂溶性成分主要薏苡仁油和薏苡仁酯，以及一些脂溶性维生素等，低和中等极性成分有三萜类、脂肪酸及甾醇类，极性强的成分有多糖类，蛋白质和氨基酸类等成分。研究表明其中许多成分具有药理活性，薏苡仁具有降压、降血糖、抗炎镇痛作用，近年又发现有抗肿瘤、免疫调节、抗病毒和治疗前列腺疾病的作用。
1961年，日本学者U.kita等首次从薏苡仁中分离出薏苡仁酯(Coixnolide)。它是薏苡仁的抗癌活性成分之一。随后的研究又发现薏苡仁的丙酮提取物中的油酸，亚油酸等不饱和脂肪酸也具有抗肿瘤的活性。
目前，薏苡仁油的抑制肿瘤细胞生长和转移的活性已成为医药界研究的热点，这可能与薏苡仁油中包含有多种抗肿瘤活性成分(例如油酸和亚油酸)有关。常规提取薏苡仁油和薏苡仁酯都采用丙酮，石油醚等化学溶剂，但是产品中残留的化学溶剂就限制了它在药品和食品中的应用。例如中国专利CN1031261C《一种薏苡仁酯的提取方法》就是采用丙酮从薏苡仁内来提取薏苡仁酯的。
油和酯的化学结构相似，在常温常压下，油的分子量比较小呈液态，酯的分子量比较大呈固态，二者之间没有明确的界限，因此温度比较高，二者互溶时油的色泽清澈，温度降低时油就逐渐变浑，温度再降低酯会在油中析出，因此，要将油中包含的酯分离，难度比较大，需要采用高新的分离技术。超临界CO2提取是近30年发展起来的一项高新技术，采用该技术提取的薏苡仁油，比常规石油醚，正己烷等化学溶剂提取的薏苡仁油，主要有两大优点：一是CO2无毒、无味、无嗅，在超临界状态下具有强的溶解力，而该溶解力又随超临界压力和温度的改变而变化，它提取的薏苡仁油没有化学溶剂的残留，安全无毒；二是提取温度低，35-60℃，易保持油中的活性成分不被破坏。
但是，常规的超临界CO2提取薏苡仁油，都是固定在一个压力和温度下操作，提取的薏苡仁油中不仅包含薏苡仁酯，有时还包含了杂质(即水分和一些薏苡仁内的脂溶性低极性的成分)，除去这些杂质还需要用其他设备做进一步精制。例如：中国专利CN1200995C《超临界二氧化碳提取薏苡仁粗油方法》就是在一个固定的压力下提取，获得粗油后还需要进一步精制才能得到精油。专利CN1234828C《超临界二氧化碳萃取薏苡仁油的方法》不仅如此，而且为了提高提取率，还在提取过程中添加了夹带剂(水，或者乙醇，含水乙醇)，这不仅增加了产品中脱除夹带剂的工艺，而且在提高提取率的同时，上述夹带剂会把薏苡仁内的一些弱极性或中等极性的成分也提取了出来，使薏苡仁油的色泽加深，杂质增多。目前，还没有关于采用超临界CO2将所提取出的薏苡仁油和薏苡仁酯实现在线分离的报道，本发明就是通过超临界CO2分步提取分步收集的方法，来达到提取和在线分离薏苡仁酯和薏苡仁油的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点，提供一种工艺简单、操作简便的超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法。
本发明所采用的技术方案为一种超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法，其要点在于它包括以下步骤：
1)粉碎制粒：将已脱壳去杂质的薏苡仁，粉碎为60-200目的细粉，倒入搅拌机内，一边搅拌一边加入占原料重量40％--80％纯净水，用20目筛进行湿法制粒，在55-60℃进行烘干，控制水分在5％以内，水分在3-4％时更佳；
2)整粒过筛：干燥成型的薏苡仁颗粒用10--20目筛整粒，再用50目筛将细粉筛出，筛出细粉返回重新制粒。
3)超临界CO2分步提取分段收集：二氧化碳钢瓶、二氧化碳储罐、提取釜、分离釜依次相接，其上方有管道用于CO2及薏苡仁油及薏苡仁酯通过，二氧化碳由二氧化碳钢瓶到二氧化碳储罐经热交换器I、高压泵、热交换器II依次进入提取釜、分离釜后，回到二氧化碳储罐完成一个工作循环，将经过整粒过筛的薏苡仁粉粒放入24L提取釜的料篮内，釜内通入超临界CO2，压力在10-30MPa之间分步增加，提取温度在40-60℃，提取釜下方有阀，用于控制CO2的通入，溶解有薏苡仁酯及薏苡仁油的超临界CO2由提取釜，经阀门降压进入分离釜，釜内压力在5-7MPa，温度40-60℃，CO2流量100-130L/hr，按提取时间分段收集，0.5-1.0hr/段，分离釜的下方为收集阀，分步提取与分段收集总时间为5-5.5hr。
具体如：超临界CO2分步提取的提取压力分别为10、15、20、25、30MPa分步提高，1hr/每步，分段收集按0.5hr/段收集。在10MPa或15MPa刚开始提取时，首先是脂溶性杂质和水分被提取出来，随着压力逐步提高，薏苡仁酯和薏苡仁油也被先后提取出来，在30MPa下继续提取时，薏苡仁油减少，低极性杂质增加而出现棕色油，当出现棕色油或薏苡仁油的提取率很低时就可停止操作。
本发明的优点在于采用分步升压分段收集的流程，通过分步升高超临界CO2的提取压力，也就是分步提高了超临界CO2的密度和溶解能力，当提取压力比较低时，超临界CO2的溶解能力低，只能将在该CO2中溶解度大的脂溶性杂质成分和水分提取出来，随着提取压力升高，CO2溶解能力增大，溶解度比较大的薏苡仁酯被提取出来，再随着压力进一步升高，溶解度比较小的薏苡仁油也被提取出来，在高压下继续提取时一些溶解度更小的低极性杂质最后也会被提取出来，使油色泽变深，因此通过分步升高超临界CO2的提取压力，溶解度不同的各成分被分步先后提取出来，再通过分段收集的方法，就可实现薏苡仁粉粒内的水分，薏苡仁酯，薏苡仁油和其他杂质的在线分离，在获得薏苡仁酯和薏苡仁油二种产品时，还同时将水分及一些杂质分离出，克服了常规提取方法中还需要采用其他分离技术对提取物做进一步分离的弊病。按本发明方法的不同工艺条件，可在线分离出黄白色的薏苡仁酯0.44-0.53％，浅黄色的薏苡仁精油3.96-4.71％，水分和其他杂质成分0.21-0.64％。
附图说明
图1为超临界CO2分步提取流程示意图
其中：1二氧化碳钢瓶  2二氧化碳储罐  3提取釜  4分离釜  6管道7阀门  9热交换器I  10高压泵  11热交换器II  12阀  13收集阀
具体实施方式
下面以不同的实施例对本发明进行详细的描述，所列举的实施例可以使本专业的技术人员更理解本发明，但不以任何形式限制本发明，如可将本发明扩大至多种植物油的超临界CO2分步提取和在线分离纯化：灵芝孢子油、玉米油、花生油和山茶油等。
实施例1：
一种超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法，它包括以下步骤：
1)粉碎制粒：将已脱壳去杂质的薏苡仁，粉碎为60-200目的细粉，倒入搅拌机内，一边搅拌一边加入占原料重量40％--80％的纯净水，用20目筛进行湿法制粒，在55-60℃进行烘干，控制水分在5％以内；
2)整粒过筛：干燥成型的薏苡仁颗粒用10--20目筛整粒，再用50目筛将细粉筛出，筛出细粉返回重新制粒；
3)超临界CO2分步提取分段收集：二氧化碳钢瓶1、二氧化碳储罐2、提取釜3、分离釜4依次相接，其上方有管道6用于CO2及薏苡仁油及薏苡仁酯通过，二氧化碳由二氧化碳钢瓶1到二氧化碳储罐2经热交换器I 9、高压泵10、热交换器II 11依次进入提取釜3、分离釜4后，回到二氧化碳储罐2完成一个工作循环。将经过整粒过筛的薏苡仁粉粒11.00kg，含水分2.9％，放入24L提取釜的料篮内，提取温度40℃，釜内通入超临界CO2，提取压力由10、15、20、25、30MPa分步提高；提取釜下方有阀12，用于控制CO2的通入；溶解有薏苡仁酯及薏苡仁油的超临界CO2由提取釜3，经阀门7降压进入分离釜4，分离釜4的压力为6MPa温度为45℃，CO2流量100L/hr，按0.5hr/段分段收集，分离釜(4)的下方为收集阀(13)，分步提取与分段收集总时间为5.5hr。具体过程和结果见表1。
表1分步升压分段收集薏苡仁酯和薏苡仁油实例1
Figure BSA00000166053000051
实施例2：
将粉碎制粒过筛的薏苡仁粉粒7.00kg，含水分3.3％，放入24L提取釜中，提取温度60℃，提取压力由15、20、25、30MPa分步提高，分离釜的压力6MPa温度45℃，CO2流量100L/hr，按提取时间0.5hr/段分段收集，具体过程和结果见表2。其余未述部分与上例相同。
表2分步升压分段收集薏苡仁酯和薏苡仁油实例2
Figure BSA00000166053000061
实施例3：
将粉碎制粒过筛的薏苡仁粉粒10.00kg，含水分4.2％，放入24L提取釜中，提取温度40℃，提取压力由15、20、25、30MPa分步提高，分离釜的压力6MPa温度55℃，CO2流量110L/hr，按提取时间0.5hr/段分段收集，具体过程和结果见表3。其余未述部分与实施例1相同。
表3分步升压分段收集薏苡仁酯和薏苡仁油实例3
Figure BSA00000166053000071
通过实验对本发明所提取的薏苡仁油(或薏苡仁酯)内的脂肪酸分析：
先将薏苡仁油样品甲酯化，再用GC/MS(气相色谱-质谱联用法)测定，在相同的色谱/质谱的条件下，用同一成分的色谱峰的峰面积的大小，来比较该成分在各样品中含量的多少，用总离子流的各峰面积归一化方法计算各种成分的相对百分比含量。
薏苡仁油的甲酯化：取150ml甲醇和70ml甲苯进行混合，用冰水冷却，缓慢加入7.5m1浓硫酸，放入冰箱保存作为甲酯化试剂备用。取100mg薏苡仁酯或薏苡仁油样品，放入小玻璃衍生瓶中，加2ml甲酯化试剂，在110℃恒温2小时，冷却，用石油醚萃取，萃取物用少量的蒸馏水洗涤，再用无水Na2SO4干燥，挥去石油醚，用甲醇溶解定容，进行GC/MS测定。
GC(气相色谱)条件：Finnigan Vayager/Trace2000，DB-5毛细管柱，30m×0.25m×0.25μm，程序升温：50℃→20℃/min→180℃→6℃/min→290℃(10min)，进样口250℃，氦气0.8mL/min.MS条件：EI源，离子源温度190℃，接口温度250℃，扫描质荷比范围29-540amu。结果见表4。
表4薏苡仁酯和薏苡仁油中主要脂肪酸的相对含量
  序号   保留时间(min)   分子量   化合物名称   薏苡仁酯相对含量(％)   薏苡仁油相对含量(％)
  1   12.59   268   C16烯酸甲酯   0.04   0.05
  2   12.89   270   棕榈酸甲酯   10.57   13.04
  3   13.89   282   C17烯酸甲酯   0.06   0.02
  4   14.20   284   C16酸甲酯   0.04   0.02
  5   15.20   294   亚油酸甲酯   22.31   30.18
  6   15.34   296   油酸甲酯   64.46   55.99
  7   15.60   298   硬脂酸甲酯   1.52   0.58
  8   17.98   324   花生烯酸甲酯   0.49   0.05
  9   18.32   326   花生酸甲酯   0.35   0.07
  10   20.96   354   C22碳酸甲酯   0.15   0.02
表4中薏苡仁酯和薏苡仁油内都含有大量的油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸，相对百分含量相近。但是，在上述相同的色谱/质谱的条件下，以同一成分的色谱峰的峰面积的大小来计算：薏苡仁酯内包含的不饱和脂肪酸总含量是薏苡仁油的3.0-3.2倍。

Claims (3)

1.一种超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)粉碎制粒：将已脱壳去杂质的薏苡仁，粉碎为60-200目的细粉，倒入搅拌机内，一边搅拌一边加入占原料重量40％--80％的纯净水，用20目筛进行湿法制粒，在55-60℃进行烘干，控制水分在5％以内；
2)整粒过筛：干燥成型的薏苡仁颗粒用10--20目筛整粒，再用50目筛将细粉筛出，筛出细粉返回重新制粒；
3)超临界CO2分步提取分段收集：二氧化碳钢瓶(1)、二氧化碳储罐(2)、提取釜(3)、分离釜(4)依次相接，其上方有管道(6)用于CO2及薏苡仁油及薏苡仁酯通过，二氧化碳由二氧化碳钢瓶(1)到二氧化碳储罐(2)经热交换器I(9)、高压泵(10)、热交换器II(11)依次进入提取釜(3)、分离釜(4)后，回到二氧化碳储罐(2)完成一个工作循环，将经过整粒过筛的薏苡仁粉粒放入24L提取釜的料篮内，釜内通入超临界CO2，压力在10-30MPa之间分步增加，提取温度在40-60℃；提取釜下方有阀(12)，用于控制CO2的通入，溶解有薏苡仁油及薏苡仁酯的超临界CO2由提取釜(3)，经阀门(7)降压进入分离釜(4)，釜内压力在5-7MPa，温度40-60℃，CO2流量100-130L/hr，按提取时间分段收集，0.5-1.0hr/段，分离釜(4)的下方为收集阀(13)，分步提取与分段收集总时间为5-5.5hr。
2.根据权利要求1所述的一种超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法，其特征在于粉碎制粒时，粒子的最佳水分在3-4％。
3.根据权利要求1所述的一种超临界CO2分步提取及分离薏苡仁酯和薏苡仁油的方法，其特征在于超临界CO2分步提取的提取压力分别为10、15、20、25、30MPa分步提高，1hr/每步，分段收集按0.5hr/段收集，在10MPa或15MPa刚开始提取时，首先是脂溶性杂质和水分被提取出来，随着压力逐步提高，薏苡仁酯和薏苡仁油也被先后提取出来，在30MPa下继续提取时，薏苡仁油减少，一些低极性杂质增加而出现棕色油，当出现棕色油或薏苡仁油的提取率很低时就可停止操作。
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