CN102093369A - 一种从蚕砂中提取叶绿素并制备铁叶绿酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从蚕砂中提取叶绿素并制备铁叶绿酸钠的方法,属于中药领域。该方法利用超微粉碎提取技术,在中等浓度乙醇和温控条件下,按照萃取—皂化—纯化—铁化—碱化的工艺步骤,从蚕砂中制得较高纯度的铁叶绿酸钠和叶绿素衍生物,提高了生产效率,其效果明显优于现有技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种从中药蚕砂中提取叶绿素及制备铁叶绿酸钠的方法,属于中药领域。
背景技术
叶绿素是我国和大多数国家允许使用的天然色素,其衍生物在医药上具有促进伤口愈合、抗溃疡、抗肿瘤、抗微生物、防癌、保肝、抗贫血等多方面的生物活性。叶绿素的基本结构与人类及大多数动物血液中的血红素结构极其相似,都是四吡咯金属化合物,主要区别在于叶绿素的中心原子是镁,而血红素的中心原子是铁。以亚铁离子置换叶绿素的镁离子制成铁叶绿酸钠(也称为叶绿酸铁钠、叶绿素铁钠盐等)后,其结构与血液中的血红蛋白极其相似,是治疗缺铁性贫血的良剂,有报道显示铁叶绿酸钠中有机铁的作用相当于硫酸亚铁的12.5倍。
虽然叶绿素在植物体内大量分布,但含量是比较低的,不适合大规模提取。蚕砂是蚕的粪便,蚕在摄取桑叶后,吸收了大部分营养成分,剩下的不能吸收和利用的成分排出体外,形成蚕砂,其中富含叶绿素,因此,蚕砂历来是提取叶绿素和制备叶绿素衍生物的一种重要原料。虽然蚕砂中的叶绿素含量比桑叶提高了(一般为0.8%-2.0%),但与含有蛋白质、纤维素、果胶质、木质素和脂肪质等组分相比仍然低得多,其一般组成为:水分12%,粗蛋白质15.4%,粗脂质2.6%,粗纤维19.6%,可溶性非氮物36.2%,此外尚含构成细胞壁与粗纤维结合的果胶质和木质素等。
现有技术从蚕砂中提取叶绿素进而制备铁叶绿酸钠的方法,目前主要为有机溶剂加热回流法。为保证提取充分,此类方法一般需浸润过夜,再回流提取数小时,速度慢,耗时长,提取的叶绿素纯度低,且后期提取液的纯化过程有机溶剂消耗量大;同时,由于叶绿素的热敏性,在80℃以上极容易被破坏,因此加热回流提取时,尤其以较高沸点的乙醇为溶剂提取(考虑到经济环保)时,叶绿素往往受到一定程度的破坏。在CN100390176C号专利授权文件中,在蚕砂提取叶绿素前,增加了微波预处理的工艺,破坏组织细胞,减小叶绿素渗透细胞溶解到有机溶剂的阻力,从而提高提取效率,但该技术一个明显的不足之处在于,微波处理物料的温度极高,即使处理时间在30-90秒,高温也会破坏部分叶绿素,从而大大降低了提取率。向纪明等在《蚕砂中叶绿酸铜钠、铁叶绿酸钠的提制及应用》(《安康师专学报》,1999年9月,P40-42)中详细记载了从蚕砂中提制铁叶绿酸钠的原理及提取工艺,提取工艺包括萃取—皂化—纯化—铁化—碱化共五个步骤,上述生产工艺为目前蚕砂提取叶绿素并制备铁叶绿酸钠的常规方法,在CN1451395A号专利申请公开文件中即使用了该技术。现有技术的叶绿素均是以有机溶剂直接提取而得,存在速度慢,耗时长,提取液杂质多,叶绿素纯度低,后期的处理过程有机溶剂耗量大,能耗高等诸多缺陷,不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的以蚕砂为原料提取叶绿素进而制备铁叶绿酸钠的方法,克服现有技术不足之处,提高铁叶绿酸钠的生产效率和产品纯度。
本发明以蚕砂为原料制备铁叶绿酸钠的方法包括以下步骤:
A、提取叶绿素:将蚕砂置于超微振动磨中,加入蚕砂重量0.5-1倍的70%-80%乙醇,控制粉碎筒温度45~55℃,超微振动提取2-5分钟,再加入蚕砂重量2-5倍的70%-80%乙醇继续在45~55℃条件下超微振动提取5-15分钟,出料,将料液以静置、滤过或离心方式,分得上清液和药渣;将药渣重置超微振动磨中,加入蚕砂重量2-5倍的70%-80%乙醇,在45~55℃条件下超微振动提取5-15分钟,出料,料液以静置、滤过或离心方式,分得上清液和药渣;将两次所得上清液合并,回收乙醇,滤除水液,即得叶绿素粗提物;
B、精制叶绿素:将步骤A所得叶绿素粗提物用去离子水洗涤1-3次,每次去离子水的用量为叶绿素粗提物重量的1-5倍,滤过,所得滤渣即为叶绿素精提物;
C、皂化除杂:将叶绿素精提物用120号汽油溶解,加入足量的NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层,分取下层皂化液,以120号汽油洗涤至汽油层色淡(即显现汽油本身具有的淡黄色),分取皂化液;
D、铁化:将除杂后的皂化液以酸溶液调节pH值至2-4,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.12-0.18倍的FeCl2·4H2O,加热保持微沸至溶液呈深绿色为止,回收丙酮,得铁代产物;
E、碱化:取铁代产物以去离子水洗至无游离铁离子,溶解于丙酮或95%乙醇中,再加入足量NaOH乙醇溶液,至不再有沉淀产生为止,滤过,所得沉淀即为铁叶绿酸钠。
本发明方法亦可首先将蚕砂置于超微振动磨中进行超微粉碎,再将提取溶剂加入超微振动磨中与蚕砂粉共同超微振动提取。
优选的以蚕砂为原料制备铁叶绿酸钠的方法包括以下步骤:
A、提取叶绿素:将蚕砂置于超微振动磨中,加入蚕砂重量1倍的75%乙醇,控制粉碎筒温度50℃,超微振动提取3分钟,再加入蚕砂重量3倍的75%乙醇,在50℃条件下超微振动提取10分钟,出料,料液离心分离,得上清液和药渣;上清液备用,药渣重置超微振动磨中,加入蚕砂重量3倍的75%乙醇,在50℃条件下超微振动提取10分钟,出料,料液离心分离,得上清液和药渣;将两次所得上清液合并,回收乙醇,滤除水液,得叶绿素粗提物;
B、精制叶绿素:将步骤A所得叶绿素粗提物用去离子水洗涤2次,每次去离子水的用量为叶绿素粗提物重量的1倍,滤过,所得滤渣即为叶绿素精提物;
C、皂化除杂:将叶绿素精提物用5倍重量的120号汽油溶解,再加入叶绿素精提物0.3倍量30%NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层;分取下层皂化液,以120号汽油洗至汽油层色淡,分取皂化液;
D、铁化:将除杂后的皂化液以酸溶液调节pH值至2-4,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.16倍的FeCl2·4H2O,加热保持微沸至溶液呈深绿色为止,回收丙酮,得铁代产物;
E、碱化:取铁代产物以去离子水洗至无游离铁离子,溶解于丙酮或95%乙醇中,再加入足量NaOH乙醇溶液,至不再有沉淀产生为止,滤过,所得沉淀即为铁叶绿酸钠。
上述步骤D中的FeCl2·4H2O也可以用其他亚铁离子盐代替,如含有同量亚铁离子的FeSO4。
本发明为解决叶绿素提取率和纯度较低的问题,采用了完全不同的思路:以中等浓度乙醇配合超微振动提取。
超微粉碎技术是目前中药粉碎技术领域的热点,本发明人在改善叶绿素提取率的研究过程中也曾尝试过超微粉碎技术,即:按照常规方法将蚕砂进行超微粉碎,然后将粉碎物用95%乙醇或丙酮进行提取,结果发现提取出的杂质非常多,叶绿素的分离成本极高。发明人进行了反复的试验,以期找到更好的分离手段,但一直不理想;此后在对蚕砂各成分进行层析分析时,发明人偶然发现,叶绿素在中等浓度乙醇中依然有较好的溶解度,并且杂质较容易洗脱掉,于是发明人摒弃低极性溶剂提取的常规思路,又经多次试验后终于确定以75%的乙醇作为叶绿素的最佳提取溶剂。
在接下来的生产实践中,发明人又遇到了超微粉碎普遍存在的难题,即:(1)在药材粉碎过程中,随着颗粒粒径的减小,进一步粉碎时需要的能量不断增大,当颗粒粒径达到一定程度后,粉碎效率明显降低(2)既便在粉碎完成后,由于粒径表面能增加,从而使颗粒处于不稳定状态,表现为流动性差、易聚集形成假大颗粒,可湿性增加、易吸潮,吸附性增加,易吸附空气中的杂质等。发明人在解决粉碎难题的过程中,再次提出创造性技术方案,即:将提取溶剂加入到粉碎机中,边粉碎边提取。经实验证实,在整个提取过程中,蚕砂的破壁粉碎与成分的提取同时进行,超微粉碎可将细胞壁打破,其中的有效成分充分暴露出来,蚕砂粉的表面积大大增加,振动磨的高速振动所产生的高能量使有效成分迅速溶解,从而提高了成分的溶出速度,大大缩短了提取时间,数分钟即可达到较高的提取效率。发明人同时还发现,将粉碎提取容器的温度通过外加恒温装置控制在50℃左右,超微提取的效果最佳。
综合上述技术效果可见,控温条件下的超微振动提取方法配合中等浓度乙醇溶剂对叶绿素提取率较常规提取方法有明显的提高;此外,采用70%-80%乙醇提取,与传统的非极性溶剂相比,不仅廉价、环保,且蚕砂中的粗纤维、蛋白质、粘液质等高分子杂质不易被提取出来,有利于更好的提取和精制;最后的水洗程序,除去了提取物中含有的可溶性非氮物、水溶性蛋白、多糖、单糖等杂质,使得提取的叶绿素不仅收率高,而且纯度较高。高纯度的叶绿素提取物,含有较少的杂技和有机溶剂,也为下一步制备出高品质的铁叶绿酸钠创造了有利条件,整个工艺过程安全简单、成本低廉,利于工业化生产。
为验证本发明的效果,发明人将本发明技术与现有技术进行了对比研究。
一、铁叶绿酸钠提取物的制备:从取同一批次的蚕砂中均匀取出三份,每份5Kg,分别按如下三种方法制备铁叶绿酸钠提取物,称定重量。
方法一(本发明方法):将蚕砂置于超微振动磨中,加入5Kg 的75%乙醇,控制粉碎筒温度50℃,超微振动提取3分钟,再加入15Kg的75%乙醇,继续在50℃条件下超微振动提取10分钟,出料,料液离心分离,得上清液和药渣;上清液备用,药渣重置超微振动磨中,另加入15Kg的75%乙醇,在50℃条件下再超微振动提取10分钟,出料,料液离心分离,得上清液和药渣;将两次所得上清液合并,回收乙醇,滤除水液,得叶绿素粗提物;将此粗提物用同样重量的去离子水洗涤2次,滤过,得到叶绿素精提物;将叶绿素精提物用5倍重量的120号汽油溶解,再加入叶绿素精提物0.3倍量30%NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层;分取下层皂化液,以120号汽油洗至汽油层色淡(汽油本色),分取皂化液,以稀盐酸溶液调节pH值至4,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.16倍的FeCl2·4H2O,加热保持微沸至溶液呈深绿色为止,回收丙酮,得铁代产物,再以去离子水洗至无游离铁离子(用邻氮二菲试剂检测洗涤液),溶解于95%乙醇中,再加入NaOH乙醇溶液至不再有沉淀产生为止,滤过,得到铁叶绿酸钠提取物,干燥称重,记录数据。
方法二(参照CN1451395A文献):用适量清水洒在蚕砂上,翻动均匀后,放置6小时软化,再置于抽提罐中,加入蚕砂重量2倍的95%丙酮水溶液,常温下浸提2小时,连续3次;浸提完成后去渣,取丙酮提取液蒸馏回收丙酮,将得到的墨绿色膏状物用其4倍重量的汽油溶解,轻微搅拌,再加入其0.2倍重量的20%氢氧化钠水溶液,在40℃下,搅拌20分钟使之皂化;分离出皂化液上层的汽油层,再加入墨绿色膏状物之4倍重量的汽油搅拌20分钟,保温于40℃,静置20分钟使分层,分离出上层汽油层,如此重复4次,至汽油层色淡为止;在除杂后的皂化液中缓缓加入4mol/L盐酸溶液,同时适当搅拌,控制搅拌速度为60转/min左右,盐酸加量以混合液PH=2为度,静置20分钟,抽滤,分离出沉淀物;沉淀物用汽油在常温下洗涤3次,过滤得沉淀物;将此沉淀物用丙酮溶解,在pH=4条件下,加入反应理论量2倍的氯化亚铁,于60℃反应2小时,回收丙酮,得到含铁浓缩物,继续用水和汽油洗涤除杂至中性且无游离铁离子存在;将该含铁浓缩物加水溶解,再加入其2倍重量的30%氢氧化钠水溶液,生成钠盐溶于反应后液体中,过滤,滤液蒸干,残渣干燥、称重,记录数据。
方法三(对照CN100390176C文献):将蚕砂碾碎,加入60%乙醇溶液2500ml作为细胞破壁助剂,搅拌均匀软化5分钟,铺成薄层,放进微波提取器内辐射70秒;将微波处理过的物料加入95%乙醇40L,在335K的温度下浸取45分钟,过滤;将滤液减压回收乙醇,浓缩至15L,加入300g的NaOH,在350K温度下皂化45分钟,然后用丙酮萃取分离杂质;分取下层水液,加入5mol/L的盐酸溶液调节pH值2.6,在355K的温度下加入含FeSO410%的溶液500ml,铁代40分钟,滤过,洗涤,将得到的叶绿酸铁溶液于400ml丙酮中,向溶液中加入5%的氢氧化钠乙醇溶液1L,在293K温度下反应60分钟,过滤、干燥、称重,记录数据。
二、纯度测定:将上面三组得到的产物再按照以下含量测定方法检测铁叶绿酸钠和叶绿素衍生物的含量。
1、铁叶绿酸钠含量测定方法:
对照品溶液的制备 精密称取经130℃干燥至恒重的光谱纯的三氧化二铁0.143g,置烧杯中,加盐酸溶液(1→2)5ml使溶解,移至100ml量瓶中,加盐酸溶液(1→2)4ml,加水至刻度,摇匀,精密量取10ml,置100ml量瓶中,加水至刻度,摇匀,即得每1ml约含Fe100μg的溶液。分别精密量取上述溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8及1.0ml,置10ml量瓶中,加硝酸溶液(1→500)至刻度,摇匀,即得。
供试品溶液的制备 取样品适量,研细,精密称取10mg,置50ml烧杯中,加硝酸1.5ml,高氯酸3滴,盖上表面皿,150~160℃加热至近干后,加硝酸(1→2)2ml,盖上表面皿,继续加热至近干,取出烧杯,放冷,加硝酸溶液(1→500)适量使溶解,移至25ml量瓶中,加硝酸溶液(1→500)至刻度,摇匀,即得。
测定法 取对照品溶液及供试品溶液,照原子吸收分光光度法(中国药典2005年版一部附录V D含量测定第一法),在248nm波长处测定,计算铁的百分含量,乘以12.32,即得干燥品含铁叶绿酸钠(b)(C34H28O6N4FeNa2)的百分含量。
2、叶绿素衍生物的含量测定方法:
取样品细粉约0.18g,精密称定, 加稀盐酸10ml、超声处理15分钟,减压抽滤,弃去酸水,用水洗涤残渣至水洗液呈中性(甲基红指示液显黄色,溴麝香草酚蓝指示液显黄绿色),将残渣连同滤纸剪碎后,转移至烧杯中,精密加入氢氧化钠滴定液(0.1mol/L)20ml,盖上表面皿,热水浴中加热15分钟,冷却至室温,加水5ml,摇匀,同法制备空白溶液。照电位滴定法(中国药典2005年版一部附录VⅢ A)用盐酸滴定液(0.1mol/L)滴定,并将滴定的结果用空白试验校正,计算,即得干燥品含叶绿素衍生物的百分含量,以铁叶绿酸(b)(C34H30O6N4Fe)计算。
三、试验结果:见下表
*组间比较,P<0.05。
由结果可见,虽然本发明技术得到的提取物重量少于现有技术,但其中铁叶绿酸钠和叶绿素衍生物的含量却高于现有技术,且具有显著性差异。分析原因,可能是现有技术大量使用非极性溶剂及加热提取等方式,导致在后期除杂过程中降杂不净且目标成分损失严重。由此,申请人提供了一种与现有技术完全不同的技术,可以实现更高效率、更低成本、更少污染地从蚕砂中提取叶绿素并制备成铁叶绿酸钠,实现了发明目的。
具体实施方式
实施例1 以蚕砂为原料制备铁叶绿酸钠的方法步骤为:
(1)提取叶绿素:称取蚕砂,筛净,加入超微振动磨中,加入蚕砂重量0.5倍的80%乙醇,控制粉碎筒温度45℃,超微振动提取2分钟,再加入蚕砂重量5倍的80%乙醇,在45℃条件下超微振动提取15分钟,出料,料液静置分层,分取上清液,备用;将下层药渣重置超微振动磨中,加入蚕砂重量2倍的80%乙醇,在45℃条件下再超微振动提取5分钟,出料,料液静置分层,分取上清液;将两次的上清液合并,减压回收乙醇,滤除水液,得叶绿素粗提物;
(2)精制叶绿素:将叶绿素粗提物用去离子水洗涤2次,每次去离子水用量与叶绿素粗提物同重,滤过,所得滤渣即为叶绿素精提物;
(3)皂化除杂:将叶绿素精提物用5倍重量的120号汽油溶解,加入叶绿素精提物重量0.4倍的20%NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层,分取下层皂化液,并以叶绿素精提物5倍重量的120号汽油洗涤2次,留取皂化液层;
(4)铁化:除杂后的皂化液以酸溶液调节pH值至2,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.12倍的FeCl2·4H2O,水浴加热至微沸,溶液呈深绿色后停止加热,回收丙酮,得铁代产物;
(5)碱化:取铁代产物以去离子水洗至无游离铁离子(用邻氮二菲试剂检测洗涤液),溶解于丙酮中,加入10%的NaOH乙醇溶液,至不再有沉淀产生为止,滤过,所得沉淀经干燥即得墨绿色的铁叶绿酸钠。
实施例2 以蚕砂为原料制备铁叶绿酸钠的方法步骤为:
(1)提取叶绿素:称取蚕砂,筛净,加入超微振动磨中,加入蚕砂重量1倍的70%乙醇,控制粉碎筒温度55℃,超微振动提取5分钟,再加入蚕砂重量2倍的70%乙醇,在55℃条件下超微振动提取5分钟,出料,得料液,料液置于离心机,4000rpm离心15min,分得上清液和药渣,药渣重置于超微振动磨中,加入蚕砂重量5倍的70%乙醇,继续在55℃条件下超微振动提取15分钟,出料,料液置于离心机,4000rpm离心10min,分得上清液,将两次所得上清液合并,回收乙醇,滤除水液,得叶绿素粗提物;
(2)粗制叶绿素:将叶绿素粗提物用去离子水洗涤3次,每次去离子水用量是叶绿素粗提物重量的2倍,滤过,所得滤渣即为叶绿素精提物。
(3)皂化除杂:将叶绿素精提物用其重量2倍的120号汽油溶解,加入叶绿素精提物重量0.5倍的20%的NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层,分取下层皂化液,并以叶绿素精提物重量2倍的120号汽油洗涤5次,至汽油层色淡,分取皂化液;
(4)铁化:除杂后的皂化液以酸溶液调节pH值至4,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.18倍的FeCl2·4H2O,加热保持微沸至溶液呈深绿色后停止,回收丙酮,得铁代产物;
(5)碱化:取铁代产物以去离子水洗至无游离铁离子(用邻氮二菲试剂检测洗涤液),溶解于95%乙醇中,加入浓度为5%的NaOH乙醇溶液,至不再有沉淀产生为止,滤过,所得沉淀经干燥即得墨绿色的铁叶绿酸钠。
Claims (3)
1.一种以蚕砂为原料制备铁叶绿酸钠的方法,其特征在于包括以下步骤:
A、提取叶绿素:将蚕砂置于超微振动磨中,加入蚕砂重量0.5-1倍的70%-80%乙醇,控制粉碎筒温度45~55℃,超微振动提取2-5分钟,再加入蚕砂重量2-5倍的70%-80%乙醇继续在45~55℃条件下超微振动提取5-15分钟,出料,将料液以静置、滤过或离心方式,分得上清液和药渣;将药渣重置超微振动磨中,加入蚕砂重量2-5倍的70%-80%乙醇,在45~55℃条件下超微振动提取5-15分钟,出料,料液以静置、滤过或离心方式,分得上清液和药渣;将两次所得上清液合并,回收乙醇,滤除水液,即得叶绿素粗提物;
B、精制叶绿素:将步骤A所得叶绿素粗提物用去离子水洗涤1-3次,每次去离子水的用量为叶绿素粗提物重量的1-5倍,滤过,所得滤渣即为叶绿素精提物;
C、皂化除杂:将叶绿素精提物用120号汽油溶解,加入足量的NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层,分取下层皂化液,以120号汽油洗涤至汽油层色淡,分取皂化液;
D、铁化:将除杂后的皂化液以酸溶液调节pH值至2-4,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.12-0.18倍的FeCl2·4H2O,加热保持微沸至溶液呈深绿色为止,回收丙酮,得铁代产物;
E、碱化:取铁代产物以去离子水洗至无游离铁离子,溶解于丙酮或95%乙醇中,再加入足量NaOH乙醇溶液,至不再有沉淀产生为止,滤过,所得沉淀即为铁叶绿酸钠。
2.根据权利要求1所述的制备铁叶绿酸钠的方法,其特征在于包括以下步骤:
A、提取叶绿素:将蚕砂置于超微振动磨中,加入蚕砂重量1倍的75%乙醇,控制粉碎筒温度50℃,超微振动提取3分钟,再加入蚕砂重量3倍的75%乙醇,在50℃条件下超微振动提取10分钟,出料,料液离心分离,得上清液和药渣;上清液备用,药渣重置超微振动磨中,加入蚕砂重量3倍的75%乙醇,在50℃条件下超微振动提取10分钟,出料,料液离心分离,得上清液和药渣;将两次所得上清液合并,回收乙醇,滤除水液,得叶绿素粗提物;
B、精制叶绿素:将步骤A所得叶绿素粗提物用去离子水洗涤2次,每次去离子水的用量为叶绿素粗提物重量的1倍,滤过,所得滤渣即为叶绿素精提物;
C、皂化除杂:将叶绿素精提物用5倍重量的120号汽油溶解,再加入叶绿素精提物0.3倍量30%NaOH溶液,搅拌,使其完全皂化,静置,分层;分取下层皂化液,以120号汽油洗至汽油层色淡,分取皂化液;
D、铁化:将除杂后的皂化液以酸溶液调节pH值至2-4,析出的沉淀以丙酮溶解,再加入沉淀重量0.16倍的FeCl2·4H2O,加热保持微沸至溶液呈深绿色为止,回收丙酮,得铁代产物;
E、碱化:取铁代产物以去离子水洗至无游离铁离子,溶解于丙酮或95%乙醇中,再加入足量NaOH乙醇溶液,至不再有沉淀产生为止,滤过,所得沉淀即为铁叶绿酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的制备铁叶绿酸钠的方法,其特征在于步骤D中的FeCl2·4H2O用含有同量亚铁离子的FeSO4代替。
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