CN102491899A - 旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法 - Google Patents

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叶兴乾
孙玉敬
张丽芬
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Abstract

本发明公开了一种旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，包括如下步骤：1)、废次烟末经粉碎后与溶剂混合；2)、将所得的混合物进行旋转聚焦超声波提取；旋转聚焦超声波频率为20KHz～60KHz，功率为150W～300W，提取温度为30～60℃，提取时间30min～60min；提取液经二次过滤；3)、所得的二次滤液经减压蒸馏和冷冻干燥，得抗氧化剂粗提物；4)、抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释成悬浊液；5)、悬浊液过大孔树脂柱子，经吸附、清洗和洗脱步骤后，收集洗脱液；洗脱液经减压蒸馏和冷冻干燥去除洗液后，得天然抗氧化剂。该天然抗氧化剂的主要化学成分为绿原酸。

Description

旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法
技术领域
本发明涉及农产品深加工和天然产物提取领域，具体涉及一种旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，特别是利用卷烟生产过程中产生的废弃物废次烟末来制备天然抗氧化剂。
背景技术
抗氧化剂是是一类能帮助捕获并中和自由基，从而清除自由基对人体损害的一类物质，同样也可以应用于食品中用以防止因食物的氧化而变质。目前通常在食品药品中使用的抗氧化剂多为人工合成抗氧化剂，研究表明，合成抗氧化剂在防止氧化反应的同时对人体也有一定的毒害，如合成抗氧化剂二丁基羟基甲苯(BHT)能抑制人体呼吸酶活性、使肝脏微粒体酶活性增加等，给机体带来潜在的危害。
而从天然植物中获得的抗氧化成分则相对绿色、安全，因此，来自植物中的天然抗氧化成分越来越引起人们的关注和研究。而烟草作为一种天然植物，已有研究证明其含有一定的抗氧化成分，比如目前公开的中国专利CN101953510A公开了一种从烟草碎末中提取抗氧化剂的方法，制备过程为：将烟草碎末进行溶剂回流提取，浓缩后进行分子蒸馏，分子蒸馏产物经过柠檬酸等酸化后，用乙醚等有机溶剂再次萃取，去除有机溶剂后得到最终抗氧化剂产品，主要成分为二丁基羟基甲苯(BHT)。该方法存在着以下不足之处：(1)制备过程中所用分子蒸馏设备为大型设备，昂贵、复杂且较难应用于工业化生产；(2)由于用有机溶剂萃取酸化后的分子蒸馏产物，浓缩后会有一定的溶剂残留；(3)最终抗氧化剂产物的主要成分为二丁基羟基甲苯(BHT)，而BHT本身即为常用的人工合成抗氧化剂，没有提取的必要，且对机体有一定潜在毒害。
我国每年烟叶产量450～500万吨，其中约有近20％的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产，造成巨大的资源浪费和环境压力。废次烟末的再利用成为目前研究的一个热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，本发明所提取的天然抗氧化剂既可以作为抗氧化剂加入到卷烟过滤嘴中，降低卷烟烟气中的活性自由基，也可以作为主要成分开发新型的天然食品抗氧化剂。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，依次包括如下步骤：
1)、废次烟末经粉碎后与溶剂以1g/10～20ml的料液比混合，得混合物；
2)、将混合物进行旋转聚焦超声波提取；旋转聚焦超声波频率为20KHz～60KHz，功率为150W～300W，提取温度为30～60℃，提取时间30min～60min；所得的提取液过滤后，3～5℃静置10～14小时；再次过滤，得二次滤液；
3)、所述二次滤液经减压蒸馏和冷冻干燥除去溶剂后，得抗氧化剂粗提物；
4)、所述抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释成悬浊液；
5)、所述悬浊液过大孔树脂柱子，经吸附、清洗和洗脱步骤后，收集洗脱液；所述洗脱液经减压蒸馏和冷冻干燥去除洗液后，得天然抗氧化剂。
作为本发明的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法的改进：所述步骤5)中的大孔树脂为大孔树脂AB-8、大孔树脂D101或大孔树脂NKA-9；吸附完毕后，用蒸馏水清洗，清洗时的流速为0.8～1.2mL/min；再利用体积浓度为75％～85％的乙醇水溶液作为洗液进行洗脱，洗脱时的流速为0.8～1.2mL/min。
作为本发明的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法的进一步改进：溶剂为无水乙醇或者乙醇的体积浓度为70％～80％的乙醇水溶液。
作为本发明的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法的进一步改进：步骤2)中2次(即第一次和第二次)过滤所用的滤膜均为0.45μm有机滤膜。
作为本发明的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法的进一步改进：步骤3)和步骤5)中减压蒸馏条件均为：温度35～45℃，真空度为0.01MPa～0.08MPa，冷冻干燥条件均为：温度-40～-50℃，真空度为0.1Pa～0.5Pa。
作为本发明的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法的进一步改进：步骤4)为将抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释至抗氧化剂粗提物的浓度为1～2mg/mL的悬浊液。
作为本发明的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法的进一步改进：所得天然抗氧化剂的主要化学成分为绿原酸。
本发明所得的天然抗氧化剂经高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)检测，其主要成分电喷雾负离子峰为：m/z 354[M-H]-，表示其相对分子质量为354，与绿原酸一致，通过与绿原酸标准品质谱数据相对比，判断本发明所提取抗氧化剂主要成分为绿原酸。
在本发明中，废次烟末一般要求粉碎至能过40目的筛。
本发明具有以下优点：同传统的超声波提取方法相比，旋转聚焦超声波声场均匀，旋转的功能使得物料受力均衡，能够更充分的提取出目标物质，并且本发明原料易得，使用溶剂无公害，过程可控，适用于工业生产。由于原料来源于天然的烟草，所得抗氧化剂可以直接用于烟草行业，也可作为复配原料应用于食品等行业。
综上所述，本发明通过特定的旋转聚焦超声波提取技术，从废次烟末中提取天然抗氧化剂，既是对废次烟末资源进行再利用，也是烟草正面应用的一个范例。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的实施例1所提取的天然抗氧化剂的抗氧化实验结果图；
图2是本发明的实施例2所提取的天然抗氧化剂的抗氧化实验结果图；
图3是本发明的实施例3所提取的天然抗氧化剂的抗氧化实验结果图。
具体实施方式
实施例1：
准确称取能过40目筛的废次烟末样品50g，放入2000mL烧杯中，加入无水乙醇600mL，放入旋转聚焦超声波提取器，旋转聚焦超声波频率设定为30KHz，功率设定为180W，提取温度设定为35℃，进行超声提取60min。提取完成后提取液经0.45μm有机滤膜过滤，所得滤液于4℃静置12小时；再次过滤(经0.45μm有机滤膜过滤)，得二次滤液。
将上述二次滤液减压蒸馏去除溶剂(即无水乙醇)，减压蒸馏条件为：温度40℃，真空度为0.01MPa，然后在温度-45℃、真空度为0.1Pa条件下冷冻干燥至恒重；得抗氧化剂粗提物。
将上述抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释至1mg/mL悬浊液(即每mL悬浊液中含有1mg的抗氧化剂粗提物)，然后过D101大孔树脂柱(内装40g的D101大孔树脂)，悬浊液被吸附完毕后，用200mL的蒸馏水清洗，流速为1mL/min，清洗完毕后弃去蒸馏水，然后用200mL体积浓度为75％乙醇水溶液作为洗液进行洗脱。
收集所有的洗脱液，将该洗脱液在温度40℃，真空度0.01MPa条件下减压蒸馏(从而除去乙醇)，然后在温度-45℃、真空度0.1Pa条件下冷冻干燥(除去水)至恒重，得0.74g天然抗氧化剂。
该天然抗氧化剂经高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)检测，其主要成分电喷雾负离子峰为：m/z 354[M-H]-，表示其相对分子质量为354，与绿原酸一致，通过与绿原酸标准品质谱数据相对比，判断该天然抗氧化剂主要成分为绿原酸。
实验1、将实施例1所得的天然抗氧化剂进行抗氧化实验：
采用β-胡萝卜素/亚油酸体系测定抗氧化剂抗氧化效果，试验步骤如下：
(1)称取β-胡萝卜素5mg溶于10mL三氯甲烷中；
(2)取4mL步骤(1)所得溶液加入到含有250μL亚油酸和2.0g吐温40的烧瓶中，然后50度减压蒸馏除去三氯甲烷，接着向混合物中加入500mL蒸馏水；
(3)分别配制本发明所提取的天然抗氧化剂(TA)和对照人工合成抗氧化剂二丁基羟基甲苯(BHT)0.1mg/mL溶液，溶剂为无水乙醇；
(4)分别取1.0mL蒸馏水(作为空白)、TA溶液和BHT溶液(均为步骤(3)所得)加入到不同试管中，然后向每个试管中加入5mL步骤(2)溶液，立即放入50℃水浴锅中，在470nm波长测定各试管中溶液的吸光度值，每隔10min测定一次，共测定100min，每个样品平行测定3次。
结果如图1所示。从图1结果可知，在50℃水浴条件下，未加抗氧化剂的空白溶液的吸光度值随着时间增加而很快降低，证明溶液中的β-胡萝卜素很快的被氧化，而加入本发明所提取抗氧化剂TA溶液和人工合成抗氧化剂BHT溶液的试管中溶液的吸光度值下降缓慢，证明抗氧化剂抑制了溶液中β-胡萝卜素的氧化反应，且本发明TA抗氧化的效果优于合成抗氧化剂BHT。
实施例2：
准确称取能过40目筛的废次烟末样品50g，放入2000mL烧杯中，加入80％乙醇水溶液800mL，放入旋转聚焦超声波提取器，旋转聚焦超声波频率设定为40KHz，功率设定为220W，提取温度设定为45℃，进行超声提取40min。
提取完成后提取液经0.45μm有机滤膜过滤，所得滤液于4℃静置12小时；再次过滤(经0.45μm有机滤膜过滤)，得二次滤液。
将上述二次滤液减压蒸馏去除溶剂(即乙醇)，减压蒸馏条件为：温度40℃，真空度为0.04MPa，然后在温度-45℃、真空度为0.2Pa条件下冷冻干燥(去除水)至恒重；得抗氧化剂粗提物。
将上述抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释至1.5mg/mL悬浊液，然后过NKA-9大孔树脂柱(内装40g的NKA-9大孔树脂)，悬浊液被吸附完毕后，先用200mL蒸馏水清洗，流速为1mL/min，清洗完毕后弃去蒸馏水，然后用200L体积浓度为80％乙醇水溶液作为洗液进行洗脱。
收集所有的洗脱液，将洗脱液在温度40℃，真空度0.04MPa条件下减压蒸馏，然后在温度-45℃、真空度0.2Pa条件下冷冻干燥，得0.7g抗氧化剂。
该天然抗氧化剂经高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)检测，其主要成分电喷雾负离子峰为：m/z 354[M-H]-，表示其相对分子质量为354，与绿原酸一致，通过与绿原酸标准品质谱数据相对比，判断该天然抗氧化剂主要成分为绿原酸。
实验2、将实施例2所得的抗氧化剂进行抗氧化实验：
实验条件同实验1；所得结果如图2所示。
从图2结果可知，在50℃水浴条件下，未加抗氧化剂的空白溶液的吸光度值随着时间增加而很快降低，证明溶液中的β-胡萝卜素很快的被氧化，而加入本发明所提取的天然抗氧化剂TA溶液和人工合成抗氧化剂BHT溶液的试管中溶液的吸光度值下降缓慢，证明抗氧化剂抑制了溶液中β-胡萝卜素的氧化反应，且TA抗氧化的效果优于合成抗氧化剂BHT。
实施例3：
准确称取能过40目筛的废次烟末样品50g，放入2000mL烧杯中，加入无水乙醇1000mL，放入旋转聚焦超声波提取器，旋转聚焦超声波频率设定为50KHz，功率设定为260W，提取温度设定为55℃，进行超声提取30min。
提取完成后提取液经0.45μm有机滤膜过滤，所得滤液于4℃静置12小时；再次过滤(经0.45μm有机滤膜过滤)，得二次滤液。
将上述二次滤液减压蒸馏去除溶剂(即无水乙醇)，减压蒸馏条件为：温度40℃，真空度为0.01MPa，然后在温度-45℃、真空度为0.1Pa条件下冷冻干燥至恒重；得抗氧化剂粗提物。
将上述抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释至1mg/mL悬浊液，然后过AB-8大孔树脂柱(内装40g的AB-8大孔树脂)，悬浊液被吸附完毕后，用200mL的蒸馏水清洗，流速为1mL/min，清洗完毕后弃去蒸馏水，然后用200mL体积浓度为85％乙醇水溶液作为洗液进行洗脱。
收集所有的洗脱液，将该洗脱液在温度40℃，真空度0.01MPa条件下减压蒸馏，然后在温度-45℃、真空度0.1Pa条件下冷冻干燥至恒重，得0.85g抗氧化剂。
该天然抗氧化剂经高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)检测，其主要成分电喷雾负离子峰为：m/z 354[M-H]-，表示其相对分子质量为354，与绿原酸一致，通过与绿原酸标准品质谱数据相对比，判断该天然抗氧化剂主要成分为绿原酸。
实验3、将实施例3所得的抗氧化剂进行抗氧化实验：
实验条件同实验1；所得结果如图3所示。
从图3结果可知，在50℃水浴条件下，未加抗氧化剂的空白溶液的吸光度值随着时间增加而很快降低，证明溶液中的β-胡萝卜素很快被氧化，而加入本发明所提取的天然抗氧化剂TA溶液和人工合成抗氧化剂BHT溶液的试管中溶液的吸光度值下降缓慢，证明抗氧化剂抑制了溶液中β-胡萝卜素的氧化反应，且TA抗氧化的效果优于合成抗氧化剂BHT。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是依次包括如下步骤：
1)、废次烟末经粉碎后与溶剂以1g/10～20ml的料液比混合，得混合物；
2)、将混合物进行旋转聚焦超声波提取；旋转聚焦超声波频率为20KHz～60KHz，功率为150W～300W，提取温度为30～60℃，提取时间30min～60min；所得的提取液过滤后，3～5℃静置10～14小时；再次过滤，得二次滤液；
3)、所述二次滤液经减压蒸馏和冷冻干燥除去溶剂后，得抗氧化剂粗提物；
4)、所述抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释成悬浊液；
5)、所述悬浊液过大孔树脂柱子，经吸附、清洗和洗脱步骤后，收集洗脱液；所述洗脱液经减压蒸馏和冷冻干燥去除洗液后，得天然抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是：所述步骤5)中的大孔树脂为大孔树脂AB-8、大孔树脂D101或大孔树脂NKA-9；吸附完毕后，用蒸馏水清洗，清洗时的流速为0.8～1.2mL/min；再利用体积浓度为75％～85％的乙醇水溶液作为洗液进行洗脱，洗脱时的流速为0.8～1.2mL/min。
3.根据权利要求2所述的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是：所述溶剂为无水乙醇或者乙醇的体积浓度为70％～80％的乙醇水溶液。
4.根据权利要求3所述的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是：步骤2)中2次过滤所用的滤膜均为0.45μm有机滤膜。
5.根据权利要求3或4所述的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是：所述步骤3)和步骤5)中减压蒸馏条件均为：温度35～45℃，真空度为0.01MPa～0.08MPa，冷冻干燥条件均为：温度-40～-50℃，真空度为0.1Pa～0.5Pa。
6.根据权利要求5所述的旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是：所述步骤4)为将抗氧化剂粗提物用蒸馏水稀释至抗氧化剂粗提物的浓度为1～2mg/mL的悬浊液。
7.根据权利要求1～6任一旋转聚焦超声波辅助提取废次烟末中天然抗氧化剂的方法，其特征是：所得天然抗氧化剂的主要化学成分为绿原酸。
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