CN103357194A - 同步生产栀子多种功效组分的萃取剂及其提取与分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及从栀子果中同步提取四类有效功能组分的高效萃取剂、提取与分离纯化工艺；发明的关键是创制一种新的萃取剂，采用含一定稳定剂和/或助溶剂的水提取技术，取代目前生产过程中常用的渗漉提取或醇提工艺，大大缩短了生产周期、有效降低了生产加工成本；还包括一种融合在线膜分离浓缩、双柱串联柱层析法纯化集成的工艺技术，高效制备栀子多种功效组分。本发明萃取剂成本低，用量小，无残留，可明显提高栀子果原料中萜类和酚类化合物的溶出率，产品提取率均超过95％；该方法同样适用于除栀子果外的其他部分原料中功效组分的提取和分离制备。
Description
技术领域
本发明属于天然产物提取技术领域，涉及一种以栀子为原料同步生产多种栀子功效组分的高效萃取剂和水提取方法，并包括融合在线膜分离浓缩及双柱串联柱层析纯化集成的工艺技术制备四类高纯度栀子有效功能组分的方法。
背景技术
栀子在中国分布广泛，资源丰富，可供药食两用，属卫生部颁布的首批药食两用资源。栀子具有泻火除烦、清热利尿、凉血解毒作用，用于热病心烦、黄疸尿赤、目赤肿痛、外治扭挫伤痛。栀子还具有增加内脏血流量、抗菌消炎和镇痛作用。栀子中含量较高的生物活性成分除果胶多糖外，其他有效功能成分主要是以栀子苷为主的环烯醚萜类，以栀子西红花苷为主的类胡萝卜素类和以绿原酸为主的酚酸类等物质。栀子黄是自然界唯一的水溶性类胡萝卜素类色素，栀子苷是生产栀子蓝、栀子红、栀子紫等天然色素的中间体和生产药品(治疗黄疸肝炎和糖尿病等疾病)的有效单体。栀子苷还用作植物增产剂、生物检测剂、生物交联剂和载体等。绿原酸及奎尼酸衍生物为栀子中主要酚酸成分，具有较强的药理活性，特别是抗炎活性。栀子多糖有多方面的复杂生物活性和功能，具有免疫功能调节和抗肿瘤效应，同时还具有抗菌、消肿、解毒、止血、止泻、降血压、抗辐射等作用，近年来广泛应用于医药领域。其中果胶多糖还可作为稳定剂、增稠剂、胶冻剂等用于食品和医药工业。
目前国内外有关栀子功能成分及其提取生产工艺的研究报道很多，主要采用水渗鹿浸提法或有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮及含水有机溶剂等)法提取，结合大孔吸附树脂精制的工艺路线，如CN200510017378.3、CN200510050247.5、CN200610200965.0。有机溶剂浸提法需要对大体积浸提料液进行浓缩和溶剂回收，容易造成活性物质结构的改变和活性的下降，大大增加了能源和溶剂的消耗，生产成本高。常温水渗鹿浸提法萃取周期长，同时浸提率低，因此原料利用率和生产效率低。
发明专利CN102604421A(申请号201210029611.X)中采用乙醇超声提取，经大孔吸附树脂和聚酰胺两次柱层析，提取制备400色价的栀子黄色素。该方法仅制备一种栀子产品，而且多次涉及乙醇的浓缩和回收工艺。发明专利CN101721516A(申请号200910217553.1)中采用水煎煮法浸提，同时比较了乙醇回流和渗鹿提取方法，然后采用活性炭联合大孔树脂分离的方法，制备主要含栀子苷的栀子提取物。专利CN1939459A虽采用膜分离技术制备栀子提取物，但该法是以亲水性溶剂提取的栀子粗提物为原料展开的进一步纯化方法。目前还未见融合在线膜分离和双柱串联树脂柱层析纯化集成的工艺技术，以同步生产多种栀子功效组分的提取与分离制备方法。
发明内容
本发明的目的在于客服现有技术的不足，研制一种高效萃取剂和以水浸提法代替现有溶剂法同步生产栀子多种功效组分的方法；本发明的萃取剂及其提取、分离工艺具有工艺简便、提取率和产品中活性成分含量高、原料利用率高和能耗低、生产成本低、产品质量好、综合效益显著、对环境影响小的优点，适宜工业化生产，属绿色生物制备技术。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于同步生产栀子多种功效组分的高效萃取剂按w/w的成分和配比为：
经优化的萃取剂按w/w的成分和配比为：
所述的萃取剂从偏磷酸、偏磷酸钠、脂肪酸甲酯磺酸钠、吐温-80中选择。
一种同步生产栀子多种有效功能组分的工艺，所述的工艺包括以下步骤：
(1)在待处理的栀子果中加入所述的萃取剂，该萃取剂从偏磷酸钠、偏磷酸，脂肪酸甲酯磺酸钠、吐温-80中选择，添加量按w/w比例为0.001-0.6，并补充水至100。
(2)按w/w，将干净的栀子果按原料与萃取剂之比为1∶5-20，投料浸提萃取，浸提温度30-90℃，处理30分钟-6小时，浸提过程中间歇搅拌原料，控制降温速度为1-10℃/小时，然后留取料液，再加入5-20倍于栀子果的萃取剂进行第二次提取，合并两次料液；
(3)将步骤(2)得到的料液过滤，去200目以下的杂质，料液冷却至30℃以下；
(4)将步骤(3)得到的料液流经树脂吸附柱X精制纯化，依次用水洗涤去除糖类等亲水性杂质，得到洗脱液A；用5-35％的低级醇冲洗树脂柱，得到洗脱液B；然后用40-90％的醇冲洗树脂柱，得到洗脱液C；
(5)将步骤(4)所述得到的洗脱液C在温度50℃以下真空浓缩，回收溶剂，得到浓缩液C；
(6)将步骤(5)得到的浓缩液干燥，和
(7)将步骤(6)得到的产品用反相高效液相色谱法定量分析栀子黄(西红花苷及类似物)，并用分光光度计法定量测定总色价。
(8)将步骤(4)所述得到的洗脱液A依次经微滤膜过滤去杂，滤液经超滤膜分级，截留液经反渗透膜浓缩，得到浓缩液A；
(9)将步骤(8)得到的浓缩液低温干燥，和
(10)将步骤(9)得到的产品用国标方法测定总多糖和果胶含量及其胶凝度。
(11)将步骤(4)所述得到的洗脱液B浓缩3倍后流经树脂吸附柱Y精制纯化，依次用去离子水洗涤去除杂质后，用近中性pH的20-50％的低级醇冲洗树脂柱，得到洗脱液B1；再用酸性pH的20-50％的低级醇冲洗树脂柱，得到洗脱液B2；
(12)将步骤(11)所述得到的洗脱液B1和B2在温度50℃以下真空浓缩，回收溶剂，得到浓缩液B1和B2；
(13)将步骤(12)得到的浓缩液B1和B2干燥，和
(14)将步骤(13)得到的产品B1和B2分别用反相高效液相色谱法定量分析栀子环烯醚萜苷(栀子苷及类似物)以及酚酸(绿原酸及奎尼酸衍生物)类功效成分的含量。
所述的步骤(1)中的萃取剂从偏磷酸钠、偏磷酸，脂肪酸甲酯磺酸钠、吐温-80中选择，其添加量按w/w比例为0.01-0.1，并补充水至100。
所述的原料可以是栀子鲜果或经干燥的栀子果，以及栀子叶、栀子花、栀子树枝或根等原料。
所述的工艺还包括从步骤(1)到步骤(13)均在密闭容器内进行。
所述的工艺还包括：
(1)步骤(4)和步骤(11)中的精制柱为大孔树脂柱；
(2)步骤(4)和步骤(11)中的低级醇为乙醇或甲醇，和
(3)将步骤(5)和步骤(12)得到的醇洗脱液在真空条件下浓缩。
所述的工艺还包括：
步骤(8)中的膜滤包括微滤、超滤或反渗透，微滤为纤维素膜或陶瓷膜，超滤或反渗透膜为分子量5千-5万的中空纤维膜。
所述的生产工艺采用冷冻干燥或喷雾干燥或低温真空带式干燥将步骤(6)、步骤(9)和步骤(13)得到的浓缩液进行干燥。
更详细的技术方案如下所述：
一、浸提：将干净的将干净的栀子果按原料与萃取剂之比为1∶5-20(w/w)投料浸提罐中，浸提温度30-90℃，提取时间30分钟-6小时，浸提过程中每小时间歇搅拌原料3次，每次0.5-5分钟，提取过程结束时，料液温度控制在45℃以下，滤除料液。向残余栀子果中加入5-15倍的萃取剂进行第二次提取，过程同上，合并两次料液，待温度降至30℃以下后，精滤，去除200目以下的杂质；
二、精制：经步骤一得到的料液泵入已再生好的大孔树脂吸附柱X上，依次用6-30倍柱体积的去离子水过柱去除亲水性杂质，该部分洗脱液经膜滤技术分级，得到多糖截留液；然后用5-35％的低级醇冲洗树脂柱X后，再用40-90％的醇溶液洗脱树脂柱，收集醇洗脱液；5-35％的低级醇洗脱液部分经三倍体积浓缩后泵入已再生好的大孔树脂吸附柱Y上，用5-15倍柱体积的去离子水洗涤去除杂质后，依次用近中性pH和酸性pH的20-50％的低级醇冲洗树脂柱，分别收集该两部分洗脱液；
三、浓缩：多糖水溶液经反渗透膜浓缩，得到浓缩液果胶多糖浓缩液；醇洗脱液在50℃以下真空浓缩，回收溶剂，分别得到栀子黄、栀子环烯醚萜苷、栀子酚酸浓缩液；
四、干燥：将步骤三得到的4类栀子功效组分的浓缩液干燥。
五、质检：依照公认的检验方法和国标进行。
在上述工艺中，原料可以是栀子鲜果或经干燥的栀子果，以及栀子叶、栀子花、栀子树枝或根等原料。
在上述工艺中，原料浸提至醇洗脱浓缩液，均在密闭容器内进行。
在上述工艺中，精制纯化所使用的吸附柱为对栀子黄(西红花苷及其类似物)、栀子环烯醚萜苷(栀子苷及类似物)、栀子酚酸(绿原酸及奎尼酸衍生物)有选择性吸附的大孔树脂柱，如D101、HP20、NKA-9、ADS-17、HPD300、H103、AB-8等。洗脱用的低级醇为乙醇或甲醇，推荐使用25-75％的乙醇(与功效组分类别相关)。
在上述工艺中，采用陶瓷微滤膜和分子量1-3万的超滤或反渗透中空纤维膜制备浓缩栀子果胶多糖功效组分。
在上述工艺中，可以采用冷冻干燥或喷雾干燥或低温真空带式干燥对栀子不同功效组分的浓缩液进行干燥。为了使产品有更好的内在质量和外观，建议采用冷冻干燥和连续低温真空带式干燥。
经过多次生产总结，采用本发明的工艺方法同步生产的四类栀子功效组分，产品提取或利用率均达95％，产品收得率(与原料栀子果的质量相关)为栀子多糖10.5-22.5％、栀子黄(西红花苷及类似物)5.3-10.8％、栀子环烯醚萜苷(栀子苷及类似物)3.2-7.5％、栀子酚酸(绿原酸及奎尼酸衍生物)1.1-4.6％。生产周期为32-45小时，每生产1公斤上述栀子组分，乙醇消耗量低于5公斤。
采用本发明工艺方法生产的四类栀子功效组分，产品的主要质量指标能稳定地达到如下标准：栀子果胶多糖≥80％、栀子总环烯醚萜苷≥80％、栀子黄色价≥400，以及栀子总酚酸含量≥50％。无萃取剂和醇残留，水溶性极好。
研究证明本发明所使用的水性萃取剂能明显提高栀子果中有效功能成分的溶出率，同时在提取过程中能有效防止栀子萜类物质(类胡萝卜素类栀子黄，环烯醚萜类栀子苷等)的氧化和分解，提取料液只需经过过滤可直接上树脂吸附柱精制纯化，比溶剂萃取法减少了回收溶剂的过程，避免了大体积浸提料液反复加热而造成活性物质结构的改变和活性的下降，而且与有机溶剂萃取法比较，大大降低了能源和溶剂的消耗，可降低生产成本约55％，比水渗鹿浸提法比较，可降低萃取生产周期时间约200％.
通过实验证明，本发明的萃取剂中的水被含水甲醇、含水乙醇、含水丙酮替代，也有同样好的效果，但生产成本又将上升。
本发明采用水溶性物质和水配制成萃取剂，成本低，用量小，无残留，对原料中的脂溶性及非极性物质不发生溶解，萃取剂中的抗氧化物质不仅能保持多种功效成分的活性，而且渗透性较强，对四类功效组分有明显的增溶和抗氧化效果，提取率均超过95％。因此本发明萃取剂还可应用于除本发明中水浸提对象以外的其他萃取原料如栀子叶、栀子花、栀子树枝和根等有效功能成分的提取。
本发明中的提取与分离方法，工艺流程短，设备投资少，融合在线膜滤分离/浓缩、双柱串联树脂柱层析纯化集成的工艺技术，同步制备四类栀子功效组分，原料利用率高，综合效益显著，相对能耗低、属绿色生物制备技术，生产工艺精简有利于节水环保，最终实现不同中间体及终端产品的高纯度、高收率，达到国家同类医药提取物或中间体标准以及食用色素标准，能广泛应用于生物医药、食品和功能食品及日用化工等领域。
以下结合实例，对本发明做进一步的详细描述，但并不说明本发明仅限于此范围。
附图说明
图1：
A.本发明的栀子环烯醚萜苷类功效组分中栀子苷的结构；
B.本发明的栀子黄色素类功效组分中栀子西红花苷的结构；
C.本发明的栀子酚酸类功效组分提取物中绿原酸的结构；
图2为本发明的栀子多种功效组分中栀子苷、栀子西红花苷、栀子绿原酸对照品的HPLC色谱图；
图3为本发明实施例1制备栀子多种功效组分提取液中栀子环烯醚萜苷、栀子黄色素、栀子酚酸的色谱图；
图4为本发明实施例1中精制的栀子环烯醚萜苷类功效组分的色谱图；
图5为本发明实施例1中精制的栀子酚酸类功效组分的色谱图；
图6为本发明实施例1中精制的栀子黄色素类功效组分的色谱图；
具体实施方式
实施例1
萃取剂组成成分及配比(按份量计算)：偏磷酸0.03kg，吐温-800.03kg，自来水50kg。
取干燥的栀子果4kg，投入提取罐，加入萃取剂60kg后，加盖密封控制温度为50℃，每小时间歇搅拌5分钟，浸提6小时后，滤出滤液，再加入20kg萃取剂进行4小时的第二次提取，两次提取液合并经离心机粗过滤后共滤出74kg，冷却至25℃；将滤液用H103树脂吸附柱精制纯化，依次用15倍柱体积的去离子水过柱去除亲水性成分，该部分洗脱液经微滤膜和超滤、反渗透膜分级、浓缩，低温真空干燥或冷冻干燥后得到栀子果胶多糖组分0.5kg；然后用25％乙醇洗脱和70％乙醇洗脱，分别收集洗脱液，浓缩去除乙醇，70％乙醇洗脱液浓缩后冷冻干燥得到栀子黄色素类组分0.26kg；25％乙醇洗脱液浓缩后再经HP20树脂吸附柱分级精制，分别收集15％乙醇洗脱液和25％乙醇洗脱液，浓缩后冷冻干燥，分别得到栀子环烯醚萜苷类组分0.16kg，栀子酚酸类组分0.06kg；
检验结果：栀子各功效组分提取物中栀子果胶多糖85％、栀子环烯醚萜总苷82％，栀子黄色素色价为420，栀子总酚酸含量55％。
实施例2
萃取剂组成成分及配比(按份量计算)：偏磷酸钠0.5kg，脂肪酸甲酯磺酸钠0.5kg.自来水450kg。
取干燥的栀子果50kg，萃取剂500kg，并投入提取罐，控制温度为55℃，每小时间歇搅拌15分钟，浸提6小时后，滤出滤液，以200kg萃取剂再作5小时的第二次提取，两次提取液合并后过滤，滤液650kg冷却后4小时流过HPD300树脂吸附柱，依次用850kg去离子水洗柱后，分别用25％乙醇、80％乙醇洗脱。水洗脱液流经微滤膜过滤去杂后经超滤和反渗透膜分级浓缩，得栀子多糖类浓缩液；醇洗脱液分别经真空旋转蒸发除去乙醇后，分别得到浓缩液I、II，洗脱液I再流过HPD300树脂吸附柱，依次用20％乙醇和30％酸性乙醇洗脱，分别收集20％洗脱液和30％洗脱液，旋转蒸发除去乙醇后得浓缩液Ia、Ib，多糖浓缩液、醇浓缩液Ia、Ib、II经冷冻干燥后分别得到栀子果胶多糖提取物6.1kg，栀子环烯醚萜苷类提取物2.5kg，栀子酚酸类提取物0.21kg，栀子黄色素类提取物3.4kg。
检验结果：提取物中栀子环烯醚萜总苷86％，栀子黄色素色价400，栀子总酚酸含量60％，栀子果胶多糖80％。
实施例3
萃取剂组成成分及配比(按份量计算)：偏磷酸0.2kg，脂肪酸甲酯磺酸钠0.2kg.自来水250kg。
取干燥的栀子果20kg，萃取剂250kg，并投入提取罐，控制温度为60℃，每小时间歇搅拌15分钟，浸提5小时后，滤出滤液，以160kg萃取剂再作5小时的第二次提取，两次提取液合并后过滤，滤液400kg冷却后流过HPD300树脂吸附柱，依次用12倍柱体积去离子水洗柱后，水洗脱液流经微滤膜过滤去杂后经超滤和反渗透膜分级浓缩，得栀子多糖类浓缩液，低温真空干燥或冷冻干燥后得到栀子果胶多糖组分2.5kg；然后分别用20％乙醇、65％乙醇洗脱。醇洗脱液分别经真空旋转蒸发浓缩除去乙醇，65％乙醇洗脱液浓缩后冷冻干燥得到栀子黄色素类组分提取物1.3kg；20％乙醇洗脱液浓缩后再经HP20树脂吸附柱分级精制，分别收集20％乙醇洗脱液和25％乙醇洗脱液，浓缩后冷冻干燥，分别得到栀子环烯醚萜苷类组分提取物0.9kg，栀子酚酸类组分提取物0.3kg；
检验结果：栀子各功效组分提取物中栀子果胶多糖82％，栀子黄色素色价为450，栀子环烯醚萜总苷85％，栀子总酚酸含量50％。
Claims (10)
1.一种用于同步提取栀子多种功效组分的高效萃取剂，其特征在于：所述的萃取剂按w/w的成分和配比为：
2.根据权利要求1所述的萃取剂，其特征在于：所述的萃取剂按w/w的成分和配比为：
3.根据权利要求1或2所述的萃取剂，其特征在于：所述的萃取剂从偏磷酸、偏磷酸钠、脂肪酸甲酯磺酸钠、吐温-80中选择。
4.一种同步生产栀子多种有效功能组分的工艺，其特征在于：所述的工艺包括以下步骤：
(1)在待处理的栀子果中加入所述的萃取剂，该萃取剂从偏磷酸、偏磷酸钠，脂肪酸甲酯磺酸钠、吐温-80中选择，添加量按w/w比例为0.001-0.6，并补充水至100；
(2)按w/w，将干净的栀子果按原料与萃取剂之比为1∶5-20，投料浸提萃取，浸提温度30-80℃，处理30分钟-6小时，浸提过程中间歇搅拌原料，控制降温速度为1-10℃/小时，然后留取料液，再加入 5-20倍于栀子果的萃取剂进行第二次提取，合并两次料液；
(3)将步骤(2)得到的料液过滤，去200目以下的杂质，料液冷却至30℃以下；
(4)将步骤(3)得到的料液流经树脂吸附柱X精制纯化，依次用水洗涤去除糖类等亲水性杂质，得到洗脱液A；用5-35％的低级醇冲洗树脂柱，得到洗脱液B；然后用40-90％的醇冲洗树脂柱，得到洗脱液C；
(5)将步骤(4)所述得到的洗脱液C在温度50℃以下真空浓缩，回收溶剂，得到浓缩液C；
(6)将步骤(5)得到的浓缩液干燥；
(7)将步骤(6)得到的产品用反相高效液相色谱法定量分析栀子黄，并用分光光度计法定量测定总色价；
(8)将步骤(4)所述得到的洗脱液A依次经微滤膜过滤去杂，滤液经超滤膜分级，截留液经反渗透膜浓缩，得到浓缩液A；
(9)将步骤(8)得到的浓缩液低温干燥；
(10)将步骤(9)得到的产品用国标方法测定总多糖和果胶含量及其胶凝度；
(11)将步骤(4)所述得到的洗脱液B浓缩3倍后流经树脂吸附柱Y精制纯化，依次用去离子水洗涤去除杂质后，用近中性pH的20-50％的低级醇冲洗树脂柱，得到洗脱液B1；再用酸性pH的20-50％的低级醇冲洗树脂柱，得到洗脱液B2；
(12)将步骤(11)所述得到的洗脱液B1和B2在温度50℃以下真 空浓缩，回收溶剂，得到浓缩液B1和B2；
(13)将步骤(12)得到的浓缩液B1和B2干燥；
(14)将步骤(13)得到的产品B1和B2分别用反相高效液相色谱法定量分析栀子环烯醚萜苷以及酚酸类功效成分的含量。
5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述的步骤(1)中的萃取剂从偏磷酸钠、偏磷酸，脂肪酸甲酯磺酸钠、吐温-80中选择，其添加量按w/w比例为0.01-0.1，并补充水至100。
6.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述的原料可以是栀子鲜果或经干燥的栀子果，以及栀子叶、栀子花、栀子树枝或根等原料。
7.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述的工艺还包括从步骤(1)到步骤(13)均在密闭容器内进行。
8.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述的工艺还包括：(1)步骤(4)和步骤(11)中的精制柱为大孔树脂柱；
(2)步骤(4)和步骤(11)中的低级醇为乙醇或甲醇；
(3)将步骤(5)和步骤(12)得到的醇洗脱液在真空条件下浓缩。
9.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述的工艺还包括：步骤(8)中的膜滤包括微滤、超滤或反渗透，微滤为纤维素膜或陶瓷膜，超滤或反渗透膜为分子量5千-5万的中空纤维膜。
10.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：采用冷冻干燥或喷雾干燥或低温真空带式干燥将步骤(6)、步骤(9)和步骤(13)得到的浓缩液进行干燥。
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