CN103989715B - 利用松针制备系列产品及方法 - Google Patents
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Abstract
利用松针制备系列产品及方法，它属于松针加工领域。本发明以提高松针综合利用价值和产业效益为目标，采用高效集成优化技术利用同一批松针通过连续的工艺过程制备出精油、多糖、莽草酸、原花青素、脂溶性黄酮、维生素C、维生素E、β‑胡萝卜素等多种生物活性物质，加工剩余物开发成有机肥料，通过松针系列产品制备关键技术的系统集成创新，达到了松针资源高效综合开发与利用的目的，解决了制约松针资源高效综合开发与利用的产业瓶颈问题。本发明采用酶解、水蒸气蒸馏、水提、醇提、微波提取、超声提取、膜分离、超滤及柱层析等技术手段制备出精油等产品。利用同一批松针通过连续的工艺过程制备出一系列产品，实现了松针资源高效生态循环利用。
Description
技术领域
本发明属于松针加工领域；具体公开了利用松针制备系列产品及方法。
背景技术
全世界针叶植物种类最多，其中仅松树就有100多种，是北半球分布最广的树种之一。作为其主要副产物的松针(Pineneedles)为松科(Pinaceae)松属(Pinus)植物的叶，别名猪鬃松叶、松毛、山松须。我国拥有丰富的松针资源。全世界共有10个属230余种，我国松树有10个属120余种，可供药用和饲用的有13种，分布既广又相对比较集中。在我国北方有丰富的红松、黑松、雪松等，黑龙江省是世界红松的主产区，占总量的70％，南方有丰富的马尾松、湿地松、云南松、黄山松等；我国现有松针面积约为6100～6700万hm2，仅松针叶的蕴藏量就在1亿吨以上。国内各主要林区每年主伐面积约7万hm2，加上全国每年有2500万hm2抚育间伐林中的幼龄树，仅此每年可获得松针叶约400万吨，可加工成松针粉约230万吨(生物学杂志，1996，(2)：25，林产化工通讯，2003，37(4)：29～34，云南中医学院学报，1997，20(3))。松针是松树类植物的主要副产物之一，由于松针再生速度快，可一年四季采收，分布广泛，天然蓄积量大，天然再生资源，因而是一种具有巨大开发潜力的、可持续利用的天然资源。
松针在历代本草中均有记载，据《本草纲目》记载：“松叶，名为松毛，性温苦，无毒，入肝、肾、肺、脾诸经，治各脏肿毒，风寒湿症、肿疱，能促进毛发再生，强健肝、肾、心、脾、肺五脏，延年益寿”。孙思邈对松树也是情有独钟，将松树的相关部分用于疗疾养生，创立了“服松子法、服松叶法、服松脂法。”等自然养生方法。松树药用的代表部位是松针，松针的药用成分高于松树的其他部位，不但含有大量生物黄酮类物质、前花青素，还富含松针精油、氨基酸、叶绿素、多种维生素、松树芦丁。松针可用于扩张动脉血管，增加红血球携氧能力，促进血液循环，改善毛细血管的机能，提高免疫力，增加荷尔蒙的分泌，使身体年轻化。
从20世纪70年代到80年代，全世界就把寻找植物源无毒性抗氧化剂的目光集中在了松树身上。以法国为代表的西方现代医药研究和以中国为代表的传统医药研究同时得到突破性进展。松针的提取物含有十分丰富的有益于健康的水溶性生物类黄酮，它在人体内的抗氧化活性要高于维生素E；松树前花青素有很高的生物利用率，18分钟就能进入血液，它的抗自由基氧化能力是维生素E的50倍，是维生素C的20倍，并且人体对它的吸收迅速完全，口服20分钟即可达最高血液浓度，代谢半衰期达7小时之久；叶绿素为松针的营养素，作用在于促进血液细胞生成、改善微循环系统，帮助皮肤上的伤口痊愈时的肉芽组织生长，对治疗创伤、伤口溃疡、胃粘膜溃疡、牙周病、贫血等有作用；日本和汉药学研究所在研究赤松针成分报告中，发现赤松针含有24种氨基酸，其中有19种确认可构成人类蛋白质；松针特有清新味道来自松脂，其主要成份为精油，这种油类富含不饱和脂肪酸，能增进血管弹性，使血流顺畅，它能调节血压，对高血压患者有降压效果。
我国在松针开发利用加工生产方面与国外先进水平还存在着一定差距。虽然自20世纪80年代以来，松针加工企业如雨后春笋般地发展，但是我国松针加工工业的工艺比较落后，产品单调，企业数量不少，但规模小，综合利用水平低，资源浪费大，经济效益不理想。现有的100余家松针加工厂，绝大多数是作坊式的小型家庭工厂，只生产饲用松针粉类等单一产品，生产技术水平较低，管理较混乱。
目前松树砍伐后大部分松针被废弃，仅少部分加工成饲料，价值被低估，经济效益低，极少部分松针被加工成医药、化工、食品原料，而往往仅提取精油、原花青素、黄酮或浸膏等单一产品，资源利用率低，造成资源极大浪费。松针加工技术粗放，单一产品，资源利用率低，导致单一生产成本过高，竞争力低下，产业规模小，企业运营艰难，同时造成资源浪费，严重制约林区替代性产业的可持续发展。
我国松针加工工业的工艺比较落后，产品单调，只生产饲用松针粉类等单一产品，生产技术水平较低，企业数量不少，但规模小，绝大多数是作坊式的小型家庭工厂，综合利用水平低，资源浪费大，经济效益不理想。
发明内容
本发明以提高松树针叶综合利用价值和产业效益为目标，采用高效集成优化技术利用同一批松针通过连续的工艺过程制备出松针精油、多糖、莽草酸、原花青素、脂溶性黄酮、维生素C、维生素E、β-胡萝卜素等多种生物活性物质，并将生物活性物质提取后的加工剩余物开发成有机肥料，通过松针系列产品制备关键技术的系统集成创新，达到了松针资源高效综合开发与利用的目的，解决了制约松针资源高效综合开发与利用的产业瓶颈问题。
本发明中利用松针制备系列产品及方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将松针粉碎，然后按配比松针与水的质量比为1：2～100加入水中，再加入酶，酶的用量是松针和水总质量的0.01％～1％，所述酶是纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶中的一种或其中几种的(按任意比)混合，在pH3～7(pH值不在范围，可使用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸调pH值)和25～65℃条件下进行酶解或超声酶解10～500min，70～130℃条件下灭活1min～300min；
步骤二、将经步骤一处理后的松针在pH3～7(pH值不在范围，可使用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸调pH值)条件下进行水蒸气蒸馏0.5h～12h，收集上层挥发油，去除残留水分，经过精制(现有公开的方法进行)得精油；
步骤三、选取微波水提取法(液料比3～100：1，每次提取5～120分钟)、超声水提取法(液料比3～100：1，每次提取5～120分钟，温度在5～90℃)、水提取法(液料比3～30：1，每次0.5～3小时)中的一种方法，在pH3～7(pH值不在范围，可使用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸调pH值)条件下，提取1～3次，然后进行过滤或离心后的溶液或浓缩后上大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，洗脱液经分子量范围在1000～100000的膜或超滤柱进行分离，截留得到的分子量大的部分为松针多糖，分子量小的溶液部分上碱性离子交换树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，收集水洗脱部分得维生素C。上述碱性离子交换树脂柱经pH8～11(氢氧化钠等无机碱)的溶液洗脱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得到莽草酸。上述大孔树脂柱经pH3～7的5～50％乙醇洗脱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得原花青素。
步骤四、选取微波30～60％乙醇提取法(液料比3～100：1，每次提取5～120分钟)、超声30～60％乙醇提取法(液料比3～100：1，每次提取5～120分钟，温度在5～82℃)、30～60％乙醇提取法液料比3～30：1，每次0.5～10小时)中的一种方法，将步骤3提取后的松针经微波、减压或其他方法干燥后进行提取1～3次，液料比3～30：1，过滤或离心后的溶液或回收乙醇后上大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，收集10～60％乙醇洗脱部分，洗脱液为柱体积的1～20倍，得黄酮。
步骤五、选取微波80～100％乙醇提取法(液料比3～100：1，每次提取5～120分钟)、超声80～100％乙醇提取法(液料比3～100：1，每次提取5～120分钟，温度在5～80℃)、80～100％乙醇提取法液料比3～30：1，每次0.5～10小时)中的一种方法，将步骤4提取后的松针经微波、减压或其他方法干燥，也可不干燥进行提取1～3次，液料比3～30：1，过滤或离心后的溶液回收乙醇后或稀释后上大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，大孔树脂柱经乙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种比例适当的混合液，或加入少量水，洗脱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得维生素E。使用极性更弱的溶剂丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种比例适当的混合液，洗脱上述大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得β-胡萝卜素。
松针废渣作为生物有机肥料用于蔬菜、水果、农作物、林业施肥。
步骤三也可以按下述步骤进行：将经步骤二处理后的松针按规定的方法提取1～3次，过滤或离心后的溶液可选择直接做成浸膏作为中间体。
步骤四也可以按下述步骤进行：将经步骤三处理后的松针经微波、减压或其他方法干燥后按规定的方法提取1～3次，过滤或离心后的溶液可选择直接做成浸膏作为中间体。
步骤五也可以按下述步骤进行：将步骤四处理后松针经微波、减压或其他方法干燥，也可不干燥按规定的方法提取1～3次，过滤或离心后的溶液回收乙醇后可选择直接做成浸膏作为中间体。
步骤五也可以按下述步骤进行：将步骤四处理后松针醇取1～3次，过滤或离心后的溶液回收乙醇后可选择直接做成浸膏作为中间体。
本发明的技术方法可采用淀粉酶、糖化酶替换步骤一所述的酶或者在步骤一中增加淀粉酶和/或糖化酶，步骤三中的松针多糖被酶解，得到低聚糖。
本发明所述的制备方法还按下述三种方式进行操作，第一种是按步骤一、步骤二、步骤五、步骤四、步骤三的顺序进行的，第二种是按步骤一、步骤五、步骤四、步骤三的顺序进行的，第三种是按步骤一、步骤五、步骤四、步骤三、提取精油的顺序进行。
采用高效集成优化技术建立松针多种生物活性物质一体化高效制备关键技术路线，通过松针系列产品制备关键技术的系统集成创新，达到了松针资源高效综合开发与利用的目的，解决了制约松针资源高效综合开发与利用难题，扭转了松针加工行业产品单一，经济效益低下的颓势，实现了松针资源高效生态循环利用。
松针废渣作为生物有机肥料用于蔬菜、水果、农作物、林业施肥。
通过连续的工艺过程生产出精油、多糖、莽草酸、原花青素、脂溶性、维生素C、维生素E、β-胡萝卜素多种产品，而非一两种产品。就是利用同一批松针制备精油、多糖、莽草酸、原花青素、脂溶性黄酮、维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、有机肥料等多种产品，实现了松针资源高效生态循环利用。精油得率0.18％～0.59％；多糖得率1.2～8.2％；莽草酸得率0.69～5.5％；原花青素得率1.3％～5.8％；黄酮得率0.3％～3.8％；维生素C得率0.005％～0.09％；维生素E得率0.3％～1.9％；β-胡萝卜素得率0.003％～0.030％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中利用松针制备系列产品及方法是按下述步骤进行的：步骤一、将红松松针粉碎，然后按松针与水的质量比为1：8加入水中，再加入比例为2：1的纤维素酶与半纤维素酶，酶的用量是松针和水总质量的0.1％，在pH4和45℃条件下进行酶解120min，100℃条件下灭活10min；
步骤二、将经步骤一处理后的红松松针在pH4.5条件下进行水蒸气蒸馏5h，收集上层挥发油，去除残留水分，经过精制(现有公开的方法进行)得精油；
步骤三、将经步骤二处理后的红松松针进行微波提取，松针与水的质量比为1：15，提取2次每次提取30分钟，然后进行离心处理，得到的溶液上大孔树脂柱用pH6水洗脱，洗脱溶液经分子量2000的膜(用量是柱体积的2倍)超滤，截留得到的分子量大的部分为松针多糖，分子量小的溶液部分上碱性离子交换树脂柱，洗脱液为柱体积的8倍，收集水洗脱部分得维生素C。上述碱性离子交换树脂柱经pH9的溶液洗脱，洗脱液为柱体积的10倍，得到莽草酸。上述大孔树脂柱经pH4的18％乙醇洗脱，洗脱液为柱体积的8倍，得原花青素。
步骤四、将步骤三处理后的红松松针采用30％乙醇超声提取2次，液料比16：1，每次30分钟，温度50℃，过滤后的溶液回收乙醇后，过大孔树脂柱，用10倍柱体积的水洗脱，再用8倍柱体积的10％乙醇洗脱，再用8倍柱体积的45％乙醇洗脱后得到黄酮。
步骤五、将步骤四处理后红松松针经微波干燥后，95％乙醇回流提取2次，液料比10：1，每次5小时，过滤后的溶液回收乙醇后，上大孔树脂柱，用10倍柱体积的60％乙醇洗脱，然后用10倍柱体积的乙醇：丙酮＝2：1溶液洗脱，得到维生素E，再用12倍柱体积的丙酮：乙酸乙酯＝1：5溶液洗脱大孔树脂柱，得β-胡萝卜素。
本实施方式中精油得率0.38％；多糖得率5.2％；莽草酸得率3.6％；原花青素得率3.8％；黄酮得率2.8％；维生素C得率0.03％；维生素E得率0.8％；β-胡萝卜素得率0.01％。
具体实施方式二：本实施方式利用松针制备系列产品及方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将雪松松针粉碎，然后按配比松针与水的质量比为1：5加入水中，再加入再加入比例为2：1的纤维素酶与果胶酶，酶的用量是松针和水总质量的0.15％，在pH4.6和42℃条件下进行酶解或超声酶解60min，90℃条件下灭活25min；
步骤二、将经步骤一处理后的雪松松针在pH5条件下进行水蒸气蒸馏6h，收集上层挥发油，去除残留水分，经过精制(现有公开的方法进行)得精油；
步骤三、将步骤二处理后雪松松针95％乙醇回流提取2次，过滤后的溶液回收乙醇后，用大孔树脂柱用水洗脱，然后用乙醇洗脱，得到维生素E，再用乙酸乙酯洗脱大孔树脂柱，得β-胡萝卜素。
步骤四、将步骤三处理后的雪松松针50％乙醇超声提取2次，过滤后的溶液回收乙醇后，按用水稀释后过大孔树脂柱用水(用量是柱体积的10倍)洗脱，然后用50％(体积)乙醇(用量是柱体积的5倍)洗脱后得到黄酮。
步骤五、将经步骤四处理后的雪松松针水提取2次，然后进行离心处理，得到的溶液用大孔树脂柱洗脱，大孔树脂柱再经pH5的22％(体积)乙醇(用量是柱体积的8倍)洗脱得原花青素，溶液经分子量范围6000的膜超滤，膜截留得到松针多糖，分子量小的溶液部分上碱性离子交换树脂柱，洗脱液为柱体积的10倍，收集水洗脱部分得维生素C。上述碱性离子交换树脂柱经pH9的溶液洗脱，洗脱液为柱体积的9倍，得到莽草酸。上述大孔树脂柱经pH4的22％乙醇洗脱，洗脱液为柱体积的8倍，得原花青素。
本实施方式中精油得率0.36％；多糖得率5.0％；莽草酸得率2.6％；原花青素得率3.5％；黄酮得率2.5％；维生素C得率0.015％；维生素E得率0.9％；β-胡萝卜素得率0.008％。
具体实施方式三、本实施方式中利用松针制备系列产品及方法是按下述步骤进行的：步骤一、将落叶松松针粉碎，然后按配比松针与水的质量比为1：4加入水中，再加入比例为2：1:1的纤维素酶、半纤维素酶与果胶酶，酶的用量是松针和水总质量的0.1％，在pH5和45℃条件下进行酶解80min，100℃条件下灭活10min；
步骤二、将经步骤一处理后的落叶松松针在pH5条件下进行水蒸气蒸馏，收集上层挥发油，去除残留水分，经过精制(现有公开的方法进行)得精油；
步骤三、将经步骤二处理后的落叶松松针水提取法3次，然后进行离心处理，得到的溶液用大孔树脂柱洗脱，大孔树脂柱再经pH4的16％(体积)乙醇(用量是柱体积的10倍)洗脱得原花青素，溶液经分子量范围在3000的中空纤维柱超滤，截留得到松针多糖，小分子部分溶液上碱性离子交换树脂柱，收集水洗脱液为维生素C，再经pH9的水溶液(用量是柱体积的8倍)洗脱后得到莽草酸。
步骤四、将步骤三处理后的落叶松松针36％乙醇超声提取2次，过滤后的溶液过大孔树脂柱，然后用50％乙醇(用量是柱体积的10倍)洗脱后得到黄酮。
步骤五、将步骤四处理后落叶松松针用95％乙醇回流提取2次，过滤后的溶液上大孔树脂柱，用乙醇：乙酸乙酯＝5：1洗脱，得到维生素E，再用丙酮：乙酸乙酯＝1：5洗脱大孔树脂柱，得β-胡萝卜素。
本实施方式中精油得率0.39％；多糖得率5.2％；莽草酸得率3.8％；原花青素得率3.0％；黄酮得率3.0％；维生素C得率0.02％；维生素E得率0.6％；β-胡萝卜素得率0.009％。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是采用马尾松松针作为原料，其中步骤一中所述酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶按1：1：2：1的质量比的混合物。其它步骤和参数与具体实施方式三相同。
本实施方式中精油得率0.37％；多糖得率5.3％；莽草酸得率2.7％；原花青素得率3.1％；黄酮得率3.2％；维生素C得率0.015％；维生素E得率0.5％；β-胡萝卜素得率0.008％。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的采用是湿地松松针为原料，其中步骤一中所用酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶按1：1：2：1：1：2的质量比的混合物。其它步骤和参数与具体实施方式三相同。
本实施方式中精油得率0.39％；低聚糖得率8.6％；莽草酸得率1.9％；原花青素得率3.1％；黄酮得率3.3％；维生素C得率0.025％；维生素E得率0.6％；β-胡萝卜素得率0.01％。
Claims (9)
1.利用松针制备系列产品的方法，其特征在于采用高效集成优化技术利用同一批松针通过连续的工艺过程制备出松针精油、多糖、莽草酸、原花青素、脂溶性黄酮、维生素C、维生素E和β-胡萝卜素多种生物活性物质，加工剩余物开发成有机肥料，其中精油得率0.18%～0.59%；多糖得率1.2～8.2%；莽草酸得率0.69～5.5%；原花青素得率1.3%～5.8%；黄酮得率0.3%～3.8%；维生素C得率0.005%～0.09%；维生素E得率0.3%～1.9%；β-胡萝卜素得率0.003%～0.030%。
2.利用松针制备系列产品的方法，其特征在于利用松针制备系列产品的方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将松针粉碎，然后按配比松针与水的质量比为1：2～100加入水中，再加入酶，酶的用量是松针和水总质量的0.01%～1%，所述酶是纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶中的一种或其中几种的混合，在pH3～7和25～65℃条件下进行酶解或超声酶解10～500min，70～130℃条件下灭活1min～300min；
步骤二、将经步骤一处理后的松针在pH3～7条件下进行水蒸气蒸馏0.5h～12h，收集上层挥发油，去除残留水分，经过精制得精油；
步骤三、选取微波水提取法、超声水提取法、水提取法中的一种方法，在pH3～7条件下，提取1～3次，然后进行过滤或离心后的溶液或浓缩后上大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，洗脱液经分子量范围在1000～100000的膜或超滤柱进行分离，截留得到的分子量大的部分为松针多糖，分子量小的溶液部分上碱性离子交换树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，收集水洗脱部分得维生素C，上述碱性离子交换树脂柱经pH8～11无机碱溶液洗脱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得到莽草酸，上述大孔树脂柱经pH3～7的5～50%乙醇洗脱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得原花青素；
步骤四、选取微波30～60%乙醇提取法、超声30～60%乙醇提取法、30～60%乙醇提取法中的一种方法，将步骤3提取后的松针经微波、减压或其他方法干燥后进行提取1～3次，液料比3～30：1，过滤或离心后的溶液或回收乙醇后上大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，收集10～60%乙醇洗脱部分，洗脱液为柱体积的1～20倍，得黄酮；
步骤五、选取微波80～100%乙醇提取法、超声80～100%乙醇提取法、80～100%乙醇提取法中的一种方法，将步骤4提取后的松针经微波、减压或其他方法干燥，也可不干燥进行提取1～3次，液料比3～30：1，过滤或离心后的溶液回收乙醇后或稀释后上大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，大孔树脂柱经乙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种比例适当的混合液，或加入少量水，洗脱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得维生素E，使用极性更弱的溶剂丙酮、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种比例适当的混合液，洗脱上述大孔树脂柱，洗脱液为柱体积的1～20倍，得β-胡萝卜素。
3.根据权利要求2所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于步骤二所述的水蒸气蒸馏时间为0.5～12h。
4.根据权利要求2所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于用淀粉酶、糖化酶替换步骤一所述的酶或者在步骤一中增加淀粉酶和/或糖化酶，步骤三中的松针多糖被酶解，得到低聚糖。
5.根据权利要求2所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于制备方法按下述两种方式之一进行操作，第一种是按步骤一、步骤二、步骤五、步骤四、步骤三的顺序进行的，第二种是按步骤一、步骤五、步骤四、步骤三、步骤二的顺序进行。
6.根据权利要求2、3或4所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于步骤三所述的微波水提取法的液料比3～100：1，每次提取5～120分钟。
7.根据权利要求2、3或4所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于步骤三所述的超声水提取法的液料比3～100：1，每次提取5～120分钟，温度在5～90℃。
8.根据权利要求2、3或4所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于步骤三所述的水提取法的液料比3～30：1，每次0.5～3小时。
9.根据权利要求2、3或4所述利用松针制备系列产品的方法，其特征在于步骤四和步骤五所述的微波乙醇提取法的液料比3～100：1，每次提取5～120分钟；超声乙醇提取法液料比3～100：1，每次提取5～120分钟，温度在5～82℃；步骤四和步骤五所述的乙醇提取法液料比3～30：1，每次提取0.5～10小时。
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