CN105037572B - 一种从牛蒡根中提取牛蒡多糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种从牛蒡根中提取牛蒡低聚果糖的方法，主要包括：经处理后的牛蒡根材料用高压脉冲电场提取，提取液经过离心沉淀得上清液，上清液经过二次超滤膜过滤得到牛蒡低聚果糖浓缩液，最后将浓缩液干燥得到分子量比较均一的牛蒡低聚果糖。
Description
技术领域
本发明涉及一种从植物中提取天然产物的方法，具体来说，涉及一种从牛蒡根中提取牛蒡低聚果糖的方法。
背景技术
牛蒡根是菊科植物牛蒡(Arctium lappa L.)的根，牛蒡是一种较好的药食同源植物，牛蒡根中含有丰富的低聚糖，称为牛蒡低聚果糖、牛蒡寡糖、牛蒡菊糖等。据报道，牛蒡低聚果糖具有有效地降低血脂的功能，是一种很有价值的天然产物。
已知对牛蒡根中牛蒡低聚果糖的提取有很多方法，例如直接水提法(郝林华等，中国海洋大学学报，2004年5月，第34卷第3期)，微波提取法(王洪新等，中国专利申请号200910182291.X)，固定化酶提取法(张成如，中国专利申请号201210521598.X)等。其中以直接水提法成本最低，但是提取时间较长，而且水提法提取出的牛蒡低聚果糖含有较多的蛋白质和可溶性膳食纤维，具有牛蒡多糖的含量不够高、提纯方法复杂等缺点。
其中，水溶性膳食纤维大部分在低温的时候溶解性比较低，可以用沉淀的方法分离出大部分的纤维。传统的脱蛋白方法主要有Sevag法，木瓜蛋白酶法、TCA法、双氧水法等或者这几种方式的联用。这些方法中，除木瓜蛋白酶法之外都会使用有机溶剂，脱蛋白后有机溶剂难以完全除去。木瓜蛋白酶法虽然安全，但是具有蛋白去除率不高，多糖损失率过大的缺点。
根据现有技术文献，已有报道牛蒡低聚果糖的聚合度为13个单糖单元(郝林华等，高等学校化学学报，2005年7月，第26卷第7期)和18个单糖单元(董梅，《牛蒡菊糖的制备及理化性质研究》，江南大学硕士论文，2005年)。也就是说，从牛蒡根中提取的天然牛蒡低聚果糖具有较为均一的分子量。牛蒡根水提取物中含有的其他物质，例如分子量高(大于10,000Da)的水溶性膳食纤维、水溶性蛋白质等，以及分子量低(小于1,000Da)的无机盐、黄酮类物质等，与牛蒡低聚果糖的分子量都有较大区别。
高压脉冲电场法是近年发展起来的一种新兴的提取方法，其机理是利用细胞膜电穿孔原理，在外加高压脉冲电场下瞬间使细胞破壁，造成细胞膜电位混乱，细胞壁和细胞膜受到可逆或不可逆的破坏，从而使细胞内组分流出。高压脉冲电场提取法具有处理时间短、能耗低、提取率高、较不易引起目标产物变性等优点。
此外，超滤膜作为一种新型化工单元，可用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品等。超滤膜是一种具有固定大小孔径的微孔过滤膜，当在其一侧施加压力时，可以透过分子量小于一定值的分子；该分子量称为超滤膜的截留分子量。采用超滤膜分级法，可以更好更安全的除去多糖中的蛋白质。因此，通过使用多个具有不同截留分子量的超滤膜对牛蒡根提取液进行多次过滤，可以获得分子量在一定区间内的牛蒡低聚果糖。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从牛蒡根中提取牛蒡低聚果糖的方法，主要包括：经处理后的牛蒡根材料用高压脉冲电场提取，提取液经过离心沉淀得上清液，上清液经过二次超滤膜过滤得到牛蒡低聚果糖浓缩液，最后将浓缩液干燥得到分子量比较均一的牛蒡低聚果糖。本方法的提取效率更高，获得的多糖含量更高。
根据本发明的从牛蒡根中提取牛蒡低聚果糖的方法，具体步骤为：
(1)将牛蒡根材料与适量的水混合处理；
(2)将步骤(1)混合后的牛蒡根材料预热至40-100℃，加热过程中做匀质处理；
(3)将步骤(2)处理后的牛蒡根材料用高压脉冲电场提取设备进行提取，其中脉冲电场强度为5-50kV/cm，脉冲数为1-10，提取温度为40-100℃；
(4)将步骤(3)获得的提取液进行离心处理，去除沉淀部分，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液用截留分子量为5,000-12,000Da的超滤膜过滤，超滤温度为50℃，压力为0.05-0.25mPa，收集膜下部分；
(6)将步骤(5)所得膜下部分用截留分子量为500-1,200Da的超滤膜浓缩至密度为1.050-1.150g/mL，超滤温度为50℃，压力为0.05-0.25mPa，收集膜上部分；
(7)将步骤(6)所得膜上部分进行干燥，得到牛蒡低聚果糖。
根据获取原材料的难易程度，本发明的牛蒡根材料可以为新鲜的牛蒡根或者干燥的牛蒡根。根据所用的牛蒡根材料，本发明的提取方法中与适量的水混合处理的具体步骤为以下两者之一：
(i)牛蒡根材料为新鲜的牛蒡根时，经清洗、去皮后，加入2-3倍重量的水，并进行打浆处理；或者
(ii)牛蒡根材料为干燥的牛蒡根时，经粉碎后，加入15-20倍重量的水。
为了加快牛蒡根中的分子量较大的多糖的糖链断裂，从而形成分子量较小的多糖，因此本发明包括在高压脉冲电场提取前对加水混合后的牛蒡根材料进行加热至一定温度，并同时进行匀质处理的预处理步骤。如果预处理的加热温度过低，则无法达到使糖链断裂的目的；如果加热温度过高，则可能发生其他破坏提取物的化学反应。加热预处理的温度为40-100℃，优选为70-90℃。
将预处理后的牛蒡根材料用蠕动泵等方式导入高压脉冲电场提取设备进行提取。在此期间，不对预处理的牛蒡根材料进行降温处理，即采用一个较一般的高压脉冲电场提取方法高的温度来进行牛蒡低聚果糖的提取。高压脉冲电场提取的具体参数为：脉冲电场强度为5-50kV/cm，优选为10-20kV/cm；脉冲数为1-10，优选为3-8；提取温度为40-100℃，优选为70-90℃。
对经高压脉冲电场提取所得的提取液进行离心处理，使提取液中不溶于水的部分沉淀，弃去沉淀部分，得上清液。
使用超滤膜1，对离心处理所得上清液进行超滤处理1，收集能够透过超滤膜1的膜下部分1。超滤膜1的截留分子量为5,000-12,000Da，优选为7,000-10,000Da；超滤温度为50℃；压力为0.05-0.25mPa，优选为0.15mPa。
使用超滤膜2，对超滤处理1所得膜下部分1进行超滤处理2，浓缩至密度为1.050-1.150g/mL，收集不能透过超滤膜2的膜上部分2。超滤膜2的截留分子量为500-1,200Da，优选为800-1,000Da；超滤温度为50℃；压力为0.05-0.25mPa，优选为0.15mPa。
对超滤处理2所得膜上部分2进行干燥处理，从而得到根据本发明的方法提取的牛蒡低聚果糖。干燥处理可以采用常规的水提取物的干燥方法，并优选为喷雾干燥。
本发明的有益效果
本发明的从牛蒡根中提取牛蒡低聚果糖的方法，主要包括高压脉冲电场提取和二次超滤膜过滤的步骤。高压脉冲电场法以水作为提取剂，在保证了没有有机溶剂残留的同时，与传统的直接水提法相比，具有处理时间短、能耗低、提取率高、较不易引起目标产物变性等优 点。超滤膜过滤法作为一种物理分离的方法，依据分子量对提取物进行分离，不对提取物的任何组分进行化学上的改变。超滤产物具有分子量均一，纯度高，生物活性好等优点。而且超滤膜可以反复使用，工艺简单，能够节约成本，适宜工业化生产。
此外，本方法的全部过程均使用了较低的温度，更容易保持天然产物原有的物理化学性质。在保证工业化生产的情况下，牛蒡低聚果糖的生物活性得到最大限度的保持。
具体实施方式
下面通过具体实施方式及化学分析结果对本发明作进一步的说明。其中，经过本发明的方法提取的牛蒡低聚果糖的重均分子量，以葡聚糖凝胶为标准样，用凝胶过滤色谱法测定；牛蒡低聚果糖的总糖含量，用苯酚-硫酸法测定；牛蒡低聚果糖中蛋白质杂质的含量，用凯氏定氮法检测。
实施例1
取清洗、去皮后的新鲜牛蒡根1,000g，用打浆机对牛蒡根进行打浆；打浆后加入2,500mL纯水，加热至80℃，加热的过程中进行匀质处理；匀质处理后用蠕动泵以100mL/min通入高压脉冲电场提取设备进行提取，参数设置为电场强度10kV/cm、脉冲数6；高压脉冲电场提取完成后进行离心，取上清液；用截留分子量为10,000Da的超滤膜过滤，弃去膜上部分；超滤所得的膜下部分使用截留分子量为800Da的超滤膜过滤至膜上部分密度为1.11g/mL，收集膜上部分；喷雾干燥得牛蒡低聚果糖53.6g。
对所得牛蒡低聚果糖进行化学分析，用凝胶过滤色谱法测得本产品的重均分子量为3,200Da，用苯酚-硫酸法测得总糖含量为95％，用凯氏定氮法测得蛋白质含量为0.5％。
实施例2
取干燥的牛蒡根片100g，用粉碎机粉碎过100目筛，加入1,500mL纯水，加热至80℃，加热的过程中进行匀质处理；匀质处理后用蠕动泵以100mL/min通入高压脉冲电场提取设备进行提取，参数设置为电场强度20kV/cm、脉冲数5；高压脉冲电场提取完成后进行离心，取上清液；用截留分子量为7,000Da的超滤膜过滤，弃去膜上部分；超滤所得的膜下部分使用截留分子量为1,000Da的超滤膜过滤至膜上部分密度为1.08g/mL，收集膜上部分；喷雾干燥得牛蒡低聚果糖26.4g。
对所得牛蒡低聚果糖进行化学分析，用凝胶过滤色谱法测得本产品的重均分子量为2,200Da，用苯酚-硫酸法测得总糖含量为94％，用凯氏定氮法测得蛋白质含量为0.6％。
以上，基于本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限定于此，本领域的技术人员应该明白，在本发明的主旨的范围内能够对实施方式进行改变和变更，这样的改变和变更的方式，理应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种从牛蒡根中提取牛蒡低聚果糖的方法，包括下列步骤：
(1)将牛蒡根材料与适量的水混合处理；
(2)将步骤(1)混合后的牛蒡根材料预热至40-100℃，加热过程中做匀质处理；
(3)将步骤(2)处理后的牛蒡根材料用高压脉冲电场提取设备进行提取，其中脉冲电场强度为5-50kV/cm，脉冲数为1-10，提取温度为40-100℃；
(4)将步骤(3)获得的提取液进行离心处理，去除沉淀部分，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液用截留分子量为5,000-12,000Da的超滤膜过滤，收集膜下部分；
(6)将步骤(5)所得膜下部分用截留分子量为500-1,200Da的超滤膜浓缩至密度为1.050-1.150g/mL，收集膜上部分；
(7)将步骤(6)所得膜上部分进行干燥，得到牛蒡低聚果糖。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
步骤(1)中所述的牛蒡根材料为新鲜的牛蒡根或者干燥的牛蒡根；并且所述步骤(1)为以下两者之一：
(i)牛蒡根材料为新鲜的牛蒡根时，经清洗、去皮后，加入2-3倍重量的水，并进行打浆处理；或者
(ii)牛蒡根材料为干燥的牛蒡根时，经粉碎后，加入15-20倍重量的水。
3.根据权利要求1所述的方法，其中
所述预热温度和所述高压脉冲电场提取温度为70-90℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中
所述脉冲电场强度为10-20kV/cm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中
所述脉冲数为3-8。
6.根据权利要求1所述的方法，其中
步骤(5)中所述超滤膜的截留分子量为7,000-10,000Da，并且超滤温度为50℃，压力为0.05-0.25mPa。
7.根据权利要求1所述的方法，其中
步骤(6)中所述超滤膜的截留分子量为800-1,000Da，超滤温度为50℃，压力为0.05-0.25mPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其中
步骤(7)中所述干燥方法为喷雾干燥。
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