CN105535153A - 一种低温提取覆盆子活性成分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温提取覆盆子活性成分的方法。该方法采用超声波协同生物酶提取覆盆子活性成分，并采用有机分离膜进行覆盆子提取液的浓缩。该方法首先将覆盆子原料经破碎与溶剂混合，加入纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶进行酶解，酶解温度在50℃以下，然后继续在超声波辅助下进行提取，提取温度在50℃以下，提取结束后经筛网初步过滤分离提取液和覆盆子残渣，提取液再经过深度脱除提取液中的悬浮物，然后换热降温后进入有机膜组件，在压力的驱动下，溶剂透过分离膜，覆盆子的有效成分得到浓缩。本发明所述方法的整个过程均在低温下进行，不仅减少了高温造成的活性损失，还有效地降低了提取过程的能耗，同时能保持较高的活性成分提取率。

Description

一种低温提取覆盆子活性成分的方法
技术领域
本发明涉及天然产品活性组分提取分离领域，尤其涉及一种低温提取覆盆子活性成分的方法。
背景技术
覆盆子为蔷薇科悬钩子属植物，因叶裂如掌也称掌叶覆盆子。覆盆子近成熟干燥果实(夏初果实由绿变绿黄时采收)为常用中药，而成熟果实是新型高营养的野生或半野生果品，用于食疗和保健，是高营养、高抗性、无污染的绿色新型第3代水果。
近年来，国内外学者采用现代药理方法对覆盆子的药理活性进行了深入研究，阐明了其药理作用。研究发现，覆盆子粗多糖具有明显的促进淋巴细胞增殖，提高细胞免疫功能的作用。国内外研究还发现，覆盆子提取物可以阻止人体内癌细胞的生长，促使癌细胞分解凋亡，具有较强的抗肿瘤作用。
溶剂提取法是最常用的从固体天然产物中提取活性组分的方法，根据活性物质的不同，可以选用不同的溶剂。溶剂提取法根据具体条件和工艺不同，可以分为浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续提取法等。常规的覆盆子活性成分提取方法通常是使用接近溶剂沸腾的温度进行蒸煮，后续采用高温蒸发的方法实现溶剂与活性组分的分离。这种方法操作温度高，提取时间长，能耗大，最主要的是高温提取和浓缩过程会破坏活性成分的活性。
CN104829737A公开了一种覆盆子叶粗多糖及其制备方法与应用，通过热水回流提取、脱色处理和醇沉等步骤，从覆盆子的叶子提取到覆盆子叶粗多糖，该粗多糖在体外能显著抑制LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞NO的释放，而且能显著抑制LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞TNF-α、iNOS和IL-6mRNA的表达。
因此目前迫切需要开发新型的低温提取浓缩技术。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出了一种低温提取覆盆子活性成分的方法。本发明针对覆盆子产品常规溶剂提取过程中存在的高温操作时间长，相应带来的能耗高，活性损失大等问题，将低温酶解技术与超声辅助提取结合起来，使提取过程在低温下完成，同时生物活性酶和超声场的辅助作用保证了覆盆子活性成分的有效提取率。同时，采用膜浓缩技术代替蒸发技术对提取液进行浓缩，可以进一步减少高温加热时间，同时减少了蒸发带来的溶剂损失，提高了覆盆子活性成分的提取率。
为达此目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明提供了一种低温提取覆盆子活性成分的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)覆盆子原料经破碎后与提取溶剂混合，加入活性酶进行酶解提取；
(2)酶解提取结束后继续在超声波辅助下进行提取；
(3)提取结束后经筛网过滤初步分离提取液和覆盆子残渣；
(4)提取液再经过深度脱除提取液中的悬浮物，然后换热降温后进入分离膜，在压力的驱动下，溶剂透过分离膜，覆盆子的活性成分得到浓缩。
本发明中的生物酶辅助提取过程是一个低温的过程，酶解温度在50℃以下。作为活性酶的纤维素酶可将植物细胞壁的纤维素水解成水溶性糖，经纤维素酶处理后的植物细胞壁水解破裂，利于胞内活性成分化合物的溶出；果胶酶可以使细胞间的果胶质降解，把细胞从组织内分离出来；木瓜蛋白酶可以分解蛋白质，因此，生物活性酶的加入可以有效地提高覆盆子的提取效果。
本发明所采用的活性酶在低于50℃下具有最优性能，然而该低温下活性物质从覆盆子药材主体相向溶剂相的扩散效果会变差。本发明根据超声波可在植物细胞中及溶剂中发生空化等作用，利于溶剂与植物细胞内部的相互渗透，增加有效成分在溶剂中的溶解以及增加了活性组分扩散速度的优势，采用生物酶酶解和超声提取法两种方法组合使用，其可发生协同增效作用，实现了在低温条件下覆盆子活性成分高回收率提取的目的。
本发明中所采用的膜分离为低温操作过程，一方面溶剂不发生相变，不需要相变热，因此操作成本远远低于加热蒸发操作所需要的能耗；另一方面，低温的膜浓缩操作也可以进一步减少覆盆子活性成分在高温下的处理时间，从而有效提高覆盆子活性成分的提取率。
本发明中，步骤(1)所述活性酶为纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物非限制性的实例为：纤维素酶和果胶酶的混合物；果胶酶和木瓜蛋白酶的混合物；纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶的混合物。
本发明中，步骤(1)所述酶解提取的温度为15-50℃，例如可以是15℃、18℃、20℃、22℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、50℃，优选50℃；所述酶解提取的时间为30-180min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、100min、110min、120min、140min、160min、180min，优选120min。
本发明中，步骤(2)所述超声波提取的温度为15-50℃，例如可以是15℃、18℃、20℃、22℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、50℃，优选50℃；所述超声波提取的时间为30-180min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、100min、110min、120min、140min、160min、180min，优选120min。
本发明中，步骤(3)所述筛网的目数为250-350目，优选为300目。
本发明中，步骤(4)所述深度脱除为离心、微滤或板框过滤中的任意一种，优选为离心。
本发明中，步骤(4)所述换热降温为两级过程，其中一级为膜浓缩的透过清液作为降温液，二级为使用冷却水作为降温液，温度从50℃降低到40℃以下。例如可以降低到38℃、35℃、32℃、30℃、28℃、25℃、23℃、20℃、18℃等等。
本发明中，步骤(4)所述分离膜为有机纳滤膜或有机反渗透膜，优选为有机纳滤膜，所述有机纳滤膜截留分子量为200-400。
本发明中，步骤(4)所述分离膜的材质为纤维素、醋酸纤维素、磺化聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述分离膜对提取的活性成分具有截留性能。
本发明中，步骤(4)所述分离膜在分离过程中的压力为0.5-6.0MPa，例如可以是0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、1.8MPa、2.0MPa、2.5MPa、2.8MPa、3.0MPa、3.2MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.2MPa、4.5MPa、5.0MPa、5.5MPa、6.0MPa，温度为15-40℃，例如可以是15℃、18℃、20℃、22℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃、40℃。
作为优选的技术方案，本发明所述低温提取覆盆子活性成分的方法，包括以下步骤：
(1)覆盆子原料经破碎后与提取溶剂混合，加入活性酶进行酶解提取，所述活性酶为纤维素酶、果胶酶或木瓜蛋白酶中的任意一种或至少两种的混合物，所述酶解提取的温度为15-50℃，酶解提取的时间为30-180min；
(2)酶解提取结束后继续在超声波辅助下进行提取，所述超声波提取的温度为15-50℃，超声波提取的时间为30-180min；
(3)提取结束后经250-350目筛网过滤初步分离提取液和覆盆子残渣；
(4)提取液再经离心脱除提取液中的悬浮物，然后换热降温后进入分离膜，所述换热降温为两级过程，其中一级为经膜浓缩的透过清液作为降温液，二级为使用冷却水作为降温液，温度从50℃降低到40℃以下，在0.5-6.0MPa压力的驱动以及15-40℃下，溶剂透过分离膜，覆盆子的活性成分得到浓缩。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明提出一种低温提取覆盆子活性成分的方法，该方法通过酶解和超声串级使用，既降低了提取温度又保持了高提取率，低温的膜浓缩操作也进一步减少了覆盆子活性成分在高温下的处理时间，因此，本发明可以实现覆盆子的低温提取过程，提高了提取过程的效率和活性组分的活性，大大降低了提取及浓缩脱溶剂过程的成本；具体地，本发明所述方法全程在低温下运行，能耗低，活性成分损失小；膜分离浓缩代替蒸发过程，浓缩的成本大大降低；该方法低温密闭操作且没有相变过程，溶剂挥发量小，对有机溶剂提取过程，可以降低溶剂损失。
2、采用本发明的低温提取覆盆子活性成分的方法，可以使覆盆子活性成分的提取率可达到10％以上。
附图说明
图1为本发明的低温提取覆盆子活性成分的方法示意图；
其中，1-提取器，2-超声探头，3-过滤器，4-深度残渣脱除器，5-换热器，6-换热器，7-膜浓缩器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。本发明所涉及的主题保护范围并非仅限于这些实施例。
实施例1：
提取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加入纤维素酶1g，加热到50℃，30min后，开启超声探头，30min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为8.6％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为8.6％。
结果表明，本实施例提供的提取方法可以在低温下实现提取操作，纤维素酶与超声场联合使用可以得到较高的覆盆子活性产物提取率。
实施例2：
提取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加入木瓜蛋白酶1g，加热到50℃，30min后，开启超声探头，30min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为8.0％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为8.0％。
实施例3：
取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加入果胶酶1g，加热到50℃，30min后，开启超声探头，30min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为8.2％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为8.2％。
实施例4：
取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加入纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶共1g，加热到45℃，30min后，开启超声探头，30min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为10.3％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为10.3％。
实施例5：
取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加入纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶共1g，加热到40℃，30min后，开启超声探头，30min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后加压到2.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有较高截留性能的纳滤膜，截留分子量在200-400之间，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.05％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为9.63％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为9.63％。
由于纳滤允许无机盐等小分子透过，因此总的固体收率低于反渗透浓缩过程，但是不影响覆盆子多糖等活性组分的收率。
对比例1：
提取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加入纤维素酶1g，加热到50℃，提取60min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为6.6％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为6.6％。
对比例2：
提取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加热到50℃，启动超声探头，提取60min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为4.6％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为4.6％。
对比例3：
提取设备的体积为3L，加入2L水，200g覆盆子原料，加热到95℃，提取60min后，在提取设备底部将提取液取出，经300目筛网过滤除掉悬浮颗粒，使用高速离心机离心进一步除去悬浮颗粒后进入换热设备，由膜分离过程的透过液和冷却水换热降温到40℃，加压到3.0MPa进入膜组件。膜组件中选用对覆盆子活性成分具有高截留性能的反渗透膜，在压力驱动下，水分透过分离膜，提取液中的有效成分均得到完全截留，透过液固含量低于0.001％。
控制膜分离过程的操作参数，使浓缩液的浓度达到进料提取液浓度的10倍，提取液中90％的水分得到脱除，浓缩液进入下一工序。透过液进入换热器，将提取液进行降温。经过浓缩后得到浓缩液约200mL，浓缩液中固含量为6.8％，总的固体收率(可溶固体物总量与原料量的比值)约为6.8％。
由于对比例1是仅采用酶解提取，未进行超声波辅助提取，对比例2是仅采用超声波提取，而未采用酶解提取，对比例3是采用高温提取，经检测，其最终浓缩后得到的浓缩液中固含量和总的固体收率都要明显低于实施例1-5。由此也可以说明，本发明中的酶解和超声波辅助提取两者相互配合，取得了协同增效作用，并实现了低温条件下覆盆子活性成分高回收率提取的目的。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种低温提取覆盆子活性成分的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)覆盆子原料经破碎后与提取溶剂混合，加入活性酶进行酶解提取；
(2)酶解提取结束后继续在超声波辅助下进行提取；
(3)提取结束后经筛网过滤初步分离提取液和覆盆子残渣；
(4)提取液再经深度脱除提取液中的悬浮物，然后换热降温后进入分离膜，在压力的驱动下，溶剂透过分离膜，覆盆子的活性成分得到浓缩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述活性酶为纤维素酶、果胶酶或木瓜蛋白酶中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，步骤(1)所述酶解提取的温度为15-50℃，优选50℃；所述酶解提取的时间为30-180min，优选120min。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述超声波提取的温度为15-50℃，优选50℃；所述超声波提取的时间为30-180min，优选120min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述筛网的目数为250-350目，优选为300目。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述深度脱除为离心、微滤或板框过滤中的任意一种，优选离心；
优选地，步骤(4)所述换热降温为两级过程，其中一级为经膜浓缩的透过清液作为降温液，二级为使用冷却水作为降温液，温度从50℃降低到40℃以下。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述分离膜为有机纳滤膜或有机反渗透膜，优选为有机纳滤膜，所述有机纳滤膜的截留分子量为200-400；
优选地，步骤(4)所述分离膜的材质为纤维素、醋酸纤维素、磺化聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，步骤(4)所述分离膜对提取的活性成分具有截留性能；
优选地，步骤(4)所述分离膜在分离过程中的压力为0.5-6.0MPa，温度为15-40℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)覆盆子原料经破碎后与提取溶剂混合，加入活性酶进行酶解提取，所述活性酶为纤维素酶、果胶酶或木瓜蛋白酶中的任意一种或至少两种的混合物，所述酶解提取的温度为15-50℃，酶解提取的时间为30-180min；
(2)酶解提取结束后继续在超声波辅助下进行提取，所述超声波提取的温度为15-50℃，超声波提取的时间为30-180min；
(3)提取结束后经250-350目筛网过滤初步分离提取液和覆盆子残渣；
(4)提取液再经离心脱除提取液中的悬浮物，然后换热降温后进入分离膜，所述换热降温为两级过程，其中一级为经膜浓缩的透过清液作为降温液，二级为使用冷却水作为降温液，温度从50℃降低到40℃以下，在0.5-6.0MPa压力的驱动以及15-40℃下，溶剂透过分离膜，覆盆子的活性成分得到浓缩。
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