CN105671089A - 利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：将红豆杉在弱酸性条件下酶解纤维素和半纤维素后发酵产生乙醇，然后利用产生的乙醇提取紫杉烷类有效成分；将红豆杉中的纤维素和半纤维素进行水解，通过酶水解纤维素后发酵产生乙醇，以使紫杉烷类有效成分能更好的溶解于乙醇提取液中，能同时提取紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ等紫杉烷类有效成分和乙醇，紫杉醇的提取率99％以上，三尖杉宁碱提取率99％以上，10-DABⅢ提取率99％以上，浸膏中紫杉醇含量1％～5％，三尖杉宁碱含量1％～3％，10-DABⅢ含量1％～3％。

Description

利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法
技术领域
本发明涉及从植物中分离提取有效成分的技术领域，具体涉及一种利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法。
背景技术
紫杉烷类化合物是提取于高等裸子植物红豆杉的树皮、根和叶等部位的一类化合物，主要含有紫杉醇、三尖杉宁碱、10-DABⅢ、7木糖基紫杉醇等，有许多已被证明具有细胞毒性和抗肿瘤活性。较为常用的从红豆杉属植物中提取制备紫杉醇等的方法，其工艺路线一般为：先用机溶剂提取，然后回收有机溶剂得到浸膏，对浸膏脱脂后进行柱分离，并在此基础上发展了许多改进工艺，但是这些现有工艺均大量使用溶剂，容易造成环境污染，成本也大大提高。现有提取紫杉烷类有效成分的方法，如申请号为201510388338.3的“一种从红豆杉中高效提取紫杉醇的方法”专利，公开的提取紫杉烷类有效成分的方法是：先将红豆杉原料研磨粉碎过100-200目筛，然后加入5-10倍量的水和0.1％的冰醋酸进行超声辅助酶解，静置过滤分液，超声辅助有机溶剂萃取，柱层析除杂，碱性树脂柱连续纯化分离，进而获得紫杉醇产品。该方法的主要缺点是：①只对紫杉紫杉烷类中的紫杉醇进行纯化，忽略了三尖杉宁碱、10-DABⅢ等有效成分；②酶解的酶单一，只采用纤维素酶进行酶解；③酶解产生的糖类未充分利用，导致资源浪费。
发明内容
本发明目的是针对现有提取紫杉烷类有效成分方法的不足，提供一种利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，能同时提取获得紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ等紫杉烷类有效成分和乙醇，具有制备工艺、生产设备及操作步骤简单，提取效率高，实用性强，并联产乙醇等特点。
本发明的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：将红豆杉在弱酸性条件下酶解纤维素和半纤维素后发酵产生乙醇，然后利用产生的乙醇提取紫杉烷类有效成分；
进一步，包括以下步骤：
a.酶水解：向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为4.0～5.5柠檬酸钠缓冲溶液后添加纤维素酶和半纤维素酶，置于35-45℃下反应10～50h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物在pH为4.5～6.0，温度为30～35℃下发酵20～50h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物搅拌提取20～60min收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；
进一步，步骤a中，所述红豆杉枝叶与柠檬酸钠缓冲溶液的质量比为1:2～10；所述纤维素酶为红豆杉总量的0.01～0.5％，半纤维素酶为红豆杉总量的0.01～0.5％；
进一步，步骤a中，所述红豆杉枝叶与柠檬酸钠缓冲溶液的质量比为1:6；所述纤维素酶为红豆杉总量的0.15％，半纤维素酶为红豆杉总量的0.1％；
进一步，步骤a中，所述柠檬酸钠缓冲溶液pH为5；在40℃下反应35h；
进一步，步骤b中，调节水解混合物中总糖浓度为5～50g/L，再利用柠檬酸或氨水调节混合物的pH为4.5.0～6.0后接种酵母菌株进行发酵；
进一步，可加入还原性糖液调节总糖浓度；
进一步，步骤b中，混合物总糖浓度为30g/L，pH为5.5，发酵温度为32℃，发酵时间35h；
进一步，步骤c中，调节发酵混合物中乙醇体积分数为20～60％后搅拌提取；
进一步，步骤c中，调节发酵混合物中乙醇体积分数为40％后提取40min，将浸膏纯化制得紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ。
本发明的有益效果：利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，以曼地亚红豆杉枝叶为原料，将红豆杉中的纤维素和半纤维素进行水解，通过酶水解纤维素后发酵产生乙醇，以使紫杉烷类有效成分能更好的溶解于乙醇提取液中，能同时提取紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ等紫杉烷类有效成分和乙醇，紫杉醇的提取率99％以上，三尖杉宁碱提取率99％以上，10-DABⅢ提取率99％以上，浸膏中紫杉醇含量1％～5％，三尖杉宁碱含量1％～3％，10-DABⅢ含量1％～3％，该工艺中，酶解产生的糖类为发酵提供碳源，发酵产生的乙醇用于有效成分的提取，达到循环使用、节约经济成本、绿色环保的目的；该方法具有制备工艺、操作步骤及生产设备简单，提取效率高，实用性强，并联产乙醇等特点。
具体实施方式
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：将红豆杉在弱酸性条件下酶解纤维素和半纤维素后发酵产生乙醇，然后利用产生的乙醇提取紫杉烷类有效成分；酶解产生的糖类为发酵提供碳源，发酵产生的乙醇用于有效成分的提取，达到循环使用、节约经济成本、绿色环保的目的。
本实施例中，包括以下步骤：
a.酶水解：向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为4.0～5.5柠檬酸钠缓冲溶液后添加纤维素酶和半纤维素酶，置于35-45℃下反应10～50h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物在pH为4.5～6.0，温度为30～35℃下发酵20～50h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物搅拌提取20～60min收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；以曼地亚红豆杉枝叶为原料，将红豆杉中的纤维素和半纤维素进行水解，以使紫杉烷类有效成分能更好的溶解于乙醇提取液中，提高提取率，酶解产生的糖类为发酵提供碳源，充分利用发酵产生的乙醇作为有效成分的提取剂，提取后的滤渣作为废渣处理，收集的提取液回收乙醇后得到浸膏，回收的乙醇重复利用，采用现有的方法回收乙醇。
本实施例中，步骤a中，所述红豆杉枝叶与柠檬酸钠缓冲溶液的质量比为1:2～10；所述纤维素酶为红豆杉总量的0.01～0.5％，半纤维素酶为红豆杉总量的0.01～0.5％；上述参数与酶解温度和时间协同作用确保红豆杉枝叶中的纤维素和半纤维素充分酶解，便于有效成分的溶出并产生能为下一步的发酵提供足够碳源的糖。
本实施例中，步骤a中，所述红豆杉枝叶与柠檬酸钠缓冲溶液的质量比为1:6；所述纤维素酶为红豆杉总量的0.15％，半纤维素酶为红豆杉总量的0.1％；所述柠檬酸钠缓冲溶液pH为5；在40℃下反应35h；上述参数使红豆杉枝叶中的纤维素和半纤维素酶解效果最佳，更利于有效成分的溶出并产生能为下一步的发酵提供足够碳源的糖，确保反应的效果最佳，更利于提高提取率，确保有效成分的纯度。
本实施例中，步骤b中，调节水解混合物中总糖浓度为5～50g/L，再利用柠檬酸或氨水调节混合物的pH为4.5.0～6.0后接种酵母菌株进行发酵；可加入还原性糖液调节总糖浓度；当反应中产生的糖不足时，可通过外加糖类调节混合物中总糖的浓度，确保发酵的效果更好，以使紫杉烷类有效成分能更好的溶解于乙醇提取液中，提高提取率。
本实施例中，步骤b中，混合物总糖浓度为30g/L，pH为5.5，发酵温度为32℃，发酵时间35h；上述参数使发酵的效果更好，使紫杉烷类有效成分充分溶出，确保有效成分溶出的纯度。
本实施例中，步骤c中，调节发酵混合物中乙醇体积分数为20～60％后搅拌提取；采用搅拌的方式提取，工艺简单，避免使用其他外加剂而影响有效成分的纯度，进而影响最终的提取率。
本实施例中，步骤c中，调节发酵混合物中乙醇体积分数为40％后提取40min，将浸膏纯化制得紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ；采用传统纯化方法纯化浸膏即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品，采用本发明生产的紫杉醇产品可作为抗癌制剂的原料，生产的三尖杉宁碱和10-DABⅢ可用于紫杉醇、多西他赛、卡巴他赛的合成原料，应用于医药领用中。
下面通过具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为4.0柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:2，然后添加红豆杉总量0.01％的纤维素酶和红豆杉总量0.01％的半纤维素酶，置于35℃下反应10h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为5g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为4.5后接种酵母菌株，在温度为30℃下发酵20h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为20％搅拌提取20min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.5％以上，三尖杉宁碱提取率99.5％以上，10-DABⅢ提取率99.5％以上，浸膏中紫杉醇含量2％，三尖杉宁碱含量2％，10-DABⅢ含量1.5％。
实施例二
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为5.5柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:10，然后添加红豆杉总量0.5％的纤维素酶和红豆杉总量0.5％的半纤维素酶，置于45℃下反应50h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为50g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为6.0后接种酵母菌株，在温度为35℃下发酵50h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为60％搅拌提取60min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.3％以上，三尖杉宁碱提取率99.6％以上，10-DABⅢ提取率99.5％以上，浸膏中紫杉醇含量3％，三尖杉宁碱含量2％，10-DABⅢ含量1.5％。
实施例三
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为5柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:6，然后添加红豆杉总量0.15％的纤维素酶和红豆杉总量0.1％的半纤维素酶，置于40℃下反应h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为30g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为5.5后接种酵母菌株，在温度为32℃下发酵35h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为40％搅拌提取40min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.8％以上，三尖杉宁碱提取率99.7％以上，10-DABⅢ提取率99.8％以上，浸膏中紫杉醇含量5％，三尖杉宁碱含量2％，10-DABⅢ含量3％。
实施例四
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为4.0柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:10，然后添加红豆杉总量0.01％的纤维素酶和红豆杉总量0.5％的半纤维素酶，置于38℃下反应50h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为50g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为4.5后接种酵母菌株，在温度为30℃下发酵20h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为60％搅拌提取20min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.9％以上，三尖杉宁碱提取率99.95％以上，10-DABⅢ提取率99.7％以上，浸膏中紫杉醇含量5％，三尖杉宁碱含量1％，10-DABⅢ含量2％。
实施例五
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为5.5柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:4，然后添加红豆杉总量0.018％的纤维素酶和红豆杉总量0.35％的半纤维素酶，置于35℃下反应20h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为45g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为4.5后接种酵母菌株，在温度为35℃下发酵50h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为60％搅拌提取60min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.75％以上，三尖杉宁碱提取率99.69％以上，10-DABⅢ提取率99.96％以上，浸膏中紫杉醇含量4.5％，三尖杉宁碱含量3％，10-DABⅢ含量3％。
实施例六
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为4.5柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:2，然后添加红豆杉总量0.01％的纤维素酶和红豆杉总量0.5％的半纤维素酶，置于45℃下反应10h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为50g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为4.5后接种酵母菌株，在温度为33℃下发酵48h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为25％搅拌提取55min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.4％以上，三尖杉宁碱提取率99.56％以上，10-DABⅢ提取率99.78％以上，浸膏中紫杉醇含量3.8％，三尖杉宁碱含量2.43％，10-DABⅢ含量1.96％。
实施例七
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为5柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:8，然后添加红豆杉总量0.4％的纤维素酶和红豆杉总量0.35％的半纤维素酶，置于35℃下反应12h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为10g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为4.5后接种酵母菌株，在温度为32℃下发酵42h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为35％搅拌提取44min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99％以上，三尖杉宁碱提取率99％以上，10-DABⅢ提取率99％以上，浸膏中紫杉醇含量1％，三尖杉宁碱含量1％，10-DABⅢ含量2％。
实施例八
本实施例的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，包括以下步骤：
a.酶水解：将曼地亚红豆杉枝叶进行破碎，向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为5柠檬酸钠缓冲溶液，固液比为1:9，然后添加红豆杉总量0.28％的纤维素酶和红豆杉总量0.28％的半纤维素酶，置于45℃下反应10h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物调节总糖浓度为5g/L，用柠檬酸或氨水调节pH为6.0后接种酵母菌株，在温度为35℃下发酵20h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物调节乙醇体积分数为20％搅拌提取60min后过滤收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏；滤渣作为废渣处理；回收的乙醇重复利用，浸膏用传统纯化方法纯化即可得到紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ产品。
本实施例中，紫杉醇的提取率99.9％以上，三尖杉宁碱提取率99.86％以上，10-DABⅢ提取率99.96％以上，浸膏中紫杉醇含量5％，三尖杉宁碱含量3％，10-DABⅢ含量2％。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：将红豆杉在弱酸性条件下酶解纤维素和半纤维素后发酵产生乙醇，然后利用产生的乙醇提取紫杉烷类有效成分。
2.根据权利要求1所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.酶水解：向破碎的红豆杉枝叶中加入pH为4.0～5.5柠檬酸钠缓冲溶液后添加纤维素酶和半纤维素酶，置于35-45℃下反应10～50h，得到含有糖类的水解混合物；
b.发酵：将步骤b中的水解混合物在pH为4.5～6.0，温度为30～35℃下发酵20～50h，得到含有乙醇的发酵混合物；
c.提取：将含有乙醇的发酵混合物搅拌提取20～60min收集提取液，将提取液回收乙醇后得到含有紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ的浸膏。
3.根据权利要求2所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤a中，所述红豆杉枝叶与柠檬酸钠缓冲溶液的质量比为1:2～10；所述纤维素酶为红豆杉总量的0.01～0.5％，半纤维素酶为红豆杉总量的0.01～0.5％。
4.根据权利要求3所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤a中，所述红豆杉枝叶与柠檬酸钠缓冲溶液的质量比为1:6；所述纤维素酶为红豆杉总量的0.15％，半纤维素酶为红豆杉总量的0.1％。
5.根据权利要求4所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤a中，所述柠檬酸钠缓冲溶液pH为5；在40℃下反应35h。
6.根据权利要求2所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤b中，调节水解混合物中总糖浓度为5～50g/L，再利用柠檬酸或氨水调节混合物的pH为4.5.0～6.0后接种酵母菌株进行发酵。
7.根据权利要求6所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：可加入还原性糖液调节总糖浓度。
8.根据权利要求7所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤b中，混合物总糖浓度为30g/L，pH为5.5，发酵温度为32℃，发酵时间35h。
9.根据权利要求8所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤c中，调节发酵混合物中乙醇体积分数为20～60％后搅拌提取。
10.根据权利要求9所述的利用红豆杉联产紫杉烷类有效成分和乙醇的方法，其特征在于：步骤c中，调节发酵混合物中乙醇体积分数为40％后提取40min，将浸膏纯化制得紫杉醇、三尖杉宁碱和10-DABⅢ。
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