CN107998684A - 酵素破壁真空超音波低温萃取植物中活性成份的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种酵素破壁真空超音波低温萃取方法，包括：将经过粗碎的植物碎片，于无氧状态下进行酵素分解破壁，之后于低蒸气压下进行超音波低温萃取。根据本发明的萃取方法，是将超音波萃取技术与酵素破壁的方法结合，于利用酵素对植物细胞壁进行初期破坏的同时，即辅以超音波强化酵素的分解作用，提高酵素破坏细胞壁的效率。而且，本发明的萃取方法可在同一个萃取设备内串联并完成多个不同的制程，不仅能够有效缩短萃取时间，也可减少过滤残渣处理时间及溶剂使用量，并避免高温及氧化作用破坏有效成分，保持萃取所得活性物质的活性。

Description

酵素破壁真空超音波低温萃取植物中活性成份的方法

技术领域

本发明涉及一种用于萃取植物中活性成份的酵素破壁真空超音波低温萃取法。更特别地，本发明涉及一种结合酵素破壁法与超音波低温萃取方法的酵素破壁真空超音波低温萃取方法。

背景技术

天然植物的有效成分富含在植物的纤维细胞壁内，传统的萃取法大多数采用温蒸煮加热回流萃取方式，应用水和酒精当做溶剂在高热的萃取锅内萃取，高温萃取是最容易破坏植物有效成分的萃取法。获得2015年度诺贝尔生理学医学奖的屠呦呦，从草药中发现的青蒿素对疟疾治疗异常有效，学名为黄花蒿（Artemisia annua L.）的一种青蒿的萃取物。她在公元4世纪东晋时期葛洪的著作《肘后备急方》中得到启发，并认识到可能是传统的中药煎煮方式温度过高，会破坏青蒿有效成分的活性，因此采用低沸点溶剂乙醚作溶剂，对青蒿进行低温萃取成功萃取有效成分，这足以证明研究低温萃取技术的重要性。

现今科技为了提高萃取的效率并缩短时间，现有技术遂利用超音波萃取法应用高速震荡、疏密有秩序的特性，对液体瞬间造成增压及减压，推动介质，产生空穴效应(cavitation)。当萃取液中无数细小的真空气泡爆裂时，产生瞬间高温及强大冲击力，以致于可以将萃取物的成份分离，而达到萃取的效果。但，一般超音波最佳萃取条件的温度均高于一般室温状态(25℃)，此高温萃取会破坏植物中有效成份，使其失去活性，且容易氧化作用而失去活性无法有效地发挥其功效，其中例如，竹叶黄酮的最佳萃取温度甚达到70℃，因此限制了超音波萃取的应用范围，并影响萃取物的活性。

酵素破坏细胞壁的技术虽属现有技术，但仅以酵素进行萃取时，由于酵素的作用相对较为缓慢，在整体的萃取制程上是冗长而不具经济效益的。因此，为提高酵素分解的效率，已有与其他技术结合酵素破壁的萃取方法，例如中国台湾专利号为I516212的专利公开一种“结合压力与酵素萃取燕窝的方法”，包括将含有燕窝、酵素及水的混合物进行均质破碎处理，再将该经均质破碎处理后的混合物，于50~200MPa的压力下进行一高压水解处理。

本发明将超音波低温萃取法与酵素破壁的方法予以结合，由于超音波频率高时，波长短，穿透力强，因此能使萃取液充分地被混合接触，而能达到缩短萃取时间、增加萃取效率的目的。

发明内容

本发明基于以上的目的发现，萃取技术的创新在于克服高温以及氧化作用，避免高温破坏有效成分以及氧化作用失去活性效果是最为关键。

于是，本发明的目的在于提供一种酵素破壁真空超音波低温萃取方法，包括：将欲萃取的材料经过粗碎及水浸泡获得一材料碎片溶液，再将该材料碎片于无氧状态下进行酵素分解破壁，之后于低蒸气压下进行超音波低温萃取。

于本发明的一些具体实施例，所述的粗碎的步骤包括将欲进行萃取的材料切碎、磨碎或粉碎等加工。于本发明的一些具体实施例，所述的材料选自植物的根、茎、叶、真菌的菌丝体及子实体等具有植物细胞壁组织的纤维性材料。

于本发明的一些具体实施例，所述的酵素分解破壁的步骤包括：将欲萃取的材料碎片溶液加入纤维分解酵素，通入惰性气体冲洗多次，以保持无氧状态，并于20℃～35℃常压98KPa下，进行酵素分解破壁作用20分钟至2小时。于本发明的一些具体实施例，所述的酵素分解破壁作用于无氧状态下，于25℃～30℃常压下，进行分解作用1至2小时。

于本发明的一些具体实施例，所述的超音波低温萃取的步骤包括：将经过酵素分解破壁的材料碎溶液于低蒸气压1～98KPa，25℃～30℃下进行超音波萃取20分钟至2小时。于本发明的一些具体实施例，所述的超音波低温萃取于25℃～30℃，低蒸气压1～98KPa，施予高低高低变化的变频超音波方式进行超音波萃取1至2小时。于本发明的另一些具体实施例，所述的变频超音波方式施予28K/40KHz交替变化超音波萃取频率。

于本发明的一些具体实施例，所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法进一步包括：将所得的萃取液进行过滤的步骤。

本发明的目的在于提供一种利用本发明酵素破壁真空超音波低温萃取方法制备得的活性成分萃取液。于本发明的一些具体实施例，所述的活性成分萃取液得自一植物材料。于本发明的其他具体实施例，所述的活性成分萃取液得自一真菌材料。

附图说明

图1为本发明酵素破壁真空超音波低温萃取法的示意图；

图2为用于进行该萃取法的萃取装置的一较佳实例图；

图3为植物细胞壁的基本微纤维结构示意图；

图4为本发明酵素破壁真空超音波低温萃取法35℃(20分)与传统蒸煮萃取法100℃(45分)所得萃取液中的活性成分(多醣体)萃取率的比较图。

附图标记说明

萃取槽主体1 萃取槽内锅2

萃取槽外锅3 萃取液4

温度计5 真空泵6

超音波震荡装置7 超音波马达8

超音波产生器9 萃取液出口10

萃取液出口阀11。

具体实施方式

本发明的其他特色及优点将于下列实施范例中被进一步举例与说明，而该实施范例仅作为辅助说明，并非用于限制本发明的保护范围。

本发明的萃取法在制程上由多个不同的制程串联起来，可在同一个萃取设备内一次完成。图1及图2例示本发明酵素破壁真空超音波低温萃取法的示意图，及用于进行该萃取法的萃取装置图。

萃取装置

于图2为一用于本发明萃取方法的萃取装置实例，该装置包括一萃取槽主体1，其由一萃取槽内锅2及萃取槽外锅3所组成，所述的萃取槽内锅用于装载萃取液4，所述的萃取槽外锅3可用于保持萃取槽的低温状态，并可通过一温度计5监控萃取槽内锅中的萃取液温度，较佳为25℃～30℃。

本发明的萃取装置装设有一真空泵6及超音波震荡装置7，该真空泵6用于使萃取槽内锅产生一真空低蒸气压环境，例如1～98KPa，而使经过初步破壁的植物溶液于真空低蒸气压环境下，由该超音波震荡装置进行超音波萃取。该超音波震荡装置7主要包括一超音波马达8及一超音波产生器9，产生的超音波频率可为25~40KHz，于本发明的一较佳实例，可使用28K/40KHz交替变频方式，产生高低高低变化的超音波萃取频率。

经过本发明完整酵素破壁真空低温萃取法的活性成分萃取液，可通过设置于萃取槽下方的萃取液出口10流出，该出口由一萃取液出口阀11控制萃取液的流出及流出速率。

酵素破壁处理

本发明的酵素破壁真空低温萃取法较佳采用水萃法，水可使纤维素发生有限溶胀，纤维分解酵素使纤维素溶解来破壁。所有的萃取法都需要打破植物或真菌的具有坚硬外壳的细胞壁，而纤维素是组成植物细胞壁的主要成分，纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多醣，也是是自然界中分布最广、含量最多的一种多醣。纤维素是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键组成的大分子多醣，分子量约50000～2500000，相当于100～14000个葡萄糖基。分子式可写作（C₆H₁₀O₅）_n不溶于水及一般有机溶剂。细胞壁的纤维素形成微纤维，宽度为10－30毫微米，长度有的达数微米。电子显微镜观察，链状分子平行排列的结晶性部分组成宽为3－4毫微米的基本微纤维，结构示意图如图3所示。因此，破坏细胞壁最理想的方法，就是以纤维分解酵素进行破壁处理。

在食品科技已经广泛应用纤维分解酵素，如：葡萄糖的制造、单细胞蛋白质的生产、甘薯淀粉及黄豆蛋白的分离、洋菜的制造、海草胶的制造、绿茶成份的抽出、蔬菜类的加工、酵母消化率的提高等。而且，渗加纤维分解酵素，可以去除植物外皮，破壁，也使其中的蛋白质，油脂完全分解增加香味。应用纤维分解酵素可促使纤维软化膨松能提高萃取率。另外，渗加纤维分解酵素可增加成品澄清度，增加可溶性纤维果寡醣含量，提升营养价值，而且可提高产率，并减少过滤的残渣量。因此，本发明的萃取物能够安全地被应用于与人体接触的产品上或是供食用的产品上。

于本发明的一较佳实施例，将欲萃取的植物打碎浸泡8小时后，再加入纤维分解酵素，然后再通入惰性气体冲洗，并置入图1所示的萃取装置的萃取槽内锅中。将惰性气体导入该萃取槽内锅，使萃取槽内锅中的空气被置换成惰性气体，以保持无氧状态，如此可避免醋酸化及萃取过程和空气接触产生氧化作用。于常压下控制萃取槽内温度为25℃～30℃及酸碱值pH5～7，进行酵素分解破壁1～2小时。经过萃取完成。

真空超音波低温萃取

于完成前述的初步酵素破壁后，将萃取装置的真空泵打开，使萃取槽内锅的蒸气压降低至1～98KPa，接着将萃取液于低蒸气压，于低温25℃～30℃下进行超音波萃取20分钟。一般超音波频率常用25~40KHz，超音波产生器尖端的振动位移最大为100 um。通过本发明的实验发现，萃取频率采用变频方式最为理想，高低高低变化，增加萃取效率及增加萃取活性成分。于本发明的一较佳实例，所述的变频方式为以28K/40KHz低高频率交替变化产生超音波萃取频率20分钟。于本真空超音波低温萃取的步骤，应用超音波(Ultrasonic)震动的能量传导渗透到植物的纤维组织，瞬间加速使植物细胞打开，萃取出所选择的有效成份到安定的水萃溶液中。

本发明酵素破壁真空超音波低温萃取法与传统蒸煮萃取法的萃取效率比较

取人参根部、枸杞种子及灵芝子实体，于两种萃取方法中，药材的重量、切片、溶剂量等条件一致，而以传统蒸煮萃取法于100℃下萃取45分；以酵素破壁后再进行真空超音波低温萃取法于35℃下萃取20分。之后，比较以两种方法所得活性成分萃取液中的多醣体萃取率，及萃取液的外观和沉淀纤维量。结果如图4及下表1所示。

表1.萃取法与萃取成分比较表

关于各种天然植物及中草药 (包括花、草、植物、中草药、茶叶、真菌、藻类等) 的活性成分萃取，过去的萃取技术多以溶剂萃取法及蒸煮萃取法为主，其问题在于萃取效率低，且对于有效成分破坏性高且萃取活性成分低。而本发明所研发的酵素破壁无氧超音波低温萃取方法，不仅能够于较短时间内自植物细胞壁中萃取出有效成份，可有效缩短萃取时间，并且能够有效防止有效成份被氧化，使得萃取液颜色清淡透明并减少过滤的残渣量，并且本发明的萃取方法不需使用任何有机溶剂，如乙醇等，相较于传统萃取方法具有显著的进步。

由于本发明所提供的酵素破壁真空超音波低温萃取法，非以有机溶剂萃取出天然植物中的活性成份，不仅来源十分安全，而且萃取物能够安全地被应用于与人体接触的化妆品，或是供人体食用的产品上。本发明的萃取方法也可以进一步被广泛利用于纤维素的糖化，借以提高原料中蛋白、脂肪、淀粉和其他有效成份等的抽出率，以及改良萃取物组织和风味等，极具产业利用价值。

以上所述，仅为本发明的一个实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡根据本发明权利要求及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属于本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种酵素破壁真空超音波低温萃取方法，特征在于，包括：

将欲萃取的材料经过粗碎及水浸泡，获得一材料碎片溶液；

将该材料碎片溶液于无氧状态下进行酵素分解破壁；及

将经过无氧状态酵素破壁的材料碎片溶液于低于常压的蒸气压下进行超音波低温萃取，而获得一含有活性成分的萃取液。

2.如权利要求1所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，进一步包括：将所得的含有活性成分的萃取液进行过滤的步骤。

3.如权利要求1所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，该酵素分解破壁的步骤与该超音波低温萃取的步骤于同一萃取装置中进行。

4.如权利要求1所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，该酵素分解破壁的步骤包括：将所得的材料碎片溶液加入纤维分解酵素，通入惰性气体冲洗多次，以保持无氧状态，并于20℃～35℃常压98KPa下，进行酵素分解破壁作用20分钟至2小时。

5.如权利要求4所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，该酵素分解破壁作用于无氧状态下，于25℃～30℃常压下，进行酵素分解作用1～2小时。

6.如权利要求1所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，该超音波低温萃取的步骤包括：将经过酵素分解破壁的材料碎溶液于低蒸气压1～98KPa，25℃～30℃下进行超音波萃取20分钟至2小时。

7.如权利要求6所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，该超音波低温萃取的步骤于25℃～30℃，低蒸气压1～98KPa下，施予高低高低变化的变频超音波方式进行超音波萃取1～2小时。

8.如权利要求7所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法，其特征在于，该变频超音波方式施予28K/40KHz交替变化超音波萃取频率。

9.一种利用如权利要求1所述的酵素破壁真空超音波低温萃取方法制备得的活性成分萃取液。

10.如权利要求9所述的活性成分萃取液，其特征在于，活性成分萃取得自一植物材料。

11.如权利要求10所述的活性成分萃取液，其特征在于，该活性成分萃取得自一真菌材料。