CN108069930B - 一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法 - Google Patents

一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法。本发明优化设计挥发油及高良姜素的提取工艺，控制优选的高良姜中挥发油的提取工艺条件，在保证较高的高良姜挥发油提取率同时为后续高良姜素的提取打下基础，以特定浓度的溶剂对提取挥发油后的残渣中进行高效提取，得到高良姜粗品。所得到的高良姜素粗品对DPPH·、ABTS、超氧阴离子自由基具有较好的清除效果。本发明方法同时获得高良姜挥发油和高良姜素，而且高良姜挥发油的提取量达3.23mL/100g，高良姜素提取量达9.98g/100g，为高良姜的利用提供更为科学合理并高效的技术途径。

Description

一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法
技术领域
本发明涉及生物活性成分提取技术领域，更具体地，涉及一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法。
背景技术
高良姜(Alpinia officinarum Hance)，别名良姜、风姜(海南)、小良姜(广西)，为姜科多年生草本植物，主要取其干燥的根部作为药用部分，性热味辛，具有温胃、散寒、祛风、行气、止痛之功效，可治消化不良、胃寒吐泻、痢疾等症，为常用中药。其中主要含有高良姜素、挥发油等功能性成分，除此之外还含有二芳基庚烷类、甾醇类、糖苷类和苯丙素类化合物。
高良姜挥发油为高良姜中主要功能性成分，呈透明浅黄色油状液体，在常温下会挥发，与水不相混，故常通过水蒸气蒸馏提取，具有亲脂性，易溶于乙醚、石油醚等有机溶剂，也可溶于高浓度乙醇，但在低浓度乙醇中挥发油的溶解度较小。其中主要含有1,8-桉油素、莰烯、β-蒎烯、α-松油醇、樟脑等成分，具有抗菌抗虫等作用。
高良姜素同为高良姜中主要功能性成分，即其中具有15个碳原子的多元酚结构的化合物，一般难溶或不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙脂、乙醚等有机溶剂及稀碱中，具有抗氧化、抗癌、抗肿瘤等作用，常通过有机溶剂浸提的方式提取。
通过对高良姜中挥发油及高良姜素的充分利用，可有效提高高良姜资源的利用率，降低成本。但是，目前高良姜中挥发油与高良姜素的利用均为单一提取，且高良姜在挥发油提取完毕后仍残留有大量的高良姜素等功能性成分，而高良姜素提取过程也并未考虑其中挥发油的利用，造成浪费。另外，目前仍还没有针对高良姜中挥发油及高良姜素经连续提取工艺进行联合提取方法的相关研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有提取方法在完成高良姜的挥发油提取后，残留高良姜素没有得到有效提取利用或者无法高效提取利用的技术不足，提供一种能通过连续过程联合提取高良姜中挥发油及高良姜素的方法，在保证挥发油得到充分提取的同时，将残渣中高良姜素提取出来加以开发利用，提高高良姜功能性成分利用率，解决原材料浪费的问题。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，包括以下步骤：
S1.高良姜的干燥：选择新鲜、无病虫害的高良姜为原料，经清洗后进行干燥；
S2.粉碎：取步骤S1所得的干燥后的高良姜切成小块再进行粉碎得高良姜粉末；
S3.挥发油的提取：取步骤S2所得的高良姜粉末，进行挥发油提取，得到高良姜挥发油和残渣；
S4.高良姜素的提取：在步骤S3所述残渣中，加入溶剂提取高良姜素提取，得到固液混合液；
S5.固液分离：把步骤S4提取后所得到的固液混合液进行固液分离，收集液相，即为高良姜素提取液；
S6.高良姜素浓缩干燥：将步骤S5所得高良姜素提取液浓缩至浸膏状，得高良姜素粗品浸膏；或将浸膏干燥得到高良姜素粗品粉末。
其中，步骤S6得到高良姜素粗品可以进行DPPH·、ABTS、超氧阴离子自由基清除法测定抗氧化活性。对本发明制得的大量不同批次的高良姜素粗品进行测定，高良姜素粗品均具有较强抗氧化能力，DPPH·、ABTS、超氧阴离子自由基清除能力效果很好。
优选地，步骤S1所述干燥是干燥至安全含水量11％或以下。
优选地，步骤S1所述干燥方法包括自然干燥、热风干燥、热泵干燥或真空干燥；进一步优选采用热泵干燥。
所述热泵干燥的干燥温度为30～80℃，湿度为10％～70％(调节热泵干燥箱里面的湿度为10％～70％)。更优选地，干燥温度为60℃，湿度为20％。
步骤S3所述挥发油提取的方法可以采用水蒸气蒸馏法、超临界流体萃取法、亚临界流体萃取法、有机溶剂浸提法或微波辅助提取法。其中如果采用水蒸气蒸馏法，关键工艺条件为：浸泡时间为0～10h，料液比以g/mL计算，为1:5～1:20，提取时间为30～240min，其他条件参照本领域现有技术。进一步优选地，浸泡时间为0.5h，料液比为1:10，提取时间为70min。
本发明优选采用超临界流体萃取法，将高良姜粉末置于超临界CO2反应釜中，优选的关键工艺条件为：萃取压力为20MPa，萃取温度为40℃，萃取时间为1.5h。
步骤S4所述高良姜素提取可加入的溶剂为乙醇、甲醇、乙酸乙酯或水。
优选地，本发明以乙醇作为溶剂，使用乙醇作为溶剂进行浸提，可以提取高良姜残渣中高良姜素。所述乙醇浸提法，乙醇体积百分比浓度为40％～80％，料液比以g/mL计算，为1:20～1:100，加热温度为40～90℃，加热时间为30～360min。更优选地，乙醇的体积百分比浓度为57％，料液比为1:40，加热温度为82℃，加热时间为180min。
步骤S5所述固液分离方法可以采用离心、过滤或自然沉淀方法。优选地，采用离心进行固液分离，进一步地，所述离心方法的转速为1000～10000rpm，离心时间为10～60min。更优选地，转速为5000rpm，离心时间为15min。
步骤S6所述高良姜素浓缩干燥中的进一步干燥方法包括低温冷冻干燥、真空干燥、真空冷冻干燥。优选地，采用真空冷冻干燥。
进一步地，所述真空冷冻干燥方法的预冷冻温度为-55～-18℃，预冷冻时间为8～24h，真空冷冻温度为-55～-18℃，真空度为0.1kPa，真空冷冻时间为12～48h。更优选地，预冷冻温度为-20℃，预冷冻时间为12h，真空冷冻温度为-55℃，真空冷冻时间为24h。
本发明同时提供所述制备方法制备得到的高良姜挥发油和高良姜素(浸膏或粉末粗品)。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种联合提取高良姜挥发油和高良姜素的新方法，本发明优化设计挥发油及高良姜素的提取工艺，控制优选的高良姜中挥发油的提取工艺条件，在保证较高的高良姜挥发油提取率同时为后续高良姜素的提取打下基础，以特定浓度的溶剂对提取挥发油后的残渣中进行高效提取，得到高良姜粗品，可实现对高良姜中这两种主要功能性成分的连续提取，保证了其中挥发油得到充分提取的同时，还能通过连续过程进一步地把高良姜中的高良姜素进行提取利用，大大提高了高良姜的产品价值和其中功能性成分的利用率，而且操作简单，耗时少，所需设备较少，提取成本大大降低，有效避免资源的浪费，提升了高良姜的可利用价值。所得到的高良姜素粗品对DPPH·、ABTS、超氧阴离子自由基具有较好的清除效果。而且，本发明所述方法所得高良姜素具有很强的抗氧化活性，与单独提取的高良姜素抗氧化性能一致。本发明方法同时获得高良姜挥发油和高良姜素，而且高良姜挥发油的提取量高达3.23mL/100g，高良姜素提取量高达9.98g/100g，为高良姜的利用提供更为科学合理并高效的技术途径。
进一步地，本发明所述方法中，对高良姜进行合理程度粉碎处理，既可以有效提高挥发油提取效率，又可降低提取时间和提取成本，另外，本发明提供了两种优选的挥发油提取方法，所述提取方法均能与后续的高良姜素的提取和谐高效结合。一种是采用超临界流体萃取，有效提高高良姜挥发油的得率，且不造成溶剂残留，对热敏性成分破坏较小，能非常好地保持挥发油的品质和后续提取的高良姜素的抗氧化活性；还有一种是采用蒸汽蒸馏法提取挥发油，该提取方法所得挥发油杂质较少，操作要求和技术难度要求比较低，能保证较高的挥发油和高良姜素的得率。两种方法的灵活运用，适合于更多的生产厂家推广应用。
进一步地，本发明所述方法中所用试剂均为环保型试剂，无毒无害，一方面做到降低生产过程中废水废料无害化处理成本，另一方面可以降低生产过程的危险性，进而可以减少产品中有害成分的残留，使产品品质得到一定保证。
本发明生产原料来源广泛，制备工艺简单，操作容易，推广价值高。
附图说明
图1工艺流程示意图。
图2高良姜热泵干燥曲线。
图3高良姜挥发油提取及高良姜素残留曲线。
图4高良姜素提取乙醇浓度对得率的影响情况。
图5高良姜素提取温度对得率的影响情况。
图6高良姜素提取料液比对得率的影响情况。
图7高良姜素提取时间对得率的影响情况。
图8高良姜素粗品对DPPH·自由基清除效果。
图9高良姜素粗品对ABTS自由基清除效果。
图10高良姜素粗品对超氧阴离子自由基清除效果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，本发明采用的原料和设备为本技术领域常规的原料和设备。
实施例1
S1.干燥：以鲜高良姜为原料，经挑选和清洗后进行切分，去除残留的茎叶部分，然后分别放入已预热至60℃的热泵中进行干燥，一直烘干至含水量为11％或以下。
S2.粉碎：取S1得的高良姜，切成小块并去除残余茎叶后，立即粉碎并过筛，目数为40，得高良姜粉末。
S3.挥发油的提取：取一定量S2所得的高良姜粉末于超临界CO2反应釜中，萃取压力为20MPa，萃取温度为40℃，萃取时间为1.5h，收集挥发油，得淡黄色透明高良姜挥发油，以及残渣。
S4.高良姜素的提取：在步骤S3所得的残渣中，加入体积百分比浓度为57％的乙醇溶液，料液比为1:40g/mL，提取温度为82℃，提取时间为180min，提取结束后，经过离心将固液分离，离心转速为5000rpm，离心时间为15min，收集液相，即为高良姜素提取液。
S5.浓缩干燥：将S4所得提取液进行真空浓缩至浸膏状，浓缩温度为60℃，真空度为0.075Mpa，或进一步采用真空冷冻干燥制成黄褐色粉末，真空冷冻干燥条件为温度-55℃，时间为24h，真空度为0.1kPa，即为高良姜素粗品。
本实施例，没有造成溶剂残留，对热敏性成分破坏较小，能非常好地保持挥发油的品质和后续提取的高良姜素的抗氧化活性。本实施例中，挥发油得率为3.23mL/100g，高良姜素含量为9.98g/100g。
实施例2
本实施例提供一种联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其他同实施例1，不同的是步骤S1所述的干燥，采用热风干燥，干燥温度为75℃烘干至含水量为11％或以下。
本实施例中，挥发油得率为2.13mL/100g，高良姜素含量为9.58g/100g。
实施例3
本实施例提供一种联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其他同实施例1，不同的是步骤S3所述挥发油的提取，采用水蒸气蒸馏法，其浸泡时间为0～10h，料液比以g/mL计算，为1:5～1:20，提取时间为30～240min。优选地，浸泡时间为0.5h，料液比为1:10，提取时间为70min。
本实施例挥发油杂质较少，操作要求和技术难度要求比较低，能保证较高的挥发油和高良姜素的得率，本实施例中，挥发油得率为1.14mL/100g，高良姜素含量为9.69g/100g。
实施例4
本实施例提供一种联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其他同实施例1，不同的是步骤S4所述高良姜素的提取，在提完挥发油的高良姜残渣中，加入体积百分比浓度为80％的乙醇溶液，料液比为1:60g/mL，提取温度为60℃，提取时间为150min，提取结束后，经过离心将固液分离，离心转速为5000rpm，离心时间为15min，收集液相，即为高良姜素提取液。
本实施例中，挥发油得率为3.23mL/100g，高良姜素含量为8.91g/100g。
实施例5
本实施例提供一种联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其他同实施例1，不同的是步骤S5所述的浓缩干燥中的干燥方法采用真空干燥，真空干燥条件为温度50℃，真空度为-0.08MPa，时间为36h。
本实施例中，挥发油得率为3.23mL/100g，高良姜素含量为9.06g/100g。
实施例6高良姜挥发油与高良姜素联合提取工艺优化验证实验
为验证本发明联合提取高良姜挥发油和高良姜素的优越性，既保证挥发油的提取率达到最高，又使残渣中高良姜的保留率最大，挥发油提取过程中，高良姜素的损失最小，本实施例采用水蒸汽蒸馏法提取挥发油，称取一定量的高良姜粉末，按料液比为1:10(g/mL)加水，浸泡时间0.5h，进行蒸汽蒸馏,每隔一定时间测定一次挥发油的提取量，提取时间为30、60、90、120、150min，最后收集剩余的高良姜残渣和水的混合液，分别测定渣和水中的高良姜素含量，作为高良姜素残留量。结果如附图3所示。
本实施例结果表明，在挥发油提取时间为70min时挥发油提取量达到1.14mL后不再增加，高良姜素在挥发油提取时间为60～90min时残留量为9.9～10.0g/100g。因此，联合提取高良姜中挥发油和高良姜素可以选用水蒸汽蒸馏法的最佳提取条件为浸泡时间为0.5h，料液比为1:10，提取时间为70min。
实施例7高良姜素提取条件优化实验
为进一步验证本发明的优越性，进一步提高高良姜素利用率，本实施例以实施例3所得的提取挥发油后的高良姜残渣为原料，通过单因素试验研究，乙醇浓度(％)、料液比(g/mL)、提取温度(℃)和提取时间(min)4个因素对高良姜素得率影响显著，如附图4至7所示。在此基础上采用响应面BBD组合设计，进行4因素3水平优化实验，结果如表1所示。
表1高良姜素提取条件优化结果
Figure BDA0001485042860000071
利用Design-Expert 8.0对表1结果进行分析，优化出最佳的提取条件为：乙醇浓度为57％，料液比为1:405(g/mL)，提取温度为82.0℃，提取时间为180min。
实施例8高良姜素的DPPH·自由基清除率测定
本实施例以实施例1制备的产品为例进行说明，其他实施例的产品均具有良好的DPPH·自由基清除效果，不在此一一赘述。
取实施例1制备的高良姜素粗品调配至适当浓度，然后稀释至浓度为0.170、0.127、0.085mg/mL，各取3mL至试管中，同时取60％乙醇3mL作为空白，分别加入浓度为3mL0.2mmol/L的DPPH·乙醇溶液，混合均匀，置于暗室反应30min，在517nm测定吸光度，计算清除率。
本实施例结果如附图8所示，测得高良姜素粗品具有较强的DPPH·自由基清除能力，0.170、0.127、0.085mg/mL浓度下的清除率分别为0.661、0.586、0.396，IC50均为0.158mg/mL。
实施例9高良姜素的ABTS自由基清除率测定
先将7.4mmol/L的ABTS溶液与2.6mmol/L的K2S308混合，置于暗处室温下静置12h，稀释40～50倍至其在734nm处吸光度为0.7±0.02，即为工作液。取本发明制备的高良姜素粗品(以实施例1制备的高良姜素粗品为例进行说明)调配至适当浓度，然后稀释至浓度为0.170、0.127、0.085mg/mL，各取1mL至试管中，同时取1mL 60％乙醇作为空白，再分别加入5mL工作液，混合均匀，测定吸光度，计算清除率。
本实施例结果如附图9所示，测得本发明方法制备的高良姜素粗品具有较强的ABTS自由基清除能力，0.170、0.127、0.085mg/mL浓度下的清除率分别为0.638、0.486、0.357，IC50均为0.161mg/mL。
实施例10高良姜素的超氧阴离子自由基清除率测定
取实施例1制备的高良姜素粗品调配成一定浓度，分别稀释至浓度为0.136、0.170、0.204、0.238、0.272mg/mL，各取2mL至试管中，同时取2mL60％乙醇作为空白，再分别加入浓度为5mL 0.05mol/L的Tris-HCl溶液和0.5mL15mmol/L邻苯三酚，混合均匀，在317nm每30s测定一次吸光度，直到150s，计算清除率。
本实施例结果如附图10所示，测得高良姜素粗品具有较强的超氧阴离子自由基清除能力，在30s、60s、90s、120s、150s，高良姜素粗品的IC50分别为2.309、1.943、1.751、1.705、1.609mg/mL。

Claims (7)

1.一种从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.高良姜的干燥：选择新鲜、无病虫害的高良姜为原料，经清洗后进行干燥；所述干燥方法为热泵干燥，所述热泵干燥方法的干燥温度为60℃，湿度为10％～70％；
S2.粉碎：取步骤S1所得的干燥后的高良姜切成小块再进行粉碎得高良姜粉末；
S3.挥发油的提取：取步骤S2所得的高良姜粉末，进行挥发油提取，得到高良姜挥发油和残渣；所述挥发油提取的方法为超临界流体萃取法；所述超临界流体萃取法，以CO2作为萃取剂，萃取压力为10～30MPa，萃取温度为30～50℃，萃取时间为0.5～3h；
S4.高良姜素的提取：在步骤S3所述残渣中，加入溶剂提取高良姜素，得到固液混合液；所述溶剂为乙醇，乙醇浓度为40％～80％，料液比以g/mL计算，为1:20～1:100，加热温度为40～90℃，提取时间为30～360min；
S5.固液分离：把步骤S4提取后所得到的固液混合液进行固液分离，收集液相，即为高良姜素提取液；
S6.高良姜素浓缩干燥：将步骤S5所得高良姜素提取液浓缩至浸膏状，得高良姜素粗品浸膏；或将浸膏干燥得到高良姜素粗品粉末。
2.根据权利要求1所述从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，步骤S1所述干燥是干燥至安全含水量11％或以下。
3.根据权利要求1所述从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，所述热泵干燥方法的干燥温度为60℃，湿度为20％。
4.根据权利要求1所述从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，步骤S2所述高良姜粉末是过20～80目筛所得。
5.根据权利要求1所述从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，所述超临界流体萃取法的萃取压力为20MPa，萃取温度为40℃，萃取时间为1.5h。
6.根据权利要求1所述从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，步骤S6所述干燥的方法包括低温冷冻干燥、真空干燥或真空冷冻干燥。
7.根据权利要求6所述从高良姜中联合提取高良姜挥发油及高良姜素的方法，其特征在于，所述干燥的方法为真空冷冻干燥，所述真空冷冻干燥方法的预冷冻温度为-55～-18℃，预冷冻时间为8～24h，真空冷冻温度为-55～-18℃，真空度为0.1kPa，真空冷冻时间为12～48h。
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