CN108997359A - 一种从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法 - Google Patents

Abstract

一种从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，包括以下步骤：（1）醇提：在甜菊糖生产废渣中，加入含有维生素C的低碳醇水溶液，搅拌提取，粗过滤，得醇提液；（2）超滤、纳滤：先将醇提液用超滤膜超滤，再将超滤膜透过液用纳滤膜纳滤，收集纳滤膜截留液；（3）层析柱层析：将纳滤膜截留液上层析柱层析，然后，先用乙酸乙酯，对层析柱进行洗脱，再用低碳醇，对层析柱进行洗脱，收集低碳醇的洗脱液，在避光条件下，减压浓缩至无醇，得墨绿色膏体，即叶绿素产品。本发明方法所得叶绿素产品中叶绿素质量含量高达91.6%，收率高达93%；本发明方法工艺过程可操作性强，成本低，零污染，适宜于工业化生产。

Description

一种从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法

技术领域

本发明涉及一种提取叶绿素的方法，具体涉及一种从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法。

背景技术

叶绿素是植物进行光合作用时吸收和传递光能的主要物质，但长期以来认为它是对人体无活性的物质。现代研究发现，叶绿素结构与人类和大多数动物体内血液中红色素结构极其相似，在某种意义上讲，它也是维持生命不可缺少的物质，具有许多生理功能。比如：抗致突变作用、促愈创伤作用、抗变应性作用、脱臭味、改善便秘作用、降低胆固醇作用等。此外，叶绿素还是制备叶绿素铜钠盐、叶绿素铁钠盐、叶绿素镁钠盐和叶绿素锌钠盐等水溶性叶绿素衍生物的重要原料。

甜叶菊富含甜菊糖苷，总含量可高达12%。甜菊糖苷是一种低热量、高甜度的天然甜味剂，是食品及药品工业的原料之一。目前，我国的甜菊糖产业已飞速发展，从甜叶菊的种植栽培，到甜菊糖的生产加工，全国各地都有分布。由于每年加工的甜叶菊数目巨大，除了产出大量的甜菊糖苷产品外，还有大量的废水和固废产生。其中，最难以处理的固废就是甜叶菊提取液用絮凝剂沉淀、过滤后得到的泥状废渣。但是，研究发现，这种甜菊糖生产废渣中含有丰富的叶绿素，因而废渣又有了开发利用的价值。

目前，提取叶绿素的方法主要有：丙酮提取、石油醚提取、无水乙醇提取等。

CN105949210A公开了一种利用蚕沙提取叶绿素的方法，是以蚕沙为原料，通过喷水湿润软化、丙酮浸泡、一次浓缩、二次浓缩等步骤，得到叶绿素成品。但是，该方法过多的使用有毒有害的溶剂——丙酮，且该方法没有对叶绿素进一步分离纯化，所得到的叶绿素成品含量不高。

CN105037376A公开了一种从盐地碱蓬中提取叶绿素的方法及提取得到的叶绿素，是以盐地碱蓬的嫩茎及叶片为原料，通过磨碎、酶解、有机溶剂提取、固液分离、浓缩、石油醚萃取、浓缩等步骤，得到叶绿素产品。但是，该方法步骤繁多、使用多种易燃易爆的化工溶剂，同样未对叶绿素进一步分离纯化。

CN105622623A公开了一种叶绿素提取工艺，是以新鲜玉米秸秆为原料，通过粉碎、水解、过滤、酶解、灭酶、冷却、分离、干燥等步骤得到叶绿素产品。但是，虽然该方法没有使用有毒有害的化工溶剂，但由于缺少纯化步骤，获得的叶绿素产品含量难以提升。

CN107253953A公开了一种从浒苔中提取叶绿素的方法，是以新鲜采取的浒苔为原料，通过清洗、阴干、水震荡提取、过滤、酶解、无水乙醇提取，得到叶绿素。但是，该方法获得的叶绿素纯度最高仅3.07%。

CN1468911A公开了一种从甜菊浸出液中提取精制叶绿素的方法，是以甜菊浸出液为原料，通过PDVB-1专性吸附树脂吸附、乙醇洗脱、浓缩、真空干燥等步骤，得墨绿色天然使用色素。但是，该方法对具体的生产条件、工艺参数、产品规格等均未作详细描述。

CN101318963A公开了一种剑、蕃麻鲜叶汁制备叶绿素、叶蛋白、饲料添加剂的方法，是以麻渣为原料，通过榨汁、混合溶剂萃取、分层、浓缩等步骤，得糊状叶绿素。但是，由于该方法没有将叶绿素进行纯化的步骤，所得叶绿素的含量很低。

CN106518884A公开了一种从红花苗中提取叶绿素的方法，是以新鲜的红花苗为原料，通过惰性气体保护、压榨、微滤、超声提取、大孔树脂层析、洗脱、离心、三级反渗透、冷冻干燥等步骤，得叶绿素粉末。但是，该方法原料成本、设备成本高昂，步骤繁琐，工艺复杂，不适合工业化生产。

CN1660808A公开了一种从甘草茎叶中连续提取叶绿素和异黄酮的方法，是以干燥的甘草茎叶为原料，通过粉碎、乙醇提取、减压蒸馏、拌聚酰胺、真空干燥、上大孔树脂柱、水和乙醇梯度洗脱、二氯甲烷渗漉、浓缩、碱酸处理等步骤，得叶绿素产品。但是，该方法所得叶绿素的收率过低，且使用了有毒有害的化工溶剂，不适合工业化生产。

CN105622623A公开了一种叶绿素提取工艺，是以新鲜的玉米秸秆为原料，通过粉碎、水解、过滤、加酶、灭酶、冷却、分离、干燥等步骤，得叶绿素产品。但是，该方法叶绿素的得率低，且所得产品含量偏低，不适合工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种所得叶绿素产品质量含量高、收率高，工艺过程可操作性强，成本低，零污染，适宜于工业化生产的从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，包括以下步骤：

（1）醇提：在甜菊糖生产废渣中，加入含有维生素C的低碳醇水溶液，搅拌提取，粗过滤，得醇提液；

（2）超滤、纳滤：先将步骤（1）所得醇提液用超滤膜超滤，再将超滤膜透过液用纳滤膜纳滤，收集纳滤膜截留液；

（3）层析柱层析：将步骤（2）所得纳滤膜截留液上层析柱层析，然后，先用乙酸乙酯，对层析柱进行洗脱，再用低碳醇，对层析柱进行洗脱，收集低碳醇的洗脱液，在避光条件下，减压浓缩至无醇，得墨绿色膏体，即叶绿素产品。

优选地，步骤（1）中，所述甜菊糖生产废渣为甜菊糖生产过程中，甜叶菊的提取液用絮凝剂沉淀、过滤后，所得泥状废渣，其中，叶绿素的质量含量为5～7%，水分的质量分数为45～55%。所述叶绿素的质量含量为叶绿素a和叶绿素b的总质量含量。

优选地，步骤（1）中，所述含有维生素C的低碳醇水溶液的用量为甜菊糖生产废渣湿重的10～20倍。使用低碳醇的目的是将甜菊糖生产废渣中的叶绿素提取出来。若低碳醇的用量过少，则叶绿素难以充分浸出；若低碳醇的用量过多，则将造成溶剂和能源的浪费。

优选地，步骤（1）中，所述低碳醇中维生素C的质量浓度为0.1‰～0.5‰。低碳醇中加入维生素C的目的是提高叶绿素在提取过程中的稳定性。若维生素C的浓度过低，将难以实现提高叶绿素稳定性的目的；若维生素C的浓度过高，不但会造成物料的浪费，还将增大后续提纯的难度。

优选地，步骤（1）中，所述低碳醇水溶液为甲醇、乙醇、异丙醇或正丁醇水溶液等中的一种或几种。

优选地，步骤（1）中，所述低碳醇水溶液中低碳醇的体积分数为70～95%（更优选80～90%）。若低碳醇的浓度过低，则叶绿素难以充分浸出；若低碳醇的浓度过高，则将造成溶剂和能源的浪费。

优选地，步骤（1）中，所述搅拌提取的温度为室温，所述搅拌提取的时间为2～4h。室温提取的目的是为了防止叶绿素在有大量杂质存在的高温环境中降解。所述室温更优选为20～30℃。若提取的温度过高，则叶绿素的分子结构易被破坏，造成收率偏低；若提取的温度过低，则低碳醇对叶绿素的溶解度太小，叶绿素难以充分浸出，同样会造成收率偏低。

优选地，步骤（2）中，所述超滤膜的截留分子量为5000～10000Da。超滤的目的是除去醇提液中的蛋白质、纤维和鞣质等大分子杂质。若超滤膜的截留分子量过大，大分子杂质有可能透过超滤膜进入透过液，进入后续步骤而难以分离，将影响柱层析的分离效果；若超滤膜的截留分子量过小，则部分叶绿素将难以透过超滤膜，从而降低叶绿素的收率。

优选地，步骤（2）中，所述超滤的压力为0.5～1.2MPa。

优选地，步骤（2）中，所述纳滤膜的截留分子量为800～1000Da。纳滤的目的是除去超滤膜透过液中的维生素C、盐类等小分子杂质。若纳滤膜的截留分子量过大，则叶绿素将透过纳滤膜，导致叶绿素的收率偏低；若纳滤膜的截留分子量过小，则小分子杂质将难以全部进入滤液，进入后续步骤而难以分离，增加后续柱层析的负担，降低纯化分离效果。

优选地，步骤（2）中，所述纳滤的压力为1.5～2.5MPa。

优选地，步骤（3）中，上柱吸附的流速为0.5～1.0 BV/h。使用层析柱吸附的目的是利用叶绿素的特性，将纳滤截留液中的叶绿素富集于树脂之上，便于后续洗脱分离。若上柱吸附流速过快，则叶绿素将难以充分吸附；若上柱吸附流速过慢，则将延长生产的周期并增加生产成本。

优选地，步骤（3）中，所述层析柱中吸附剂的用量为甜菊糖生产废渣湿重的0.3～0.5倍。

优选地，步骤（3）中，所述层析柱的高径比为5～10:1。若层析柱的高径比过小，则叶绿素将难以充分吸附；若层析柱的高径比过大，则将延长生产的周期并增加生产成本。

优选地，步骤（3）中，所述层析柱中吸附剂的类型为硅胶、反相硅胶或氧化铝等中的一种或几种。所述吸附剂中的“硅胶”即有别于“反相硅胶”的“正相硅胶”，“硅胶”为本领域对“正相硅胶”的惯常称呼，“硅胶”与“反相硅胶”并不存在上下位关系。

优选地，步骤（3）中，所述乙酸乙酯的用量为2～3 BV，洗脱的流速为1～2 BV/h。用乙酸乙酯洗脱的目的是除去叶黄素、类胡罗卜等杂质。若乙酸乙酯的用量过少或洗脱的流速过快，都难以将杂质彻底除去，造成叶绿素产品含量偏低；若乙酸乙酯的用量过大或洗脱的流速过慢，都将导致叶绿素的流失，造成叶绿素产品收率偏低。

优选地，步骤（3）中，所述低碳醇的用量为2～4 BV，洗脱的流速为1～2 BV/h。用低碳醇洗脱的目的是将叶绿素从层析柱中解吸下来。若低碳醇的用量过少或洗脱的流速过快，都难以将叶绿素彻底解吸，造成叶绿素产品收率偏低；若低碳醇的用量过大或洗脱的流速过慢，都将造成溶剂和能源的浪费。

优选地，步骤（3）中，所述减压浓缩的真空度为-0.07～-0.09MPa，温度为50～80℃。

本发明方法的原理为：甜菊糖生产废渣中的叶绿素易溶于低碳醇，用含有维生素C的低碳醇在室温下搅拌提取，不但可以将叶绿素充分浸出，而且可以确保叶绿素的分子结构不被破坏；通过超滤和纳滤，可以除去分子量不同的杂质；采用柱层析梯度洗脱的方法，先用极性小的洗脱剂除去叶黄素、类胡萝卜等性质与叶绿素类似、但极性比叶绿素小的杂质，后用极性大的洗脱剂将叶绿素洗脱下来，浓缩后，即得高含量的叶绿素。

本发明方法的有益效果如下：

（1）本发明方法提供了一种全新的从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，所得叶绿素产品中叶绿素质量含量高达91.6%，收率高达93%；

（2）本发明方法工艺过程可操作性强，成本低，零污染，适宜于工业化生产，不仅实现了将甜叶菊资源综合利用，变废为宝，创造可观的经济效益，而且还解决了环境污染的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的甜菊糖生产废渣为甜菊糖生产过程中，甜叶菊的提取液用絮凝剂沉淀、过滤后，所得泥状废渣，其中，叶绿素的质量含量为6.24%，水分的质量分数为50.7%；本发明实施例所使用的硅胶、反相硅胶、氧化铝均购于青岛海洋化工有限公司；本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

本发明实施例中，采用高效液相色谱外标法检测叶绿素含量。

实施例1

（1）醇提：在100kg甜菊糖生产废渣中，加入1500kg含有维生素C的乙醇水溶液（维生素C的质量浓度为0.3‰，乙醇水溶液中乙醇的体积分数为85%），在20℃下，搅拌提取2h，粗过滤，得醇提液；

（2）超滤、纳滤：先将步骤（1）所得醇提液用截留分子量为8000Da的超滤膜，在1.0MPa下，超滤，再将超滤膜透过液用截留分子量为1000Da的纳滤膜，在2.0MPa下，纳滤，收集纳滤膜截留液；

（3）层析柱层析：将步骤（2）所得纳滤膜截留液以上柱的流速为0.5BV/h，上硅胶层析柱（硅胶的用量为30kg，层析柱的高径比为6:1）层析，然后，先用2BV乙酸乙酯，以洗脱流速为2.0BV/h，对层析柱进行洗脱，再用3BV乙醇，以洗脱流速为1.0BV/h，对层析柱进行洗脱，收集乙醇的洗脱液，在避光条件下，于真空度为-0.08MPa，温度为60℃下，减压浓缩至无醇，得墨绿色膏体，即叶绿素产品6.56kg。

经高效液相色谱外标法检测，本发明实施例所得叶绿素产品的质量含量为86.5%，叶绿素的收率为91%。

实施例2

（1）醇提：在150kg甜菊糖生产废渣中，加入1500kg含有维生素C的甲醇水溶液（维生素C的质量浓度为0.5‰，甲醇水溶液中甲醇的体积分数为90%），在25℃下，搅拌提取3h，粗过滤，得醇提液；

（2）超滤、纳滤：先将步骤（1）所得醇提液用截留分子量为10000Da的超滤膜，在0.6MPa下，超滤，再将超滤膜透过液用截留分子量为800Da的纳滤膜，在2.5MPa下，纳滤，收集纳滤膜截留液；

（3）层析柱层析：将步骤（2）所得纳滤膜截留液以上柱的流速为1BV/h，上氧化铝层析柱（氧化铝的用量为60kg，层析柱的高径比为10:1）层析，然后，先用3BV乙酸乙酯，以洗脱流速为1.5BV/h，对层析柱进行洗脱，再用4BV甲醇，以洗脱流速为1.5BV/h，对层析柱进行洗脱，收集甲醇的洗脱液，在避光条件下，于真空度为-0.07MPa，温度为50℃下，减压浓缩至无醇，得墨绿色膏体，即叶绿素产品9.19kg。

经高效液相色谱外标法检测，本发明实施例所得叶绿素产品的质量含量为91.6%，叶绿素的收率为90%。

实施例3

（1）醇提：在50kg甜菊糖生产废渣中，加入1000kg含有维生素C的异丙醇水溶液（维生素C的质量浓度为0.4‰，异丙醇水溶液中异丙醇的体积分数为80%），在30℃下，搅拌提取4h，粗过滤，得醇提液；

（2）超滤、纳滤：先将步骤（1）所得醇提液用截留分子量为5000Da的超滤膜，在1.2MPa下，超滤，再将超滤膜透过液用截留分子量为900Da的纳滤膜，在1.5MPa下，纳滤，收集纳滤膜截留液；

（3）层析柱层析：将步骤（2）所得纳滤膜截留液以上柱的流速为0.8BV/h，上反相硅胶层析柱（反相硅胶的用量为25kg，层析柱的高径比为8:1）层析，然后，先用2.5BV乙酸乙酯，以洗脱流速为1.0BV/h，对层析柱进行洗脱，再用4BV异丙醇，以洗脱流速为2BV/h，对层析柱进行洗脱，收集异丙醇的洗脱液，在避光条件下，于真空度为-0.09MPa，温度为80℃下，减压浓缩至无醇，得墨绿色膏体，即叶绿素产品3.24kg。

经高效液相色谱外标法检测，本发明实施例所得叶绿素产品的质量含量为89.7%，叶绿素的收率为93%。

Claims (9)

1.一种从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）醇提：在甜菊糖生产废渣中，加入含有维生素C的低碳醇水溶液，搅拌提取，粗过滤，得醇提液；

（2）超滤、纳滤：先将步骤（1）所得醇提液用超滤膜超滤，再将超滤膜透过液用纳滤膜纳滤，收集纳滤膜截留液；

（3）层析柱层析：将步骤（2）所得纳滤膜截留液上层析柱层析，然后，先用乙酸乙酯，对层析柱进行洗脱，再用低碳醇，对层析柱进行洗脱，收集低碳醇的洗脱液，在避光条件下，减压浓缩至无醇，得墨绿色膏体，即叶绿素产品。

2.根据权利要求1所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述甜菊糖生产废渣为甜菊糖生产过程中，甜叶菊的提取液用絮凝剂沉淀、过滤后，所得泥状废渣，其中，叶绿素的质量含量为5～7%，水分的质量分数为45～55%。

3.根据权利要求1或2所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述含有维生素C的低碳醇水溶液的用量为甜菊糖生产废渣湿重的10～20倍；所述低碳醇中维生素C的质量浓度为0.1‰～0.5‰；所述低碳醇水溶液为甲醇、乙醇、异丙醇或正丁醇水溶液中的一种或几种；所述低碳醇水溶液中低碳醇的体积分数为70～95%。

4.根据权利要求1～3之一所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述搅拌提取的温度为室温，所述搅拌提取的时间为2～4h。

5.根据权利要求1～4之一所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述超滤膜的截留分子量为5000～10000Da；所述超滤的压力为0.5～1.2MPa。

6.根据权利要求1～5之一所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述纳滤膜的截留分子量为800～1000Da；所述纳滤的压力为1.5～2.5MPa。

7.根据权利要求1～6之一所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（3）中，上柱吸附的流速为0.5～1.0 BV/h；所述层析柱中吸附剂的用量为甜菊糖生产废渣湿重的0.3～0.5倍；所述层析柱的高径比为5～10:1；所述层析柱中吸附剂的类型为硅胶、反相硅胶或氧化铝中的一种或几种。

8.根据权利要求1～7之一所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述乙酸乙酯的用量为2～3 BV，洗脱的流速为1～2 BV/h；所述低碳醇的用量为2～4 BV，洗脱的流速为1～2 BV/h。

9.根据权利要求1～8之一所述从甜菊糖生产废渣中提取叶绿素的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述减压浓缩的真空度为-0.07～-0.09MPa，温度为50～80℃。