CN109876489A

CN109876489A - 低共熔溶剂结合微波萃取植物样品的方法及低共熔溶剂

Info

Publication number: CN109876489A
Application number: CN201910220763.XA
Authority: CN
Inventors: 毕文韬; 王佳琴; 林军; 陈大勇; 杨小弟
Original assignee: Changzhou Institute Of Innovation And Development Nanjing Normal University
Current assignee: Changzhou Institute Of Innovation And Development Nanjing Normal University
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明属于中药材资源综合利用领域，具体涉及一种低共熔溶剂结合微波萃取植物样品的方法及低共熔溶剂。其中本种植物样品提取方法包括：制备萃取液，即低共熔溶剂的稀释溶液；将植物样品加入萃取液中，形成悬浊液；对悬浊液进行微波萃取；以及离心，并取上层清液。本植物样品提取方法采用低共熔溶剂为提取溶剂，以微波辅助萃取法为提取手段，对植物样品中的活性成分进行提取。在提取过程中不需要消耗提取溶剂，减少了环境污染。具有操作简单、耗时短、成本低、提取效率高的特点。

Description

低共熔溶剂结合微波萃取植物样品的方法及低共熔溶剂

技术领域

本发明涉及中药材资源综合利用领域，具体涉及一种低共熔溶剂结合微波萃取植物样品的方法及低共熔溶剂。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高，对提高身体健康及天然绿色产物愈发重视，而植物活性成分由于安全可靠及活性显著越来越引人瞩目，植物中所含有多种生物活性物质，如有机酸、挥发油、生物碱、糖类等都具有抗氧化、消除自由基、消炎等生理活性，符合人们对提高自身免疫力的追求。因此，其活性成分在食品、医药及日化品等领域的应用越来越多。然而植物中所含的物质成分复杂，不同部位含有不同的成分，因此开发一种高效的提取方法是很重要的。

微波萃取技术由于提取纯度高、适用范围广、所需溶剂量少、提取速度快、提取能力强、易于控制、操作简单等优点，因此在植物活性成分萃取方面发挥着重要的作用。此外，微波萃取法的时间较短，有利于萃取一些热不稳定的物质，可以避免过长加热时间导致的物质分解，特别适合于处理热敏性组分或从天然物质中提取有效成分。

而影响微波萃取法的重要因素是萃取溶剂，要求提取物在萃取溶剂中有较好的溶解性。常见的萃取溶剂是甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、甲苯等有机溶剂，使用这些有机溶剂不仅会导致环境污染，并且有毒性，会对人体造成危害。同时，不同萃取溶剂对提取物的溶解性不同，也自然会影响萃取效果。因此，本申请将低共熔溶剂与微波萃取技术进行了高效的有机结合，以对植物样品中的活性成分进行高效无污染的提取。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物样品提取方法及其萃取用低共熔溶剂。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种植物样品提取方法，包括：制备萃取液，即低共熔溶剂的稀释溶液；将植物样品加入萃取液中，形成悬浊液；对悬浊液进行微波萃取；以及离心，并取上层清液。

进一步，所述制备萃取液的方法包括：将氢键受体和氢键供体混合；加热并搅拌至均一相，即所述低共熔溶剂；以及将所述低共熔溶剂用水稀释。

进一步，所述氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1：1-4。

进一步，所述为氢键受体包括氯化胆碱；所述氢键供体包括有机酸、酰胺、多元醇中的一种或几种。

进一步，所述加热的温度为60-120℃。

进一步，所述萃取液的低共熔溶剂含量为10-80％。

进一步，所述悬浊液的固液比为0.005-0.045g/mL。

进一步，所述微波萃取适于采用微波萃取反应仪进行；所述微波萃取反应仪的功率为80-600W，萃取时间为1-30min。

又一方面，本发明还提供了一种植物样品提取用低共熔溶剂，所述低共熔溶剂包括：氢键受体和氢键供体；以及二者的摩尔分数比为1：1-4。

本发明的有益效果是，本发明的植物样品提取方法采用低共熔溶剂为提取溶剂，以微波辅助萃取法为提取手段，对植物样品中的活性成分进行提取。在提取过程中不需要消耗提取溶剂，减少了环境污染。具有操作简单、耗时短、成本低、提取效率高的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的植物样品提取方法的工艺流程图；

图2a是氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1:1，含DES量为80％的萃取液对大黄中蒽醌类物质的萃取率；

图2b是氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1:3，含DES量为80％的萃取液对大黄中蒽醌类物质的萃取率；

图2c是氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1:1，含DES量为20％的萃取液对大黄中蒽醌类物质的萃取率；

图2d是氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1:3，含DES量为20％的萃取液对大黄中蒽醌类物质的萃取率；

图3a是粉碎机粉碎后的大黄粉末电镜图；

图3b是以水为溶剂提取的大黄粉末电镜图；

图3c是以甲醇为溶剂提取的大黄粉末电镜图；

图3d是以多元醇为溶剂提取的大黄粉末电镜图；

图3e是以酰胺为溶剂提取的大黄粉末电镜图；

图3f是以有机酸配比的溶剂提取的大黄粉末电镜图；

图4示出了含DES量对萃取率的影响；

图5示出了固液比对萃取率的影响；

图6示出了微波萃取时间对萃取率的影响；

图7示出了不同有机溶剂与低共熔溶剂的萃取率比较。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示，本实施例1提供了一种植物样品提取方法，包括如下步骤：步骤S1，制备萃取液，即低共熔溶剂(Deep eutectic solvent,缩写为DES)的稀释溶液；步骤S2，将植物样品加入萃取液中，形成悬浊液；步骤S3，对悬浊液进行微波萃取；以及步骤S4，离心，并取上层清液。

可选的，所述植物样品例如但不限于大黄，可以加工呈粉末状，以便于利用低共熔溶剂结合微波提取其中的蒽醌类物质，如芦荟大黄素(Aloe-emodin)、大黄素(Emodin)、大黄酚(Chrysophanol)、大黄素甲醚(Physcion)等。

可选的，所述悬浊液的固液比为0.005-0.045g/mL。

本实施例1的植物样品提取方法采用低共熔溶剂为提取溶剂，以微波辅助萃取法为提取手段，对植物样品中的活性成分进行提取。在提取过程中不需要消耗提取溶剂，减少了环境污染。具有操作简单、耗时短、成本低、提取效率高的特点。

作为制备萃取液的一种可选的实施方式。

所述步骤S1中制备萃取液的方法包括如下步骤：步骤S11，将氢键受体和氢键供体混合；步骤S12，加热并搅拌至均一相，即所述低共熔溶剂；以及步骤S13，将所述低共熔溶剂用水稀释。

可选的，所述萃取液的DES含量为10-80％。

可选的，所述加热的温度为60-120℃。

可选的，所述氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1：1-4。优选为1：2或1：3。

可选的，所述为氢键受体包括但不限于氯化胆碱；以及所述氢键供体包括但不限于有机酸、酰胺、多元醇中的一种或几种。所述有机酸可以为羧酸、柠檬酸等物质。

本实施方式的萃取液由氢键供体和氢键受体按一定比例合成的新型溶剂，合成简单，只需要将两者混合加热即可得到，具有绿色环保、无污染、成本低廉、生物兼容性好、不易燃、可生物降解等优点。

作为微波辅助萃取的一种可选的实施方式。

所述微波辅助萃取适于采用微波萃取反应仪进行；所述微波萃取反应仪的功率为80-600W，萃取时间为1-30min。

本实施方式的微波辅助萃取可以通过控制微波时间进一步提高萃取效果，时间过短导致细胞壁的溶解不够，会降低提取率；微波时间过长则加热温度过高，可能导致活性物质的分解，会降低提取率和生产效率。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例2还提供了一种用于植物样品提取的低共熔溶剂，所述低共熔溶剂包括：氢键受体和氢键供体；以及二者的摩尔分数比为1：1-4。具体的，所述低共熔溶剂可以作为植物样品提取中的萃取溶剂。

可选的，所述植物样品可以为大黄。

进一步，所述为氢键受体包括但不限于氯化胆碱；所述氢键供体包括但不限于有机酸、酰胺、多元醇中的一种或几种；以及所述有机酸例如但不限于羧酸、柠檬酸等物质。

关于低共熔溶剂的组分含量及具体实施过程参见实施例1的相关论述，此处不再赘述。

实施例3

(1)制备萃取液。将摩尔比为1:1的氯化胆碱与酰胺混合，加热至60-120℃，搅拌10-120min至均一相，然后用水稀释至含DES量为20％，制成萃取液。

(2)微博辅助萃取。取0.05g的大黄粉末加入(1)中制备的10ml萃取液(即萃取液的固液比为0.005g/mL)，并置于微波萃取反应仪中，功率为80-600W，萃取10分钟，离心后取上清液。

实施例4

(1)制备萃取液。将摩尔比为1:4的氯化胆碱与多元醇混合，加热至60-120℃，搅拌10-120min至均一相，然后用水稀释至含DES量为80％，制成萃取液。

(2)微波辅助萃取。取0.45g的大黄粉末加入(1)中制备的10mL萃取液(即萃取液的固液比为0.045g/mL)，并置于微波萃取反应仪中，功率为80-600W，萃取30分钟，离心后取上清液。

实施例5

(1)制备萃取液。将摩尔比为1:1:1的氯化胆碱、羧酸、多元醇混合，加热至60-120℃，搅拌10-120min至均一相，然后用水稀释至含DES量为60％，制成萃取液。

(2)微波辅助萃取。取0.25g的大黄粉末加入(1)中制备的10mL萃取液(即萃取液的固液比为0.025g/mL)，并置于微波萃取反应仪中，功率为80-600W，萃取20分钟，离心后取上清液。

实施例6

(1)制备萃取液。将摩尔比为1:3的氯化胆碱与柠檬酸混合，加热至60-120℃，搅拌10-120min至均一相，然后用水稀释至含DES量为80％，制成萃取液。

(2)微波辅助萃取。取0.15g的大黄粉末加入(1)中制备的10mL萃取液(即萃取液的固液比为0.015g/mL)，并置于微波萃取反应仪中，功率为80-600W，萃取15分钟，离心后取上清液。

实施例7

本申请的提取方法包含了多种实施方式，由于篇幅原因，只在实施例3-6中列举了部分实施方式，其余实施方式的主要组分及参数见如1所示，具体操作过程参见实施例3的相关论述，在此不再赘述。

表1提取方法中的主要组分及参数

实施例8

本实施例8对提取方法中的主要组分及参数(如氢键受体与氢键供体的摩尔份数比、含DES量、固液比、萃取时间等)进行对比，以探究其对大黄中蒽醌类物质的萃取效果的影响。

具体操作如下：将摩尔比为1:1-4的氯化胆碱与酰胺类物质、多元醇、有机酸分别在60-120℃下加热搅拌10-120min至均一相，然后用水稀释至含DES量为10-80％；取0.05-0.5g大黄粉末与10-50ml的萃取液混合并置于微波萃取反应仪中，萃取1-30min，离心后取上清液，用高效液相色谱进行定量。

结论如下：

(1)低共熔溶剂的选择。

不同低共熔溶剂具有不同理化性质，对大黄中蒽醌类物质有不同的提取效果。为了选择最佳的低共熔溶剂，本发明研究了不同组分的低共熔溶剂的提取率，其合成的原料及比例如表2所示。如图2a和图2b所示，氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1:1或1:3、含DES量为80％时，利用有机酸配比的低共熔溶剂(即氢键供体为柠檬水)对大黄中的蒽醌类物质的提取率最佳。然而，如图2c、图2d所示，含DES量为20％时，各低共熔溶剂对大黄中的蒽醌类物质的提取率都较低。

表2不同低共熔溶剂的组分及含量

此外，分别如图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f所示，通过扫描电镜对不同低共熔溶剂提取后的大黄粉末进行了表征。相较于粉碎机粉碎后的大黄粉末(如图3a)，分别、图3c所示，用水为溶剂提取的大黄粉末(如图3b)和用甲醇为溶剂提取的大黄粉末(如图3c)颗粒均较大，没有较好的溶解；分别如图3d、图3e所示，用多元醇类低共熔溶剂提取的大黄粉末(如图3d)、用酰胺类低共熔溶剂提取的大黄粉末(如图3e)颗粒较小，细胞壁溶解较多；而有机酸类低共熔溶剂提取的大黄粉末(如图3e)效果最好，几乎看不到任何颗粒，这是由于酸类物质会与细胞壁中的纤维素发生酯化反应从而溶解细胞壁；同时蒽醌类物质为酸性物质，在酸性环境下溶解度更高。因此，相较于其他溶剂，利用有机酸配比的低共熔溶剂为大黄中提取蒽醌类物质的最佳萃取溶剂。

(2)萃取液的含DES量对萃取率的影响。

如图4所示，取DES-8的低共熔溶剂为萃取剂，由于粘度较高，会对提取效果有影响，因此需要加水进行稀释。当萃取液的含DES量超过70％时，其提取效果开始大幅提高，尤其是大黄酚(Chrysophanol)和大黄素甲醚(Physcion)的提取率得到明显改善。当萃取液的含DES量为80％时，其提取效果最佳，这是因为酸性越高，纤维素溶解越多，蒽醌类物质的析出越多；且根据相似相溶原理，蒽醌在酸性环境下溶解度高。

(3)固液比的影响。

如图5所示，选用DES-8的低共熔溶剂作为萃取剂，并用水稀释至含DES量为80％，作为萃取液。当萃取液的固液比为0.005-0.045g/mL时，研究萃取液的固液比对提取蒽醌效果的影响。可以看出，萃取率先增高后降低，固液比为0.015g/mL时，萃取率达到最高。

(4)微波提取时间的影响。

如图6所示，在1-15分钟内微波提取率随着时间而提高，在15分钟后开始降低，因此选择15分钟为最佳萃取时间。微波提取时间对萃取率有较大的影响。这是因为微波时间过短导致细胞壁的溶解不够，提取率降低；微波时间过长导致加热温度过高，可能导致活性物质的分解从而使提取率降低，并且会消耗大量的时间。

(6)其他溶剂及萃取方法的比较。

为了验证本发明中以低共熔溶剂配比萃取液的优势，本发明对比研究了其他有机溶剂萃取率，如图7所示：相较于乙酸乙酯(Ethyl acetete)、甲醇(Methonal)、乙醇(Ethonal)、环己(Cyclohexane)等有机溶剂，以DES为低共熔溶剂配比的萃取液，其萃取率比其他溶剂更高，尤其是芦荟大黄素的提取率超过35％，得到大幅提高。

此外，如表3所示，本申请还将低共熔溶剂结合微波萃取植物样品的方法与传统提取方法(如热回流法、超声辅助萃取法)的进行对比，发现本申请的提取方法(微波辅助萃取法)其萃取率也更高一些。

表3本提取方法与传统提取方法的萃取率比较

综上所述，本申请的提取方法首次将低共熔溶剂和微波萃取技术进行了高效的结合，可以对植物样品中的活性成分进行高效无污染的提取。在样品提取阶段优势明显，整个过程所需时间短，提取率高，不会对环境造成额外的污染，安全绿色，成本低，操作简便，在植物提取方面具有广阔的发展前景。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种植物样品提取方法，其特征在于，包括：

制备萃取液，即低共熔溶剂的稀释溶液；

将植物样品加入萃取液中，形成悬浊液；

对悬浊液进行微波萃取；以及

离心，并取上层清液。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，

所述制备萃取液的方法包括：

将氢键受体和氢键供体混合；

加热并搅拌至均一相，即所述低共熔溶剂；以及

将所述低共熔溶剂用水稀释。

3.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，

所述氢键受体与氢键供体的摩尔分数比为1：1-4。

4.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，

所述为氢键受体包括氯化胆碱；

所述氢键供体包括有机酸、酰胺、多元醇中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，

所述加热的温度为60-120℃。

6.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，

所述萃取液的低共熔溶剂含量为10-80%。

7.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，

所述悬浊液的固液比为0.005-0.045g/mL。

8.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，

所述微波萃取适于采用微波萃取反应仪进行；

所述微波萃取反应仪的功率为80-600W，萃取时间为1-30min。

9.一种植物样品提取用低共熔溶剂，其特征在于，

所述低共熔溶剂包括：氢键受体和氢键供体；以及

二者的摩尔分数比为1：1-4。

10.根据权利要求9所述的低共熔溶剂，其特征在于，

所述为氢键受体包括氯化胆碱；

所述氢键供体包括有机酸、酰胺、多元醇中的一种或几种。