CN110448934A - 余甘子多酚的萃取方法及超声耦合动态亚临界水萃取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种余甘子多酚的萃取方法及超声耦合动态亚临界水萃取装置。所述余甘子多酚的萃取方法，包括：将余甘子原料置于制备容器中，用泵将已预热的去离子水注入制备容器的物料篮中；当制备容器内的压力和温度达到预定阈值后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态；开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取，超声波的频率为18.5KHz，超声功率为100～180W，萃取时间为10～80min，萃取后放出萃取液；将萃取所得的萃取液经减压浓缩后，真空冷冻干燥即得余甘子多酚。所述萃取装置用于萃取余甘子多酚。本发明的萃取得率、纯度和抗氧化活性都大大提高，适合工业化生产。

Description

余甘子多酚的萃取方法及超声耦合动态亚临界水萃取装置

技术领域

本发明涉及食品、日用化工及医药技术领域，尤其涉及一种余甘子多酚的萃取方法及超声耦合动态亚临界水萃取装置。

背景技术

余甘子，属大戟科叶下球属植物，在我国分布面积大、产量高，资源十分丰富，是我国重要的经济林果。有抗肿瘤、降血脂、降血糖、降血压、提高免疫力等多种功效。多酚类物质是其功效的物质基础，现有余甘子多酚的萃取方法多采用传统的有机溶剂萃取法，存在萃取时间长、效率低、有机溶剂残留等弊病，且所得产品多酚纯度很低，无法满足市场的需求，为了提高纯度，需要专门的后续纯化处理，需要和吸附树脂、柱层析、膜分离等技术中的一种或几种联合使用，致使工艺繁琐、生产周期长，大大限制了余甘子多酚的开发应用。因此，利用环保、便捷的新方法制备高纯度余甘子多酚成为本领域目前迫切需要解决的技术难题。

亚临界水萃取技术是一种新技术，以价廉、无污染的水作为萃取剂，在适当的压力下，水温达到100～374℃之间，水仍然保持液体状态，这种水称为亚临界水。与常温常压水相比，亚临界水具有低介电常数、低粘度和低表面张力及高扩散能力等特点，其性质更类似于有机溶剂，随着温度的升高，水的极性可由强极性渐变为非极性，可将植物多酚按极性由高到低萃取出来，能显著提高多酚类物质的溶出率，同时可通过控制水体的温度与压力实现对植物多酚的选择性萃取，有效提高萃取多酚的纯度，该技术萃取植物多酚具有萃取时间短、效率高、环境友好等优点，是一种很有潜力的绿色萃取技术。

超声波在液体介质传播时所特有的空化效应，加上超声波传播产生的机械振动、强微射流、微声流等多极效应，与亚临界水萃取技术相结合，进一步破坏植物细胞壁，可以提高多酚物质的萃取效率。

然而，超声波结合亚临界水萃取技术同样具有局限性，一方面目前超声结合亚临界水萃取过程中，萃取剂水处于静止状态，高压萃取时物料大量堆积，基材密实，萃取原料中部的基材与亚临界水的接触极少，并且随装料量的增多和堆积高度的增大这种缺点表现的更为明显,容易使萃取物受热不均匀，萃取不充分而影响多酚的得率；另一方面超声波在水中具有高衰减性、其有效作用区域呈环形，容易在制备容器中形成超声波盲区，影响细胞壁的破坏效率。由于超声波装置通常设置在制备容器顶部、而萃取液的收集通常位于在制备容器底部，制备容器内部已无法额外增设设备促进原料与亚临界水及超声波的相互作用，降低了萃取效率，制约了超声结合亚临界水萃取技术的进一步扩展应用。

发明内容

为克服现有的高纯度余甘子多酚制备工艺繁琐、生产周期长、超声波结合亚临界水萃取技术有局限性的问题，本发明实施例一方面提供了一种余甘子多酚的萃取方法，包括：

将余甘子原料置于制备容器中，用泵将已预热的去离子水注入制备容器的物料篮中，控制液料比为10:1～80:1mL/g；

当制备容器内的压力和温度达到预定阈值后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态，控制物料篮处的去离子水的流速为10～70mL/min；开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取，超声波的频率为18.5KHz，超声功率为100～180W，萃取时间为10～80min，萃取后放出萃取液；

将萃取所得的萃取液经减压浓缩后，真空冷冻干燥即得余甘子多酚。

进一步，上述所述高压泵通过高压进水管连接于制备容器相对于物料篮处的一侧，所述高压泵通过高压出水管连接于制备容器相对于物料篮处的另一侧，且所述进水管的管口的高度低于所述出水管的管口的高度。

进一步，上述所述进水管的管口的高度低于物料篮的底部高度，所述出水管的管口的高度高于物料篮的顶部高度。

进一步，上述所述余甘子原料的获取方法包括：

取余甘子鲜果，去梗，清洗干净，控干水分，去核,将果肉打碎，取果渣为余甘子原料。

进一步，上述所述余甘子原料的获取方法包括：取余甘子鲜果，去梗，清洗干净，控干水分，去核，60℃干燥24h，粉碎后过40目筛。

进一步，上述压力和温度的预定阈值具体为：萃取压力为3～10MPa，萃取温度为80～200℃。

本发明实施例另一方面提供了超声耦合动态亚临界水萃取装置，包括：

制备容器，所述制备容器包括位于顶部的超声波装置和位于中部的物料篮；

预加热容器，与制备容器连接，通过供液泵向所述制备容器输送预热的去离子水；

高压泵，通过高压进水管和高压出水管与制备容器连接，所述高压进水管连接于制备容器相对于物料篮处的一侧，所述高压出水管连接于制备容器相对于物料篮处的另一侧；

冷凝器，连接于制备容器的底部，用于收集萃取液。

进一步，上述所述进水管的管口的高度低于所述出水管的管口的高度。

进一步，上述所述进水管的管口的高度低于物料篮的底部高度，所述出水管的管口的高度高于物料篮的顶部高度。

本发明实施例通过在制备容器内提供高压泵和物料篮，当制备容器内的压力和温度达到预定阈值后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态，同时开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取。由于本发明实施例通过外加高压泵，使得亚临界水始终处于循环状态，动态亚临界水一方面可使亚临界水充分和萃取原料相接触，提高萃取原料的溶解率和多酚类物质的溶出率，另一方面可将余甘子原料颗粒依次带入超声波的作用范围，充分利用超声波的多极效应，加速细胞壁的损坏。本发明实施例消除了超声波盲区对萃取过程的消极影响，动态亚临界水在高压泵作用下循环流动可进一步缩短萃取时间、最大限度的提高多酚的萃取得率和纯度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的余甘子多酚的萃取方法的流程图；

图2是本发明第六实施例的超声耦合动态亚临界水萃取装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的余甘子多酚含量的测定采用Fo1in-Ciocalteu比色法。

第一实施例：

请参照图1，本发明实施例提供了一种余甘子多酚的萃取方法，包括：

101，将余甘子原料置于制备容器中，用泵将已预热的去离子水注入制备容器的物料篮中，控制液料比为20:1mL/g。

102，当制备容器内的压力达到6MPa、温度达到130℃后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态，控制物料篮处的去离子水的流速为60mL/min；开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取，超声波的频率为18.5KHz，超声功率为140W，萃取时间为20min，萃取后放出萃取液。

103，将萃取所得的萃取液经减压浓缩后，真空冷冻干燥即得余甘子多酚。

作为一种优选方案，上述高压泵通过高压进水管连接于制备容器相对于物料篮处的一侧，所述高压泵通过高压出水管连接于制备容器相对于物料篮处的另一侧，且所述进水管的管口的高度低于所述出水管的管口的高度。本实施例通过将进水管的管口的高度设置低于所述出水管的管口的高度，且进水管和出水管的管口位于制备容器的两侧，使得制备容器内的去离子水处于横向贯穿制备容器并倾斜向上流动的状态，利于余甘子原料在制备容器中形成竖向平面内的循环状态，与超声波的环形作用区域正好垂直，所有余甘子原料在循环流动过程中都会受到超声波作用，利于最大程度的发挥超声波的空化效应、机械振动、强微射流和微声流等多极效应。

作为进一步改进而非限定，所述进水管的管口的高度低于物料篮的底部高度，所述出水管的管口的高度高于物料篮的顶部高度。进水管和出水管的管口设置方案有利于在驱动去离子水的同时，扬起并带动更多余甘子原料使其参与制备容器内的物料循环。

余甘子原料可以同时采用鲜果和干果两种方案，鲜果原料的获取方法包括：

取余甘子鲜果，去梗，清洗干净，控干水分，去核,将果肉打碎，取果渣为余甘子原料。

干果原料的获取方法包括：取余甘子鲜果，去梗，清洗干净，控干水分，去核，60℃干燥24h，粉碎后过40目筛。

本实施例的余甘子原料选取干果原料，清洗方式可以采用去离子水或清水洗净的方式。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为17.23％，纯度为62.35％。

本发明实施例通过在制备容器内提供高压泵和物料篮，当制备容器内的压力和温度达到预定阈值后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态，同时开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取。由于本发明实施例通过外加高压泵，使得亚临界水始终处于循环状态，动态亚临界水一方面可使亚临界水充分和萃取原料相接触，提高萃取原料的溶解率和多酚类物质的溶出率，另一方面可将余甘子原料颗粒依次带入超声波的作用范围，充分利用超声波的多极效应，加速细胞壁的损坏。本发明实施例消除了超声波盲区对萃取过程的消极影响，动态亚临界水在高压泵作用下循环流动可进一步缩短萃取时间、最大限度的提高多酚的萃取得率和纯度。

第二实施例：

与上述第一实施例不同的是，本发明实施例的液料比为25:1mL/g，萃取时间30min，超声功率为150W。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为18.14％，纯度为64.12％。

第三实施例：

与上述第一实施例不同的是，本发明实施例的萃取温度为150℃，萃取时间30min，液料比为30:1mL/g。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为19.81％，纯度为65.67％。

第四实施例：

与上述第一实施例不同的是，本发明实施例的液料比为30:1mL/g，萃取温度为170℃，萃取时间30min，超声功率为150W。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为20.79％，纯度为66.32％。

第五实施例：

与上述第一实施例不同的是，本发明实施例的萃取温度为170℃，萃取时间40min，超声功率为150W，液料比为40:1mL/g

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为21.42％，纯度为67.41％。

第一对比实施例：

有机溶剂萃取法：称取同一批经干燥粉碎后过40目筛的余甘子原料，加入60％(v/v)的乙醇溶液，液料比为40∶1mL/g，在50℃下水浴振荡萃取3h，过滤，滤渣重复上述步骤2次，合并3次萃取的滤液，于35℃真空浓缩除去乙醇，并冷冻干燥得到余甘子多酚萃取物。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为11.21％，纯度为34.26％。

第二对比实施例：

单独的亚临界水萃取法：将干燥粉碎后过40目筛的余甘子原料，投入萃取罐中；采用压力泵将已预热的去离子水按照料液比20:1mL/g，以约60mL/min的流速输入萃取罐中；控制萃取罐中的温度为130℃，压力为6MPa，萃取时间20min。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为14.23％，纯度为54.51％。

第三对比实施例：

单独的超声波萃取法：将干燥粉碎后过40目筛的余甘子原料，投入萃取罐中，加入60％(v/v)的乙醇溶液，液料比为40∶1mL/g，控制萃取罐中的温度为35℃，在超声功率150W作用下萃取40min，滤渣复提2次，合并萃取液，于35℃真空浓缩除去乙醇，并冷冻干燥得到余甘子多酚萃取物。

在本实施例中，余甘子多酚萃取得率为12.68％，纯度为34.72％。

第四对比实施例：

超声结合亚临界水萃取法：实验处理过程同实施例1，其不同在于，萃取过程中制备容器中萃取剂水为静止状态，提取温度为150℃，提取时间30min，超声功率为150W,余甘子多酚提取得率为15.47％，纯度为58.17％。

通过上述对照可知，超声耦合动态亚临界水萃取余甘子多酚的萃取得率和产品纯度较传统的有机溶剂萃取法、超声波萃取法、亚临界水萃取法及超声结合亚临界水萃取法的都高，且当实验条件改变时，萃取得率和纯度较为稳定。因此超声耦合动态亚临界水萃取法工艺流程简单、溶剂来源方便，无毒害无污染，且萃取得率和产品纯度高，有效的简化了高纯度多酚获得的途径，且很适合工业大规模的生产。

第六实施例：

请参照图2，本发明实施例提供了一种超声耦合动态亚临界水萃取装置，包括：

制备容器，所述制备容器包括位于顶部的超声波装置1和位于中部的物料篮3；

预加热容器，与制备容器连接，通过供液泵2向所述制备容器输送预热的去离子水；

高压泵，通过高压进水管和高压出水管与制备容器连接，所述高压进水管连接于制备容器相对于物料篮3处的一侧，所述高压出水管连接于制备容器相对于物料篮3处的另一侧；

冷凝器，连接于制备容器的底部，用于收集萃取液。

作为一种优选方案，上述所述进水管的管口的高度低于所述出水管的管口的高度。

作为对上述方案的进一步改进，上述所述进水管的管口的高度低于物料篮3的底部高度，所述出水管的管口的高度高于物料篮3的顶部高度。

本实施例的进水管和出水管与上述第一实施例的工艺对应，其优点不再赘述。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例的萃取装置还可以包括温度测定器、恒温装置、温度调节控制器或压力调节控制器等装置，上述装置器械因其已经应用于现有的萃取罐方案中，为描述的简便，本实施例不对上述装置器械作进一步赘述。

本发明实施例通过在制备容器内提供高压泵和物料篮，当制备容器内的压力和温度达到预定阈值后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态，同时开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取。由于本发明实施例通过外加高压泵，使得亚临界水始终处于循环状态，动态亚临界水一方面可使亚临界水充分和萃取原料相接触，提高萃取原料的溶解率和多酚类物质的溶出率，另一方面可将余甘子原料颗粒依次带入超声波的作用范围，充分利用超声波的多极效应，加速细胞壁的损坏。本发明实施例消除了超声波盲区对萃取过程的消极影响，动态亚临界水在高压泵作用下循环流动可进一步缩短萃取时间、最大限度的提高多酚的萃取得率和纯度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.余甘子多酚的萃取方法，其特征在于，包括：

将余甘子原料置于制备容器中，用泵将已预热的去离子水注入制备容器的物料篮中，控制液料比为10:1～80:1 mL/g；

当制备容器内的压力和温度达到预定阈值后，开启高压泵至少使物料篮处的去离子水处于循环流动状态，控制物料篮处的去离子水的流速为10～70mL/min；开启超声波对物料篮中的余甘子原料进行萃取，超声波的频率为18.5 KHz，超声功率为100～180W，萃取时间为10～80min，萃取后放出萃取液；

将萃取所得的萃取液经减压浓缩后，真空冷冻干燥即得余甘子多酚。

2.如权利要求1所述的余甘子多酚的萃取方法，其特征在于，所述高压泵通过高压进水管连接于制备容器相对于物料篮处的一侧，所述高压泵通过高压出水管连接于制备容器相对于物料篮处的另一侧，且所述进水管的管口的高度低于所述出水管的管口的高度。

3.如权利要求2所述的余甘子多酚的萃取方法，其特征在于， 所述进水管的管口的高度低于物料篮的底部高度，所述出水管的管口的高度高于物料篮的顶部高度。

4.如权利要求1至3任一项所述的余甘子多酚的萃取方法，其特征在于，所述余甘子原料的获取方法包括：

取余甘子鲜果，去梗，清洗干净，控干水分，去核, 将果肉打碎，取果渣为余甘子原料。

5.如权利要求1至3任一项所述的余甘子多酚的萃取方法，其特征在于，所述余甘子原料的获取方法包括：取余甘子鲜果，去梗，清洗干净，控干水分，去核，60℃干燥24 h，粉碎后过40目筛。

6.如权利要求1至3任一项所述的余甘子多酚的萃取方法，其特征在于，压力和温度的预定阈值具体为：萃取压力为3～10MPa，萃取温度为80～200℃。

7.超声耦合动态亚临界水萃取装置，其特征在于，包括：

制备容器，所述制备容器包括位于顶部的超声波装置和位于中部的物料篮；

预加热容器，与制备容器连接，通过供液泵向所述制备容器输送预热的去离子水；

高压泵，通过高压进水管和高压出水管与制备容器连接，所述高压进水管连接于制备容器相对于物料篮处的一侧，所述高压出水管连接于制备容器相对于物料篮处的另一侧；

冷凝器，连接于制备容器的底部，用于收集萃取液。

8.如权利要求7所述的超声耦合动态亚临界水萃取装置，其特征在于，所述进水管的管口的高度低于所述出水管的管口的高度。

9.如权利要求8所述的超声耦合动态亚临界水萃取装置，其特征在于，所述进水管的管口的高度低于物料篮的底部高度，所述出水管的管口的高度高于物料篮的顶部高度。