CN110934964A - 一种碱生稻生物碱的提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碱生稻生物碱的提取方法，包括以下步骤：1）原料预处理；2）发酵；3）粗碱生稻生物碱制备；4）纯化；5）精制。本发明针对盐碱地生产的稻子，通过超微粉碎、润湿、汽爆破碎等操作，将细胞中的生物碱释放，利用酒精发酵产生有机酸，与释放的生物碱反应，生成生物碱盐，在碱性环境恢复为生物碱，获得粗生物碱产品；经盐酸溶液复溶和超临界二氧化碳处理，脱除杂质，在氢氧化钠溶液中再生为生物碱，通过膜过滤和二次超临界二氧化碳处理获得精制碱生稻生物碱。本发明工艺流程简单高效，制备条件易控制，不含有毒试剂，原料利用率高，生产成本低，利于大规模工业化生产。

Description

一种碱生稻生物碱的提取方法
技术领域
本发明涉及含有来自植物的医用配制品，尤其是一种碱生稻生物碱的提取方法。
背景技术
随着我国经济的发展，居民膳食中海鲜食用量增加，人体内嘌呤的数量急剧增加，过去比较少见的痛风患者多了，且还出现了年轻化的趋势。针对痛风，市场上有许多排除嘌呤治疗痛风的药品和保健食品，这些化合性或生物性的产品具有潜在的、导致肾脏损伤的可能性，并且疗效甚微，因此急需一种高效治疗痛风的有效产品。
碱生稻由于生活在盐碱地，特殊的环境使其富含生物碱，生物碱大多存在于植物中，是一类含氮的碱性有机化合物，有似碱的性质，大多数具有环状结构，氮素多在环内，生物活性显著。研究发现，碱生稻生物碱具有显著的排出尿酸的功效，对治疗痛风有潜在价值。目前，利用碱生稻制备生物碱的技术未见报道。
现在提取生物碱的工艺已较成熟，现有方法是采用酸醇结合碱水作为提取剂，利用浸渍法、煎煮法和酶解法等技术提取生物碱类成分，再经大分子树脂、色谱等纯化得到高纯度生物碱。但由于生物碱在植物中相对含量较低，且提取过程需采用多步反应，并使用大量的有机溶剂，最终生物碱纯度不高，还受有机试剂污染。
发明内容
为了克服现有生物碱提取纯度不高的问题，本发明的目的在于提供一种产品的纯度高、提取率高、不使用有毒试剂的碱生稻生物碱的提取方法。本发明利用盐碱地生产的碱生稻，通过超微粉碎、润湿、汽爆破碎等步骤的原料预处理，将碱生稻细胞及细胞间质中的生物碱释放出来，利用发酵酒精生成的有机酸，与碱生稻组织中生物碱反应，促使生物碱最大限度释放，以生物碱盐形式被提取出来，在碱性环境恢复为生物碱，制备成粗生物碱；经盐酸溶液复溶和超临界二氧化碳萃取去除杂质，在氢氧化钠溶液中再次转换为生物碱，通过膜过滤结合超临界二氧化碳萃取获得精制碱生稻生物碱。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：选取干燥碱生稻，用超微粉碎机粉碎，加入去离子水进行润湿；将润湿后的碱生稻物料放入汽爆罐中进行汽爆破壁处理5～8min，再将汽爆破壁处理后的碱生稻物料加入乙醇溶液，混合均匀，备用；
（2）发酵：称取步骤（1）中得到的混匀后的物料，加入混匀物料重量2～5%的复合菌种，在温度50～60℃、pH值3～6的条件下，发酵15～24h，并同时进行超声处理；停止发酵后，离心，取发酵液；
（3）粗碱生稻生物碱制备：将步骤（2）中得到的发酵液用氢氧化钠溶液调整pH值为7～13，离心，取离心液，喷雾干燥，获得粗碱生稻生物碱；
（4）纯化：将步骤（3）中得到的粗碱生稻生物碱加入盐酸溶液中，搅拌，充分反应，使混合液最终pH值小于4，离心，取离心液冻干后，放入超临界二氧化碳萃取装置进行萃取处理，收集萃取后的残渣，并用去离子水溶解，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0～8.9，滤膜过滤，滤液冷冻干燥，即得碱生稻生物碱；
（5）精制：将步骤（4）中得到的碱生稻生物碱放入超临界二氧化碳萃取装置，以乙醇溶液作携带剂进行萃取处理，收集萃取后物质，冷冻干燥，即得高纯度碱生稻生物碱。
本发明的优选方面，在步骤（1）中，所述的超微粉碎碱生稻与去离子水重量比为1:0.2～0.5。
本发明的优选方面，在步骤（1）中，所述的汽爆的条件为：压力1～1.8Mpa，维压时间5～10s。
本发明的优选方面，在步骤（1）中，所述的乙醇溶液的质量百分浓度为20～35%，所述的汽爆破壁处理后的碱生稻物料与乙醇溶液按质量比1:3～5的比例混合。
本发明的优选方面，在步骤（2）中，所述的复合菌种为曲霉、酵母菌和醋酸杆菌，且按照质量比1:1:3～5比例组成。
本发明的优选方面，在步骤（2）中，所述的超声处理的条件为：超声频率18～20KHz，超声功率0.2～1W/cm2，超声波施加周期2～5min/h。
本发明的优选方面，在步骤（3）中，所述的氢氧化钠溶液浓度为1～3mol/L；所述的喷雾干燥的条件为：进口温度200～220℃，喷头转速20～30HZ，流速3～5ml/s，出口温度85～90℃，风速1～2m/s。
本发明的优选方面，在步骤（4）中，所述的盐酸溶液浓度为0.1～0.15mol/L；所述的氢氧化钠溶液浓度为0.01～0.03mol/L，所述的滤膜孔径为0.2～0.4微米。
本发明的优选方面，在步骤（5）中，所述的乙醇溶液浓度为60～75%。
本发明的优选方面，在步骤（4）和步骤（5）中，所述的超临界二氧化碳的萃取处理条件为：压力18～25MPa，温度25～35℃，二氧化碳流速20～25 kg/h，时间10～15min。
本发明在提取碱生稻生物碱前，利用汽爆技术进行前处理，并使用酒精发酵酸化溶解，提高碱生稻生物碱的提取率，并降低提取所需要的时间；采用汽爆技术结合发酵将表皮保护的内部薄壁细胞或液泡破壁，使生物碱更充分的萃取，结合超临界二氧化碳技术和膜技术进行萃取物精制，可有效去除小分子植物蛋白和色素，大幅提高产品的纯度。与现有技术相比，本发明工艺流程高效，制备条件易控制，不使用有毒试剂，其生物碱提取率可达到98%以上，原料利用率高，生产成本低，有利于大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述，所述的实施案例有助于对本发明的理解和实施，并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
实施例1
一种碱生稻生物碱的提取方法，其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：选取干燥碱生稻，用超微粉碎机粉碎，加入去离子水进行润湿，其中，超微粉碎碱生稻与去离子水重量比为1:0.3；将润湿后的碱生稻物料放入汽爆罐中进行汽爆破壁处理6min，且汽爆的条件为：压力1.5Mpa，维压时间7s；再将汽爆破壁处理后的碱生稻物料加入质量百分浓度为25%的乙醇溶液，且汽爆破壁处理后的碱生稻物料与乙醇溶液按质量比1:4的比例混合均匀，备用；
（2）发酵：称取步骤（1）中得到的混匀后的物料，加入混匀物料重量3%的复合菌种，该复合菌种为曲霉、酵母菌和醋酸杆菌，且按照质量比1:1:4比例组成；在温度55℃、pH值6的条件下，发酵18h，并同时进行超声处理，其超声处理的条件为：超声频率18KHz，超声功率0.5W/cm2，超声波施加周期3min/h；停止发酵后，离心，取发酵液；
（3）粗碱生稻生物碱制备：将步骤（2）中得到的发酵液用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液调整pH值为9，离心，取离心液，喷雾干燥，获得粗碱生稻生物碱；其中，喷雾干燥的条件为：进口温度200℃，喷头转速25HZ，流速4ml/s，出口温度85℃，风速1.6m/s；
（4）纯化：将步骤（3）中得到的粗碱生稻生物碱加入浓度为0.12mol/L的盐酸溶液中，搅拌，充分反应，使混合液最终pH值小于4，离心，取离心液冻干后，放入超临界二氧化碳萃取装置进行萃取处理，其超临界二氧化碳萃取处理条件为：压力20MPa，温度30℃，二氧化碳流速22kg/h，时间12min；收集萃取后的残渣，并用去离子水溶解，用浓度为0.02mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为8.0，采用滤膜孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，滤液冷冻干燥，即得碱生稻生物碱；
（5）精制：将步骤（4）中得到的碱生稻生物碱放入超临界二氧化碳萃取装置，以浓度为70%的乙醇溶液作携带剂进行萃取处理，其超临界二氧化碳萃取处理条件为：压力20MPa，温度30℃，二氧化碳流速22kg/h，时间12min；收集萃取后物质，冷冻干燥，即得高纯度碱生稻生物碱。
实施例2
一种碱生稻生物碱的提取方法，其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：选取干燥碱生稻，用超微粉碎机粉碎，加入去离子水进行润湿，其中，超微粉碎碱生稻与去离子水重量比为1:0.2；将润湿后的碱生稻物料放入汽爆罐中进行汽爆破壁处理5min，其汽爆的条件为：压力1Mpa，维压时间10s；再将汽爆破壁处理后的碱生稻物料加入质量百分浓度为20%的乙醇溶液，其汽爆破壁处理后的碱生稻物料与乙醇溶液按质量比1: 5的比例混合均匀，备用；
（2）发酵：称取步骤（1）中得到的混匀后的物料，加入混匀物料重量2%的复合菌种，该复合菌种为曲霉、酵母菌和醋酸杆菌，且按照质量比1:1:3比例组成；在温度50℃、pH值3的条件下，发酵15h，并同时进行超声处理，其超声处理的条件为：超声频率18KHz，超声功率0.2W/cm2，超声波施加周期2min/h；停止发酵后，离心，取发酵液；
（3）粗碱生稻生物碱制备：将步骤（2）中得到的发酵液用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调整pH值为7，离心，取离心液，喷雾干燥，获得粗碱生稻生物碱；其中，喷雾干燥的条件为：进口温度200℃，喷头转速20HZ，流速3ml/s，出口温度85℃，风速1m/s；
（4）纯化：将步骤（3）中得到的粗碱生稻生物碱加入浓度为0.1mol/L的盐酸溶液中，搅拌，充分反应，使混合液最终pH值小于3.5，离心，取离心液冻干后，放入超临界二氧化碳萃取装置进行萃取处理，其超临界二氧化碳萃取处理条件为：压力18MPa，温度25℃，二氧化碳流速20kg/h，时间15min；收集萃取后的残渣，并用去离子水溶解，用浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为7.0，采用滤膜孔径为0.2微米的滤膜进行过滤，滤液冷冻干燥，即得碱生稻生物碱；
（5）精制：将步骤（4）中得到的碱生稻生物碱放入超临界二氧化碳萃取装置，以浓度为60%的乙醇溶液作携带剂进行萃取处理，其超临界二氧化碳萃取处理条件为：压力18MPa，温度25℃，二氧化碳流速20kg/h，时间15min；收集萃取后物质，冷冻干燥，即得高纯度碱生稻生物碱。
实施例3
一种碱生稻生物碱的提取方法，其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：选取干燥碱生稻，用超微粉碎机粉碎，加入去离子水进行润湿，其中，超微粉碎碱生稻与去离子水重量比为1:0.5；将润湿后的碱生稻物料放入汽爆罐中进行汽爆破壁处理8min，其汽爆的条件为：压力1.8Mpa，维压时间5s；再将汽爆破壁处理后的碱生稻物料加入质量百分浓度为35%的乙醇溶液，其汽爆破壁处理后的碱生稻物料与乙醇溶液按质量比1:3的比例混合均匀，备用；
（2）发酵：称取步骤（1）中得到的混匀后的物料，加入混匀物料重量5%的复合菌种，该复合菌种为曲霉、酵母菌和醋酸杆菌，且按照质量比1:1:5比例组成；在温度60℃、pH值6的条件下，发酵24h，并同时进行超声处理，其超声处理的条件为：超声频率20KHz，超声功率1W/cm2，超声波施加周期5min/h；停止发酵后，离心，取发酵液；
（3）粗碱生稻生物碱制备：将步骤（2）中得到的发酵液用浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液调整pH值为13，离心，取离心液，喷雾干燥，获得粗碱生稻生物碱；其中，喷雾干燥的条件为：进口温度220℃，喷头转速30HZ，流速5ml/s，出口温度90℃，风速2m/s；
（4）纯化：将步骤（3）中得到的粗碱生稻生物碱加入浓度为0.15mol/L的盐酸溶液中，搅拌，充分反应，使混合液最终pH值小于3.8，离心，取离心液冻干后，放入超临界二氧化碳萃取装置进行萃取处理，其超临界二氧化碳萃取处理条件为：压力25MPa，温度35℃，二氧化碳流速25 kg/h，时间10min；收集萃取后的残渣，并用去离子水溶解，用浓度为0.03mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为8.9，采用滤膜孔径为0.4微米的滤膜进行过滤，滤液冷冻干燥，即得碱生稻生物碱；
（5）精制：将步骤（4）中得到的碱生稻生物碱放入超临界二氧化碳萃取装置，以浓度为75%的乙醇溶液作携带剂进行萃取处理，其超临界二氧化碳萃取处理条件为：压力25MPa，温度35℃，二氧化碳流速25 kg/h，时间10min；收集萃取后物质，冷冻干燥，即得高纯度碱生稻生物碱。
对比例1
在本对比例中，其提取方法和实施例1基本相同，其区别在于：在步骤（1）中不使用汽爆技术处理。
对比例2
在本对比例中，其提取方法和实施例1基本相同，其区别在于：在步骤（1）中不进行酒精发酵制酸操作。
对比例3
在本对比例中，其提取方法和实施例1基本相同，其区别在于：在步骤（3）-（5）不进行纯化处理。
将上述实施例和对比例进行提取率和纯度比较，提取率为最终获得的生物碱与原料重量之比，纯度测定参照国家最新生物碱检测标准执行，结果见表1所示。
表1 不同处理条件的碱生稻生物碱提取率与纯度
组别 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
提取率/% 100 98.14 99.62 87.48 80.55 99.81
纯度/% 95.72 93.25 90.17 93.84 95.31 15.99
由表1可知，汽爆技术与发酵技术联用对碱生稻生物碱提取率影响显著，此联合破壁释放生物碱技术效果显著；超临界二氧化碳技术和滤膜过滤影响提取的生物碱纯度显著，可有效脱除提取物中的杂质。也就是说汽爆技术与发酵技术联用，与超临界二氧化碳技术和膜技术协同，可实现碱生稻中生物碱的有效提取，提取物可作为药物制作的有效原料。本发明制备生物碱提取率可达到98%以上，资源利用率高。

Claims (10)

1.一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：选取干燥碱生稻，用超微粉碎机粉碎，加入去离子水进行润湿；将润湿后的碱生稻物料放入汽爆罐中进行汽爆破壁处理5～8min，再将汽爆破壁处理后的碱生稻物料加入乙醇溶液，混合均匀，备用；
（2）发酵：称取步骤（1）中得到的混匀后的物料，加入混匀物料重量2～5%的复合菌种，在温度50～60℃、pH值3～6的条件下，发酵15～24h，并同时进行超声处理；停止发酵后，离心，取发酵液；
（3）粗碱生稻生物碱制备：将步骤（2）中得到的发酵液用氢氧化钠溶液调整pH值为7～13，离心，取离心液，喷雾干燥，获得粗碱生稻生物碱；
（4）纯化：将步骤（3）中得到的粗碱生稻生物碱加入盐酸溶液中，搅拌，充分反应，使混合液最终pH值小于4，离心，取离心液冻干后，放入超临界二氧化碳萃取装置进行萃取处理，收集萃取后的残渣，并用去离子水溶解，用氢氧化钠溶液调节pH值为7.0～8.9，滤膜过滤，滤液冷冻干燥，即得碱生稻生物碱；
（5）精制：将步骤（4）中得到的碱生稻生物碱放入超临界二氧化碳萃取装置，以乙醇溶液作携带剂进行萃取处理，收集萃取后物质，冷冻干燥，即得高纯度碱生稻生物碱。
2.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的超微粉碎碱生稻与去离子水重量比为1:0.2～0.5。
3.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的汽爆的条件为：压力1～1.8Mpa，维压时间5～10s。
4.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的乙醇溶液的质量百分浓度为20～35%，所述的汽爆破壁处理后的碱生稻物料与乙醇溶液按质量比1:3～5的比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的复合菌种为曲霉、酵母菌和醋酸杆菌，且按照质量比1:1:3～5比例组成。
6.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的超声处理的条件为：超声频率18～20KHz，超声功率0.2～1W/cm2，超声波施加周期2～5min/h。
7.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述的氢氧化钠溶液浓度为1～3mol/L；所述的喷雾干燥的条件为：进口温度200～220℃，喷头转速20～30HZ，流速3～5ml/s，出口温度85～90℃，风速1～2m/s。
8.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述的盐酸溶液浓度为0.1～0.15mol/L；所述的氢氧化钠溶液浓度为0.01～0.03mol/L，所述的滤膜孔径为0.2～0.4微米。
9.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（5）中，所述的乙醇溶液浓度为60～75%。
10.根据权利要求1所述的一种碱生稻生物碱的提取方法，其特征在于：在步骤（4）和步骤（5）中，所述的超临界二氧化碳的萃取处理条件为：压力18～25MPa，温度25～35℃，二氧化碳流速20～25 kg/h，时间10～15min。
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