CN111748407A - 一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，该预处理方法是利用酵母或腐熟剂对原料进行固态发酵，属于生物提取技术领域。本发明可与水蒸气蒸馏法或其他精油提取方法相结合，不仅能促进肉桂油提取得率的提高，还能保证肉桂油成分与直接提取所得肉桂油的化学成分、组成无显著性差异。

Description

一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法
技术领域
本发明涉及一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，属于生物提取技术领域。
背景技术
肉桂(Cinnamomum cassia Presl)是樟科樟属乔木，为我国南方亚热带地区的主要经济林品种之一，主要分布于我国的广东、广西等省区。肉桂最主要的产品----肉桂油，在食品添加剂、调香、医药等领域具有不可替代的优势。肉桂油通常从桂枝和桂叶中提取所得，提取方法包括水蒸气蒸馏法、微波减压法、水酶法、溶剂浸提法和超临界CO2提取法等。其中水蒸气蒸馏法不仅生产工艺简单、成本低廉且绿色安全，因此被生产商广泛按受。其他提取方法相对于水蒸气蒸馏法虽然精油提取得率略有提高，但生产成本较高，所得肉桂油成分与水蒸气蒸馏法区别较大，难以被市场普遍接受，因此如何在传统水蒸气蒸馏法的基础上提高精油提取得率是目前肉桂油生产中急需解决的问题。
随着多学科的相互渗透和交叉，生物技术研究与天然产物研究的结合日益密切，涌现出微生物发酵技术(Microbial fermentation technology)在天然产物提取中的应用。微生物发酵技术作为天然产物提取的生物预处理方式之一，其原理是借助微生物在适当条件下对提取原料进行发酵处理，微生物发酵过程会产生丰富的生物酶，包括淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等，这些高活力的生物酶是导致植物细胞壁结构松懈、细胞壁降解、细胞间隙增加的有力工具，因此微生物发酵技术有助于促进有效成分在提取介质中的释放和扩散，从而增加了天然产物的提取效率。有文献报道了一种利用微生物法提取肉桂叶精油：张笮晦等首先利用微生物菌株XJ26的发酵液处理肉桂叶，然后用水蒸汽蒸馏法提取了肉桂醛等桂叶精油成分，在最优工艺条件下，肉桂醛、香豆素和邻甲氧基肉桂醛的提取得率分别为1.40％、0.73％和0.92％，其中香豆素和邻甲氧基肉桂醛的含量均高于已报道的数据。但是该方法所用菌株不属于常见微生物，同时所采用的发酵方式为液态发酵，因此将该方法运用于实际生产时存在一定的局限性。为了同时实现肉桂油提取得率的提高和工业化规模化生产，我们采用腐熟剂或高活性干酵母作为微生物菌株，对肉桂枝叶进行固态发酵预处理，然后利用传统水蒸汽蒸馏法获取肉桂油，迄今为止尚未发现该生物预处理手段应用于肉桂油提取的文献报道。
发明内容
本发明旨在解决现有肉桂油提取方法提取得率较低的问题，并且能实现该预处理方法在工业化规模化生产中的应用。
为达到上述目的，现提供一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法。
进一步，本发明所适用的原料为干燥的肉桂枝叶。
进一步，本发明所提供的原料预处理方法是基于高活性干酵母或腐熟剂的微生物发酵技术，对微生物制剂来源没有特别限制，均为市售产品。
进一步，微生物发酵技术采用固态发酵方式，且对预处理场地等条件要求不苛刻。
本发明所提供的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，可与水蒸气蒸馏法或其他精油提取方法相结合，用于肉桂枝叶中肉桂油的提取。
本发明的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，包括以下步骤：
(1)铺料：将原料进行解捆并平铺于防渗透地膜上；
(2)处理液的制备：将微生物制剂溶解/分散在水中制备预处理液；
(3)喷洒：将步骤(2)所得预处理液均匀地喷洒在步骤(1)所得原料上；
(4)静置：将步骤(3)处理后的原料静置一段时间；
(5)堆料：将步骤(4)静置后的原料进行堆叠；
(6)发酵：将步骤(5)所得原料发酵一段时间；
进一步，步骤(1)中原料包括干燥的肉桂枝、干燥的肉桂叶以及干燥的肉桂枝叶，平铺后的高度约0.5m～1m，防渗透地膜厚度＞2mm。步骤(2)中预处理液中微生物制剂与水的质量比为1∶50～1∶400，水温25℃～50℃，微生物制剂包括高活性于酵母、腐熟剂、高活性干酵母和腐熟剂的混合物(任意比例)，其中高活性干酵母含有酵母菌数为9log10cfu/g～10.2log10cfu/g，腐熟剂中枯草芽孢杆菌数为10log8cfu/g～20log8cfu/g。步骤(3)预处理液与原料的质量比为0.5∶10～4∶10。步骤(4)中静置时间为0.5h～1.5h。步骤(5)中将原料堆叠后的高度约1m～6m。步骤(6)中发酵时间为24h～48h，并且在避免阳光直射的敞开环境中进行。
本发明提供了一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，与直接从肉桂枝叶中提取肉桂油相比较，本发明能够在一定程度上破坏肉桂细胞组织的细胞壁结构(且加速肉桂油等代谢物的生物转化)。在下一步的肉桂油提取过程中，本发明能减少提取溶剂在肉桂细胞组织内的扩散阻力，加速肉桂油从细胞壁中渗出的速率，最终促进肉桂油提取得率的提高。
利用本发明处理肉桂枝叶并结合传统水蒸气蒸馏法提取得到的肉桂油，其化学成分、组成与直接水蒸汽蒸馏提取所得肉桂油的化学成分、组成无显著性差异。
本发明所使用的微生物制剂廉价易得，预处理方法为条件温和、高效、环保的固态发酵方式，发酵过程直接在敞开环境中进行，对预处理场地等条件要求不苛刻，该方法简单易行，经济实惠，具有很强的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实例1中预处理流程。
图2为本发明实例1中基于腐熟剂的肉桂枝叶预处理方法对肉桂油提取得率的影响。
图3为本发明实例2中基于高活性干酵母的肉桂枝叶预处理方法对肉桂油提取得率的影响。
图4为本发明实例3中基于高活性干酵母和腐熟剂(1/1；W/W)的肉桂枝叶预处理方法对肉桂油提取得率的影响。
图5为本发明实例1、2、3中肉桂油样品的气相色谱图。
图6为本发明实例1、2、3中肉桂油样品主成分含量。
具体实施方式
实例1、基于腐熟剂的肉桂枝叶预处理方法
选择无阳光直射的空场地，将16t干燥的肉桂枝叶解捆，平铺于防渗透地膜上平铺后的高度约0.6m，同时将16kg腐熟剂溶解于3.2t水中，迅速搅拌使其充分溶解，然后将腐熟剂溶液均匀地喷洒在肉桂枝叶表面，静置0.5h使肉桂枝叶被充分浸润，将平铺的原料堆叠至约5m高，再次静置24h后，预处理结束。预处理流程如图1所示，将处理后的原料分成4批次(4t/批次)进行肉桂油的提取，先将处理后的原料切碎，然后装入蒸馏锅，通入水蒸气进行蒸馏，经过2h的蒸馏、复蒸和冷凝，将得到的油水混合液输入油水分离器进行油水分离，收集得到肉桂油产品。肉桂油提取得率见图2，结果表明，采用本发明的腐熟剂预处理肉桂枝叶方法后，再利用水蒸气蒸馏法提取肉桂油，能使肉桂油提取率达到1.12％，相对于直接进行水蒸气蒸馏的提取率(1.00％)提高12.00％。
实例2、基于高活性干酵母酵母的肉桂枝叶预处理方法
选择无阳光直射的空场地，将16t干燥的肉桂枝叶解捆，平铺于防渗透地膜上平铺后的高度约0.6m，同时将16kg高活性干酵母溶解于3.2t水中，迅速搅拌使其充分溶解，然后将高活性干酵母酵母溶液均匀的喷洒在肉桂枝叶表面，静置0.5h使肉桂枝叶被充分浸润，将平铺的原料堆叠至5m高，再次静置24h后，预处理结束。预处理流程如图1所示，将处理后的原料分成4批次(4t/批次)进行肉桂油的提取，先将处理后的原料粉碎，然后装入蒸馏锅，通入水蒸气进行蒸馏，经过2h的蒸馏、复蒸和冷凝，将得到的油水混合液输入油水分离器进行油水分离，收集得到肉桂油产品。肉桂油提取得率见图2，结果表明，采用本发明的高活性干酵母预处理肉桂枝叶方法后，再利用水蒸气蒸馏法提取肉桂油，能使肉桂油提取得率达到1.08％，相对于直接进行水蒸气蒸馏的提取得率(1.00％)提高8.00％。
实例3、基于高活性干酵母酵母和腐熟剂的肉桂枝叶预处理方法
选择无阳光直射的空场地，将12t干燥的肉桂枝叶解捆，平铺于防渗透地膜上平铺后的高度约0.6m，同时将4kg高活性酵母和4kg腐熟剂溶解于1.6t水中，迅速搅拌使其充分溶解，然后将溶液均匀的喷洒在肉桂枝叶表面，静置0.5h使肉桂枝叶被充分浸润，将平铺的原料堆叠至5m高，再次静置24h后，预处理结束。预处理流程如图1所示，将处理后的原料分成3批次(4t/批次)进行肉桂油的提取，先将处理后的原料粉碎，然后装入蒸馏锅，通入水蒸气进行蒸馏，经过2h的蒸馏、复蒸和冷凝，将得到的油水混合液输入油水分离器进行油水分离，收集得到肉桂油产品。肉桂油提取得率见图2，结果表明，采用本发明的高活性干酵母和腐熟剂(1∶1 W/W)预处理肉桂枝叶方法后，再利用水蒸气蒸馏法提取肉桂油，能使肉桂油提取率达到1.05％，相对于直接进行水蒸气蒸馏的提取得率(1.00％)提高5.00％。
实例4、本发明对肉桂油主成分含量的影响
本实例采用气相色谱法对案例1、案例2、案例3所提取的肉桂油主要化学成分，包括：苯甲醛；苯乙醇、苯丙醛、顺式肉桂醛、反式肉桂醛、香豆素、乙酸肉桂酯、邻甲氧基肉桂醛进行含量测定。
一、试验方法
1.1色谱条件
色谱柱为Rxi-5Sil(60m×0.25mmid×0.25μm)，进样口温度250℃，程序升温过程：初始柱温80℃，以3℃/min升至230℃，保留40min，载气为氮气，流速1.0mL/min，分流比1∶100，进样量0.2μL。
1.2供试品的配制
精密吸取肉桂油0.1mL，置10mL量瓶中，加乙酸乙酯溶解并定容至刻度，摇匀，使用0.25μm有机滤膜过滤即得。
1.3样品含量测定
从实例1中腐熟剂预处理所得肉桂油样品(4批)、实例2中高活性于酵母预处理所得肉桂油样品(4批)、实例3中高活性于酵母和腐熟剂预处理所得肉桂油样品(3批)和不经预处理直接提取所得肉桂油样品(2批)取样，按照1.2项下方法配制供试品溶液，然后按照1.1项下色谱条件进行样品测定，记录峰面积，按照峰面积归一化法计算供试品中主要化学成分的百分含量。
二、试验结果与讨论
实例1、2、3中肉桂油样品及无预处理直接水蒸气蒸馏提取所得样品的气相色谱图见图5，由图5可见，实例中的三种预处理方式对肉桂油主要化学成分的组成几乎没有影响。实例中13批肉桂油样品的主要化学成分含量见表1。分别计算不同预处理方法干预后各主成分平均含量，结果见图6。表1及图5表明：使用本发明的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法后，所获取肉桂油中所有主成分的百分含量相对于不经预处理所得肉桂油样品中主成分的百分含量没有显著性差异。因此，本发明不仅能提高肉桂枝叶中提取肉桂油的提取率，同时能保证对肉桂油主成分含量与传统方式获得的肉桂油主成分含量基本一致，具有很强的推广应用价值。
表1：肉桂油主成分含量
Figure BSA0000213307690000041
A：实例1中基于腐熟剂的肉桂枝叶预处理方法；B：实例2中基于高活性干酵母的肉桂枝叶预处理方法；C：实例3中基于腐熟剂和高活性干酵母的肉桂枝叶预处理方法。

Claims (6)

1.一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，其特征在于：采用微生物制剂对原料进行固态发酵。
2.根据权利要求1所述的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，原料为肉桂枝、肉桂叶或两者的组合。
3.根据权利要求1-2任一项所述的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，其特征在于：先将肉桂枝、肉桂叶或两者的组合解捆，并平铺于防渗透地膜上，然后将微生预处理液均匀的喷洒在原料上，经过静置、堆叠和固态发酵即可。
4.根据权利要求1-3所述的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法，其特征在于：原料平铺后的高度约0.5m～1m，防渗透地膜厚度＞2mm；预处理液中微生物制剂与水的质量比为1∶50～1∶400，水温25℃～50℃，微生物制剂包括高活性干酵母、腐熟剂、高活性干酵母和腐熟剂的混合物(任意比例)，其中高活性干酵母含有酵母菌数为9log10cfu/g～10.2log10cfu/g，腐熟剂含有枯草芽孢杆菌数为10log8cfu/g～20log8cfu/g；预处理液与原料的质量比为0.5∶10～4∶10；静置时间为0.5h～1.5h；原料堆叠后的高度约1m～6m；发酵时间为24h～48h，并且在避免阳光直射的敞开环境中进行。
5.一种从肉桂枝叶中提取肉桂油的方法，其特征在于：包括原料预处理和提取，所述预处理的方法为权利要求1-4中任一项所述的肉桂枝叶中提取肉桂油的原料预处理方法。
6.根据权利要求5所述的提取包括水蒸气蒸馏法或其他精油提取方法。
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