CN114751955A - 一种双相水解法制备皂苷元的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及植物有效成分制备纯化领域，尤其涉及一种双相水解法制备皂苷元的方法，该方法包括以下步骤：以皂荚或油茶粕为原料通过醇提得到皂苷粗品，然后采用双相溶剂体系对所述皂苷粗品进行双相水解；其中，所述双相溶剂体系由酸液和有机试剂构建。本发明中双相水解法将皂苷的酸水解与皂苷元的萃取进行耦合，使刚生成的皂苷元从酸水相转移至有机相，避免了苷元结构在强酸条件下的破坏；阻止了副产物的产生；防止了产物对水解反应的影响。整个反应体系操作简便，酸水相可循环利用，有机试剂可回收利用，绿色环保，收率高，能更好地实现皂苷元工业化的生产。
Description
技术领域
本发明涉及植物有效成分制备纯化领域，尤其涉及一种双相水解法制备皂苷元的方法。
背景技术
油茶(Camellia oleifera Abel)起源于中国，在我国的栽培历史已超过2300年，是生长在我国南方丘陵地区的木本经济油料，是我国重要的木本油料树种。据统计，我国油茶种植面积目前已达到6400万亩，全国年产油茶籽油60万吨。皂荚是生态经济林树种，目前全国皂荚种植面积超过100万亩。在脱油脂的油茶饼粕或皂荚果皮中含有丰富的皂苷，其是一种五环三萜类化合物，由皂苷元、糖基及有机酸组成。油茶饼粕的综合利用属于油茶产业的一部分，国家林业和草原局强调，要充分认识发展油茶产业的重要意义，优化产业布局，科学引导油茶产业发展。建立以湖南、江西、广西为中心产区，大力推进油茶产业化经营，提高油茶产业发展综合效益。大力发展油茶籽粕产业，对于资源的合理利用，增加农民收入，缓解环境压力，改善生态环境以及推动社会进步等都具有十分重要的意义。
皂苷元(Sapogenin)是皂苷的重要水解产物，油茶皂苷元或皂荚皂苷元多为三萜皂苷元，具有抗肿瘤、抑菌、抗病毒和消炎等多种药理活性。从天然产物中制备皂苷元的方法主要有常规酸水解法、微生物法、酶解法和超临界CO2萃取法等。但是相对于薯蓣皂苷元较成熟的制备方法，以油茶饼粕或皂荚果皮作为原料制备皂苷元的方法仍处于摸索阶段。随着油茶中茶油的需求量增大，导致脱脂废弃物的大量产生并且其通常作为低价值的肥料使用。因此对油茶中活性成分皂苷元的制备方法的研究对油茶的高值化利用十分重要。目前，皂苷元的传统水解方法是先对皂苷酸水解，调pH，再用有机试剂萃取皂苷元，操作步骤繁琐，消耗时间长，皂苷元得率低。目前急需提供一种新的皂苷元制备方法以克服现有皂苷元制备技术中操作步骤多、得率较低、周期长的缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双相(酸)水解制备皂苷元的方法。本发明提供的双相水解制备皂苷元的方法将皂苷的酸水解与皂苷元的萃取进行耦合，使刚生成的皂苷元从酸水相转移至有机相，避免了苷元结构在强酸条件下的破坏；阻止了副产物的产生；防止了产物对水解反应的影响。整个反应体系操作简便，酸水相可循环利用，有机试剂可回收利用，绿色环保，收率高，能更好地实现皂苷元工业化的生产。
本发明提供的双相水解法制备皂苷元的方法，包括以下步骤：以皂荚或油茶粕为原料通过醇提得到皂苷粗品，然后采用双相溶剂体系对所述皂苷粗品进行双相水解；其中，所述双相溶剂体系由酸液和有机试剂构建。
本发明首次构建双相酸水解反应体系以用于从皂苷中制备皂苷元，双相体系中所述有机试剂的加入不仅有助于皂苷的溶解与水解，而且能够实现实时萃取皂苷元，并有效避免皂苷元在强酸条件下结构破坏，同时整个反应体系将水解与萃取耦合，大大优化了操作步骤和制备时间。
本发明经进一步优化，以油茶饼粕和皂荚果皮为原料，当采用特定体系双相水解结合优化的试剂原料及工艺参数，能更好地改善油茶/皂荚皂苷元的制备效果，有效减少皂苷元的杂质并提高收率。
作为优选，本发明提供的双相水解法制备皂苷元的方法，双相水解的反应温度为50～100℃；优选的，水解反应温度为80～100℃，水解反应时间优选为1～3h，进一步优选为1.5～2h。在上述优选水解反应条件下使得水解效率和产品收率更佳。
进一步优选，所述有机试剂选自石油醚、乙酸乙酯或三氯甲烷中的一种或多种；优选的，所述有机试剂为乙酸乙酯和/或三氯甲烷。
进一步优选，将所述皂苷粗品与所述酸液混合，得皂苷混悬液；将所述皂苷混悬液与所述有机试剂混合，在双相溶剂体系下进行水解反应；优选的，所述皂苷粗品与所述酸液的比为1g:5～50mL；所述皂苷混悬液与所述有机试剂的体积比为1:0.2～2。本发明中，采用上述用量的特定有机试剂结合酸液进行双相溶剂体系的水解，能够明显提高皂苷元的收率。
进一步优选，所述酸液为硫酸溶液。经研究发现，本发明采用的中等极性有机试剂中三氯甲烷和乙酸乙酯效果更好，尤其以三氯甲烷结合硫酸溶液效果最佳。
进一步优选，所述硫酸溶液的浓度为2％～6％，优选为3％～5％。
作为优选，所述醇提采用无水乙醇；优选的，所述油茶饼粕或所述皂荚果皮与无水乙醇的料液比为1g:5～20mL。
进一步优选，所述醇提的提取温度为60～80℃；提取时间为2～4h。本发明采用上述优化的试剂和原料及料液比结合提取参数能够进一步明显地提高皂苷的收率和纯度。
作为优选，本发明提供的制备方法包括以下步骤：
1)将皂荚果皮或油茶饼粕粉碎，采用无水乙醇进行醇提，得皂苷醇提物；
2)将所述皂苷醇提物与水混合，进行脱脂和萃取，优选采用石油醚脱脂，优选采用水饱和的正丁醇萃取，得皂苷粗品；
3)将所述皂苷粗品与硫酸溶液混合，超声，得皂苷混悬液；
4)将所述皂苷混悬液与所述有机试剂混合，在双相溶剂体系下进行水解反应；然后经后处理，得皂苷元。
进一步优选，步骤2)中，所述皂苷醇提物与所述水的料液比为1g:5～20mL，优选为1g:10mL；所述石油醚与所述水的体积比1～10:1～10，优选为1:1；所述正丁醇与所述水的体积比1～10:1～10，优选为1:1。采用以上试剂及用量得到的粗皂苷跟更利于后续皂苷双相水解。
根据本发明提供的双相水解法制备皂苷元的方法，包括以下步骤：
1)将油茶饼粕或皂荚果皮进行粉碎并过筛20目，接着以无水乙醇提取3次，并合并提取液，再将合并后的提取液过滤，减压浓缩至无乙醇，50℃条件下真空干燥24h得皂苷乙醇提取物；
2)称取干燥的皂苷乙醇提取物，用水溶解，接着加入石油醚脱脂2次，待完全分层，合并石油醚层，减压回收石油醚；将剩余水相加入水饱和的正丁醇萃取3次，合并及减压浓缩正丁醇层，50℃真空干燥获得总皂苷粗品；
3)双相水解体系：称取皂苷粉末，加入硫酸水溶液，超声混匀，得到皂苷混悬液；
4)在皂苷混悬液中加入有机试剂萃取相，调节搅拌转速后升温，使得皂苷在双相溶剂体系下进行水解反应，反应结束后，流水冷却；
5)分取有机试剂萃取层，流水中和酸碱度，减压回收试剂，50℃真空干燥，得皂苷元。
根据本发明提供的双相水解法制备皂苷元的方法，包括以下步骤：
1)原料准备：将油茶饼粕或皂荚果皮进行粉碎并过筛20目，接着以无水乙醇提取3次，并合并提取液，再将合并后的提取液过滤，减压浓缩至无乙醇，50℃条件下真空干燥24h得皂苷乙醇提取物；
2)称取干燥的皂苷乙醇提取物，用蒸馏水溶解，接着加入石油醚脱脂2次，待完全分层，合并石油醚层，减压回收石油醚；将剩余水相加入水饱和的正丁醇萃取3次，合并及减压浓缩正丁醇层，50℃真空干燥获得总皂苷粗品；乙醇提取物与蒸馏水的料液比为1:10(g/mL)，石油醚/正丁醇与水相的体积比1:1；硫酸水溶液浓度为3％～5％；
3)双相水解体系：称取皂苷粉末，加入硫酸水溶液，超声混匀，得到皂苷混悬液；皂苷与硫酸水溶液的比例为1g:5～50mL；
4)在皂苷混悬液中加入有机试剂，调节搅拌转速后升温，使得皂苷在双相溶剂体系下进行水解反应，反应结束后，流水冷却；其中，有机试剂为乙酸乙酯和三氯甲烷及两者混合；皂苷混悬液与有机试剂的体积比为1:0.2～2；水解反应时间为1.5～2h；水解反应温度为80～100℃；
5)分取有机试剂萃取层，流水中和酸碱度，减压回收试剂，50℃真空干燥，得皂苷元。
本发明还提供对双相水解法制备的皂苷元的含量测定方法，以齐墩果酸为对照品，采用香草醛-冰乙酸和高氯酸紫外分光光度法测定皂苷元含量；优选的，样品加入5％香草醛-冰乙酸溶液0.2mL及0.8mL高氯酸，超声振荡摇匀，于70℃水浴中恒温加热15min，在550nm处测量紫外吸收值。
根据本发明，油茶饼粕、皂荚果皮中的皂苷含量较高，易溶于水和水饱和的正丁醇溶剂，不溶于乙酸乙酯、三氯甲烷等中等极性溶剂，而皂苷元几乎不溶解在水溶液中，但在中等极性极性溶剂中具有良好的溶解度。本发明利用酸水解体系(水相)和有机试剂(萃取相)分层的原理构建双相水解体系。皂苷大部分存在于水相中并发生酸水解反应，产物皂苷元则快速转移至有机相，将避免其在高温条件下结构破坏，将水解与萃取耦合简化制备步骤。
本发明的有益效果至少在于：
1.本发明的制备过程基于互不相溶的酸水解体系(水相)和有机试剂(萃取相)组成的双相体系，皂苷因易溶于热水保留在酸水相中反应；产物油茶苷元因不溶于水，易溶于三氯甲烷、乙酸乙酯等中等极性有机试剂，在反应过程中产物皂苷元不断地从酸水反应体系中转移到有机试剂萃取相中；
2.本发明的制备方法将皂苷的水解与皂苷元的萃取进行耦合，简化制备步骤，缩短操作周期；
3.本发明的制备过程使用双相体系，皂苷不溶于中等极性有机试剂会保留在酸水相中，保证了反应相中原料的浓度，反应体积减少，反应速度加快；
4.本发明的制备过程使用双相体系，水解-萃取耦合，产物皂苷元不断从酸水相转移至萃取相，减少了产物与酸水的接触时间，减少了副产物的产生，提高了皂苷元的纯度；
5.本发明的制备过程使用双相体系，水解-萃取耦合，产物皂苷元不断从酸水相转移至萃取相，1)阻止了产物对反应的抑制，提高了原料反应效率；2)阻止了产物在水相中沉淀析出包裹未反应的原料，提高了原料转化效率；3)阻止了产物在水相中沉淀析出覆盖堆积在反应器表面，导致了热导性差，反应温度降低的缺点；
6.本发明的制备过程所用的酸水、水及有机试剂均可采用回收利用，同时达到降低成本和保护环境的目的；
7.本发明的制备过程所用的设备和工艺简单，生产过程安全，生产成本低，无需加压设备，适合工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单介绍，显而易见，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为本发明实施例1提供的双相水解法制备皂苷元的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
本发明以下实施例中，所用油茶饼粕为工业榨油后的油茶饼粕，其中主要成分包括皂苷、蛋白、油脂和多糖等。所用皂荚果皮来源为豆科皂荚属皂荚(Gleditisia sinensisLam.)果实，其主要成分包括皂苷、纤维素、半纤维素和蛋白等。
实施例1
本实施例提供的双相水解法制备皂苷元的工艺流程如图1所示。
称取油茶饼粕100g，粉碎，过20目筛。加1L无水乙醇在70℃下热回流提取3次，每次时间为3h，过滤，合并三次滤液，50℃减压浓缩回收乙醇。50℃真空干燥得粉末23.6g。
称取20g油茶饼粕乙醇提取物粉末，用200mL的蒸馏水溶解，然后用200mL的石油醚脱脂两次，待完全分层，合并两次石油醚层，过滤，减压回收石油醚。将剩余水相加入200mL水饱和的正丁醇萃取三次，过滤，合并三次滤液，50℃减压浓缩至无醇度，50℃真空干燥得油茶总皂苷10.4g。
向500mL圆底烧瓶中加入5.0g油茶皂苷和125mL 4％的硫酸溶液，超声3min混悬，接着加入125mL三氯甲烷，加热80℃进行双相酸水解，保温反应2h，待反应结束后，立刻流水冷却至室温，倾出水解液至分液漏斗，水洗有机相至中性后将其减压浓缩，即得油茶皂苷元；称重法得率24.3％，取50mg油茶皂苷元样品加入5％香草醛-冰乙酸溶液0.2mL及0.8mL高氯酸，超声振荡摇匀，于70℃水浴中恒温加热15min，在550nm处测量紫外吸收值，紫外法得率为15.7％。
实施例2
同实施例1的方法，区别在于向500mL圆底烧瓶中加入5.0g油茶皂苷和125mL 5％的硫酸溶液，超声3min混悬，接着加入125mL三氯甲烷，加热80℃进行双相酸水解，保温反应3h，待反应结束后，立刻流水冷却至室温，倾出水解液至分液漏斗，水洗有机相至中性后将其减压浓缩，即得油茶皂苷元，称重法得率28.5％，紫外法得率为18.1％。
实施例3
同实施例1的方法，区别在于向500mL圆底烧瓶中加入5.0g油茶皂苷和65mL 5％的硫酸溶液，超声3min混悬，接着加入125mL三氯甲烷，加热90℃进行双相酸水解，保温反应2h，待反应结束后，立刻流水冷却至室温，倾出水解液至分液漏斗，水洗有机相至中性后将其减压浓缩，即得油茶皂苷元，称重法得率35.1％，紫外法得率22.6％。
实施例4
同实施例1的方法，区别在于将油茶饼粕改为皂荚果皮100g，以及向500mL圆底烧瓶中加入5.0g皂荚皂苷和65mL 6％的硫酸溶液，超声3min混悬，接着加入175mL三氯甲烷，加热100℃进行双相酸水解，保温反应2h，待反应结束后，立刻流水冷却至室温，倾出水解液至分液漏斗，水洗有机相至中性后将其减压浓缩，即得皂荚皂苷元，称重法得率30.8％，紫外法得率20.5％。
实施例5
同实施例1的方法，区别在于向500mL圆底烧瓶中加入5.0g油茶皂苷和125mL 5％的硫酸溶液，超声3min混悬，接着加入125mL三氯甲烷，加热70℃进行双相酸水解，保温反应2h，待反应结束后，立刻流水冷却至室温，倾出水解液至分液漏斗，水洗有机相至中性后将其减压浓缩，即得油茶皂苷元，称重法得率29.4％，紫外法得率19.0％。
实施例6
同实施例1的方法，区别在于向500mL圆底烧瓶中加入5.0g油茶皂苷和125mL 10％的醋酸溶液，超声3min混悬，接着加入125mL三氯甲烷，加热90℃进行双相酸水解，保温反应2h，待反应结束后，立刻流水冷却至室温，倾出水解液至分液漏斗，水洗有机相至中性后将其减压浓缩，即得油茶皂苷元，称重法得率22.5％，紫外法得率12.7％。
对比例1
同实施例1的方法，区别在于向500mL圆底烧瓶中加入5.0g油茶皂苷和125mL 5％的硫酸溶液，超声3min混悬，加热70℃进行双相酸水解，保温反应2h，反应结束后，加入125mL三氯甲烷，萃取、干燥即得油茶皂苷元，称重法得率14％，紫外法得率9.1％。
对比例2
同实施例1的方法，区别在于将油茶饼粕改为皂荚果皮100g，以及向500mL圆底烧瓶中加入5.0g皂荚皂苷和65mL 6％的硫酸溶液，超声3min混悬，加热100℃进行双相酸水解，保温反应2h，待反应结束后，加入175mL三氯甲烷，萃取、干燥，即得皂荚皂苷元，称重法得率14.2％，紫外法得率9.4％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种双相水解法制备皂苷元的方法，其特征在于，包括以下步骤：以皂荚或油茶粕为原料通过醇提得到皂苷粗品，然后采用双相溶剂体系对所述皂苷粗品进行双相水解；其中，所述双相溶剂体系由酸液和有机试剂构建。
2.根据权利要求1所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，双相水解的反应温度为50～100℃；优选的，水解反应温度为80～100℃，水解反应时间优选为1～3h，进一步优选为1.5～2h。
3.根据权利要求1或2所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，将所述皂苷粗品与所述酸液混合，得皂苷混悬液；将所述皂苷混悬液与所述有机试剂混合，在双相溶剂体系下进行水解反应；
优选的，所述皂苷粗品与所述酸液的比为1g:5～50mL；所述皂苷混悬液与所述有机试剂的体积比为1:0.2～2。
4.根据权利要求3所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，所述有机试剂选自石油醚、乙酸乙酯或三氯甲烷中的一种或多种；优选的，所述有机试剂为乙酸乙酯和/或三氯甲烷。
5.根据权利要求4所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，所述酸液为硫酸溶液。
6.根据权利要求5所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，所述硫酸溶液的浓度为2％～6％，优选为3％～5％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，所述醇提采用无水乙醇；优选的，所述油茶饼粕或所述皂荚果皮与无水乙醇的料液比为1g:5～20mL。
8.根据权利要求7所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，所述醇提的提取温度为60～80℃；提取时间为2～4h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的双相水解法制备苷元的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将皂荚果皮或油茶饼粕粉碎，采用无水乙醇进行醇提，得皂苷醇提物；
2)将所述皂苷醇提物与水混合，进行脱脂和萃取，优选采用石油醚脱脂，优选采用水饱和的正丁醇萃取，得皂苷粗品；
3)将所述皂苷粗品与硫酸溶液混合，超声，得皂苷混悬液；
4)将所述皂苷混悬液与所述有机试剂混合，在双相溶剂体系下进行水解反应；然后经后处理，得皂苷元。
10.根据权利要求9所述的双相水解法制备皂苷元的方法，其特征在于，步骤2)中，所述皂苷醇提物与所述水的料液比为1g:5～20mL，优选为1g:10mL；所述石油醚与所述水的体积比1～10:1～10，优选为1:1；所述正丁醇与所述水的体积比1～10:1～10，优选为1:1。
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