TW201805427A - 酵素破壁真空超音波低溫萃取植物中活性成份之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種酵素破壁真空超音波低溫萃取方法，特徵在於包含將經過粗碎之植物碎片，於無氧狀態下進行酵素分解破壁，之後於低蒸氣壓下進行超音波低溫萃取。根據本發明之萃取法，是將超音波萃取技術與酵素破壁之方法結合，於利用酵素對植物細胞壁進行初期破壞的同時，即輔以超音波強化酵素之分解作用，提高酵素破壞細胞壁的效率。而且，本發明之萃取方法可在同一個萃取設備內串聯並完成數個不同的製程，不僅能夠有效縮短萃取時間，也可減少過濾殘渣處理時間及溶劑使用量，並避免高溫及氧化作用破壞有效成分，保持萃取所得活性物質之活性。

Description

酵素破壁真空超音波低溫萃取植物中活性成份之方法

本發明係關於一種用於萃取植物中活性成份之酵素破壁真空超音波低溫萃取法。更特別地，本發明係關於一種結合酵素破壁法與超音波低溫萃取法之酵素破壁真空超音波低溫萃取法。

天然植物的有效成分富含在植物的纖維細胞壁內，傳統的萃取法大多數採用溫蒸煮加熱回流萃取方式，應用水和酒精當做溶劑在高熱的萃取鍋內萃取，高溫萃取是最容易破壞植物有效成分的萃取法。獲得2015年度諾貝爾生理學醫學獎之屠呦呦，從草藥中發現的青蒿素對瘧疾治療異常有效，學名為黃花蒿(Artemisia annua L.)的一種青蒿的萃取物。她在西元4世紀東晉時期葛洪的著作「肘後備急方」中得到啟發，並認識到可能是傳統的中藥煎煮方式溫度過高，會破壞青蒿有效成分的活性，因此採用低沸點溶劑乙醚作溶劑，對青蒿進行低溫萃取成功萃取有效成分，這足以證明研究低溫萃取技術的重要性。

現今科技為了提高萃取的效率並縮短時間，習知技術遂利用超音波萃取法應用高速震盪、疏密有秩的特性，對液體 瞬間造成「增壓」及「減壓」，推動介質，產生空穴效應(cavitation)。當萃取液中無數細小的真空氣泡爆裂時，產生瞬間高溫及強大衝擊力，以致於可以將萃取物之成份分離，而達到萃取的效果。惟，一般超音波最佳萃取條件之溫度均高於一般室溫狀態(25℃)，此高溫萃取會破壞植物中有效成份，使其失去活性，且容易氧化作用而失去活性無法有效地發揮其功效，其中例如，竹葉黃酮之最佳萃取溫度甚達到70℃，因此限制了超音波萃取之應用範圍，並影響萃取物之活性。

酵素破壞細胞壁之技術雖屬習知，但僅以酵素進行萃取時，由於酵素之作用相對較為緩慢，在整體的萃取製程上是冗長而不具經濟效益的。因此，為提高酵素分解之效率，已有與其他技術結合酵素破壁之萃取方法，例如中華民國專利I516212公開一種結合壓力與酵素萃取燕窩之方法，包含將含有燕窩、酵素及水的混合物進行均質破碎處理，再將該經均質破碎處理後的混合物，於50~200MPa之壓力下進行一高壓水解處理。

本發明將超音波低溫萃取法與酵素破壁之方法予以結合，由於超音波頻率高時，波長短，穿透力強，因此能使萃取液充分地被混合接觸，而能達到縮短萃取時間、增加萃取效率之目的。

本發明基於以上之目的發現，萃取技術的創新在於克服高溫以及氧化作用，避免高溫破壞有效成分以及氧化作用失 去活性效果是最為關鍵。

於是，本發明之一方面係關於，一種酵素破壁真空超音波低溫萃取方法，特徵在於包含：將欲萃取之材料經過粗碎及水浸泡獲得一材料碎片溶液，再將該材料碎片於無氧狀態下進行酵素分解破壁，之後於低蒸氣壓下進行超音波低溫萃取。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之粗碎步驟包括將欲進行萃取之材料切碎、磨碎或粉碎等加工。於本發明之一些具體實施態樣，所述之材料係選自植物之根、莖、葉、真菌之菌絲體及子實體等具有植物細胞壁組織的纖維性材料。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之酵素分解破壁步驟包含：將欲萃取之材料碎片溶液加入纖維分解酵素，通入惰性氣體沖洗數次，以保持無氧狀態，並於20℃~35℃常壓98KPa下，進行酵素分解破壁作用20分鐘至2小時。於本發明之一項具體實施態樣，所述之酵素分解破壁作用係於無氧狀態下於25℃~30℃常壓下，進行分解作用1至2小時。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之超音波低溫萃取步驟包含：將經過酵素分解破壁之材料碎溶液於低蒸氣壓1~98KPa，25℃~30℃下進行超音波萃取20分鐘至2小時。於本發明之一項具體實施態樣，所述之超音波低溫萃取係於25℃~30℃，低蒸氣壓1~98KPa，施予強弱強弱變化之變頻超音波方式進行超音波萃取1至2小時。於本發明之另一項具體實施態樣，所述變頻超音波方式係施予28K/40KHz交替變化超音波萃取頻率。

於本發明之一些具體實施態樣，所述之酵素破壁真空超音波低溫萃取方法進一步包含：將所得之萃取液進行過濾之步驟。

本發明之另一方面係關於，一種利用本發明酵素破壁真空超音波低溫萃取方法製備得之活性成分萃取液。於本發明之一些具體實施態樣，所述之活性成分萃取液係得自一植物材料。於本發明之其他具體實施態樣，所述之活性成分萃取液係得自一真菌材料。

1‧‧‧萃取槽主體

2‧‧‧萃取槽內鍋

3‧‧‧萃取槽外鍋

4‧‧‧萃取液

5‧‧‧溫度計

6‧‧‧真空泵

7‧‧‧超音波震盪裝置

8‧‧‧超音波馬達

9‧‧‧超音波產生器

10‧‧‧萃取液出口

11‧‧‧萃取液出口閥

第1圖為本發明酵素破壁真空超音波低溫萃取法之示意圖。

第2圖為用於進行該萃取法之萃取裝置之一較佳實例圖。

第3圖為植物細胞壁的基本微纖維結構示意圖。

第4圖係本發明酵素破壁真空超音波低溫萃取法35℃(20分)與傳統蒸煮萃取法100℃(45分)所得萃取液中的活性成分(多醣體)萃取率的比較圖。

本發明之其他特色及優點將於下列實施範例中被進一步舉例與說明，而該實施範例僅作為輔助說明，並非用於限制本發明之範圍。

本發明之萃取法在製程上係由數個不同的製程串聯起來，可在同一個萃取設備內一次完成。第1圖及第2圖例示本 發明酵素破壁真空超音波低溫萃取法之示意圖，及用於進行該萃取法之萃取裝置圖。

萃取裝置

於第2圖係列示一用於本發明萃取方法之萃取裝置實例，該裝置包含一萃取槽主體1，其由一萃取槽內鍋2及萃取槽外鍋3所組成，所述之萃取槽內鍋用於裝載萃取液4，所述之萃取槽外鍋3可用於保持萃取槽之低溫狀態，並可透過一溫度計5監控萃取槽內鍋中的萃取液溫度，較佳為25℃~30℃。

本發明之萃取裝置裝設有一真空泵6及超音波震盪裝置7，該真空泵6係用於使萃取槽內鍋產生一真空低蒸氣壓環境，例如1~98KPa，而使經過初步破壁之植物溶液於真空低蒸氣壓環境下，由該超音波震盪裝置進行超音波萃取。該超音波震盪裝置7主要包含一超音波馬達8及一超音波產生器9，產生之超音波頻率可為25~40KHz，於本發明之一較佳實例，可使用28K/40KHz交替變頻方式，產生強弱強弱變化的超音波萃取頻率。

經過本發明完整酵素破壁真空低溫萃取法之活性成分萃取液，可經由設置於萃取槽下方之萃取液出口10流出，該出口係由一萃取液出口閥11控制萃取液之流出及流出速率。

酵素破壁處理

本發明之酵素破壁真空低溫萃取法較佳係採用水萃法，水可使纖維素發生有限溶脹，纖維分解酵素使纖維素溶解來破壁。所有的萃取法都需要打破植物或真菌之具有堅硬外殼的細 胞壁，而纖維素是組成植物細胞壁的主要成分，纖維素(cellulose)是由葡萄糖組成的大分子多醣，也是是自然界中分布最廣、含量最多的一種多醣。纖維素是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵組成的大分子多醣，分子量約50000~2500000，相當於100~14000個葡萄糖基。分子式可寫作(C₆H₁₀O₅)_n不溶於水及一般有機溶劑。細胞壁的纖維素形成微纖維，寬度為10-30毫微米，長度有的達數微米。電子顯微鏡觀察，鏈狀分子平行排列的結晶性部分組成寬為3-4毫微米的基本微纖維，結構示意圖係如第3圖所示。因此，破壞細胞壁最理想的方法，就是以纖維分解酵素進行破壁處理。

在食品科技已經廣泛應用纖維分解酵素，如：葡萄糖之製造、單細胞蛋白質之生產、甘藷澱粉及黃豆蛋白之分離、洋菜之製造、海草膠之製造、綠茶成份之抽出、蔬菜類之加工、酵母消化率之提高等。而且，滲加纖維分解酵素，可以去除植物外皮，破壁，也使其中的蛋白質，油脂完全分解增加香味。應用纖維分解酵素可促使纖維軟化膨鬆能提高萃取率。另外，滲加纖維分解酵素可增加成品澄清度，增加可溶性纖維果寡醣含量，提升營養價值，而且可提高產率，並減少過濾的殘渣量。因此，本發明的萃取物能夠安全地被應用於與人體接觸之品上或是供食用之產品上。

於本發明之一較佳實施例，係將欲萃取的植物打碎浸泡8小時後，再加入纖維分解酵素，然後再通入惰性氣體沖洗，並置入第一圖所示之萃取裝置的萃取槽內鍋中。將惰性氣體導入 該萃取槽內鍋，使萃取槽內鍋中之空氣被置換成惰性氣體，以保持無氧狀態，如此可避免醋酸化及萃取過程和空氣接觸產生氧化作用。於常壓下控制萃取槽內溫度為25℃~30℃及酸鹼值pH5~7，進行酵素分解破壁1~2小時。經過萃取完成之

真空超音波低溫萃取

於完成前述之初步酵素破壁後，將萃取裝置的真空泵打開，使萃取槽內鍋之蒸氣壓降低至1~98KPa，接著將萃取液於低蒸氣壓，於低溫25℃~30℃下進行超音波萃取20分鐘。一般超音波頻率常用25~40KHz，超音波產生器尖端的振動位移最大為100um。經由本發明之實驗發現，萃取頻率採變頻方式最為理想：強弱強弱變化，增加萃取效率及增加萃取活性成分。於本發明之一較佳實例，所述之變頻方式為以28K/40KHz弱強頻率交替變化產生超音波萃取頻率20分鐘。於本真空超音波低溫萃取步驟，係應用超音波(Ultrasonic)震動的能量傳導滲透到植物的纖維組織，瞬間加速使植物細胞打開，萃取出所選擇的有效成份到安定的水萃溶液中。

本發明酵素破壁真空超音波低溫萃取法與傳統蒸煮萃取法之萃取效率比較

取人蔘根部、枸杞種子及靈芝子實體，於該二萃取方法中，藥材之重量、切片、溶劑量等條件一致，而以傳統蒸煮萃取法係於100℃下萃取45分；以酵素破壁後再進行真空超音波低溫萃取法係於35℃下萃取20分。之後，比較以該二種方法所得活 性成分萃取液中的多醣體萃取率，及萃取液的外觀和沉澱纖維量。結果如第4圖及下表1所示。

由於本發明所揭示之酵素破壁真空超音波低溫萃取法，係非以有機溶劑萃取出天然植物中之活性成份，不僅來源十分安全，而且萃取物能夠安全地被應用於與人體接觸之化妝品，或是供人體食用之產品上。本發明之萃取方法亦可以進一步被廣泛利用於纖維素之糖化，藉以提高原料中蛋白、脂肪、澱粉和其他有效成份等的抽出率，以及改良萃取物組織和風味等，極具產業利用價值。

以上所述，僅為本發明之一個實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (11)

1. 一種酵素破壁真空超音波低溫萃取方法，特徵在於包含：將欲萃取之材料經過粗碎及水浸泡，獲得一材料碎片溶液；將該材料碎片溶液於無氧狀態下進行酵素分解破壁；及將經過無氧狀態酵素破壁之材料碎片溶液於低於常壓之蒸氣壓下進行超音波低溫萃取，而獲得一含有活性成分之萃取液。
2. 如請求項1所述之萃取方法，進一步包含：將所得之含有活性成分的萃取液進行過濾之步驟。
3. 如請求項1所述之萃取方法，其中該酵素分解破壁步驟與該超音波低溫萃取步驟係於同一萃取裝置中進行。
4. 如請求項1所述之萃取方法，其中該酵素分解破壁步驟包含：將所得之材料碎片溶液加入纖維分解酵素，通入惰性氣體沖洗數次，以保持無氧狀態，並於20℃~35℃常壓98KPa下，進行酵素分解破壁作用20分鐘至2小時。
5. 如請求項4所述之萃取方法，其中該酵素分解破壁作用係於無氧狀態下於25℃~30℃常壓下，進行酵素分解作用1~2小時。
6. 如請求項1所述之萃取方法，其中該超音波低溫萃取步驟包含：將經過酵素分解破壁之材料碎溶液於低蒸氣壓1~98KPa，25℃~30℃下進行超音波萃取20分鐘至2小時。
7. 如請求項6所述之萃取方法，其中該超音波低溫萃取步驟係 於25℃~30℃，低蒸氣壓1~98KPa下，施予強弱強弱變化之變頻超音波方式進行超音波萃取1~2小時。
8. 如請求項7所述之萃取方法，其中該變頻超音波方式係施予28K/40KHz交替變化超音波萃取頻率。
9. 一種利用如請求項1所述之酵素破壁真空超音波低溫萃取方法製備得之活性成分萃取液。
10. 如請求項9所述之活性成分萃取液，其中該活性成分係萃取得自一植物材料。
11. 如請求項10所述之活性成分萃取液，其中該活性成分係萃取得自一真菌材料。