專利名稱：：植物有效成分提取的預處理方法
技術領域：
：本發明涉及植物有效成分的提取方法，具體涉及在植物有效成分提取之前對植物進行預處理的方法，通過預處理使植物細胞壁破裂，從而使植物有效成分的提取有更好的得率。
背景技術：
：我國地域遼闊，地理和氣候條件優越，蘊藏著極為豐富的天然植物資源，僅高等植物就有30000余種，其中藥用植物就有11146種，其種類和數量均為世界之最，它們構成了中華民族幾千年來的中藥醫學的基礎。我國雖是植物藥的產量大國，但不是植物藥生產的強國。目前我國植物藥在世界植物藥市場上所占份額不到5%，其中大部分還是藥材原料，我國在發達國家的植物藥市場所占份額更低，在英美約占2%，在德國約為0.2%，我國在植物藥產品開發和生產方面已落后于日本和韓國。植物有效成分的含量往往相對較少，提取過程需要耗費大量的溶劑和能量，因此提取是植物藥生產中最重要的工序，直接影響產品的質量、生產成本及原料的利用率等。如何快速、高效、簡捷、低成本地將植物中的藥用或營養保健有效成分提取出來一直是植物提取研究和生產的"瓶頸"，幵發高效節能的提取新技術和設備是關鍵，對加快中藥生產現代化的進程，有效開發和利用中草藥資源，有著重要的意義。常規的植物有效成分的提取方法如煎煮法、回流提取法、索氏提取法、浸漬法、滲漉法和水蒸氣蒸餾法等，這些方法都是將植物與適當的溶媒混合加熱，溶媒滲入組織內部及細胞中，可溶性成份在濃度差的推動下，從物質內部逐步遷移到表面，再轉移到溶媒中，其轉移的時間長短與加熱度有極大的關系。上述方法的局限與缺點是(1)物質轉移緩慢，需要長時間加熱，大大增加能耗；(2)需要大量的溶媒，增加了后段能耗；(3)長時間高溫處理，可能造成有效成分破壞；(4)生產效率低，為提高生產能力，通常采用加大提取罐體積和用多組提取罐的方法；(5)占地大，操作不便。上述方法都屬于間歇式提取方法。目前植物有效成分的提取還有連續動態逆流提取方法，并與分離、濃縮、3干燥等現有技術構成生產工藝路線。但是其提取設備龐大，提取時間長。近年來出現了一些新的提取技術，如超臨界流體提取技術、微波輔助提取技術、超聲輔助提取技術、酶輔助提取技術等。這些新技術各有其特點，在一定程度上豐富了提取的手段，提高了提取率和提取速度。其中，微波輔助提取方法(MicrowaveAssistedExtraction,簡稱MAE)是一項最具潛力的提取新技術，MAE的提取原理主要是利用微波的加熱特性，微波可以透過提取介質到達物料內部的維管束和腺胞系統，導致細胞內的極性物質尤其是水分子吸收微波能量而產生大量的熱量，使細胞內溫度迅速上升，液態水汽化產生的壓力將細胞壁/膜沖破或形成微小的孔洞。此外，微波所產生的電磁場也能加速被提取組分在溶劑中的擴散速率。但上述現有微波輔助提取方法在工業規模的應用存在著技術、經濟和安全瓶頸。國內外眾多學者研究微波輔助提取，以微波爐或微波實驗儀等為手段，進行了大量試驗，觀察到微波對提取的促進作用，并發表了大量相關的論文，但這些工作均停留在小規模及實驗室水平，至今未能在工業規模的植物提取中得到成功的應用。微波提取從實驗室規模轉化到工業規模需要全面解決生產能力、提取效率、生產成本和生產設備等一系列問題。影響微波提取效果的局限性在于微波在液體中的穿透深度有限，如2450MHz的微波在水中的穿透深度僅30mm，超過這一深度，微波大多被溶劑吸收，微波的作用極其微弱，微波的利用率低，由此會影響其工業上的應用；微波由電能轉化而來，其能耗成本要比一次能源貴5-6倍，由于工業上提取植物有效成分的生產量大，如果微波的能耗成本過大，在工業上的規模生產也是難以接受的；此外，如果植物有效成分的溶媒為有機溶劑，微波輻射有機溶劑存在爆炸的可能性。綜合現有的文獻和國內外專利來看，試圖在工業規模將微波應用于植物有效成分提取中的使用方法基本有兩類，第一類方法是把微波直接引入提取罐或管道內，如美國專利5002784，7001629B1,中國專利CN1391972A，CN10腕116A，CN101209384A，CN101020126A，CN101041117A，CN1824364A，ZL200610044442.1,令微波穿透溶劑進入提取物內部，破壞植物組織或強化植物組織內部傳質過程。這種方法對使用吸收微波能力較弱的非極性溶劑提取效果較好，因為微波穿透溶劑時被溶劑吸收少，大部分微波可到達植物組織內部被吸收，微波的利用率較高，例如在分析化學中可以使用透明溶劑(不吸收微波)。但在工業生產中，植物提取大都是使用水或醇等極性較強的溶劑，難以4使用透明溶劑。中國專利CN1391972A，CN101041116A是在提取罐里加微波，在罐壁30mm以外，微波極其微弱，嚴重影響了微波輔助提取的效果和效率；而中國專利CN101209384A，CN101020126A，CN101041117A采用物料在管道內流動并接受微波輻射的形式，可解決穿透性問題，但微波大多被溶劑吸收，利用率低的問題仍然不能解決；美國專利7001629B1，中國專利CN1824364A，ZL200610044442.1在微波輻射罐內或瓶內抽真空，降低了溶劑的沸點，有利于保護熱敏性活性有效成分，但上述微波穿透深度有限和微波利用率低的問題仍然存在，并不適合于工業化生產。第二類方法是微波預處理提取法，如中國專利CN1422685A、CN1546194A、CN1273206C，該方法是在傳統的提取工藝之前，先用微波預處理，其目的是改變植物的組織結構，以使后續提取變得容易。預處理的原理是用微波快速加熱濕的物料，使物料內的液體快速汽化，改變物料的組織結構。此方法的特點是微波處理的是沒有過多游離溶劑的濕物料，微波輻射時間短、需要量少，處理量大，易于實現工業化生產，但上述預處理過程采用常壓微波輻射，處理后的物料溫度往往超過10(TC，會造成熱敏性有效成分被破壞，嚴重制約了該方法的實際應用。發明的內容本發明的申請人針對目前微波輔助提取在工業化應用中存在上述微波穿透深度有限、微波利用率低、能耗成本高、常壓微波輻射處理后的物料往往會造成熱敏性有效成分被破壞以及微波輻射對有機溶劑溶媒存在爆炸的可能性等問題，進行了改進研究，提出了另一種植物有效成分提取的預處理方法，在植物有效成分提取之前首先利用該方法對植物進行預處理，使植物細胞壁有效破裂，預處理之后再按照常規方法進行植物有效成分的后續提取，如此對植物有效成分的提取有更高的得率。本方法微波利用率高，不破壞目標有效成分，處理時間短、能耗低以及對植物進行預處理中不使用有機溶劑，避免有機溶劑的爆炸，適合應用于工業化生產中。本發明的技術方案如下一種植物有效成分提取的預處理方法，在提取之前首先采用真空微波輻射濕基植物物料，然后用螺桿擠壓機對所述經真空微波輻射過的植物物料反復施加機械擠壓力及剪切力。其進一步的技術方案是對于干基植物物料，在所述真空微波輻射之前，首先用其重量比2至6倍的水預浸，預浸時間30分鐘1小時，成為濕基植物物料；對于新鮮的植物物料，則作為濕基植物物料，直接對其進行所述真空微波輻射。對于干的植物物料，在用水預浸之前，需要進行切片或粉碎，至顆粒度不大于8mm。上述真空微波輻射的功率密度為15瓦/每克濕基植物物料，真空度為1085Kpa時，所述濕基植物物料的溫度為5090°C，輻射時間310分鐘。上述螺桿擠壓機為單螺桿或雙螺桿擠壓機，其螺桿的體積擠壓比為1:21:6。本發明的有益技術效果是-本發明采用真空微波結合擠壓破碎對濕基植物物料進行預處理，大部分植物細胞壁被破裂或使得細胞壁的強度變弱，細胞壁和細胞質分離，細胞結構松散，之后再反復施加機械擠壓力、剪切力等，可以進一步更完全、更徹底地撕裂細胞壁，改變和破裂植物的組織結構，使植物有效成分的后續提取中有更高的得率。本發明避免現有技術中將植物物料置于提取罐或管道內極性較強的溶劑(例如水)中進行微波輻射處理，而是將植物物料僅用溶劑(例如水)進行預浸，成為濕基植物物料進行微波輻射，或者對新鮮的植物物料，作為所述濕基植物物料，直接對其進行微波輻射，由于嚴格控制了溶劑的用量，微波能量僅作用于細胞內的溶劑，如此既利用了溶劑(例如水)幫助改變和破裂植物的組織結構，又避免使用多量水等極性較強的溶劑時對微波的衰減性吸收，從而使微波能量的利用率高，需要輻射的時間短。本發明采用真空微波輻射，通過控制真空度，可以控制任意需要的溫度(一般5010(TC)，避免溫度的升高而破壞熱敏性活性成分。此外真空微波條件下由于物料所處的環境壓力較低，植物細胞也比常壓微波輻射條件下更容易膨化而破裂。本發明的處理時間短、處理量大。本發明在預處理過程中只使用水作為預浸溶劑，并嚴格控制了水的用量，而且預浸水分在真空微波輻射加熱過程中大部分蒸發汽化，所以并不影響后續常規提取中有機溶劑的濃度要求(有機溶劑提取使用的濃度一般在70~90%之間)。很好地解決了有機溶劑微波輻射時的防爆問題。本發明使整體節能成為可能。雖然真空微波輻射結合擠壓破碎預處理消耗一定的微波能和機械能，但由于在真空微波處理物料過程中嚴格控制預浸水的用量，微波基本作用于細胞內的水分，微波的作用效率高，微波的輻射處理時間只需數分鐘。機械擠壓破碎消耗的機械能也有限，經過處理后的植物細胞壁態逆流提取或罐式攪拌提取的傳質速度大大加快，所需的提取時間和溶劑用量減少程度大，總體的能耗費用反而會較大幅度下降。本發明使得連續真空微波輻射處理設備的開發成為可能。在現有真空微波干燥設備的開發中，由于所需的真空度(真空度表示系統實際壓強低于大氣壓強的數值，即真空度=大氣壓強-絕對壓強)較大，在95KPa以上，連續式真空微波干燥設備在我國至今還沒有能成功開發。而本項目由于真空微波處理的溫度50100"C之間，對應的最高的真空度在85KPa左右，由于真空度要求的降低，完全可開發出連續真空微波輻射處理設備，以適應工業生產處理量大，自動化生產的要求。具體實施方式以下通過三個實施例對本發明進行具體說明。實施例一靈芝多糖的提取。將干靈芝粉碎成20-50目，用電子天平稱取100g，浸潤水的重量500g，充分攪拌均勻，浸潤1小時，真空微波輻射7分鐘，微波的功率密度2.5~3.0瓦/克(w/g)，真空度75Kpa;真空微波輻射后的靈芝立即進入單螺桿擠壓機，螺桿的壓縮比1:3;后續再采用索氏法提取，80。C加熱回流提取2.5小時(h)，靈芝多糖的提取得率為1.753%。本發明加后續現有的索氏法提取與單獨用現有的索氏法提取的條件和結果的比較見表l(原料相同，實驗重復3次取均值)，從表l中數據可知，與沒有預處理的索氏法提取相比，本發明可減少提取溶劑(水)量33.3%，提取時間減少58.3%，通過本發明的預處理，提高有效成分靈芝多糖提取的得率效果顯著，靈芝多糖的得率提高33.70%。表l:本發明對靈脂多糖提取的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1中多糖提取率=,"00%,-多糖的質量(g);,:靈芝原料的質量(g，干基)。實施例二竹葉中竹葉黃酮的提取用電子天平稱取干竹葉(10~30目)200g，浸潤水為800g，充分攪拌均勻，浸潤0.5小時，真空微波輻射10分鐘，微波的功率密度1.52.0w/g，真空度65Kpa;真空微波輻射后的竹葉立即進入單螺桿擠壓機，螺桿的壓縮比1:2。后續再采用傳統的水浴加熱法提取，水浴溫度9(TC，提取溶劑為水，加熱提取1小時(h)，竹葉黃酮的提取率為2.027%。本發明加后續現有的水浴加熱法提取與單獨現有的水浴加熱法提取的條件和結果的比較見表2(原料相同，實驗重復3次取均值，黃酮提取率的計算方法同表l)，從表2中數據可知，與沒有預處理的水浴加熱法提取相比，本發明方法可減少提取溶劑(水)37.5%，提取時間減少52%,通過本發明的預處理，提高有效成分竹葉黃酮提取的得率效果顯著，竹葉黃酮的得率提高24.3%。表2:本發明對竹葉黃酮提取的影響提取方法浸潤水料比浸潤時間(h)水浴加熱提取時間(h)總提取料液比黃酮提取率％提取率的偏差(RSD%)水浴加熱提取4:11.02.51:401.6310.054真空微波和擠壓組合預處理十水浴加熱提取4:11.01.21:252.0270.067實施例三銀杏鮮葉中黃酮的提取將新鮮的銀杏葉適當地切碎，用電子天平稱取銀杏葉3Kg，真空微波輻射5分鐘，微波的功率密度4.04.5w/g，真空度45Kpa;真空微波輻射后的銀杏葉立即進入單螺桿擠壓機，螺桿的壓縮比l:5。后續再采用現有的動態連續法提取，提取溶劑采用50%的乙醇溶液，溶劑溫度90°C，物料在動態連續提取器中停流時間為1.2h，鮮銀杏葉黃酮的提取率為1.150%。本發明加后續動態連續法提取與單獨用現有動態連續法提取的條件和結果的比較見表3(原料相同，實驗重復3次取均值，黃酮提取率的計算方法同表l)，從表3中數據可知，與沒有預處理的現有動態連續法提取相比，本發明方法可減少提取溶劑(水)44.4%，提取時間減少60%。通過本發明的預處理，提高有效成分鮮銀杏葉黃酮提取的得率效果顯著，鮮銀杏葉黃酮的得率提高26.34%。表3:本發明對銀杏鮮葉中黃酮提取的影響提取方法動態逆流連續提取時間(h)總提取料液比黃酮提取率(%)提取率的偏差(RSD%)動態逆流連續提取2.01:181.1500.067真空微波和擠壓組合預處理+動態逆流連續提取0.81:101.4530.078以上所述的僅是本發明的優選實施方式，本發明不限于以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發明的保護范圍之內。權利要求1.一種植物有效成分提取的預處理方法，其特征在于在提取之前首先采用真空微波輻射濕基植物物料，然后用螺桿擠壓機對所述經真空微波輻射過的植物物料反復施加機械擠壓力及剪切力。2.根據權利要求1所述的植物有效成分提取的預處理方法，其特征在于:對于干基植物物料，在所述真空微波福射之前，首先用其重量比2至6倍的水預浸，預浸時間30分鐘1小時，成為所述濕基植物物料；對于新鮮的植物物料，則作為所述濕基植物物料，直接對其進行所述真空微波輻射。3.根據權利要求2所述的植物有效成分提取的預處理方法，其特征在于對于千基植物物料，在用水預浸之前，進行切片或粉碎，至顆粒度最大尺寸不大于8mm。4.根據權利要求1或2所述的植物有效成分提取的預處理方法，其特征在于所述真空微波輻射的功率密度為15瓦/每克濕基植物物料，真空度為1085Kpa時，所述濕基植物物料的溫度為509(TC，輻射時間310分鐘。5.根據權利要求1所述的植物有效成分提取的預處理方法，其特征在于-所述螺桿擠壓機為單螺桿擠壓機或雙螺桿擠壓機，其螺桿的體積擠壓比為1-21:6。全文摘要本發明為一種植物有效成分提取的預處理方法，在提取之前首先采用真空微波輻射濕基植物物料，然后用螺桿擠壓機對所述經真空微波輻射過的植物物料反復施加機械擠壓力及剪切力。預處理后的植物物料再按照常規方法進行植物有效成分的后續提取，如此對植物有效成分的提取有更高的得率，本方法還具有微波利用率高、不破壞目標有效成分、處理時間短、能耗低以及對植物進行預處理中由于不使用有機溶劑而能夠避免發生有機溶劑的爆炸事故，本發明適合應用于工業化生產。文檔編號A61K36/00GK101530435SQ200910031200公開日2009年9月16日申請日期2009年4月29日優先權日2009年4月29日發明者崔政偉申請人:江南大學