专利名称：：植物有效成分提取的预处理方法
技术领域：
：本发明涉及植物有效成分的提取方法，具体涉及在植物有效成分提取之前对植物进行预处理的方法，通过预处理使植物细胞壁破裂，从而使植物有效成分的提取有更好的得率。
背景技术：
：我国地域辽阔，地理和气候条件优越，蕴藏着极为丰富的天然植物资源，仅高等植物就有30000余种，其中药用植物就有11146种，其种类和数量均为世界之最，它们构成了中华民族几千年来的中药医学的基础。我国虽是植物药的产量大国，但不是植物药生产的强国。目前我国植物药在世界植物药市场上所占份额不到5%，其中大部分还是药材原料，我国在发达国家的植物药市场所占份额更低，在英美约占2%，在德国约为0.2%，我国在植物药产品开发和生产方面已落后于日本和韩国。植物有效成分的含量往往相对较少，提取过程需要耗费大量的溶剂和能量，因此提取是植物药生产中最重要的工序，直接影响产品的质量、生产成本及原料的利用率等。如何快速、高效、简捷、低成本地将植物中的药用或营养保健有效成分提取出来一直是植物提取研究和生产的"瓶颈"，幵发高效节能的提取新技术和设备是关键，对加快中药生产现代化的进程，有效开发和利用中草药资源，有着重要的意义。常规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、浸渍法、渗漉法和水蒸气蒸馏法等，这些方法都是将植物与适当的溶媒混合加热，溶媒渗入组织内部及细胞中，可溶性成份在浓度差的推动下，从物质内部逐步迁移到表面，再转移到溶媒中，其转移的时间长短与加热度有极大的关系。上述方法的局限与缺点是(1)物质转移缓慢，需要长时间加热，大大增加能耗；(2)需要大量的溶媒，增加了后段能耗；(3)长时间高温处理，可能造成有效成分破坏；(4)生产效率低，为提高生产能力，通常采用加大提取罐体积和用多组提取罐的方法；(5)占地大，操作不便。上述方法都属于间歇式提取方法。目前植物有效成分的提取还有连续动态逆流提取方法，并与分离、浓縮、3干燥等现有技术构成生产工艺路线。但是其提取设备庞大，提取时间长。近年来出现了一些新的提取技术，如超临界流体提取技术、微波辅助提取技术、超声辅助提取技术、酶辅助提取技术等。这些新技术各有其特点，在一定程度上丰富了提取的手段，提高了提取率和提取速度。其中，微波辅助提取方法(MicrowaveAssistedExtraction,简称MAE)是一项最具潜力的提取新技术，MAE的提取原理主要是利用微波的加热特性，微波可以透过提取介质到达物料内部的维管束和腺胞系统，导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量而产生大量的热量，使细胞内温度迅速上升，液态水汽化产生的压力将细胞壁/膜冲破或形成微小的孔洞。此外，微波所产生的电磁场也能加速被提取组分在溶剂中的扩散速率。但上述现有微波辅助提取方法在工业规模的应用存在着技术、经济和安全瓶颈。国内外众多学者研究微波辅助提取，以微波炉或微波实验仪等为手段，进行了大量试验，观察到微波对提取的促进作用，并发表了大量相关的论文，但这些工作均停留在小规模及实验室水平，至今未能在工业规模的植物提取中得到成功的应用。微波提取从实验室规模转化到工业规模需要全面解决生产能力、提取效率、生产成本和生产设备等一系列问题。影响微波提取效果的局限性在于微波在液体中的穿透深度有限，如2450MHz的微波在水中的穿透深度仅30mm，超过这一深度，微波大多被溶剂吸收，微波的作用极其微弱，微波的利用率低，由此会影响其工业上的应用；微波由电能转化而来，其能耗成本要比一次能源贵5-6倍，由于工业上提取植物有效成分的生产量大，如果微波的能耗成本过大，在工业上的规模生产也是难以接受的；此外，如果植物有效成分的溶媒为有机溶剂，微波辐射有机溶剂存在爆炸的可能性。综合现有的文献和国内外专利来看，试图在工业规模将微波应用于植物有效成分提取中的使用方法基本有两类，第一类方法是把微波直接引入提取罐或管道内，如美国专利5002784，7001629B1,中国专利CN1391972A，CN10腕116A，CN101209384A，CN101020126A，CN101041117A，CN1824364A，ZL200610044442.1,令微波穿透溶剂进入提取物内部，破坏植物组织或强化植物组织内部传质过程。这种方法对使用吸收微波能力较弱的非极性溶剂提取效果较好，因为微波穿透溶剂时被溶剂吸收少，大部分微波可到达植物组织内部被吸收，微波的利用率较高，例如在分析化学中可以使用透明溶剂(不吸收微波)。但在工业生产中，植物提取大都是使用水或醇等极性较强的溶剂，难以4使用透明溶剂。中国专利CN1391972A，CN101041116A是在提取罐里加微波，在罐壁30mm以外，微波极其微弱，严重影响了微波辅助提取的效果和效率；而中国专利CN101209384A，CN101020126A，CN101041117A采用物料在管道内流动并接受微波辐射的形式，可解决穿透性问题，但微波大多被溶剂吸收，利用率低的问题仍然不能解决；美国专利7001629B1，中国专利CN1824364A，ZL200610044442.1在微波辐射罐内或瓶内抽真空，降低了溶剂的沸点，有利于保护热敏性活性有效成分，但上述微波穿透深度有限和微波利用率低的问题仍然存在，并不适合于工业化生产。第二类方法是微波预处理提取法，如中国专利CN1422685A、CN1546194A、CN1273206C，该方法是在传统的提取工艺之前，先用微波预处理，其目的是改变植物的组织结构，以使后续提取变得容易。预处理的原理是用微波快速加热湿的物料，使物料内的液体快速汽化，改变物料的组织结构。此方法的特点是微波处理的是没有过多游离溶剂的湿物料，微波辐射时间短、需要量少，处理量大，易于实现工业化生产，但上述预处理过程采用常压微波辐射，处理后的物料温度往往超过10(TC，会造成热敏性有效成分被破坏，严重制约了该方法的实际应用。发明的内容本发明的申请人针对目前微波辅助提取在工业化应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、常压微波辐射处理后的物料往往会造成热敏性有效成分被破坏以及微波辐射对有机溶剂溶媒存在爆炸的可能性等问题，进行了改进研究，提出了另一种植物有效成分提取的预处理方法，在植物有效成分提取之前首先利用该方法对植物进行预处理，使植物细胞壁有效破裂，预处理之后再按照常规方法进行植物有效成分的后续提取，如此对植物有效成分的提取有更高的得率。本方法微波利用率高，不破坏目标有效成分，处理时间短、能耗低以及对植物进行预处理中不使用有机溶剂，避免有机溶剂的爆炸，适合应用于工业化生产中。本发明的技术方案如下一种植物有效成分提取的预处理方法，在提取之前首先采用真空微波辐射湿基植物物料，然后用螺杆挤压机对所述经真空微波辐射过的植物物料反复施加机械挤压力及剪切力。其进一步的技术方案是对于干基植物物料，在所述真空微波辐射之前，首先用其重量比2至6倍的水预浸，预浸时间30分钟1小时，成为湿基植物物料；对于新鲜的植物物料，则作为湿基植物物料，直接对其进行所述真空微波辐射。对于干的植物物料，在用水预浸之前，需要进行切片或粉碎，至颗粒度不大于8mm。上述真空微波辐射的功率密度为15瓦/每克湿基植物物料，真空度为1085Kpa时，所述湿基植物物料的温度为5090°C，辐射时间310分钟。上述螺杆挤压机为单螺杆或双螺杆挤压机，其螺杆的体积挤压比为1:21:6。本发明的有益技术效果是-本发明采用真空微波结合挤压破碎对湿基植物物料进行预处理，大部分植物细胞壁被破裂或使得细胞壁的强度变弱，细胞壁和细胞质分离，细胞结构松散，之后再反复施加机械挤压力、剪切力等，可以进一步更完全、更彻底地撕裂细胞壁，改变和破裂植物的组织结构，使植物有效成分的后续提取中有更高的得率。本发明避免现有技术中将植物物料置于提取罐或管道内极性较强的溶剂(例如水)中进行微波辐射处理，而是将植物物料仅用溶剂(例如水)进行预浸，成为湿基植物物料进行微波辐射，或者对新鲜的植物物料，作为所述湿基植物物料，直接对其进行微波辐射，由于严格控制了溶剂的用量，微波能量仅作用于细胞内的溶剂，如此既利用了溶剂(例如水)帮助改变和破裂植物的组织结构，又避免使用多量水等极性较强的溶剂时对微波的衰减性吸收，从而使微波能量的利用率高，需要辐射的时间短。本发明采用真空微波辐射，通过控制真空度，可以控制任意需要的温度(一般5010(TC)，避免温度的升高而破坏热敏性活性成分。此外真空微波条件下由于物料所处的环境压力较低，植物细胞也比常压微波辐射条件下更容易膨化而破裂。本发明的处理时间短、处理量大。本发明在预处理过程中只使用水作为预浸溶剂，并严格控制了水的用量，而且预浸水分在真空微波辐射加热过程中大部分蒸发汽化，所以并不影响后续常规提取中有机溶剂的浓度要求(有机溶剂提取使用的浓度一般在70~90%之间)。很好地解决了有机溶剂微波辐射时的防爆问题。本发明使整体节能成为可能。虽然真空微波辐射结合挤压破碎预处理消耗一定的微波能和机械能，但由于在真空微波处理物料过程中严格控制预浸水的用量，微波基本作用于细胞内的水分，微波的作用效率高，微波的辐射处理时间只需数分钟。机械挤压破碎消耗的机械能也有限，经过处理后的植物细胞壁态逆流提取或罐式搅拌提取的传质速度大大加快，所需的提取时间和溶剂用量减少程度大，总体的能耗费用反而会较大幅度下降。本发明使得连续真空微波辐射处理设备的开发成为可能。在现有真空微波干燥设备的开发中，由于所需的真空度(真空度表示系统实际压强低于大气压强的数值，即真空度=大气压强-绝对压强)较大，在95KPa以上，连续式真空微波干燥设备在我国至今还没有能成功开发。而本项目由于真空微波处理的温度50100"C之间，对应的最高的真空度在85KPa左右，由于真空度要求的降低，完全可开发出连续真空微波辐射处理设备，以适应工业生产处理量大，自动化生产的要求。具体实施方式以下通过三个实施例对本发明进行具体说明。实施例一灵芝多糖的提取。将干灵芝粉碎成20-50目，用电子天平称取100g，浸润水的重量500g，充分搅拌均匀，浸润1小时，真空微波辐射7分钟，微波的功率密度2.5~3.0瓦/克(w/g)，真空度75Kpa;真空微波辐射后的灵芝立即进入单螺杆挤压机，螺杆的压縮比1:3;后续再采用索氏法提取，80。C加热回流提取2.5小时(h)，灵芝多糖的提取得率为1.753%。本发明加后续现有的索氏法提取与单独用现有的索氏法提取的条件和结果的比较见表l(原料相同，实验重复3次取均值)，从表l中数据可知，与没有预处理的索氏法提取相比，本发明可减少提取溶剂(水)量33.3%，提取时间减少58.3%，通过本发明的预处理，提高有效成分灵芝多糖提取的得率效果显著，灵芝多糖的得率提高33.70%。表l:本发明对灵脂多糖提取的影响<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1中多糖提取率=,"00%,-多糖的质量(g);,:灵芝原料的质量(g，干基)。实施例二竹叶中竹叶黄酮的提取用电子天平称取干竹叶(10~30目)200g，浸润水为800g，充分搅拌均匀，浸润0.5小时，真空微波辐射10分钟，微波的功率密度1.52.0w/g，真空度65Kpa;真空微波辐射后的竹叶立即进入单螺杆挤压机，螺杆的压缩比1:2。后续再采用传统的水浴加热法提取，水浴温度9(TC，提取溶剂为水，加热提取1小时(h)，竹叶黄酮的提取率为2.027%。本发明加后续现有的水浴加热法提取与单独现有的水浴加热法提取的条件和结果的比较见表2(原料相同，实验重复3次取均值，黄酮提取率的计算方法同表l)，从表2中数据可知，与没有预处理的水浴加热法提取相比，本发明方法可减少提取溶剂(水)37.5%，提取时间减少52%,通过本发明的预处理，提高有效成分竹叶黄酮提取的得率效果显著，竹叶黄酮的得率提高24.3%。表2:本发明对竹叶黄酮提取的影响提取方法浸润水料比浸润时间(h)水浴加热提取时间(h)总提取料液比黄酮提取率％提取率的偏差(RSD%)水浴加热提取4:11.02.51:401.6310.054真空微波和挤压组合预处理十水浴加热提取4:11.01.21:252.0270.067实施例三银杏鲜叶中黄酮的提取将新鲜的银杏叶适当地切碎，用电子天平称取银杏叶3Kg，真空微波辐射5分钟，微波的功率密度4.04.5w/g，真空度45Kpa;真空微波辐射后的银杏叶立即进入单螺杆挤压机，螺杆的压縮比l:5。后续再采用现有的动态连续法提取，提取溶剂采用50%的乙醇溶液，溶剂温度90°C，物料在动态连续提取器中停流时间为1.2h，鲜银杏叶黄酮的提取率为1.150%。本发明加后续动态连续法提取与单独用现有动态连续法提取的条件和结果的比较见表3(原料相同，实验重复3次取均值，黄酮提取率的计算方法同表l)，从表3中数据可知，与没有预处理的现有动态连续法提取相比，本发明方法可减少提取溶剂(水)44.4%，提取时间减少60%。通过本发明的预处理，提高有效成分鲜银杏叶黄酮提取的得率效果显著，鲜银杏叶黄酮的得率提高26.34%。表3:本发明对银杏鲜叶中黄酮提取的影响提取方法动态逆流连续提取时间(h)总提取料液比黄酮提取率(%)提取率的偏差(RSD%)动态逆流连续提取2.01:181.1500.067真空微波和挤压组合预处理+动态逆流连续提取0.81:101.4530.078以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。权利要求1.一种植物有效成分提取的预处理方法，其特征在于在提取之前首先采用真空微波辐射湿基植物物料，然后用螺杆挤压机对所述经真空微波辐射过的植物物料反复施加机械挤压力及剪切力。2.根据权利要求1所述的植物有效成分提取的预处理方法，其特征在于:对于干基植物物料，在所述真空微波福射之前，首先用其重量比2至6倍的水预浸，预浸时间30分钟1小时，成为所述湿基植物物料；对于新鲜的植物物料，则作为所述湿基植物物料，直接对其进行所述真空微波辐射。3.根据权利要求2所述的植物有效成分提取的预处理方法，其特征在于对于千基植物物料，在用水预浸之前，进行切片或粉碎，至颗粒度最大尺寸不大于8mm。4.根据权利要求1或2所述的植物有效成分提取的预处理方法，其特征在于所述真空微波辐射的功率密度为15瓦/每克湿基植物物料，真空度为1085Kpa时，所述湿基植物物料的温度为509(TC，辐射时间310分钟。5.根据权利要求1所述的植物有效成分提取的预处理方法，其特征在于-所述螺杆挤压机为单螺杆挤压机或双螺杆挤压机，其螺杆的体积挤压比为1-21:6。全文摘要本发明为一种植物有效成分提取的预处理方法，在提取之前首先采用真空微波辐射湿基植物物料，然后用螺杆挤压机对所述经真空微波辐射过的植物物料反复施加机械挤压力及剪切力。预处理后的植物物料再按照常规方法进行植物有效成分的后续提取，如此对植物有效成分的提取有更高的得率，本方法还具有微波利用率高、不破坏目标有效成分、处理时间短、能耗低以及对植物进行预处理中由于不使用有机溶剂而能够避免发生有机溶剂的爆炸事故，本发明适合应用于工业化生产。文档编号A61K36/00GK101530435SQ200910031200公开日2009年9月16日申请日期2009年4月29日优先权日2009年4月29日发明者崔政伟申请人:江南大学