专利名称：综合利用水葫芦的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种水生植物水葫芦的利用方法，特别是利用水葫芦制造叶绿素铜钠、类胡萝卜素，包括β-胡萝卜素和叶黄素，和木糖的方法。
背景技术：
很长时间以来，水葫芦已经成为危害水体的水生漂浮植物。水葫芦是地球上十种生长速度最快的植物之一，原产南美。在较高的气温下，特别是在富营养化水体，每7天左右就增殖一倍，在热带和亚热带的富营养化水面，每公顷能够年产3000吨以上鲜水葫芦。快速增长的水葫芦，迅速占领水面，阻塞水面航运，使水利水电设施不能正常运转，减少水体溶解氧，使水体中生活的生物生存条件恶化。未打捞的水葫芦，腐烂以后，使水体有机污染物量迅速增加，使水体水质急剧恶化。打捞上岸的水葫芦堆积在陆地上，占据有限的土地资源，腐烂变质还污染周围环境。目前最常用的处置方法是将水葫芦收集后，作为有机垃圾，送往填埋场填埋，每年在水葫芦生长旺盛地区，需要大量人力物力来处置水葫芦。
水葫芦本身富含丰富的营养，据美国专利4251508报道，通过压榨提取的100克干的水葫芦叶提取物经测定含有23.2克蛋白质，4-8克叶绿素和丰富维生素。美国专利4,961,774报道水葫芦含胡萝卜素20-500ppm，叶黄素500-1500ppm。水葫芦提取液可用于促进植物生长，种子发芽(美国专利4,961,774)，发酵后可以用于生产动物饲料(中国专利CN1267468，CN1268305)肥料(中国专利CN1267655)和土壤改良剂(美国专利5,198,252，和5,312,632)，中国专利CN1323545A和CN1307838充分利用水葫芦所含的营养制备用作保健食品和美容护肤的营养粉。研究还发现，水葫芦还含有30-55％的半纤维素，主要由木聚糖组成，可用于水解发酵生产乙醇和沼气等(美国nasa technical memorandum TM-X-72733；J.N.NIGAM，Journal ofBiotechnology，97(2002)，109-116)。上述发明和研究，其利用水葫芦制造的产品价值较低，由于水葫芦含水率高，预处理成本高，难以实际应用。叶绿素铜钠、β-胡萝卜素和叶黄素是良好的药物和色素，有广泛的用途；木糖是糖尿病人良好的替代糖制品，木糖还可加氢转化为木糖醇。
目前的叶绿素铜钠国外是从苜蓿叶中提取，1kg苜蓿叶可提取15g左右叶绿素铜钠；国内是从蚕粪中提取，1kg蚕粪可提取10g左右叶绿素铜钠。类胡萝卜素的提取国外采用杜氏盐藻，国内采用胡萝卜，其胡萝卜素含量仅在100ppm。叶黄素的提取，是从螺旋藻和万寿菊花，含量均在1000ppm左右。木糖是以玉米芯为原料生产的，每10公斤玉米芯能生产1公斤木糖。
发明内容
本发明的目的是针对水葫芦利用困难，提出一项综合利用水葫芦制造叶绿素铜钠，类胡萝卜素以及木糖的方法。
一种综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是方法由以下处理过程组成(1)、水葫芦预处理；(2)、用乙醇作为溶剂提取水葫芦中叶绿素和类胡萝卜素，分离残渣，得到提取液；(3)、提取液经氢氧化钠皂化使叶绿素变成水溶性叶绿素钠盐；(4)、用石油醚萃取分离叶绿素钠盐和类胡萝卜素，萃取后的水相含叶绿素钠盐和乙醇，类胡萝卜素在石油醚相中，蒸发石油醚收集类胡萝卜素，结晶和纯化；(5)、对萃取后的水相酸化、铜代和中和得叶绿素铜钠。
水葫芦用乙醇作为溶剂提取后残渣，加无机酸在100-130℃水解，溶液经纯化结晶获得木糖。其过程是每1000g鲜水葫芦叶经乙醇提取后的残渣，加0.1％硫酸1500毫升，在110℃下加压蒸煮1小时，然后加92％浓硫酸23毫升左右，调整溶液硫酸浓度为1.5％，在0.05M，120℃下，水解4小时，然后，在温度为75-80℃下，加入波美度为15度的碳酸钙乳液，调节pH值为3，保温1小时，过滤产生的硫酸钙，再蒸发除去5/6液体，过滤析出硫酸钙，溶液在75-80℃下加活性炭5g左右脱色，经离子交换，去除离子，木糖浓度降为10-12％，再经蒸发浓缩，结晶，获得木糖约8g。
所述的水葫芦预处理包括收集的水葫芦清洗，取水葫芦茎叶，经开水漂烫、杀酶去除酶活性和粉碎处理。
所述的酸化是指在萃取的水相中加入硫酸或盐酸，调PH为2~3；铜代是指加20％CuSO4溶液铜化，反应温度为60℃；中和是指加2％NaOH溶液成盐，控制pH值为11-12，反应时间为3~10分钟。
所述的乙醇溶剂提取叶绿素和类胡萝卜素是95％乙醇在30℃-90℃下提取。
本发明各原料、反应物均以化学计量投料参加反应。
本发明可以从水葫芦中提取多种物质，包括叶绿素铜钠，类胡萝卜素以及木糖等，使水葫芦不会污染环境，利用价值大大提高。
具体实施例方式
例1取1000g水葫芦叶，在90-95℃下，漂烫2分钟，叶片水分含量为30％左右；将叶片粉碎；然后用80％左右乙醇1300毫升，在80℃左右浸提2分钟，再加5％NaOH溶液1000毫升皂化，反应温度为60℃，反应时间为1小时，用石油醚1000毫升萃取皂化溶液，水相加浓盐酸调整pH为2-3，然后加10毫升20％CuSO4溶液铜化，反应温度为60℃，反应时间为1小时，然后加2％NaOH溶液成盐，控制pH值为11-12，反应时间为5分钟。溶液经蒸发结晶获得叶绿素铜钠固体产品约3g。石油醚萃取中醚相含类胡萝卜素，包括β胡萝卜素和叶黄素等，30℃左右蒸发浓缩醚相溶液，可获得约100mg类胡萝卜素，包括β胡萝卜素和叶黄素。残渣可提取木糖，或作绿肥或厌氧发酵制沼气等。
例2取例1中水葫芦叶乙醇提取残渣，加0.1％硫酸1500毫升，在110℃下加压蒸煮1小时，然后加92％浓硫酸23毫升左右，调整溶液硫酸浓度为1.5％，在0.05M，120℃下，水解4小时，然后，在温度为75-80℃下，加入波美度为15度的碳酸钙乳液，调节pH值为3，保温1小时，过滤产生的硫酸钙，再蒸发除去5/6液体，过滤析出硫酸钙，溶液在75-80℃下加活性炭5g左右脱色，经离子交换，去除离子，木糖浓度降为10-12％，再经蒸发浓缩，结晶，获得木糖约8g。
权利要求
1.一种综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是方法由以下处理过程组成(1)、水葫芦预处理；(2)、用乙醇作为溶剂提取水葫芦中叶绿素和类胡萝卜素，分离残渣，得到提取液；(3)、提取液经氢氧化钠皂化使叶绿素变成水溶性叶绿素钠盐；(4)、用石油醚萃取分离叶绿素钠盐和类胡萝卜素，萃取后的水相含叶绿素钠盐和乙醇，类胡萝卜素在石油醚相中，蒸发石油醚收集类胡萝卜素，结晶和纯化；(5)、对萃取后的水相经酸化、铜代和中和得叶绿素铜钠。
2.根据权利要求1所述的综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是水葫芦用乙醇作为溶剂提取后残渣，加无机酸在100-130℃水解，溶液经纯化结晶获得木糖。
3.根据权利要求1所述的综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是所述的水葫芦预处理包括收集的水葫芦清洗，取水葫芦茎叶，经开水漂烫、杀酶去除酶活性和粉碎处理。
4.根据权利要求1所述的综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是所述的皂化是采用5％NaOH溶液，反应温度为60℃，反应时间为1~2小时。
5.根据权利要求1所述的综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是所述的酸化是指在萃取的水相中加入硫酸或盐酸，调PH为2~3；铜代是指加20％CuSO4溶液铜化，反应温度为60℃；中和是指加2％ NaOH溶液成盐，控制pH值为11-12，反应时间为3~10分钟。
6.根据权利要求1所述的综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是所述的乙醇溶剂提取叶绿素和类胡萝卜素是95％乙醇在30℃-90℃下提取。
7.根据权利要求2所述的综合利用水葫芦的工艺方法，其特征是水葫芦残渣，加无机酸在100-130℃水解，溶液经纯化结晶获得木糖的过程是水葫芦叶乙醇提取残渣，加0.1％硫酸，在110℃下加压蒸煮1小时，然后加92％浓硫酸，调整溶液硫酸浓度为1.5％，在0.05M，120℃下，水解4小时，然后，在温度为75-80℃下，加入波美度为15度的碳酸钙乳液，调节pH值为3，保温1小时，过滤产生的硫酸钙，再蒸发除去5/6液体，过滤析出硫酸钙，溶液在75-80℃下加活性炭脱色，经离子交换，去除离子，木糖浓度降为10-12％，再经蒸发浓缩，结晶，获得木糖。
全文摘要
本发明公开了一种综合利用水葫芦的工艺方法，由以下处理过程组成水葫芦预处理；溶剂提取水葫芦中叶绿素和类胡萝卜素；提取液经皂化使叶绿素变成水溶性钠盐；有机溶剂萃取分离叶绿素钠盐和类胡萝卜素；萃取后的水相含叶绿素，经酸化，铜代和中和得叶绿素铜钠；萃取后的有机相含类胡萝卜素，经浓缩，结晶和纯化获得产品类胡萝卜素；水葫芦溶剂提取后残渣可废弃或继续采用提取木糖的方法提取木糖。本发明可以从水葫芦中提取多种物质，包括叶绿素铜钠，类胡萝卜素以及木糖等，使水葫芦不会污染环境，利用价值大大提高。
文档编号C07H3/02GK1566088SQ0313199
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月23日 优先权日2003年6月23日
发明者黄卫东 申请人:中国科学技术大学