专利名称：一种无患子皂素的提取方法
技术领域：
本发明涉及一种植物中所含化学元素的提取方法，具体地，涉及一种无患子皂素的提取方法。
背景技术：
皂素，学名皂甙，是存在于植物界的一类比较复杂的化合物，很早就被人们认识， 它的水溶液振摇时能产生大量持久的蜂窝状泡沫，与肥皂相似，且具有溶血作用。皂素广泛存在于植物中，单子叶植物和双子叶植物中均有分布，尤以蔷薇科、石竹科、无患子科、薯蓣科、远志科、天南星科、百合科、玄参科、豆科、五加科、葫芦科、毛莨科、伞形科、鼠李科、报春花科等中某些属植物中含量较多。皂素在结构上是由亲油性的皂甙元和亲水性的糖构成的，这就决定了皂甙是一类优良的非离子表面活性剂。其最大的特征是具有发泡、稳泡、乳化、分散、湿润、去污等表面活性性质剂。皂素不仅具有消炎抗癌、除湿杀虫功效，而且皂苷泡沫丰富，易生物降解，对人体无毒无害，具有较好的表面活性和洗涤能力。同时，皂素可清洗待镀金属，还可作轻质混凝土的起泡剂，配制泡沬灭火剂，配制农药作等。20世纪80年代受到合成表面活性剂市场冲击，天然皂素用量减少。但随着石油资源匮乏、人们环保意识增强和生活质量的提高，天然皂素的生产和应用再次受到人们的重视。皂素易溶于水、甲醇、含水乙醇、热乙醇、水饱和正丁醇，故皂素可以用水、甲醇、乙醇等来提取。(I)正丁醇萃取法将原料溶于水中，滤除不溶物，于水溶液中加石油醚、苯、 氯仿、乙醚等强亲脂性的有机溶剂作两相萃取，皂素不溶于这些强亲脂性溶剂留在水相中， 而油脂、脂溶性色素等杂质则转溶于亲脂性溶剂中，与皂素分离。除去这些杂质后，改用亲水性强的正丁醇为溶剂继续在水溶液中作两相萃取，皂素转溶于正丁醇，一些亲水性强的的杂质如糖、蛋白质、鞣质等仍留在水中，与皂素分离。收集正丁醇溶液，减压蒸干，得皂素产品。此法的缺点是正丁醇使用量大，生产成本高。(2)甲醇提取-乙醚沉淀法甲醇提取含皂甙植物原料2 3次，过滤，回收绝大部分甲醇，冷却甲醇浓缩液，利用皂甙不溶于乙醚的特性，加入等体积的乙醚，摇匀，析出大量白色沉淀，静置，倾出上清液，再加入乙醚，又有白色沉淀产生，如此重复，直到加入乙醚无沉淀产生为止。把沉淀物干燥，得黄色粗皂素。 此法流程简单，但溶剂消耗量大。(3)水提取-无水乙醇溶解法6 10倍量的水提取皂素 2 3次，过滤，浓缩，真空干燥，粉碎，得棕色粗皂素。利用皂素可溶于热无水乙醇，而糖类、 蛋白质等杂质不溶的原理，采用热无水乙醇把粗皂素粉中的皂素溶解出来，回收部分乙醇， 冷却，静置，即有大量的白色皂素析出。析出的沉淀往往很好地附在器壁或沉在底部，故分离此固液两相不用过滤，直接倾出上清液即可。如沉淀出来的皂素需洗涤以进一步提高纯度，可以用冰冷的无水乙醇一边洗涤一边过滤除去乙醇。沉淀物干燥，得淡黄色皂素。此法所得的皂素纯度很高，但溶剂和电能消耗大，皂素得率不高。(4)大孔树脂法用水或醇类提取皂素，并稍稍去杂后，用少量水溶解粗皂素，上大孔树脂柱，先用水冲洗柱子，然后依次用10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%乙醇洗脱，皂素主要被60 70%乙醇洗脱出来， 收集这部分的洗脱液，浓缩至干，得精制皂素，淡黄色。分离过程中，一些无机盐，低分子量的糖在大孔树脂中由于极性的原因不被吸附而容易被水洗脱。蛋白质、中分子量及大分子量的多糖类被低浓度的乙醇除去。通过大孔树脂后，可以得到纯度较高、质感较好的皂素。 但该工艺产量小，不适合大规模工业化生产。无患子(Sapindus mukurossi Gaertn.)又名木患子、油患子、苦患树、黄目树等， 属无患子科(Sapindaceae),主要分布于我国东部、南部至西南部，日本、朝鲜、中南半岛和印度等地也有分布。果皮中含有皂素，可代替肥皂作洗涤之用。无患子皂素同为非离子型表面活性剂，具有很强的表面活性。研究表明，无患子皂素属于齐墩果烷型三萜皂素类，具有抗菌、杀菌和消炎功效，因此可被用于杀菌剂和杀虫剂。目前研究报道的无患子提取方法包括溶剂法、水提法、泡沫分离法等，分离浓缩还可以采用真空加热浓缩法。在皂素提取分离中，溶剂法具有产品纯度高，但存在溶剂消耗量大、溶剂残留及工艺过程复杂等问题； 水法提取具有安全、成本低等特点，但水法提取用水量大、浓缩成本高，并还要考虑废水排放问题；由于无患子皂素结构不稳定，泡沫分离法提取过程皂素有一定程度的分解，得率偏低；而真空加热浓缩，虽然在一定程度上可以保护皂素结构不被破坏，但是操作过程中产生大量泡沫，影响单元操作的正常进行。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述存在的问题，采用氮气浮选法进行无患子皂素分离浓缩，浮选底流水液循环提取原料中的皂素，以提高皂素富集比和得率、减少用水量，并且降低浓缩干燥能耗，从而提高皂素生产效率。一种无患子皂素的提取方法，包括以下步骤I)对无患子果皮进行提取，得到无患子皂素提取液；2)采用氮气浮选法对无患子皂素提取液进行分离浓缩，得到无患子皂素浓缩液。所述步骤I)对无患子果皮进行提取，采取水提取并辅助超声提取的方式进行。其中，步骤I)对无患子果皮进行提取处理，水提取的条件为提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 4 I : 12，优选料水比I : 4 I : 8，更优选料水比 I 6。提取温度35 60°C，优选40 50°C，更优选43°C。提取时间60 150min，优选 60 90min,更优选 80min。辅助超声提取的条件为超声频率20KHz。超声强度20W/cm2。超声时间10 15min，优选 12min。其中，步骤2)采用氮气浮选法对无患子皂素提取液进行分离浓缩的条件为采用浮选设备进行无患子皂素提取液的分离浓缩，浮选设备气液比60 75% (体积流量百分比)，优选气液比68%。浮选温度35 40°C，优选35°C。氮气纯度为99%。浮选设备中所用液体(浮选液)是水。浮选设备底流水循环还可用于无患子皂素提取。本发明所述无患子皂素的提取方法，在步骤I)对无患子果皮进行提取之前，还包括对无患子果皮进行湿磨的步骤。所述步骤2)浮选设备底流水循环也可用于无患子果皮的湿磨。其中，对无患子果皮进行湿磨的步骤，是采用盘磨设备对无患子鲜果皮进行加水湿磨，果皮浓度20 33 %，优选果皮浓度25 %。磨浆经过振动筛分，筛孔孔径O (直径) O 2 7mm，优选孔径O 3mm。筛出的粗渣送回到盘磨设备重新粉碎，筛下物进入下级提取系统。本发明所述无患子皂素的提取方法，在步骤I)得到无患子皂素提取液之后，还包括对提取液进行过滤的步骤，然后再进行步骤2)的分离浓缩，得到无患子皂素浓缩液。其中，对提取液进行过滤的步骤，采用压滤设备进行提取液过滤，滤渣水分含量小于40%，优选33% 40%，更优选35% -36%。按照步骤I)和步骤2)进行提取和分离浓缩，无患子皂素富集比较高，达到了 3以上的水平。在步骤I)前对无患子果皮进行湿磨后，再按照步骤I)和步骤2)进行提取和分离浓缩，无患子皂素富集比和收率同样较高。在步骤I)后对提取液进行过滤，再进行步骤
2)的操作，无患子皂素富集比和纯度较高。而按照步骤I)、2)和经过果皮湿磨及提取液过滤的步骤，无患子皂素收率可以达到75 85%，皂素纯度大于86%。本发明提供的无患子皂素的提取方法的优点采用氮气浮选法进行无患子皂素分离浓缩，氮气不造成对皂素结构的任何破坏，同时起泡性能好，没有用到浮选剂进行起泡， 工艺简化；浓缩干燥能耗降低，产品富集比提高，产品质量稳定；浮选设备底流水中还含有有效成分，可以循环用于无患子果皮的湿磨和皂素提取，提取高效，有效物质损失很小。并且，将无患子果皮直接湿磨，还可提高产品的收率，大幅度降低原料粉碎时的电能消耗，同时湿磨过程中即开始了皂素的溶解过程，避免了干法粉碎时的粉尘污染和呛鼻问题。进一步地，对提取液进行过滤，可以去除杂质，保证最终获得的无患子皂素纯度较高。更进一步地，水提过程中用水量少(料水优选比I : 4 I : 8)，一般水提过程料水比达到I : 20; 采用短时辅助超声提取，可以缩短水提时间，同时不破坏皂素的原有结构。总之，本发明整个无患子皂素提取浓缩过程时间短，效率高，不使用任何有机溶剂，用水量少。从空气中分离出的氮气可以有效保护产品皂素的质量，又不存在废气污染环境的问题。
图I为本发明无患子皂素提取方法工艺流程图。
具体实施例方式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I将无患子果皮直接进行水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 4， 提取温度40°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/cm2，超声时间IOmin ;水提时间60min。水提液直接氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度35°C， 氮气纯度99%，浮选槽氮气与水提液的体积比0. 6。浮选槽底流水循环还可用于无患子皂素提取。无患子皂素富集比3. 13，无患子皂素收率35. 3%，皂素纯度71.5%。实施例2采用盘磨机进行无患子鲜果皮湿磨，果皮浓度20%，磨浆经过振动筛分，筛孔孔径 02_，筛出的粗渣送回到盘磨机重新粉碎。筛下物进入皂素水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 4，提取温度40°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/ cm2,超声时间IOmin ;水提时间60min。氮气浮选,采用浮选槽进行无患子阜素的分离浓缩，浮选温度35°C，氮气纯度99%，浮选槽氮气与水提液的体积比0. 6。浮选槽底流水循环还可用于无患子果皮湿磨和皂素提取。无患子皂素富集比3. 13，无患子皂素收率79. 2%，皂素纯度69%。实施例3将无患子果皮直接进行水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 4， 提取温度40°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/cm2，超声时间IOmin ;水提时间60min。采用压滤机进行提取液过滤，滤渣水分含量39%。氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度35°C，氮气纯度99%，浮选槽氮气与水提液的体积比0.6。 浮选槽底流水循环还可用于无患子皂素提取。无患子皂素富集比3. 13，无患子皂素收率 32. 5%，皂素纯度86. 5%0实施例4采用盘磨机进行无患子鲜果皮湿磨，果皮浓度20%，磨浆经过振动筛分，筛孔孔径 02_，筛出的粗渣送回到盘磨机重新粉碎。筛下物进入皂素水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 4，提取温度40°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/ cm2，超声时间IOmin ;水提时间60min。采用压滤机进行提取液过滤，滤渣水分含量39 %。 氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度35°C，氮气纯度99 %，浮选槽氮气与水提液的体积比0.6。浮选槽底流水循环还可用于无患子果皮湿磨和皂素提取。无患子皂素富集比3. 13，无患子皂素收率75. 6%，皂素纯度86. 5%。实施例5采用盘磨机进行无患子鲜果皮湿磨，果皮浓度33%，磨浆经过振动筛分，筛孔孔径 O7_，筛出的粗渣送回到盘磨机重新粉碎，筛下物进入皂素水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 8，50°C，优选43°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/ cm2，超声时间15min ;水提时间90min。采用压滤机进行提取液过滤，滤渣水分含量40 %。 氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度40°C，氮气纯度99 %，浮选槽氮气与水提液的体积比0. 75。浮选槽底流水循环还可用于无患子果皮湿磨和皂素提取。无患子皂素富集比3. 32，无患子皂素收率79. 5%，皂素纯度86.6%。实施例6采用盘磨机进行无患子鲜果皮湿磨，果皮浓度25%。磨浆经过振动筛分，筛孔孔径 O3_，筛出的粗渣送回到盘磨机重新粉碎，筛下物进入皂素水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 6 ;提取温度43°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/ cm2，超声时间12min ;水提时间80min。采用压滤机进行提取液过滤，滤渣水分含量35%。 氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度35 V，氮气纯度99 %，浮选槽氮气与水提液的体积比0.68。浮选槽底流水循环还可用于无患子果皮湿磨和皂素提取。无患子皂素富集比3. 57，无患子皂素收率84. 4%，皂素纯度86. 8%。实施例7采用盘磨机进行无患子鲜果皮湿磨，果皮浓度27%。磨浆经过振动筛分，筛孔孔径04_，筛出的粗渣送回到盘磨机重新粉碎，筛下物进入下皂素水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 7 ;提取温度44°C ;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/cm2，超声时间12min ;水提时间90min。采用压滤机进行提取液过滤，滤渣水分含量
633%。氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度38°C，氮气纯度99 %， 浮选槽氮气与水提液的体积比0. 7。浮选槽底流水循环还可用于无患子果皮湿磨和皂素提取。无患子皂素富集比3. 46，无患子皂素收率82.0%，皂素纯度86.4%。实施例8采用盘磨机进行无患子鲜果皮湿磨，果皮浓度25%。磨浆经过振动筛分，筛孔孔径 0 2. 5_，筛出的粗渣送回到盘磨机重新粉碎，筛下物进入皂素水提，提取时果皮与水的料水比(质量比)控制在I : 7 ;提取温度优选44°C;辅助超声提取，超声频率20KHz，超声强度20W/cm2，超声时间Ilmin ;水提时间90min。采用压滤机进行提取液过滤，滤渣水分含量 36%。氮气浮选，采用浮选槽进行无患子皂素的分离浓缩，浮选温度35°C，氮气纯度99%， 浮选槽氮气与水提液的体积比0. 68。浮选槽底流水循环还可用于无患子果皮湿磨和皂素提取。无患子皂素富集比3. 50，无患子皂素收率83. 6%，皂素纯度87. 1%。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。
权利要求
1.一种无患子皂素的提取方法，包括以下步骤D对无患子果皮进行提取，得到无患子皂素提取液；2)采用氮气浮选法对无患子皂素提取液进行分离浓缩，得到无患子皂素浓缩液。
2.根据权利要求I所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，步骤I)对无患子果皮进行提取，采取水提取并辅助超声提取的方式进行。
3.根据权利要求2所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，所述水提取果皮与水的质量比为I : 4 I : 12，提取温度为35 60°C，提取时间为60 150min。
4.根据权利要求2或3所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，所述超声提取的超声时间为10 15min。
5.根据权利要求I所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，步骤2)所述氮气浮选法中，采用浮选设备进行无患子皂素提取液的分离浓缩，浮选设备气液的体积流量百分比为60 75%。
6.根据权利要求I或5所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，所述氮气浮选法中，浮选温度35 40°C。
7.根据权利要求I 6任意一项所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，在步骤 I)之前，还包括对无患子果皮进行湿磨的步骤。
8.根据权利要求7所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，所述对无患子果皮进行湿磨的步骤，是采用盘磨设备对无患子果皮进行加水湿磨，果皮浓度20 33%，筛孔孔径 ￠) 2 7mm。
9.根据权利要求I 8任意一项所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，在步骤I)之后，还包括对提取液进行过滤的步骤。
10.根据权利要求9所述的无患子皂素的提取方法，其特征在于，所述对提取液进行过滤的步骤，滤渣水分含量小于40%。
全文摘要
本发明涉及一种无患子皂素的提取方法，包括的步骤有1)对无患子果皮进行提取，得到无患子皂素提取液；2)采用氮气浮选法对无患子皂素提取液进行分离浓缩，得到无患子皂素浓缩液。所述方法提取时间短，效率高，不使用任何有机溶剂，用水量少；从空气中分离出的氮气既可有效保护产品皂素的质量，又不存在废气污染环境的问题。
文档编号C07J63/00GK102603855SQ201110382069
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者叶菁, 朱莉伟, 菅红磊, 蒋建新, 赵丹青, 陈清英 申请人:北京林业大学, 福建三青生态农林发展有限公司