CN109111364A - 一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法 - Google Patents
一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法。(1)将烟草废料烘干，粉碎，过筛；(2)将粉碎后的烟草废料置于溶剂中，静置，微波处理，然后高压脉冲电场处理，然后用盐酸溶液调节PH，超声波提取，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，向滤液加入保护剂，冰箱中冷藏，除去底层沉淀，旋转蒸发回收丙酮并浓缩，离心分离取上清液；(3)将大孔吸附树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，吸附完毕后用乙醇水溶液洗脱，收集洗脱液；(4)将上述制得的洗脱液旋转蒸发回收乙醇并浓缩，然后放入冰箱中冷冻，再放入冷冻干燥机中干燥，即得绿原酸粗品。本发明方法绿原酸提取率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种绿原酸的提取方法，具体涉及一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法。
背景技术
绿原酸(Chlorogenis Acid)又称咖啡单宁，是植物在有氧呼吸过程中合成的一种苯丙素类化合物。现代药理研究表明，绿原酸是一种重要的生理活性物质，有“植物黄金”之美誉。它不仅具有抗菌、抗病毒、保肝利胆、降血压、降血脂、清除自由基及兴奋中枢神经系统等多种功能，而且对大肠癌、肝癌和喉癌有显著的抑制作用，被认为是癌症的有效防护剂。研究认为，绿原酸将有希望成为抗艾滋病毒(HIV)的先导药物。现代科学对绿原酸生物活性的研究已深到食品、医药、保健和日用化工等领域。
我国是烟草大国,种植面积和产量均居世界首位，每年烟叶产量450-550万吨。烟草种植与产品加工在国民经济中发挥着重要的作用。目前国内外种植的烟草主要用作卷烟。由于地理环境、种植技术等原因，每年都有一定数量的低等级的烟叶不能用于卷烟生产，同时卷烟生产过程中也不可避免产生一些下脚料，烟草工业每年都有大量的烟末、霉变烟草、低次烟草等作为废弃物被扔掉，既浪费资源又污染环境。烟草废料的有效成分提取是其综合利用途径之一，烟草废料中含有大量的多酚类物质，其中含量最高的为绿原酸，因此有必要将其浸提出来。
绿原酸等多酚类物质在植物中普遍存在，传统工艺大多是从金银花、杜仲叶中提取，从烟草废料中提取还很少报道，利用高压脉冲电场结合微波、超声波从烟草废料中提取绿原酸更是未见报道。因此，本发明公开了一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，为烟草废料的综合利用开辟了一条新的途径。
发明内容
本发明的目的在于一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，本发明方法操作简单，提取率高，提取时间短，且被提取活性物质不被破坏。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将烟草废料在50-60℃下烘干，粉碎，过20-40目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于相当于烟草废料重量10-15倍的溶剂中，静置1-2h，微波处理2-3次，每次20-30s，然后高压脉冲电场处理1-3ms，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为5-6，超声波提取20-30min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，向滤液加入相当于烟草废料质量0.2-0.3％的保护剂，置于2-5℃冰箱中冷藏24-48h，除去底层沉淀，旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/3-1/2，离心分离取上清液；
(3)将大孔吸附树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶6-8，吸附完毕后用体积分数为40-60％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为3-6BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的3/5-4/5，然后放入-50～-65℃冰箱中冷冻30-50min，再放入冷冻干燥机中干燥24-48h，即得绿原酸粗品。
进一步地，所述溶剂为丙酮和水组成的溶液，其中丙酮与水的体积比为1:1-2。
进一步地，所述溶剂中还添加有非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂的添加量为溶剂质量的1-3％，所述非离子表面活性剂为支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚中的一种。
进一步地，所述高压脉冲电场的场强为25-40kV/cm，脉冲频率为400-600pps。
进一步地，所述微波的功率为200-300W，频率为10-20GHz。
进一步地，所述超声波的功率为300-400W，频率为30-40KHz。
进一步地，所述保护剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠中的一种。
进一步地，所述旋转蒸发的温度为40-50℃。
进一步地，所述大孔吸附树脂为美国安伯莱特XAD-16大孔树脂。
本发明所达到的有益效果是：
(1)本发明在浸提过程中高压脉冲电场结合微波、超声波，可以高效快速击碎烟草废料的细胞壁，最大化使细胞内有效成分释放渗透到溶液中，显著提高绿原酸的提取率；
(2)本发明提取过程中加入了保护剂以防止绿原酸氧化，本发明在提取溶剂中加入了非离子表面活性剂，可以提高溶剂对绿原酸的亲和力，加入保护剂和非离子表面活性剂均提高了绿原酸的提取率；
(3)本发明方法操作简单，提取率高，提取时间短，且被提取活性物质不被破坏。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将100g烟草废料在50℃下烘干，粉碎，过20目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于560mL丙酮和560mL水混合组成的溶剂中，并加入12g支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚，充分搅拌均匀后静置1h，在功率为200W，频率为10GHz的微波下处理2次，每次30s，然后在场强为25kV/cm，脉冲频率为400pps的高压脉冲电场下处理1ms，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为5，在功率为300W，频率为30KHz的超声波下提取30min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，向滤液加入0.2g亚硫酸氢钠，置于2℃冰箱中冷藏24h，除去底层沉淀，在40℃下旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/3，离心分离取上清液；
(3)将美国安伯莱特XAD-16大孔树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶6，吸附完毕后用体积分数为40％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为3BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液在40℃下旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的3/5，然后放入-50℃冰箱中冷冻50min，再放入冷冻干燥机中干燥24h，即得绿原酸粗品4.35g。
实施例2
一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将100g烟草废料在55℃下烘干，粉碎，过30目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于524mL丙酮和786mL水混合组成的溶剂中，并加入24g12-14碳伯醇聚氧乙烯醚，充分搅拌均匀后静置1.5h，在功率为250W，频率为15GHz的微波下处理3次，每次25s，然后在场强为32kV/cm，脉冲频率为500pps的高压脉冲电场下处理2ms，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为5.5，在功率为350W，频率为35KHz的超声波下提取25min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，向滤液加入0.25g焦亚硫酸钠，置于3℃冰箱中冷藏36h，除去底层沉淀，在45℃下旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/3，离心分离取上清液；
(3)将美国安伯莱特XAD-16大孔树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶7，吸附完毕后用体积分数为50％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为4BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液在45℃下旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的3/5，然后放入-60℃冰箱中冷冻40min，再放入冷冻干燥机中干燥36h，即得绿原酸粗品4.51g。
实施例3
一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将烟草废料在60℃下烘干，粉碎，过40目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于置于538mL丙酮和1076mL水混合组成的溶剂中，并加入42g脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚，充分搅拌均匀后静置2h，在功率为300W，频率为20GHz的微波下处理3次，每次20s，然后在场强为40kV/cm，脉冲频率为600pps的高压脉冲电场下处理1ms，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为6，在功率为400W，频率为40KHz超声波提取20min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，向滤液加入0.3g％抗坏血酸钠，置于5℃冰箱中冷藏48h，除去底层沉淀，在50℃下旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/2，离心分离取上清液；
(3)将美国安伯莱特XAD-16大孔树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶8，吸附完毕后用体积分数为60％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为6BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液在50℃下旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的4/5，然后放入-65℃冰箱中冷冻30min，再放入冷冻干燥机中干燥48h，即得绿原酸粗品4.42。
对比例1
一种微波结合超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将100g烟草废料在50℃下烘干，粉碎，过20目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于560mL丙酮和560mL水混合组成的溶剂中，充分搅拌均匀后静置1h，在功率为200W，频率为10GHz的微波下处理2次，每次30s，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为5，在功率为300W，频率为30KHz的超声波下提取30min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，滤液置于2℃冰箱中冷藏24h，除去底层沉淀，在40℃下旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/3，离心分离取上清液；
(3)将美国安伯莱特XAD-16大孔树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶6，吸附完毕后用体积分数为40％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为3BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液在40℃下旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的3/5，然后放入-50℃冰箱中冷冻50min，再放入冷冻干燥机中干燥24h，即得绿原酸粗品3.26。
对比例2
一种微波结合超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将100g烟草废料在55℃下烘干，粉碎，过30目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于524mL丙酮和786mL水混合组成的溶剂中，充分搅拌均匀后静置1.5h，在功率为250W，频率为15GHz的微波下处理3次，每次25s，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为5.5，在功率为350W，频率为35KHz的超声波下提取25min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，滤液置于3℃冰箱中冷藏36h，除去底层沉淀，在45℃下旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/3，离心分离取上清液；
(3)将美国安伯莱特XAD-16大孔树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶7，吸附完毕后用体积分数为50％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为4BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液在45℃下旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的3/5，然后放入-60℃冰箱中冷冻40min，再放入冷冻干燥机中干燥36h，即得绿原酸粗品3.58g。
对比例3
一种微波结合超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，包括如下步骤：
(1)将烟草废料在60℃下烘干，粉碎，过40目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于置于538mL丙酮和1076mL水混合组成的溶剂中，充分搅拌均匀后静置2h，在功率为300W，频率为20GHz的微波下处理3次，每次20s，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为6，在功率为400W，频率为40KHz超声波提取20min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，滤液置于5℃冰箱中冷藏48h，除去底层沉淀，在50℃下旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/2，离心分离取上清液；
(3)将美国安伯莱特XAD-16大孔树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶8，吸附完毕后用体积分数为60％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为6BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液在50℃下旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的4/5，然后放入-65℃冰箱中冷冻30min，再放入冷冻干燥机中干燥48h，即得绿原酸粗品3.41g。
对实施例1-3和对比例1-3绿原酸提取率进行测定：
1.绿原酸粗品中绿原酸含量测定方法
取2mL浓缩前洗脱液,用0.45μm滤膜过滤,取0.2mL滤液,置于10mL容量瓶中,用无水甲醇稀释并定容,摇匀。取样进行反相高效液相色谱法(RP-HPLC)测定。采用与标准品比较保留时间法定性,外标法定量,分析条件为:色谱柱:AgilentEclipseXDB-C18(4.6mm×150mm,5μm)；柱温:室温；流动相:乙腈∶2％乙酸(体积比13∶87),1mL/min；检测波长:328nm；进样量:20μL。
2.绿原酸提取率计算方法
绿原酸提取率＝提取物中的绿原酸质量/烟草废料质量×100％＝绿原酸粗品质量×绿原酸粗品中绿原酸含量/烟草废料质量×100％
3.结果
表1
由上表可知，与微波结合超声波提取烟草废料中绿原酸的方法相比较，本发明的高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法可以明显提高绿原酸的提取率。这是有以下两个原因：(1)与微波结合超声波相比较，高压脉冲电场结合微波、超声波具有更强的穿透力，可以高效快速击碎烟草废料的细胞壁，最大化使细胞内有效成分释放渗透到溶液中，从而提高绿原酸的提取率；(2)加入了保护剂以防止绿原酸氧化，还加入非离子表面活性剂，可以提高溶剂对绿原酸的亲和力，从而提高了绿原酸的提取率。因此，采用高压脉冲电场结合微波、超声波是提取烟草废料中绿原酸的较好办法。
上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。
Claims (9)
1.一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将烟草废料在50-60℃下烘干，粉碎，过20-40目筛；
(2)将粉碎后的烟草废料置于相当于烟草废料重量10-15倍的溶剂中，静置1-2h，微波处理2-3次，每次20-30s，然后高压脉冲电场处理1-3ms，然后用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液调节PH为5-6，超声波提取20-30min，抽滤，收集滤液，滤渣再重复上述步骤提取一次，抽滤，合并两次滤液，弃去滤渣，向滤液加入相当于烟草废料质量0.2-0.3％的保护剂，置于2-5℃冰箱中冷藏24-48h，除去底层沉淀，旋转蒸发回收丙酮并浓缩至原来体积的1/3-1/2，离心分离取上清液；
(3)将大孔吸附树脂湿法装柱后加入上清液进行吸附，柱径与树脂高之比为1∶6-8，吸附完毕后用体积分数为40-60％的乙醇水溶液进行洗脱，调节流速为3-6BV/h，收集洗脱液；
(4)将上述制得的洗脱液旋转蒸发回收乙醇并浓缩至原来体积的3/5-4/5，然后放入-50～-65℃冰箱中冷冻30-50min，再放入冷冻干燥机中干燥24-48h，即得绿原酸粗品。
2.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮和水组成的溶液，其中丙酮与水的体积比为1:1-2。
3.根据权利要求2所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述溶剂中还添加有非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂的添加量为溶剂质量的1-3％，所述非离子表面活性剂为支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述高压脉冲电场的场强为25-40kV/cm，脉冲频率为400-600pps。
5.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述微波的功率为200-300W，频率为10-20GHz。
6.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述超声波的功率为300-400W，频率为30-40KHz。
7.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述保护剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述旋转蒸发的温度为40-50℃。
9.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电场结合微波、超声波提取烟草废料中绿原酸的方法，其特征在于，所述大孔吸附树脂为美国安伯莱特XAD-16大孔树脂。
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