藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提方法及裝置的製作方法

2023-11-01 03:13:02 2

專利名稱：藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物工程下遊技術中的藥用植物有效成份的提浸方法及裝置，特別涉及藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提方法及裝置。
已經發現的藥用植物大約有5000餘種，它們含有的有效成分在人類同各種疾病的鬥爭中起著重要的作用。目前，藥用植物有效成份的提取過程為原料粉碎→提取→液／固分離→清液(固體殘渣返回提取或棄去)→減壓蒸餾→膏狀粗產品(有機溶劑循環使用或水溶液棄去)→分離純化→醫藥產品，其中提取和分離純化是兩個最關鍵的步驟。由於粗產品的分離純化處理量較小，採用分級沉澱、柱沉析分離目前仍然是主要方法，因而提取就成了提高整個工藝流程回收率、降低經濟成本的關鍵。
藥用植物有效成份包括多糖類、黃酮類、萜類、甾體類、生物鹼及酚性成份等，其提取方法各不相同。藥用植物中的多糖類產物提取時，採用沸水或醇回流攪拌提取，粗提物再用石油醚等脫脂，最後用沉澱法分離，沉澱方法有分級沉澱、鉛鹽沉澱、季銨鹽沉澱等，比如，東北雷公藤多糖、苦丁茶糖甙、海藻多糖的提取用前述方法，其缺點是提取溫度高(一般為80-100℃)、提取時間長、雜質成份溶出多等。植物中黃酮類化合物的提取，採用乙醇等加熱抽提或冷浸，黃酮甙類採用鹼提取酸沉澱進行提取，如從槐米花中提取黃酮甙，一般用pH=8-9的80℃左右熱水抽提提取蘆丁。植物中生物鹼的提取，一般根據不同的目標產物分別採用有機溶劑、酸性、中性或弱鹼性水溶液提取，揮發性成份採用水蒸氣蒸餾。植物中萜類化合物一般採用溶劑回流提取。植物中甾體類藥物，如強心甙，酚性成份，如香豆素等的提取過程亦類似。
總之，目前用於藥用植物有效成份提取的方法主要有煎煮法、滲濾法、水蒸汽蒸餾法，有機溶劑提取法(冷浸法、回流提取法)、超臨界流體提取等。水蒸氣蒸餾提取主要用於植物揮髮油的提取，如廈門產青蒿經水蒸汽蒸餾，脫水得淡黃色油狀液體，產率0．2％-0．5％(見屠呦呦等。藥學學報，1981，16(5)366．)。有機溶劑浸提法是目前廣泛使用的藥用植物有效成份的提取方法。使用的有機溶劑主要包括醇類，如甲醇、乙醇等；醚類，如乙醚、石油醚等；烷類，如正己烷、環己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、汽油等。如Vonwiller等用乾燥的青蒿莖及葉為原料，在室溫下用甲醇提取，機械攪拌24h後，過濾，濾液減壓蒸餾去除甲醇，將粘稠的黑色濃縮物溶解在乙醚-水溶液中，用乙醚提取2次，乙醚提取液加碳酸鈉溶液提取，鹼性提取物在冰水中冷卻後用濃鹽酸調至pH=1，在室溫下再用乙醚提取3次，提取物用無水硫酸鈉脫水，減壓蒸發至幹，濃縮物用含本磺酸的甲醇液溶解，攪拌反應3天，可同時提取得到青蒿素和青蒿酸(Vonwiller S C，et al．Planta Med．，1993，59562)。Klayman等將從中國引種在美國生長的青蒿破碎後，以低沸點溶劑提取，低沸點溶劑可為二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、丙酮、石油醚(30℃-60℃)等，結果表明石油醚提取效果最好。幹青蒿用沸騰的石油醚提取48h，減壓蒸發得到的黑色糖漿狀物，再用三氯甲烷溶解，並同時加入乙腈幫助去掉其中的蠟狀物。去掉不溶物後，過濾，減壓蒸發得到膏狀青蒿素粗品(Klayman D L．Science，1985，2281049)。
葛發歡等對黃花蒿化學成份進行CO2萃取提取的研究表明，青蒿素超臨界CO2萃取的提取率較傳統工業生產中的溶劑法(汽油及稀乙醇)提高11％-59％，較傳統汽油法提高2倍以上，提取時間大大縮短，成本降低，控制不同溫度、壓力、時間，還可得到十八醇等成份(葛發歡，等。中藥材，1994，17(8)31；葛發歡，等。中藥材，1995，18(6)316)。
眾所周知，從藥用植物中提取藥用有效成份的首要條件是被提取物能夠快速、高效地進入提取介質，提取介質包括水溶液和有機溶劑等。由於藥用植物的有效成份大多存在於細胞胞內，提取過程中一般需要將細胞破碎。化學破碎方法由於其過程中伴有化學反應，容易造成被提取物結構性質等變化而失去活性，機械破碎方法又難於將細胞有效破碎，而破碎不好又直接造成植物類天然藥用成份在提取介質中擴散緩慢，增加提取時間，影響整個過程收率，增加成本，並影響所得產品的質量。
目前，人們已開始將超聲波用於藥用植物有效成份提取工藝中，比如從大黃中提取蒽醌類成份(郭孝武等，陝西師範大學學報，1991，19(3)，89-90)；從黃連根莖中提取黃連素(郭孝武等，中國中藥雜誌，1995，20(11)，673-675)，從槐米中提取芸香甙(郭孝武等，陝西師範大學學報，1996，24(1)，50-52)，從黃連中提取小檗鹼(郭孝武等，陝西師範大學學報，1997，25(1)，47-49)，均提到了將超聲波用於藥用植物有效成分的提取工藝中，並取得較滿意效果。超聲波用於海藻破碎提取海洋生物活性物質亦取得了較好的效果，如超聲波用於鹽藻破碎提取胡蘿蔔素(路德明等，青島海洋大學學報，1992，22(3)，18-22)；在採用化學及機械破碎方法均不能從龍鬚藻中獲得理想的藻膽體時，採用超聲波提取得到了完整的藻膽體，而且效果較好(路德明等，應用聲學，1997，16(1)，47-48)。然而，上述提取方法均是實驗室小規模靜態間歇式提取。
綜上所述，雖然植物有效成份的提取已有一些方法可供選擇，但往往存在如下缺點(1)提取溫度高，可能破壞被提取物的生物活性；(2)由於過程傳質推動力小，原料顆粒表面提取介質形成的液膜不能及時更新，提取時間長，其它雜質溶出同時也較多；(3)細胞及原料不能有效破碎，細胞內產物不能有效釋放，提取回收率低；(4)有機揮發性提取介質消耗高等，造成提取成本增高；(5)提取裝置均為間歇式操作，單位時間和單位體積處理能力低等。由於上述問題直接影響到藥用植物的利用率，影響最終產品的成本及質量，限制了藥用植物有效成份的廣泛應用。近年來，雖有利用超聲破碎提取的研究，但均為實驗室幾毫升至幾十毫升小規模的提取，且均為間歇操作，並且至今尚無高效、易於放大的提取設備可供使用。實驗室中採用將超聲波探頭直接放入裝有提取料液的容器內，超聲波作用使植物細胞破碎。但這種直接將超聲波探頭放入裝有提取料液的容器內的超聲提取方法和裝置存在下述缺點由於是在靜止介質中，超聲波的傳輸慢、強度的衰減快，超聲場作用範圍很小，靠近超聲探頭的地方原料破碎時間過長，而較遠的地方無法得到超聲破碎，造成超聲波有效利用率低，破碎程度均一性差，難於工程放大，從而限制了超聲提取工藝的推廣應用。
本發明目的在於解決現有的藥用植物有效成份提取工藝中存在的缺陷提取溫度高、提取時間長、收率低、提取介質消耗高以及目前實驗室中使用的超聲波提取為靜態間歇提取，存在超聲場作用範圍小，有效利用率低，難於工程放大等問題，而提供一種利用機械攪拌循環超聲提取的方法，強化細胞破碎、原料顆粒破碎、原料顆粒表面液膜快速更新，大大降低提取過程中的各種傳質阻力，增加原料顆粒破碎均勻性以及目標產物在提取介質中擴散、傳遞、分布的均勻性，同時解決現有提取設備難於工程放大的難題，而提供一種可供工業化生產使用，且能連續化操作的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提方法及裝置。
本發明的實施方案如下本發明提供的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提方法，其工藝步驟如下1．將藥用植物原料粉碎成20目-80目的顆粒料；2．將藥用植物顆粒料和揮發性或非揮發性提取介質分別加入提取裝置內形成原料提取液；3．將原料提取液在機械攪拌的情況下循環流經超聲場，進行循環超聲破碎提取，其攪拌速度為400-900rpm，攪拌時間為10-90分鐘，超聲場中的超聲強度為60-600w
4．去除固體原料殘渣，減壓蒸餾回收提取介質，得到藥用植物有效成份粗產品；5．再將藥用植物有效成份粗產品進行分離純化，即得到藥用植物有效成分產品。
該方法適用於從藥用陸地植物、海洋植物及生物反應器培養的植物細胞、組織和器官等提取各種天然藥用成份。針對不同的提取介質，分別採用揮發性(如石油醚等)和非揮發性(如水溶液等)介質，進行循環超聲破碎浸提各種藥用成份，本發明具有下述優點在提取過程中，採用機械攪拌循環方法使被提取原料液不斷循環流動，保證藥用植物有效成份在提取介質中的快速、均勻分散，從而增加有效成份從固體原料到液體提取介質間的推動力，縮短提取時間。
採用超聲波強化固體原料顆粒及植物細胞的有效破碎，通過浸提介質的循環流動使整個反應器內的介質不斷循環流過超聲場，提高超聲場利用效率，降低超聲發生器功率，提取溫度明顯降低，而且可以調節。循環超聲攪拌提取的方法不僅強化細胞破碎、原料顆粒破碎、增加目標產物在提取介質中擴散、傳遞、分布的均勻性，同時解決難於工程放大的問題；而且與常規提取方法比較，不僅提取產物中雜質較少，而且還可以降低溶劑消耗。
適用於本發明方法的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提裝置，其特徵在於主要包括塔體、中心管、超聲波發生器和攪拌控制裝置，管壁上帶有微循環孔的中心管同心地位於塔體之中，中心管上、下端分別與塔體上、下端留有環隙，超聲波發生器的超聲波探頭從塔體底端伸進並位於中心管內，由攪拌控制裝置控制的推進式攪拌槳由塔體上端伸入並位於中心管內，塔體上部一側進料口上安裝帶密封蓋的液、固進料鬥，塔體上部另一側上設有出料口；本發明的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置還包括溫度控制儀，溫度控制儀的溫度探頭和加熱管位於塔體中，為了防止提取介質揮發和促進提取介質回流，還可於液、固進料鬥的鬥頸上套有冷凝管，冷凝管上、下端分別設有冷凝水出口和冷凝水進口；中心管支架將中心管同心地固定在塔體中；使用時，將經粉碎的藥用植物固體顆粒原料和提取介質分別由液、固進料鬥經進料口加入塔體內，開動攪拌控制裝置帶動推進式攪拌槳推動提取料液沿中心管向下流動，再分別由中心管與塔底的環隙中流出，轉換方向，沿塔體與中心管之間的空隙向上流動，再由推進式攪拌槳推動沿中心管向下形成循環流動，達到超聲破碎提取的目的。如果需要多級連續破碎提取，可將多個本發明的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置串聯使用，相鄰兩級裝置之間設置高度差，固液混合料液從上一級裝置出料口流入下一級裝置的進料口，便可實現多級連續超聲破碎提取。
下面結合附圖及實施例進一步描述本發明附

圖1本發明方法的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置結構示意圖，其中液、固進料鬥1 冷凝管2溫度探頭3溫度控制儀4 加熱管5支架6超聲波發生器7 超聲波探頭8微循環孔9中心管10 出料11 推進式攪拌槳12攪拌控制裝置13密封蓋14 進料口15塔體16冷凝水進口17 冷凝水出18。
圖1為本發明方法的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置結構示意圖，由圖可知，該裝置主要包括塔體16、中心管10、超聲波發生器7和攪拌控制裝置13，管壁上設有微循環孔9的中心管10同心地位於塔體16之中，中心管10上、下端分別與塔體16上、下端留有環隙，超聲波發生器7的超聲波探頭8從塔體16底端伸進中心管10內，攪拌控制裝置13控制的推進式攪拌槳12由塔體16上端伸進並位於中心管10內，塔體16上部一側進料口15上安裝帶密封蓋14的液、固進料鬥1，塔體16上部另一側上設有出料口11；本發明的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置還包括溫度控制儀4，溫度控制儀4的溫度探頭3和加熱管5位於塔體16中，為了防止提取介質揮發和促進提取介質回流，還可於液、固進料鬥1的鬥頸上套有冷凝管2，冷凝管上、下端分別設有冷凝水出口18和冷凝水進口17，中心管支架6將中心管10同心地固定在塔體16中。使用時，將經粉碎的藥用植物固體顆粒原料和提取介質分別由液、固進料鬥1經進料口15加入塔體16內，開動攪拌控制裝置13帶動推進式攪拌槳12推動提取料液沿中心管10向下流動，再分別由中心管10與塔底的環隙中流出，轉換方向，沿塔體16與中心管10之間的環隙向上流動，再由推進式攪拌槳12推動沿中心管10向下形成循環流動，而達到循環超聲破碎提取的目的。如果需進行多級連續破碎提取，可將多個本發明的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置串聯使用，相鄰兩級裝置之間設有高度差，提取料液從上一級裝置的出料11流入下一級裝置進料口15，便可實現多級連續破碎提取。
實施例1用本發明提供的方法及裝置，從幹青蒿葉中提取青蒿素，其具體方法步驟為1．將幹青蒿葉粉碎成40目的顆粒料；2．取該40目的顆粒料20克和揮發性提取介質石油醚(30-60℃)600毫升分別加入分發明的本發明的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置內，形成原料提取液；
3．將原料提取液在機械攪拌下循環流經超聲場，有效地對被提取原料液進行超聲破碎，即將顆粒料和揮發性提取介質石油醚由液、固進料鬥1經進料口15加入塔體16內，開動攪拌控制裝置13帶動推進式攪拌槳12(攪拌速度為700rpm，攪拌時間為60分鐘)，推動提取料液沿中心管10向下流動，再分別由中心管10與塔底的環隙中流出，轉換方向，沿塔體16與中心管10之間的環隙向上流動，再由推進式攪拌槳12推動沿中心管10向下形成循環流動，而達到超聲破碎提取的目的，本實施例中，溫度控制儀4通過加熱管5和溫度探頭3控制提取溫度在50℃左右，超聲波發生器7的超聲探頭8的超聲強度為60W，單次超聲時間為60分鐘，本實施例還可將多個循環超聲破碎浸提裝置串聯使用，相鄰兩級裝置之間設有高度差，提取料液從上一級裝置的出料口11流入下一級裝置進料口15，便可實現多級連續破碎提取。用紫外分光光度法測定用本發明的提取方法和裝置進行提取青蒿素的回收率達83％，而無超聲攪拌提取僅為46％，索氏提取僅為28％，室溫冷浸提取僅為18％。
4．去除固體原料殘渣，回收石油醚，得到青蒿素粗產品；5．再將青蒿素粗產品進行分離純化，即得到藥用青蒿素產品。
實施例2用本發明提供的方法及裝置，從幹青蒿葉中提取青蒿素，其具體方法步驟同實施例1，所不同的是，將幹青蒿葉磨碎成60目20克，和揮發性提取介質石油醚(30-60℃)600毫升混合，在40℃下，推進式攪拌槳的攪拌速度為400rpm，攪拌時間20分鐘，超聲波探頭的超聲強度為400W，超聲波作用20分鐘。高效液相色譜法(HPLC)測定，用本發明的提取方法和裝置進行提取的青蒿素回收率達80％，而無超聲攪拌提取僅為42％，索氏提取僅為26％，室溫冷浸提取僅為16％。
實施例3用本發明提供的方法及裝置，從鼠尾藻中提取海藻多糖，其具體方法步驟為1．將鼠尾藻粉碎成80目的顆粒料；2．取該80目的顆粒料20克和非揮發性提取介質水(pH=6)400毫升分別加入本發明的藥用植物有效成分的循環超聲破碎浸提裝置內，形成原料提取液；3．將該原料提取液在機械攪拌下循環流經超聲場，有效地對原料提取液進行超聲破碎，即將顆粒料和非揮發性提取介質水由液、固進料鬥1經進料口15加入塔體16內，開動攪拌控制裝置13帶動推進式攪拌槳12(攪拌速度為800rpm，攪拌時間為30分鐘)，推動提取料液沿中心管10向下流動，再分別由中心管10與塔底的間隙中流出，轉換方向，沿塔體16與中心管10之間的空隙向上流動，再由推進式攪拌槳12推動沿中心管10向下形成循環流動，而達到超聲破碎提取的目的，本實施例中，溫度控制儀4通過加熱管5和溫度探頭3控制提取溫度在室溫，超聲波發生器7的超聲探頭8的超聲強度為100W，單次超聲時間為30分鐘，本實施例還可將多個循環超聲破碎浸提裝置串聯使用，相鄰兩級裝置之間設有高度差，提取料液從上一級裝置的出料口11流入下一級裝置進料口15，便可實現多級連續破碎提取。使用本發明，其多糖提取率達1．86％，與20克80目鼠尾藻粉加入400毫升水(pH=6．0)在80℃攪拌條件下(無超聲波破碎)，提取5小時的提取率1．76％相比略高。
4．去除固體原料殘渣，清液用乙醇沉澱，得到海藻多糖粗產品；5．再將海藻多糖粗產品進行分離純化，即得到藥用海藻多糖。
實施例4同實施例3，將烘乾的10克20目鼠尾藻加入400毫升水(pH=6．0)加入提取裝置，進行提取，其超聲場的超聲強度為600W，超聲波探頭在室溫下連續作用10分鐘，攪拌控制裝置控制攪拌速度為900rpm，攪拌時間為10分鐘，使用本發明，其多糖提取率達2．90％，與10克20目鼠尾藻粉加入400毫升水(pH=6．0)在100℃攪拌條件下(無超聲波破碎)，提取4小時的提取率2．75％相比略高。
權利要求
1．一種藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提方法，其工藝步驟如下1．將藥用植物原料粉碎成20目-80目的顆粒料；2．將藥用植物顆粒料和提取介質分別加入提取裝置內形成原料提取液；3．將原料提取液在機械攪拌的情況下循環流經超聲場，進行循環超聲破碎提取，其攪拌速度為400-900rpm，攪拌時間為10-90分鐘，超聲場中的超聲強度為60-600w；4．去除固體原料殘渣，減壓蒸餾回收提取介質，得到藥用植物有效成份粗產品；5．再將藥用植物有效成份粗產品進行分離純化，即得到藥用植物有效成分產品。
2．一種權利要求1所述方法的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提裝置，其特徵在於主要包括塔體、中心管、超聲波發生器和攪拌控制裝置，管壁上帶有微循環孔的中心管同心地位於塔體之中，中心管上、下端分別與塔體上、下端留有環隙，超聲波發生器的超聲波探頭從塔體底端伸進並位於中心管內，由攪拌控制裝置控制的推進式攪拌槳由塔體上端伸入並位於中心管內，塔體上部一側進料口上安裝帶密封蓋的液、固進料鬥，塔體上部另一側上設有出料口。
3．按權利要求2所述的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提裝置，其特徵在於還包括溫度控制儀，溫度控制儀的溫度探頭和加熱管位於塔體中。
4，按權利要求2所述的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提裝置，其特徵在於還可於液、固進料鬥的鬥頸上套有冷凝管，冷凝管上、下端分別設有冷凝水出口和冷凝水進口。
5．按權利要求2所述的藥用植物有效成份的循環超聲破碎浸提裝置，其特徵在於支架將中心管同心地固定在塔體中。
全文摘要
本發明涉及藥用植物有效成分的浸提方法及裝置;將粉碎的藥用植物顆粒和提取介質加入提取裝置內,在機械攪拌的情況下循環流經超聲場,進行循環超聲破碎提取,其裝置包括塔體、中心管、超聲波發生器和攪拌控制裝置,中心管同心地位於塔體之中,超聲波發生器的超聲波探頭從塔體底端位於中心管內,攪拌控制裝置控制的推進式攪拌槳由塔體上端位於中心管內,該方法及裝置簡單易操作,填補本領域無高效、易放大的浸提方法及裝置的空白。
文檔編號B01D11/02GK1289627SQ99119748
公開日2001年4月4日 申請日期1999年9月29日 優先權日1999年9月29日
發明者趙兵, 王玉春, 歐陽藩, 閉靜秀 申請人:中國科學院化工冶金研究所