《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》是中國農業大學和晨光生物科技集團股份有限公司於2010年5月31日申請的專利，該專利的公布號為CN101905090A，授權公布日為2010年12月8日，發明人是廖小軍、盧慶國、徐貞貞、連運河。
《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》公開了一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法，其將含有極性或中極性植物源天然產物的植物源物質破碎後加入水，在40-90℃下，升壓至5-50兆帕，循環通入高壓二氧化碳處理1-60分鐘。該發明的方法能夠用於極性天然產物如花青素的提取，也可用於其他極性和中極性天然產物提取。
2018年12月20日，《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名： 一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法
- 公告號：CN101905090A
- 授權日：2010年12月8日
- 申請號：2010101955079
- 申請日：2010年5月31日
- 申請人：中國農業大學、晨光生物科技集團股份有限公司
- 地址：北京市海淀區圓明園西路2號
- 發明人：廖小軍、盧慶國、徐貞貞、連運河
- Int.Cl.：B01D11/02(2006.01)I; C07D311/62(2006.01)I; C07G99/00(2009.01)I; C07H1/08(2006.01)I
- 代理機構：北京路浩智慧財產權代理有限公司
- 代理人：王朋飛、張慶敏
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
一般來說，天然產物提取多採用溶劑浸提法，即根據目標物在溶劑中的溶解性，選用對目標物溶解度大、對非目標物不溶解或溶解度小的溶劑，進而選擇性的使目標物從基質內溶出、進入溶劑的方法。溶劑浸提法分為水法和有機溶劑法，由於目標物一般分為親水性和親脂性兩種，有機溶劑法可進一步分為親水有機溶劑法（如乙醇、甲醇、丙酮法）和親脂有機溶劑法（如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷，丙烷、丁烷法）。其中水法雖然安全性較好，但存在低溫時目標物提取耗時長，生產效率低的問題；而高溫時又存在對目標物選擇性差、降解嚴重，能耗高等問題。而有機溶劑法也因有機溶劑殘留而存在食品安全隱患。因此開發高效、安全的天然產物提取方法對有效利用生物資源，保護生態環境，節約能源，降低勞動成本具有重要的意義。
截至2010年5月31日，隨著科研工作者對天然產物研究範圍的擴大和深度的提高、消費者對天然產物生理功能的更多了解和對安全的更高要求及生產者對日益增大的天然產物消費市場的高度重視，諸多提取技術如微波、超音波、高壓脈衝電場、超臨界流體和超高壓等得以開發套用。但是，已有研究發現微波、超音波、高壓脈衝電場技術在提取過程中存在對目標物顯著降解的現象，而超臨界流體技術主要針對天然產物中弱極性和非極性物質，超高壓技術對設備的要求偏高、最低處理壓力為100兆帕，生產成本較大。
發明內容
專利目的
《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》的目的是提供一種天然產物提取的新方法，該方法具有無毒，無害，環保，保證天然產物不降解、不氧化，便於工業化大規模生產，節能、運行成本低的特點。
該方法主要套用於極性和部分中極性植物源天然產物的提取。這些提取產物多套用於農產品加工、食品加工領域。
技術方案
為達到上述目的，《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》的技術方案提供一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法，其是將含有極性或中極性植物源天然產物的植物源物質破碎後加入水，在40-90℃下，升壓至5-50兆帕，循環通入高壓二氧化碳處理1-60分鐘。《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》採用在高壓二氧化碳存在的環境下用水作為溶劑循環處理待提取物，因為採用的溶劑為水，故而安全性有所保證；同時採用高壓二氧化碳體系（High Pressure Carbon Dioxide，HPCD），其中高壓二氧化碳包括分子二氧化碳、碳酸、解離態的氫離子、碳酸氫根離子、碳酸根離子五種形態。提取時高壓二氧化碳以動態的方式存在，形成渦流、剪下和攪拌等多種效應，可以提高目標物的傳質擴散速率、縮短提取時間；並且保證整個提取過程處於高壓、酸性和無氧的環境，有效地解決了提取過程中目標物降解問題；提取完卸壓時，高壓二氧化碳的“爆炸”效應又可以增強對被提取基質細胞結構的破壞，使細胞內物質溶出增多，提高得率。同時，高壓二氧化碳具有殺菌鈍酶的作用，可以鈍化破壞天然產物的內源酶和殺死微生物，從而延長天然產物的貨架期，為後續大規模、連續化分離純化深度加工提供重要保障。所述的提取方法的壓力僅為5-50兆帕，對設備的要求低於超高壓技術，同時它彌補了超臨界流體技術對於極性和部分中極性天然產物提取的不足。故而，《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》提供的提取方法可在保證最終產物活性和安全性的前提下，加快目標物的提取速率、提高得率，從而提高生產效率。
上述提取方法，可用於提取極性或中極性植物源天然產物，如花青素或黃酮或黃酮醇或單寧或多酚或硫代葡萄糖苷等。當然，理化性質與所述物質近似的物質也適用於本提取方法。
上述提取方法，更為優選的溫度為45-85℃。
上述提取方法，更為優選的壓力為6-48兆帕。上述提取方法，更為優選的處理時間為10-50分鐘。上述提取方法可在常規的可循環往復通氣的反應容器中進行，如反應釜、反應罐等，只需要其包括通高壓二氧化碳的進氣口和出氣口，並在出氣口設定有過濾器，並在過濾器後設定有循環管道連通進氣口即可。當然，還需要設定有進料口。
上述提取方法，為了更進一步提高提取效率，可控制所述植物源物質加入水後形成的固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為1∶10-9∶10，優選1∶5-4∶5的體積比。此比值對提取效率有顯著性影響，可以使得率提高15％左右，提取時間縮短40％左右。處理完成後卸壓，待壓力降至常壓時，放出天然產物提取液。
上述提取方法使用完後的高壓二氧化碳可以實現回收利用，可以減少二氧化碳排放，不會去環境造成污染，對環境友好，符合發展“低碳”經濟的要求。
改善效果
1）《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》可用於極性天然產物如花青素的提取，也可用於其他極性和中極性天然產物提取。
2）高壓二氧化碳動態通過固液混合物，形成渦流、剪下和攪拌等多種效應，增加速傳質過程、提高速率、減少時間。
3）高壓二氧化碳的存在保證整個提取過程處於高壓、酸性和無氧的環境，有效地避免天然產物在提取過程中的降解。
4）卸壓過程中，高壓二氧化碳的“爆炸”效應可以增強對被提取基質細胞結構的破壞，減少目標物傳質阻力、提高提取效率。
5）HPCD技術提取天然產物的同時，可對天然產物提取液進行殺菌鈍酶，延長天然產物的貨架期，為大規模、連續化生產提供重要保障。
6）二氧化碳是一種無色、無味、無毒氣體，即使有殘留中也不會造成不良影響，充分保證天然產物的安全性。
7）二氧化碳可以在一次提取過程中循環使用，在多次提取後回收利用，使得HPCD技術成為一種綠色環保加工技術、符合發展“低碳”經濟的要求。
技術領域
《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》涉及一種天然產物的提取方法，特別是涉及一種採用高壓二氧化碳技術（High Pressure Carbon Dioxide，HPCD）提取天然產物的方法。
權利要求
1.一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法，其特徵在於，將含有極性或中極性植物源天然產物的植物源物質破碎後加入水，在40-90℃下，升壓至5-50兆帕，循環通入高壓二氧化碳處理1-60分鐘，所述植物源物質加入水後形成的固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為1∶10-9∶10。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述極性或中極性植物源天然產物為花青素或黃酮或黃酮醇或單寧或多酚或硫代葡萄糖苷。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述溫度為45-85℃。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述壓力為6-48兆帕。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述處理時間為10-50分鐘。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述植物源物質加入水後形成的固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為1∶5-4∶5。
實施方式
以下實施例用於說明《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》，但不用來限制《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》的範圍。
- 實施例1：花青素的提取
將富含天然產物花青素的植物基質如紫甘藍破碎成絲，紫甘藍絲置於尼龍袋中，放入預熱至40℃的HPCD反應釜內，加入水作為提取溶劑，密閉反應釜，進氣口處升壓至15兆帕，二氧化碳通過固液混合物，擴散至反應釜出口，通過出口處過濾器後、經循環管道再次進入進氣口，固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為1∶5，通過固定反應釜體積和紫甘藍固液混合物的體積來控制高壓二氧化碳的體積，動態處理15分鐘後，卸壓，放出花青素提取液。對其進行定量分析、微生物指標測定和顏色評價。
採用pH示差法對花青素得率進行定量分析，相比對照試驗，此法得到的紫甘藍花青素得率提高20％。提取時間縮短50％。採用色差儀進行顏色指數分析，紅值均高於常規對照組。同時，有效降低了提取液的細菌總數。
上述對照試驗是：在常壓下進行與本實施例相同方法的提取：其試驗條件除處理壓力為常壓外，提取時間定義為提取液內花青素含量不變的點，其他試驗條件完全同上述提取試驗。
- 實施例2：花青素的提取
提取溫度為60℃，壓力為5兆帕，固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為4∶5，提取時間為5分鐘，其餘具體操作同實施例1。
此實施例得到的紫甘藍花青素得率同對照試驗相比提高10％。
對照試驗的定義法同實施例1。
- 實施例3：花青素的提取
提取溫度為90℃，壓力為45兆帕，固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為4∶5，提取時間為60分鐘，其餘具體操作同實施例1。
此法得到的紫甘藍花青素得率同對照試驗相比提高8％。
對照試驗的定義法同實施例1。
- 實施例4：黃酮的提取
將富含天然產物黃酮的植物基質如山楂破碎後置於尼龍袋中，提取溫度為70℃，壓力為8兆帕，固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為3∶5，提取時間為20分鐘，其餘具體操作同實施例1。
採用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法對得到的黃酮進行定量分析，相比對照試驗，此法得到的黃酮的得率提高7％左右，提取時間縮短30％左右。
對照試驗的定義法同實施例1。
- 實施例5：黃酮醇的提取
將富含天然產物黃酮醇的植物基質如綠茶破碎後置於尼龍袋中，操作參數同實施例4，其餘操作同實施例1。
採用高效液相色譜法對得到的黃酮醇進行定量分析，相比對照試驗，此法得到的黃酮醇得率同對照試驗相比提高6％。
對照試驗的定義法同實施例1。
- 實施例6：單寧的提取
將富含天然產物單寧的植物基質如葡萄皮破碎後置於尼龍袋中，提操作參數同實施例4，其餘操作同實施例1。
採用鐵氰化鉀分光光度法對得到的單寧進行定量分析，相比對照試驗，此法得到的單寧的得率提高12％左右，提取時間縮短9％左右。
對照試驗的定義法同實施例1。
- 實施例7：多酚類物質的提取
將富含天然產物多酚類物質的植物基質如樹莓破碎後置於尼龍袋中，操作參數同實施例4，其餘操作同實施例1。
採用福林酚法對得到物質中的總酚進行定量分析，相比對照試驗，此法得到的總酚的得率提高10％左右，提取時間縮短40％左右。
對照試驗的定義法同實施例1。
實施例8：硫代葡萄糖苷的提取
將富含天然產物硫代葡萄糖苷的植物基質如花椰菜破碎後置於尼龍袋中，提取溫度為60℃，壓力為7兆帕，固液混合物與高壓二氧化碳的體積比為2∶5，提取時間為15分鐘，其餘具體操作同實施例1。
採用硫酸根離子沉澱法對得到的硫代葡萄糖苷進行定量分析，相比對照試驗，此法得到的硫代葡萄糖苷的得率提高14％左右，提取時間縮短40％左右。
對照試驗的定義法同實施例1。
以上所述僅是《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》的保護範圍。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種極性或中極性植物源天然產物提取的方法》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。
