CN1872863A - 植物单宁的提取方法 - Google Patents
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Abstract
植物单宁的提取方法，涉及植物单宁，尤其是涉及一种高纯植物单宁的提取方法。提供一种工艺流程简单、生产周期短、试剂成本低、得率与纯度高、金属离子残留低的植物单宁的提取方法。将含单宁植物材料经丙酮溶液提取，过滤得滤液；在滤液中加入Yb3+，使得其中的单宁物质与Yb3+形成絮状沉淀，通过离心或过滤收集沉淀，洗涤沉淀物，将沉淀分散到水中形成悬浊液；向悬浊液中加入草酸溶液，经反应交换出沉淀中的Yb3+，使单宁物质溶出，过滤或离心除去草酸镱沉淀得含草酸单宁溶液；向含草酸单宁溶液中加入氢氧化钙溶液，去除单宁溶液中的草酸，过滤或离心除去草酸钙沉淀得单宁溶液，干燥后得高纯度植物单宁产品。
Description
技术领域
本发明涉及植物单宁，尤其是涉及一种高纯植物单宁的提取方法。
背景技术
植物单宁广泛分布于植物的叶、皮、木和果中，是森林资源综合利用的对象之一。其在含量上是仅次于纤维素、半纤维素和木质素的次生代谢物，在红树林植物树皮中含量在20％以上，而许多针叶树皮中含量高达20％～40％。在全世界约3400亿立方米的森林资源中，树皮占10％～15％，树皮中的单宁资源数以亿吨计。目前世界栲胶年产量约为50～60万吨，远不足资源的1％。我国栲胶最高年总产量曾达5.03万吨。由于栲胶国际市场和制革业的变化，国内栲胶生产从20世纪80年代末期开始一路下滑，近10多年来，年产量一直徘徊在2万吨左右，资源利用率极低，产品价值不高。这一局面在很大程度上是由于现行的生产工艺过于单一和粗糙所致。因此，开发植物单宁产品的精细化工艺，进行精细化生产，必将使得该类天然产物的开发利用取得极大的发展，产生巨大的经济和社会效益。
对单宁进行纯化的工艺和方法已有大量的研究，根据开发和应用的目的，所采用的纯化方法包括溶剂萃取法、柱色谱法、超临界萃取法、吸附法及离子沉淀法等。但都存在各自的优缺点。溶剂萃取法难于得到纯度较高的植物单宁产品，且消耗大量的有机溶剂；柱色谱法如通常采用的葡聚糖凝胶LH-20色谱法虽然能够得到纯度较高的植物单宁，但溶剂消耗较大，产品产率极低，该方法仅能用于植物单宁标准物的制备或实验室分析样品的制备；吸附法由于吸附介质难于再生或不能完全再生，导致产品成本偏高；超临界萃取工艺则对设备要求高，一次性投入大，且大规模植物单宁的制备工艺仍然不完善；离子沉淀法纯化植物单宁是通过在一定的pH条件下单宁与金属离子结合形成沉淀并转溶得以实现的，在提取溶液中，单宁与金属离子的结合在一定的酸碱条件下选择性高，产品的纯度相对较好。
国内外主要采用的是以铅盐、铝盐、钙盐等作为单宁的沉淀试剂的离子沉淀法。但由于铅、铝等金属离子有一定的毒性，且在样品中有一定的残留，这或多或少地限制单宁产品的利用；采用钙盐作为沉淀试剂的工艺则需要较高的pH。在已经报道的文献和申请的专利中，该类工艺在生产过程中会产生大量的废酸碱性溶液和金属离子，环保压力大。
本发明所选择的Yb3+在溶液中对单宁物质的选择性优于其他金属离子，有人利用该原理和方法来定量测定植物单宁含量和作为单宁标准物的研究和文献报道(Reed J.D.；Horvath P.J.；Allen M.S.；Van Soest P.J.JOURNAL OF THE SCIENCE OF FOOD AND AGRICULTURE，1985，36：255-261；Giner-Chavez B.I.；Van Soest P.J.；Robertson J.B.；Lascano C.；Reed J.D.；Pell A.N.JOURNAL OFAGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY，1997，74：359-368.)。但前人未能回收昂贵的Yb3+循环利用，未能获得纯的植物单宁产品。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的上述方法中存在的问题，提供一种工艺流程简单、生产周期短、试剂成本低、得率与纯度高、金属离子残留低的植物单宁的提取方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)将含单宁植物材料经丙酮溶液提取，过滤得滤液；
2)在滤液中加入Yb3+，使得其中的单宁物质与Yb3+形成絮状沉淀，通过离心或过滤收集沉淀，并至少5次洗涤沉淀物，将沉淀分散到水中形成悬浊液；
3)向悬浊液中加入草酸溶液至pH值小于1.96，经反应交换出沉淀中的Yb3+，使得单宁物质重新溶出，过滤或离心除去草酸镱沉淀，并得到含草酸的单宁溶液；
4)向含草酸的单宁溶液中加入氢氧化钙溶液，去除单宁溶液中的草酸，过滤或离心除去草酸钙沉淀，得到单宁溶液，干燥后得到高纯度的植物单宁产品；
5)草酸镱经灼烧氧化成三氧化二镱，将其溶解于盐酸溶液中而重新得到氯化镱溶液以循环利用Yb3+，将提取溶剂和洗涤溶剂通过加热回收其中的丙酮。
在步骤1)中，按质量比含单宁植物材料∶丙酮溶液＝1∶(5～20)，丙酮溶液中丙酮与水的比例最好为7∶3，含单宁植物材料可以是新鲜或干燥的。
在步骤2)中，待沉淀的单宁物质与Yb3+的质量比为1∶(1.0～5.0)，最好为1∶(1.5～3.6)。Yb3+由三氧化二镱溶解于1～5mol/L，最好3mol/L的盐酸而获得，或者直接由镱的醋酸盐、氯化物或硫酸盐溶解于水获得。
在步骤2)中，对收集的沉淀物进行洗涤，洗涤溶剂和洗涤要求为7∶3的丙酮/水溶液洗涤至少3次，纯丙酮液洗涤至少2次。
在步骤3)中，向悬浊液中加入草酸溶液的反应时间为45～90min；使得单宁物质重新溶出，过滤或离心除去草酸镱沉淀的酸碱条件为pH值大于7.0，最好pH值为7.0～7.3，调节pH值的物质可以为氨水、三乙醇胺或氢氧化钙溶液等，充分沉淀的时间为30～60min，并得到含草酸的单宁溶液。
在步骤4)中，所述的向含草酸的单宁溶液中加入氢氧化钙溶液，去除单宁溶液中的草酸，过滤或离心除去草酸钙沉淀，溶液的pH为3.5～5.0。若pH值大于5.0，可通过加入草酸溶液回调。
在步骤5)中，草酸镱的灼烧温度为1000℃。所述的盐酸溶液的浓度为1～5mol/L，最好为3mol/L。
所述的单宁样品干燥可采用冷冻干燥或喷雾干燥。
与现有的植物单宁的提取工艺相比，本发明的突出优点在于：
1.本发明利用无毒或低毒的稀有金属离子Yb3+作为提取出的植物单宁的沉淀试剂，且在产品中残留量低，样品中Yb3+的残留量不超过0.0025％。
2.本发明工艺流程简单，生产周期短，制备的单宁产品纯度高：其纯度相当于采用文献报道中公认的葡聚糖凝胶LH-20纯化法得到的单宁纯化物，且产率高，该工艺实用于批量植物单宁的工业制备。
3.本发明所采用的有机溶剂单一，便于该溶剂的回收。
4.本发明通过回收绝大部分的Yb3+和有机溶剂，Yb3+的回收率平均为93.5％，节约了成本和减少了环境压力。
5.本发明生产单宁的废弃物中没有大量有毒物质，且便于后续开发利用。
具体实施方式
以下实施方案对本发明作进一步的说明：
实施例1
新鲜或干燥的植物原料在7∶3的丙酮/水溶液中研磨并提取30min，过滤并洗涤残渣得滤液，向滤液中直接加入定量的Yb3+，通过氨水等弱碱性溶液调节体系酸碱度使得其中的单宁物质在pH7.0～7.3和低于25℃的温度条件下与Yb3+形成絮状沉淀，30～120min后通过离心或过滤收集沉淀，并用7∶3的丙酮溶液洗涤沉淀三次，用纯丙酮洗涤沉淀两次。将沉淀分散到水中形成悬浊液，向悬浊液中加入草酸溶液至pH值低于1.96，充分反应60～120min以交换出沉淀中的Yb3+，使得单宁物质重新溶出，过滤或离心除去草酸镱沉淀，并得到单宁溶液，向溶液中加入氢氧化钙反应掉过量的草酸，60～120min后过滤或离心除去草酸钙沉淀，得到单宁溶液，将溶液冷冻干燥或喷雾干燥得到高纯度的植物单宁产品，草酸镱经1000℃的高温灼烧氧化成三氧化二镱，将其溶解于3mol/L的盐酸溶液中而重新得到氯化镱溶液以循环利用Yb3+，提取溶剂和洗涤溶剂中的丙酮通过加热回收以循环利用。
实施例2
取干燥的木麻黄树皮10g，加入100mL 7∶3的丙酮/水溶液，研磨后常温浸提30min，过滤并洗涤残渣得滤液250mL，加入含0.8g Yb3+的醋酸镱溶液，用氨水调节反应体系的pH值到7.19，4℃下反应45min后离心收集沉淀，用7∶3的丙酮溶液洗涤沉淀三次，用纯丙酮洗涤沉淀两次。将沉淀分散于60mL去离子水中，向悬浊液中滴加0.5mol/L的草酸溶液至体系pH值达到1.89，常温下反应1h后过滤得草酸镱沉淀和含有草酸的单宁溶液。向单宁溶液中加入饱和的氢氧化钙溶液至体系pH值达到4.0，反应1h后过滤得单宁溶液，减压蒸发掉单宁溶液中残留的少量丙酮并冷冻干燥单宁溶液，得1.473g褐色单宁粉末。草酸镱经1000℃的高温灼烧氧化成三氧化二镱，将其溶解于2mol/L的盐酸溶液中而重新得到氯化镱溶液以循环利用Yb3+，提取溶剂和洗涤溶剂中的丙酮通过加热回收以循环利用。
实施例3
取新鲜的台湾相思树树皮20g，加入150mL 7∶3的丙酮/水溶液，研磨后常温浸提30min，过滤并洗涤残渣得滤液300mL，加入含1.0g Yb3+的三氯化镱溶液，用氨水调节反应体系的pH值到7.23，4℃下反应60min后离心收集沉淀，用7∶3的丙酮溶液洗涤沉淀三次，用纯丙酮洗涤沉淀两次。将沉淀分散于80mL去离子水中，向悬浊液中滴加0.5mol/L的草酸溶液至体系pH值达到1.90，常温下反应1h后过滤得草酸镱沉淀和含有少量草酸的单宁溶液。向单宁溶液中加入饱和的氢氧化钙溶液至体系pH值达到4.1，反应1h后过滤得单宁溶液，减压蒸发掉单宁溶液中残留的少量丙酮并冷冻干燥单宁溶液，得2.899g红褐色单宁粉末。与采用葡聚糖凝胶LH-20纯化得到的秋茄胚轴单宁标准物相比，40μg/mL的单宁甲醇溶液在280nm下测定，前者(本发明提取的单宁样品)的吸光度是后者的99.4％；40μg样品用正丁醇—盐酸法的试剂显色后在550nm下测定，前者的吸光度是后者的88.3％；40μg样品用Folin-C法的试剂显色后在750nm下测定，前者的吸光度是后者的98.5％；40μg样品用普鲁士兰法的试剂显色后在700nm下测定，前者的吸光度是后者的110.6％。草酸镱经1000℃的高温灼烧氧化成三氧化二镱，将其溶解于3mol/L的盐酸溶液中而重新得到氯化镱溶液以循环利用Yb3+，提取溶剂和洗涤溶剂中的丙酮通过加热回收以循环利用。
实施例4
取红树植物秋茄的胚轴50g，加入250mL 7∶3的丙酮/水溶液，研磨后常温浸提30min，过滤并洗涤残渣得滤液500mL，加入含1.125g Yb3+的三氯化镱溶液，用氨水调节反应体系的pH值到7.20，常温下反应45min后离心收集沉淀，用7∶3的丙酮溶液洗涤沉淀三次，用纯丙酮洗涤沉淀两次。将沉淀分散于100mL去离子水中，向悬浊液中滴加0.5mol/L的草酸溶液至体系pH值达到1.96，常温下反应1h后过滤得草酸镱沉淀和含有少量草酸的单宁溶液。向单宁溶液中加入饱和的氢氧化钙溶液至体系pH值达到4.0，反应1h后过滤得单宁溶液，减压蒸发掉单宁溶液中残留的少量丙酮并冷冻干燥单宁溶液，得3.282g米黄色单宁粉末。与采用葡聚糖凝胶LH-20纯化得到的秋茄胚轴单宁标准物相比，80μg/mL的单宁甲醇溶液在280nm下测定，前者(本发明提取的单宁样品)的吸光度是后者的99.8％；80μg样品用正丁醇—盐酸法的试剂显色后在550nm下测定，前者的吸光度是后者的112.9％；40μg样品用Folin-C法的试剂显色后在750nm下测定，前者的吸光度是后者的87.8％；40μg样品用普鲁士兰法的试剂显色后在700nm下测定，前者的吸光度是后者的90.9％。草酸镱经1000℃的高温灼烧氧化成三氧化二镱，将其溶解于3mol/L的盐酸溶液中而重新得到氯化镱溶液以循环利用Yb3+，提取溶剂和洗涤溶剂中的丙酮通过加热回收以循环利用。3次Yb3+的平均回收率为93.5％，样品中Yb3+的残留量为0.0024％。
实施例5
取红树植物秋茄树皮15g，加入200mL经回收的7∶3丙酮/水溶液，研磨后常温浸提30min，过滤并洗涤残渣得滤液400mL，加入回收的Yb3+1.125g，用氨水调节反应体系的pH值到7.20，常温下反应45min后离心收集沉淀，用经回收的7∶3丙酮溶液洗涤沉淀3次，用纯丙酮洗涤沉淀两次。将沉淀分散于100mL去离子水中，向悬浊液中滴加0.5mol/L的草酸溶液至体系pH值达到1.95，常温下反应1h后过滤得草酸镱沉淀和含有少量草酸的单宁溶液。向单宁溶液中加入饱和的氢氧化钙溶液至体系pH值达到4.0，反应1h后过滤得单宁溶液，减压蒸发掉单宁溶液中残留的少量丙酮并冷冻干燥单宁溶液，得1.656g红褐色单宁粉末，样品中Yb3+的残留量为0.0016％。与采用葡聚糖凝胶LH-20纯化得到的秋茄树皮单宁标准物相比，80μg/mL的单宁甲醇溶液在280nm下测定，前者(本发明提取的单宁样品)的吸光度是后者的97.1％；80μg样品用正丁醇—盐酸法的试剂显色后在550nm下测定，前者的吸光度是后者的98.7％；40μg样品用Folin-C法的试剂显色后在750nm下测定，前者的吸光度是后者的105.2％；40μg样品用普鲁士兰法的试剂显色后在700nm下测定，前者的吸光度是后者的109.7％。
Claims (10)
1.植物单宁的提取方法，其特征在于其步骤为：
1)将含单宁植物材料经丙酮溶液提取，过滤得滤液；
2)在滤液中加入Yb3+，使得其中的单宁物质与Yb3+形成絮状沉淀，通过离心或过滤收集沉淀，并至少5次洗涤沉淀物，将沉淀分散到水中形成悬浊液；
3)向悬浊液中加入草酸溶液至pH值小于1.96，经反应交换出沉淀中的Yb3+，使得单宁物质重新溶出，过滤或离心除去草酸镱沉淀，并得到含草酸的单宁溶液；
4)向含草酸的单宁溶液中加入氢氧化钙溶液，去除单宁溶液中的草酸，过滤或离心除去草酸钙沉淀，得到单宁溶液，干燥后得到高纯度的植物单宁产品。
2.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤1)中，按质量比含单宁植物材料∶丙酮溶液＝1∶5～20，丙酮溶液中丙酮与水的比例为7∶3。
3.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤2)中，待沉淀的单宁物质与Yb3+的质量比为1∶1.0～5.0。
4.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤2)中，Yb3+由三氧化二镱溶解于1～5mol/L的盐酸而获得，或直接由镱的醋酸盐、氯化物或硫酸盐溶解于水获得。
5.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤2)中，对收集的沉淀物进行洗涤，洗涤溶剂和洗涤要求为7∶3的丙酮/水溶液洗涤至少3次，纯丙酮液洗涤至少2次。
6.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤3)中，向悬浊液中加入草酸溶液的反应时间为45～90min，过滤或离心除去草酸镱沉淀的酸碱条件为pH值大于7.0，调节pH值的物质为氨水、三乙醇胺或氢氧化钙溶液，充分沉淀的时间为30～60min。
7.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤3)中，过滤或离心除去草酸镱沉淀的酸碱条件为pH值为7.0～7.3。
8.如权利要求7所述的植物单宁的提取方法，其特征在于所述的草酸镱经灼烧氧化成三氧化二镱，将其溶解于盐酸溶液中而重新得到氯化镱溶液以循环利用Yb3+，将提取溶剂和洗涤溶剂通过加热回收其中的丙酮。
9.如权利要求1所述的植物单宁的提取方法，其特征在于在步骤4)中，所述的向含草酸的单宁溶液中加入氢氧化钙溶液，去除单宁溶液中的草酸，过滤或离心除去草酸钙沉淀，溶液的pH为3.5～5.0。
10.如权利要求8所述的植物单宁的提取方法，其特征在于草酸镱的灼烧温度为1000℃，所述的盐酸溶液的浓度为1～5mol/L。
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