艾灸学习网讯:一种高选择性萃取北艾精油的方法与流程-比较正规的买球软件

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发布时间:2022-06-10 01:29

本发明涉及天然产物萃取领域,艾灸学习网讯:具体涉及一种工艺简单、选择性高、萃取率高,且易于产业化生产的一种北艾精油萃取方法。



背景技术:

北艾(artemisiavulgarisl.),为菊科蒿属多年生草本植物,与海艾、蕲艾、祁艾合称中国历史上的“四大名艾”。北艾全草药用,有温气血、逐寒湿、止血、温经、安胎等功效。北艾精油含量丰富,是普通艾叶精油含量的两倍以上,具有特殊的芳香气味,其香气成分是传统艾灸的主要功能性成分。北艾精油具有驱蚊作用,同时具有抑菌、杀菌、抗病毒、平喘、镇咳、镇静及抗过敏等作用,在医药产品、消毒剂等日化用品中有着广泛的应用。近年来针对北艾挥发性成分的开发利用有了较快发展,目前市场上的北艾产品主要有艾绒、艾饼、艾条、香包、艾蒿枕、保健腰带、艾蚊香等,多为原料型产品,缺乏精细化加工,其主要原因在于缺乏高效的北艾精油提取技术。

传统的精油提取方法有水蒸气蒸馏法、乙醇回流提取法、超临界co2萃取法、分子蒸馏等。通常用水蒸气蒸馏法提取北艾精油,萃取时间为6h,精油得率为0.4%(张燕,北艾蒿挥发油成分研究[j].广西植物,2006,(01):110-112.);该方法(申请号:201210117605.x、201611178491.4、201710568403.x)”浸泡、回流提取耗时较长(14-25h),且长时间较高温度的提取,提取物香气损失严重,提取率低;“一种艾叶挥发油的提取方法(申请号:201410450639.x)”公布了一种酶发酵结合连续逆流超声提取艾叶挥发油的方法,虽然挥发油得率较高,但操作复杂,发酵过程耗时较长(5-7天),且有机溶剂消耗量大;“一种艾叶精油及其制备方法(申请号:201510792656.6)”公开了一种经环己烷提取、乙醇回流萃取、过硅胶柱等步骤制备艾叶精油的方法,所得挥发油品质较好,但提取过程复杂、溶剂用量大、耗时长(回流2h,浸泡48-72h,提取1-2h);超临界提取艾叶挥发油(申请号:201510878581.3、201610716009.1),虽然具有许多优点,但高达700个大气压(美国专利us5843499)的设备投资和运作,给产业化带来困难;此外,也有利用传统亚临界萃取结合分子蒸馏技术制备艾叶精油的发明专利(申请号:201510752008.8),生产周期为18-20h,分子蒸馏所得产品纯度较高,但设备投入较大,不易实现产业化。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种工艺简单、投入低、效率高、可工业化生产高品质北艾精油的萃取方法。

本发明的技术方案是这样实现的:

一种高选择性萃取北艾精油的方法,包括以下步骤:

步骤一)预处理:在进行萃取之前,将北艾叶原料干燥,然后再粉碎成粒度为40~60目的粉末;

步骤二)萃取:将预处理后的艾叶粉末置于密闭萃取罐中,抽真空直到萃取罐内真空度达到-100kpa,向萃取罐内注入萃取用亚临界丁烷作为萃取溶剂,萃取溶剂将艾叶样品完全浸没,并加入萃取用夹带剂后进行萃取,萃取用夹带剂为疏水性离子液体[c4c10im]cf3so3,夹带量为萃取溶剂体积的0.1~1%;

萃取温度由自动控制器控制,热量来源为置于萃取罐底部的远红外发生装置,萃取罐底部开设有玻璃视窗,使远红外线穿透萃取罐,远红外发生装置功率500~1000w,远红外波长范围25~200μm;

步骤三)脱溶:萃取结束后,将液体溶剂抽进蒸发罐,对萃取罐内的艾叶料渣和液体溶剂分别进行恒温减压脱溶处理,液体溶剂恒温减压脱溶处理后得到北艾精油。

所述的步骤一)中的干燥后艾叶原料的含水量低于8%。

所述的步骤二)中预处理后的艾叶粉末和丁烷的质量体积比为1:5~15g/ml,萃取时间为5~10分钟,温度为25~35℃,压力为0.1~0.35mpa。

所述的步骤二)中所述的萃取用夹带剂可以用[bmim]cl、[ho3s(ch2)4mim]hso4和[c4mim]bf4中的一种或几种替代,夹带量为萃取溶剂体积的0.1~1%。

所述的步骤三)中所述的脱溶温度为25~35℃。

所述的步骤三)中的从艾叶料渣和液体溶剂中蒸发出的丁烷气体,经过冷凝液化后流回溶剂贮存罐,循环使用。

所述的步骤二)中的循环萃取次数为1~3次。

所述的料渣和液体溶剂中蒸发出的水蒸气,经过冷凝液化后流回溶剂贮存罐的结构为:萃取罐、蒸发罐均通过管路与压缩机的进口连通,压缩机的出口通过管路与冷凝器的进口连通,冷凝器的出口与溶剂存储罐顶端连通。

本发明的积极效果是:(1)利用亚临界状态下的丁烷作为萃取溶剂,在密闭、无氧、低压的萃取罐内,依据有机物相似相溶的原理,使物料中的精油成分转移到液态的萃取溶剂中,再通过减压蒸发的过程将萃取溶剂与精油分离,再经除杂过程,最终得到纯净北艾精油。(2)在远红外区域内的光子其能量低于可见和紫外区域的光子,因此只能以伸展、弯曲、摇动和扭曲的形式激发分子(如挥发性及半挥发性组分、萃取溶剂等)的振动,这些振动和分子摩擦会产生热量,使体系的温度升高,从而使样品的挥发性组分高选择性地溶出。远红外的三维加热方式,以及分子振动引起的样品与溶剂之间相互作用的增强,都使得萃取效率大大提高,显著缩短了萃取时间。除此之外,远红外辐射与极性和非极性溶剂都是相容的,且对人体无害。(3)疏水性离子液体通过疏水性相互作用、氢键和位阻效应作为主要作用力,可选择性地与样品中的非极性和弱极性成分相结合,从而提升萃取体系对于挥发性组分的溶解能力,实现体系对于精油的选择性萃取。

因此,本发明在远红外强化与离子液体辅助的情况下具有以下优点:无毒环保,非热加工、防止氧化、不破坏产品活性,萃取选择性高,产品纯度高,且产能大、可工业化大规模生产,节能、运行成本低等,具有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明萃取设备原理图。

图2是北艾精油标准曲线。

图3是实施例2所得北艾精油的总离子流色谱图。

图4是实施例3所得北艾精油的总离子流色谱图。

图5是实施例4所得北艾精油的总离子流色谱图。

具体实施方式

一种高选择性萃取北艾精油的方法,包括以下步骤:

步骤一)预处理:将北艾叶进行热风干燥,使艾叶原料的含水量低于8%然后再粉碎成粒度为40~60目的粉末,得到预处理后的北艾叶样品;

步骤二)萃取:将粉碎后的艾叶粉末置于密闭萃取罐中,按萃取溶剂体积的0.1~1%加入离子液体[c4c10im]cf3so3、[bmim]cl、[ho3s(ch2)4mim]hso4和[c4mim]bf4中的一种作为夹带剂,抽真空直到萃取罐内真空度达到-100kpa,向萃取罐内注入萃取用亚临界丁烷作为萃取溶剂,萃取溶剂将艾叶样品完全浸没,萃取条件为预处理后的艾叶粉末和丁烷的质量体积比为1:5~15g/ml,萃取时间为5~10分钟,温度为25~35℃,压力为0.1~0.35mpa,循环萃取1~3次,其中萃取温度由自动控制器控制,热量来源为置于萃取罐底部的远红外发生装置,功率500~1000w,远红外波长范围25~200μm;

步骤三)脱溶:萃取结束后,将液体溶剂抽进蒸发罐,对艾叶料渣和液体溶剂分别进行恒温减压脱溶处理,脱溶温度为25~35℃,液体溶剂脱溶以后即得到北艾精油。艾叶料渣和液体溶剂中蒸发出的丁烷气体,经过冷凝液化后流回溶剂贮存罐,循环使用。

实施例1北艾精油标准曲线绘制

标准曲线制备:精确称取水蒸气蒸馏法萃取所得北艾精油,用正己烷稀释至浓度为0.015mg/ml作为储备液,备用。分别精密吸取储备液1.0、1.5、2.0、2.5、3.0ml置于10ml容量瓶并稀释至刻度,在200~400nm范围进行波长扫描,并记录最大吸收波长处的吸光度,以吸光度a为纵坐标,八角茴香精油浓度c(mg/ml)为横坐标绘制标准曲线(图2)。并拟合得到回归方程:

y=149.6x 0.049(1)

相关系数:r2=0.9875

线性范围:0.0015-0.0045mg/ml

精油纯度计算:精确吸取本发明萃取所得北艾精油0.001g,用正己烷稀释使其吸光度在标准曲线的线性范围内,超声处理10min,通过紫外分光光度计测其吸光度,通过标准曲线计算出稀释后北艾精油的浓度,并根据下述公式计算精油纯度:

p=(ci×v)/0.001g(2)

式中,p为北艾精油纯度,单位mg/g;ci为稀释后北艾精油的浓度,单位mg/ml;v为稀释后北艾精油的体积,单位ml。

实施例2传统亚临界丁烷萃取北艾精油

将含水量低于8%的北艾叶粉碎后过40目筛,取100g置于萃取罐中,抽真空直到萃取罐内真空度达到-100kpa,向萃取罐内注入萃取用亚临界丁烷作为萃取溶剂,将艾叶样品完全浸没,艾叶与丁烷的质量体积比为1:10g/ml,萃取温度由自动控制器和热循环水协同控制在30℃,萃取压力为0.3mpa,萃取时间为30分钟,循环萃取3次;萃取结束后,将液体溶剂抽进蒸发罐,对艾叶料渣和液体溶剂分别进行恒温减压脱溶处理,脱溶温度为30℃,液体溶剂脱溶以后即得到北艾精油。艾叶料渣和液体溶剂中蒸发出的丁烷气体,经过冷凝液化后流回溶剂贮存罐,循环使用。

以实施例1所用方法进行计算,所得精油的纯度为263.47mg/g。精油gc-ms检测的总离子流色谱图如图3所示。通过agilentmsd化学工作站检索nist11和wilye标准质谱库,并参考各组分的保留时间以及相关文献,确定精油中的各化学组分,并采用峰面积归一方法对各组分的相对含量进行计算。

精油中共鉴定出29种化合物,挥发性及半挥发性成分主要为醇类、烯类和单萜类化合物,包括桉树醇(12.48%)、柏烯(6.43%)、p-伞花烃(4.69%)、α-蒎烯(2.25%)、樟脑(2.13%)、和冰片(0.96%)。

实施例3本发明所用方法萃取北艾精油

将含水量低于8%的北艾叶粉碎后过40目筛,取100g置于萃取罐中,抽真空直到萃取罐内真空度达到-100kpa,向萃取罐内注入萃取用亚临界丁烷作为萃取溶剂,将艾叶样品完全浸没,艾叶与丁烷的质量体积比为1:10g/ml,萃取用夹带剂为[c4c10im]cf3so3离子液体5g,萃取温度由自动控制器和萃取罐底部的远红外发生装置协同控制在30℃,远红外功率800w,波长范围25~200μm,萃取压力为0.3mpa,萃取时间为8分钟,循环萃取2次;萃取结束后,将液体溶剂抽进蒸发罐,对艾叶料渣和液体溶剂分别进行恒温减压脱溶处理,脱溶温度为30℃,液体溶剂脱溶以后即得到北艾精油。艾叶料渣和液体溶剂中蒸发出的丁烷气体,经过冷凝液化后流回溶剂贮存罐,循环使用。

以实施例1所用方法进行计算,所得精油的纯度为943.82mg/g。在远红外的,精油gc-ms检测的总离子流色谱图如图4所示。通过agilentmsd化学工作站检索nist11和wilye标准质谱库,并参考各组分的保留时间以及相关文献,确定精油中的各化学组分,并采用峰面积归一方法对各组分的相对含量进行计算。

精油中共鉴定出46种化合物,挥发性及半挥发性主要为单萜、倍半萜烯和醇类化合物,包括桉树醇(28.07%)、β-萜品醇(16.49%)、柏烯(8.89%)、p-伞花烃(7.38%)、萜品烯(4.88%)、α-蒎烯(4.16%)、蒈烯(3.96%)、4-萜烯醇(3.35%)、樟脑(3.02%)、松油醇(2.97%)、蘑菇醇(2.65%)、冰片(1.87%)、莰烯(1.74%)和β-蒎烯(1.54%)。

对比实施例二的结果可以发现,本实施例在远红外与疏水性离子液体的双重作用下,亚临界丁烷的萃取效率显著提升,萃取时间由原来的30分钟循环3次,缩短到8分钟循环2次。同时对北艾精油的选择性显著增强,精油纯度由263.47mg/g增加到943.82mg/g。

实施例4本发明所用方法萃取北艾精油

将含水量低于8%的北艾叶粉碎后过40目筛,取100g置于萃取罐中,抽真空直到萃取罐内真空度达到-100kpa,向萃取罐内注入萃取用亚临界丁烷作为萃取溶剂,将艾叶样品完全浸没,艾叶与丁烷的质量体积比为1:8g/ml,萃取用夹带剂为[c4mim]bf4离子液体8g,萃取温度由自动控制器和萃取罐底部的远红外发生装置协同控制在35℃,远红外功率1000w,波长范围25~200μm,萃取压力为0.35mpa,萃取时间为6分钟,循环萃取2次;萃取结束后,将液体溶剂抽进蒸发罐,对艾叶料渣和液体溶剂分别进行恒温减压脱溶处理,脱溶温度为35℃,液体溶剂脱溶以后即得到北艾精油。艾叶料渣和液体溶剂中蒸发出的丁烷气体,经过冷凝液化后流回溶剂贮存罐,循环使用。

以实施例1所用方法进行计算,所得精油的纯度为948.27mg/g。精油gc-ms检测的总离子流色谱图如图5所示。通过agilentmsd化学工作站检索nist11和wilye标准质谱库,并参考各组分的保留时间以及相关文献,确定精油中的各化学组分,并采用峰面积归一方法对各组分的相对含量进行计算。

精油中共鉴定出48种化合物,挥发性及半挥发性成分与实施例三相似,主要为单萜、倍半萜烯和醇类化合物,但具体含量有所差异,含量最高的成分为桉树醇(26.42%),其次为柏烯(18.42%)、β-萜品醇(13.25%)、α-蒎烯(8.41%)、p-伞花烃(6.31%)、樟脑(5.47%)、冰片(4.06%)、萜品烯(3.78%)、蒈烯(3.18%)、4-萜烯醇(2.33%)、松油醇(2.03%)、蘑菇醇(1.39%)和莰烯(1.06%)。

对比实施例二的结果可以发现,本实施例萃取时间由原来的30分钟循环3次,缩短到6分钟循环2次。精油纯度由263.47mg/g增加到948.27mg/g。对比实施例三的结果可以发现,由于远红外参数的调整、离子液体种类和用量的变化,萃取体系对于精油中挥发性及半挥发性成分的选择性也随之改变,最终体现在精油中具体成分的差异。

上述实施例的结果表明,本发明与传统水蒸汽蒸馏法相比,萃取时间由6小时(张燕,北艾蒿挥发油成分研究[j].广西植物,2006,(01):110-112.)缩短至12~16分钟;与二氧化碳超临界萃取比较,本发明仅涉及约0.25~0.35mpa的压力,远低于约25~40mpa压力的超临界法,为实际产业化提供了技术基础。萃取温度较低(25~35℃),不会造成精油中挥发性及半挥发性成分的损失,精油与溶剂分离容易,萃取后的艾叶料渣也不会发生变性,不影响对其进一步加工利用;远红外激发的分子振动、离子液体与目标产物的疏水性相互作用,使样品中的挥发性及半挥发性组分高选择性地溶出,提升了精油的纯度;此外,远红外的三维加热方式,以及分子振动引起的样品与溶剂之间相互作用的增强,使得萃取效率大大提高,显著缩短了萃取时间。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,本发明同样适用于其它样品类。任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。