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褐藻中生物活性成分的提取方法及褐藻提取液

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


褐藻中生物活性成分的提取方法及褐藻提取液

技术领域

本发明涉及生物活性成分及其获取,具体地说,是涉及一种褐藻中生物活性成分的提取方法及褐藻提取液。

背景技术

褐藻作为世界上资源最丰富的海藻,含有大量的生物活性成分,包括褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘、褐藻多酚等,具有优异的生物活性,不仅具有食用价值,而且在海洋药物、功能食品、化妆品、生物能源、有机肥料等诸多领域发挥日益重要的作用,具有巨大的应用潜力和极高的经济价值。

目前,褐藻生物活性成分的提取方法主要包括:物理法、化学法和生物法。物理法提取保证活性成分不被破坏,但是提取率低,而且活性成分的分子量大,生物活性低,利用率低;化学法使用强酸、强碱、有机溶剂等提取,操作过程具有危险性,而且存在化学残留,对环境造成污染;生物法对生产过程控制要求严格,成本高。

水作为一种溶剂,由于其存在氢键结构,在常温下,水的介电常数为78.85,沸点、极性也较高,为中等极性的溶剂,能很好的溶解极性有机化合物,对极性低的有机物溶解性低,并随分子量增加而变得更小,限制了其应用。亚临界水又称过热水、高温水、高压热水或热液态水,当水在一定温度和一定压力以上的高温高压条件下,可形成既非液体又非气体的第四状态,即所谓的超临界状态,在此状态下的水成为超临界水。在稍微低于此温度和压力下的水成为亚临界水。亚临界状态下流体微观结构的氢键、离子水合、离子缔合、簇状结构等发生了变化,因此,亚临界水的物理、化学特性与常温常压下的水有较大的差别:随着温度的升高,亚临界水的氢键被打开或减弱,从而使水的极性大大降低,由强极性渐变为非极性,其性质更类似于有机溶剂,可将溶质按极性由高到低萃取出来。这样就可以通过控制亚临界水的温度和压力,使水的极性在较大范围内变化,从而使其能在一个较宽的范围对中等极性乃至非极性的组分具有良好的溶解性,并可实现连续提取和选择性提取。在亚临界状态下,不仅可以降低水的介电常数,而且可以增强扩散,改善动力学特性,降低表面张力及粘度。

因此,可以采用在亚临界条件下提取海藻中的生物活性成分。例如,公开号为CN108409880A的中国专利申请公开了一种利用超声强化亚临界水提取羽藻多糖的方法,提取过程中使用十二烷酸和L-乳酸作为溶剂,降低羽藻多糖提取所需要的时间,提高多糖的抗氧化能力。但是,该专利申请中使用的十二烷酸不溶于水,L-乳酸能随过热水蒸汽挥发,提取率低;而且,提取过程中需要超声强化,才能保证一定的提取率,工艺较为复杂。因此,该方法并不能较好地应用于褐藻的生物活性成分提取。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种褐藻中生物活性成分的提取方法,提高从褐藻中提取的生物活性成分的溶出率及活性。

为实现上述发明目的,本发明采用下述技术方案予以实现:

一种褐藻中生物活性成分的提取方法,所述方法包括:

将粉碎的褐藻粉与增溶剂混合,获得原料混合物;所述褐藻粉与所述增溶剂的重量比为1:5-10;所述增溶剂包括有甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠和水,其中,甘油的质量分数为0.5-1.5%,麦芽糖醇的质量分数为2-4%,六偏磷酸钠的质量分数为0.2-0.5%,其余为水;

对所述原料混合物进行提取,获得褐藻提取混合物;提取温度为125-160℃,提取压力为2.5-8Mpa,提取时间为20-45min;

将所述褐藻提取混合物进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

本申请的一些实施例中,所述方法还包括:

对所述褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.01-0.015Mpa,减压浓缩的温度为50-75℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

本申请的一些实施例中,采用粉碎设备将晾干的褐藻粉碎至80-200目,获得所述粉碎的褐藻粉。

本申请的一些实施例中,所述晾干的褐藻的含水率小于等于10%。

本申请的一些实施例中,所述褐藻为泡叶藻、巨藻、海带、马尾藻、极大昆布、裙带菜、羊栖菜、鼠尾藻、海蒿子、墨角藻、公牛藻、鹅掌菜、喇叭藻中的任意一种或多种。

本发明的目的之二在于提供一种褐藻提取液,所述褐藻提取液采用上述的褐藻中生物活性成分的提取方法获得。

与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:

本发明采用含有甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠的水溶液作为增溶剂,在亚临界条件下形成亚临界水,利用亚临界水提取褐藻中的生物活性成分,获得含有生物活性成分的褐藻提取液;由于增溶剂中的甘油和麦芽糖醇均为多羟基化合物,在亚临界水中能够显著提高褐藻中生物活性成分的溶出率,且溶出的生物活性成分能够长时间保持活性,不易损失,从而,提高了褐藻提取液中生物活性成分的溶出率及生物活性;增溶剂中的六偏磷酸钠可切断海藻多糖与纤维素的共价键合,而麦芽糖醇和六偏磷酸钠都能与褐藻中的钙、镁等金属离子生成可溶性络合物,从而起到高抗硬水的作用,而且六偏磷酸钠能澄清提取液,防止浑浊;在将褐藻提取液用作作物营养液时,能够促进植物的生长和发育,改善作物品质。此外,采用含有甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠的亚临界水提取褐藻生物活性成分,无需超声强化处理,仅需要常规的亚临界压力和温度即可,工艺简单,易于产业应用。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明褐藻中生物活性成分的提取方法一个实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下将结合附图和实施例,对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时,应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。

首先,对本发明的技术路线作简要描述。

本发明针对现有褐藻生物活性成分提取存在的提取效率低、工艺复杂等问题,创造性地提出了一种褐藻中生物活性成分的提取方法,采用含有甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠的水溶液作为增溶剂,在亚临界条件下形成亚临界水,利用亚临界水提取褐藻中的生物活性成分,获得含有生物活性成分的褐藻提取液,不仅提高了褐藻提取液中生物活性成分的溶出率及生物活性,且工艺简单,易于产业应用。

图1所示为本发明褐藻中生物活性成分的提取方法一个实施例的流程图。

如图1所示,该实施例采用下述过程提取褐藻中生物活性成分,获得褐藻提取液。

S1:将粉碎的褐藻粉与增溶剂混合,获得原料混合物。

其中,褐藻粉与增溶剂的重量比为1:5-10,两者均匀混合。所用的增溶剂,其包括有甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠和水,其中,甘油的质量分数为0.5-1.5%,麦芽糖醇的质量分数为2-4%,六偏磷酸钠的质量分数为0.2-0.5%,其余为水。

S2:对原料混合物进行提取,获得褐藻提取混合物。

对S1混合均匀后的原料混合物在亚临界条件下进行提取,提取温度为125-160℃,提取压力为2.5-8Mpa,提取时间为20-45min,得到褐藻提取混合物。

S3:将褐藻提取混合物进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

在具体实施例中,可以采用板框压滤机对褐藻提取混合物进行过滤,即可获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

该实施例采用亚临界水中提取褐藻中的生物活性成分,能够避免化学提取法存在的化学残留、污染环境的问题,避免物理提取法存在的提取率低、活性成分分子量大的问题,避免生物法提取成本高、对生产过程控制要求严格的问题。增溶剂中的甘油和麦芽糖醇均为多羟基化合物,褐藻活性成分中也含有大量的羟基,根据相似相容原理,在亚临界水中,甘油与麦芽糖醇能够显著提高褐藻中生物活性成分的溶出率,且溶出的生物活性成分能够长时间保持活性,不易损失,从而,提高了褐藻提取液中生物活性成分的溶出率及生物活性。增溶剂中的六偏磷酸钠可切断海藻多糖与纤维素的共价键合,而增溶剂中的麦芽糖醇和六偏磷酸钠都能与褐藻中的钙、镁等金属离子生成可溶性络合物,从而起到高抗硬水的作用,而且六偏磷酸钠能澄清提取液,防止浑浊。在将褐藻提取液用作作物营养液时,能够促进植物的生长和发育,改善作物品质。此外,采用含有甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠的亚临界水提取褐藻生物活性成分,无需超声强化处理,仅需要常规的亚临界压力和温度即可,工艺简单,易于产业应用。

在其他一些实施例中,为方便储存、运输,还对褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.01-0.015Mpa,减压浓缩的温度为50-75℃,从而,获得褐藻提取液的浓缩液。

在其他一些实施例中,褐藻为泡叶藻、巨藻、海带、马尾藻、极大昆布、裙带菜、羊栖菜、鼠尾藻、海蒿子、墨角藻、公牛藻、鹅掌菜、喇叭藻中的任意一种或多种。首先,将作为原始原料之一的褐藻晾干,使得其含水率不大于10%。晾干的过程中,不仅去除褐藻含有的多余水分,也可以去掉褐藻表明粘附的沙粒等杂质,达到清洁的目的。晾干后的褐藻使用粉碎设备粉碎至80-200目,获得所需的褐藻粉。

下面给出多个实施例和检测数据以及多个实验和实验数据,以进一步阐述采用本发明的提取方法获得的褐藻提取液的优点。

实施例1

(1)使用粉碎机将干泡叶藻粉碎至150目。

(2)将经步骤(1)处理的干泡叶藻粉与增溶剂按照重量比为1:10的比例加入亚临界反应釜中,混合均匀,获得原料混合物。增溶剂中,甘油质量分数为1.5%、麦芽糖醇质量分数为2%、六偏磷酸钠质量分数为0.5%,其余为水。

(3)对步骤(2)的原料混合物进行提取,提取温度为125℃,提取压力为2.5Mpa,提取时间为45min,得到褐藻提取混合物。

(4)将步骤(3)中的褐藻提取混合物用板框压滤机进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

(5)对步骤(4)得到的褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.015MPa,减压浓缩的温度为50℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

实施例2

(1)使用粉碎机将干海带粉碎至80目。

(2)将经步骤(1)处理的干海带藻粉与增溶剂按照重量比为1:5的比例加入亚临界反应釜中,混合均匀,获得原料混合物。增溶剂中,甘油质量分数为0.5%、麦芽糖醇质量分数为4%、六偏磷酸钠质量分数为0.2%,其余为水。

(3)对步骤(2)的原料混合物进行提取,提取温度为160℃,提取压力为8Mpa,提取时间为20min,得到褐藻提取混合物。

(4)将步骤(3)中的褐藻提取混合物用板框压滤机进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

(5)对步骤(4)得到的褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.01MPa,减压浓缩的温度为75℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

实施例3

(1)使用粉碎机将干巨藻粉碎至120目。

(2)将经步骤(1)处理的干巨藻粉与增溶剂按照重量比为1:6的比例加入亚临界反应釜中,混合均匀,获得原料混合物。增溶剂中,甘油质量分数为0.8%、麦芽糖醇质量分数为3.5%、六偏磷酸钠质量分数为0.3%,其余为水。

(3)对步骤(2)的原料混合物进行提取,提取温度为150℃,提取压力为5Mpa,提取时间为35min,得到褐藻提取混合物。

(4)将步骤(3)中褐藻提取混合物用板框压滤机进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

(5)对步骤(4)得到的褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.012MPa,减压浓缩的温度为65℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

实施例4

(1)使用粉碎机将马尾藻粉碎至200目。

(2)将经步骤(1)处理的干马尾粉与增溶剂按照重量比为1:8的比例加入亚临界反应釜中,混合均匀,获得原料混合物。增溶剂中,甘油质量分数为1.2%、麦芽糖醇质量分数为3%、六偏磷酸钠质量分数为0.4%,其余为水。

(3)对步骤(2)的原料混合物进行提取,提取温度为140℃,提取压力为6Mpa,提取时间为30min,得到褐藻提取混合物。

(4)将步骤(3)中的褐藻提取混合物用板框压滤机进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

(5)对步骤(4)得到的褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.013MPa,减压浓缩的温度为60℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

实施例5

(1)使用粉碎机将马尾藻粉碎至200目。

(2)将经步骤(1)处理的干马尾粉与增溶剂按照重量比为1:8的比例加入亚临界反应釜中,混合均匀,获得原料混合物。增溶剂中,甘油质量分数为1.2%、麦芽糖醇质量分数为3%、六偏磷酸钠质量分数为0.4%,其余为水。

(3)对步骤(2)的原料混合物进行常温常压下提取,提取时间为30min,得到褐藻提取混合物。

(4)将步骤(3)中的褐藻提取混合物用板框压滤机进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

(5)对步骤(4)得到的褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.013MPa,减压浓缩的温度为60℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

该实施例5与实施例4相比,实施例5为常温常压下提取,实施例4为亚临界条件下提取,其余的原料及配比、工艺条件等均相同。

实施例6

(1)使用粉碎机将马尾藻粉碎至200目。

(2)将经步骤(1)处理的干马尾粉与增溶剂按照重量比为1:8的比例加入亚临界反应釜中,混合均匀,获得原料混合物。增溶剂中,甘油质量分数为1.2%、六偏磷酸钠质量分数为0.4%,其余为水。

(3)对步骤(2)的原料混合物进行提取,提取温度为140℃,提取压力为6Mpa,提取时间为30min,得到褐藻提取混合物。

(4)将步骤(3)中的褐藻提取混合物用板框压滤机进行过滤,获得含有生物活性成分的褐藻提取液。

(5)对步骤(4)得到的褐藻提取液进行减压浓缩,减压浓缩的压力为0.013MPa,减压浓缩的温度为60℃,获得褐藻提取液的浓缩液。

该实施例6与实施例4相比,实施例6的增溶剂中未含有麦芽糖醇,除水之外,仅含有甘油和六偏磷酸钠,实施例4增溶剂中同时含有甘油、六偏磷酸钠和麦芽糖醇,其余的原料及配比、工艺条件等均相同。

实验一

取上述实施例1-6的方法得到的褐藻提取液的浓缩液,采用间羟基联苯法检测褐藻酸,采用苯酚-硫酸法检测岩藻聚糖硫酸酯,采用液相色谱-质谱联用法检测甘露醇、甜菜碱,采用氧化还原滴定法检测碘,采用Folin-Ciocalteu比色法检测褐藻多酚。从浓缩液制备完成到室外储存6个月期间的检测结果如下表1-6所示。

上述各表中,褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇的单位为质量百分比,甜菜碱的单位为质量千分比。

上述检测结果表明,实施例1-4制备的浓缩液经过6个月的储存后,褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘、褐藻多酚的含量都没有明显变化,表明实施例1-4制备的浓缩液没有腐败变质,褐藻中的生物活性成分没有损失,能够长时间保持各种生物活性物质的活性,促进植物生长和发育过程。

将实施例1-4制备的浓缩液与实施例5-6制备的浓缩液对比,可以看出:实施例1-4制备的浓缩液中的生物活性成分褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘及褐藻多酚的含量明显高于实施例5-6制备的浓缩液中的生物活性成分。由此表明,采用甘油、麦芽糖醇、六偏磷酸钠这3种增溶剂在亚临界水中提取褐藻生物活性成分的效果优于常温常压下提取褐藻生物活性成分的效果,也优于仅采用甘油和六偏磷酸钠这2种增溶剂在亚临界水中提取褐藻生物活性成分的效果。而且,实施例5和实施例6制备的浓缩液经过6个月的储存后,褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘、褐藻多酚等的含量逐渐降低,表明实施例5和实施例6制备的浓缩液存在腐败变质、褐藻活性成分损失的现象,不能够长时间保持各种生物活性物质的活性。

另外,采用相同的方法检测某进口物理法生产的褐藻浓缩液(对照样一)、某国产生物法生产的褐藻浓缩液(对照样二)、某国产化学法生产的褐藻浓缩液(对照样三)的褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘、褐藻多酚等的含量及其储存6个月过程中的含量变化,检测结果如下表7-9所示。

上表7-9中,各生物活性成分的单位同表1-6。

上述检测结果表明,3个对照样经过6个月的储存后,褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘、褐藻多酚的含量明显地随着储存时间的延长逐渐降低,表明3个浓缩液在储存过程中发生了腐败变质,活性成分损失严重。另外,与实施例1-4制备的浓缩液的褐藻酸、岩藻聚糖硫酸酯、甘露醇、甜菜碱、碘、褐藻多酚的含量相比,实施例1-4制备的浓缩液的活性成分含量远远高于3个对照样的活性成分含量,表明采用本发明的方法提取的活性成分的含量高。其中,实施例1-4制备的浓缩液中褐藻多酚含量是3个对照样中褐藻多酚含量的10倍多,由于褐藻多酚对细菌、真菌、病毒等有明显的抑制作用,是一类具有潜在应用价值的天然抑菌保鲜化合物,因此,采用本发明的方法制备得到的浓缩液没有腐败变质,褐藻活性成分没有损失,能够长时间保持各种生物活性物质的活性。

取上述实施例1-4的方法得到的浓缩液及对照样一、对照样二、对照样三,分别使用三倍标准硬水稀释300倍、500倍、1000倍、1500倍、2000倍、3000倍,静置后发现3个对照样的稀释液在2个小时内出现了不同程度的絮凝现象,而实施例1-4的方法得到的浓缩液的稀释液静置24h都没有絮凝和沉淀现象,表明实施例1-4制备的浓缩液可以高抗硬水。

实验二

为了验证采用本发明的方法制备的褐藻提取液的应用效果,将实施例1-4所得的四份褐藻浓缩液、对照样一、对照样二和对照样三分别进行豌豆种子萌发实验、菜心幼苗生长实验、番茄开花坐果实验。

一、豌豆种子萌发实验

在实验室培养皿中进行。

实验共设7个处理:将本发明实施例1-4所得的四份褐藻浓缩液、对照样一、对照样二和对照样三分别稀释1000倍,采用稀释液浸种12h,将种子置于纸床进行25℃恒温萌发实验。7天后测定豌豆种子的发芽势、根长、芽长、根干重和芽干重,并计入下表11。

表11

从上表11的实验结果可以看出:实施例1-4制备的浓缩液处理的豌豆种子发芽势均明显高于其他三个处理,说明实施例1-4制备的浓缩液可以明显促进豌豆种子的萌发;实施例1-4制备的浓缩液处理的豌豆幼苗根长、芽长、根干重及芽干重,均明显高于其他三个处理,说明实施例1-4制备的浓缩液浸泡的豌豆种子能够明显促进根和芽的生长,有利于豌豆幼苗吸收养分。

二、菜心幼苗生长实验

在工厂温室大棚中进行,试验小区面积70m

实验共设7个处理:当菜心幼苗长到2叶1心时,将本发明实施例1-4所得的四份褐藻浓缩液、对照样一、对照样二和对照样三分别稀释1000倍,喷施,间隔3天施用一次,共用4次。记录菜心幼苗生长结果,包括鲜重、可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白含量,试验结果计入下表12。

表12

从上表12的实验结果可以看出:实施例1-4制备的浓缩液处理的菜心的鲜重明显高于其他三个处理,说明实施例1-4制备的浓缩液对菜心具有明显的增产效果;实施例1-4制备的浓缩液处理的菜心的可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白明显高于其他三个处理,表明实施例1-4制备的浓缩液可以明显改善菜心的品质,提高菜心的营养价值。

三、番茄开花坐果实验

在试验田进行,试验小区面积140m

实验共设7个处理:将上述实施例1-4所得的四份浓缩液、对照样一、对照样二和对照样三分别稀释1000倍后,在开花前、坐果期进行叶喷处理。分别测定花粉萌发率、花粉管长度、开花率、坐果率,试验结果计入下表13。

表13

从上表13的实验结果可以看出:实施例1-4制备的浓缩液处理的番茄的花粉萌发率、花粉管的长度明显高于其他三个处理,说明实施例1-4制备的浓缩液可以有效促进花粉的萌发和花粉管的伸长;同时,实施例1-4制备的浓缩液处理的番茄的开花率、坐果率明显高于其他三个处理,表明实施例1-4制备的浓缩液可显著提高番茄的开花率和坐果率。

综上表明,实施例1-4制备的褐藻提取液的浓缩液能够促进作物生根、生长,提高作物开花、坐果率,显著提高作物产量,提高作物中可溶性糖、维生素C等营养成分的含量,显著改善作物品质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

技术分类

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