一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂提取艾草精油的方法

技术领域

本发明涉及艾草挥发性活性成分提取的技术领域，特别涉及一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂提取艾草精油的方法。

背景技术

艾草，菊科蒿属植物，因其全草入药，具有温通经脉、排毒祛湿、散寒止痛、止血安胎、驱赶蚊虫、抑菌等作用，被称为草中钻石，其应用在我国有着悠久的历史和广泛的影响。艾草主要的化学成分为挥发油类、黄酮类、糖类、生物碱类，具有抑菌、抗虫、抗氧化和提高动物生产性能的作用，以艾草植物原料开发出了具有抑菌抗病毒等多种功效的产品。艾草的提取物可有效抑制细菌和真菌类物质，其中主要的抗菌成分为艾草挥发油。艾草挥发油因其广谱性和天然安全的特征被广泛研究和应用。

艾草精油的药用价值大，应用范围广，基于艾草的提取溶剂、提取工艺不胜枚举。为了能够保证较高的精油提取率，防止其活性成分在提取过程中失活，同时考虑到大规模生产、环境保护等要求，选择合适的提取方法、提取工艺及提取溶剂尤为重要。

目前艾草精油的常用提取方法主要有传统的煎煮法、冷压法、水蒸气蒸馏法、超临界萃取法等。煎煮法提取得到的有效成分主要是挥发油，因其操作简单、仪器简单等特点在生产实际中被广泛应用，但也存在着提取纯度不高的缺点。冷压法可提取艾草中的挥发油成分，将挥发油含量较高的新鲜艾草经撕裂、捣碎、冷压离心分层，既得粗品。冷压法在常温下进行，所得的挥发油含有水分、粘液质及细胞组织等杂质，需要进一步提纯，但挥发油的提取率不高，因此在生产应用上具有一定的局限性。

水蒸气蒸馏法是比较原始的提取方法，此方法绿色环保，深受各大工厂企业的喜爱。其化学成分被提取出来的环境条件是：温度达到100℃左右，具有的蒸气压不低于13.33千帕。水蒸气蒸馏法对生产设备的要求较低，工艺简单，其产品色泽亮丽，成本较低，绿色环保而且提取到的化学成分多样，但是产率较低，有待进一步提高。

超临界CO2萃取法在接近常温的条件下提取分离的艾草挥发油提取率高，可最大限度保留其有效成分，同时无有机溶剂的残留，因其产品纯度高，操作设备简单，生产方式绿色环保等优势被广泛生产应用，然而该方法存在前期投资、运行成本高，大规模应用时自动化连续生产困难，设备清洗周期长等难点。

发明内容

本申请的目的在于提供一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂提取艾草精油的方法，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂提取艾草精油的方法。该方法利用天然深共熔溶剂(NADES)耦合水蒸气蒸馏的方式达到艾草叶细胞细胞壁高效破壁、稳定提取的效果，从而制得的艾草精油产率较高，活性成分种类丰富。

深共熔溶剂(DES)是一种由氢键受体和氢键供体通过氢键作用力相互连接在一起的低共熔混合物，属于超分子溶剂的范畴，可以通过调节氢键供体和氢键受体的种类和比例，赋予DES相应的性质和功能，以满足不同的需求。作为一种新型的绿色溶剂，深共熔溶剂具有制备工艺简单、原料成本低、无蒸汽压、生物相容性好、环境友好的突出优势。将由有机酸、氨基酸、糖、多元醇和胆碱衍生物等初级代谢物制成的深共熔溶剂定义为天然深共熔溶剂(NADES)，天然深共熔溶剂在植物活性物质提取领域应用前景广阔。

左旋肉碱，是一种促使脂肪转化为能量的类氨基酸，纯品为白色晶状体或白色透明细粉，对人体无毒副作用，具有脂肪氧化分解、减肥、抗疲劳等多方面的生理功能。作为食品添加剂广泛用于婴幼儿食品、减肥食品、运动员食品、中老年人的营养补充剂、素食主义者的营养强化剂和动物饲料添加剂等。

苹果酸，存在于不成熟的的山楂、苹果和葡萄果实的浆汁中。也可由延胡索酸经生物发酵制得。它是人体内部循环的重要中间产物，易被人体吸收，因此作为性能优异的食品添加剂和功能性食品广泛应用于食品、化妆品、医疗和保健品等领域。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

(1)将艾草清水洗净、烘干、粉碎得到艾草叶粉末；

(2)超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂的制备：将左旋肉碱、苹果酸以一定的摩尔比投入反应器，再加入适当比例的水搅拌至溶液澄清后置于旋转蒸发仪上旋蒸，旋蒸残余液即为左旋肉碱苹果酸NaDES，向左旋肉碱苹果酸NaDES中加入一定量的超纯水配制得到用于提取的的超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂。

(3)将艾草叶粉末加入到超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂中，采用水蒸气蒸馏法收集艾草精油；

(4)对收集得到的艾草精油进行高速离心，取上层油状液体过滤，去除残余杂质；

(5)将获得的纯净精油称重，根据投料量和精油收集量计算精油产率。

优选的，步骤(2)中，投入反应器的左旋肉碱和苹果酸摩尔比为1:0.2-5。

优选的，步骤(2)中，旋转蒸发仪的设置温度为50-90℃，旋蒸时间为1-8h。

优选的，步骤(2)中，用于提取的的超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂质量浓度为5-90wt％。

优选的，步骤(3)中，提取时艾草叶粉末与超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂的质量体积比为1g:5-20mL。

优选的，步骤(3)中，蒸馏温度为50-100℃，蒸馏时间为1-8h。

优选的，步骤(4)中，离心参数为：离心速度为4000-12000r/min，离心时间为5-20min，滤膜为0.45um有机相滤膜。

本发明用制备出的超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂耦合水蒸气蒸馏对艾草进行提取得到的艾草精油，产率高达6.58mg/g，主要活性成分(含量高于2％)多达11种。

上述所制备得到的艾草精油，主要成分为水芹烯、萜品油烯、邻异丙基甲苯、桉叶油素、γ-松油烯、侧柏酮、D-樟脑、左旋龙脑、4-萜烯醇、α-松油醇等，可以作为一种日化用品原料添加到洗发水、沐浴液、香精、牙膏、漱口水等产品中，发挥优异的抑菌抗病毒、抗氧化等功效。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明是一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂辅助水蒸气蒸馏是从艾草中提取挥发性成分，最终将收集到的精油提纯除杂，得到纯净的艾草精油的制备方法,具体有益之处如下：

1、超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂生物相容性好，绿色经济，底物普适性强，可以作为艾草叶活性成分的提取剂。通过耦合水蒸气蒸馏的方式进行提取，可以提高精油产率、增加活性成分种类。

2、本发明制备工艺简单，绿色经济环保，提取效率优于传统水蒸气蒸馏、NaCl水溶液蒸馏提取精油技术。超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂会加速溶解艾草叶中细胞的细胞壁，精准捕获主要活性成分，促使艾草中的挥发性成分高效流出，使得精油产率、活性成分种类增加。

3、超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂能够加速溶解艾草细胞的细胞壁，促使艾草中的活性物质高效流出，进而有效提高精油产率和活性成分种类。从而获得的艾草精油，杂质少，色泽明亮，可以作为一种日化用品原料添加到洗发水、沐浴液、香精、牙膏、漱口水等产品中，发挥优异的抑菌抗病毒、抗氧化等功效。

附图说明

图1为本发明的单体和DES的红外光谱分析图；

图2为本发明的单体和DES的DSC分析图。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图2所示，本发明提供一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂提取艾草精油的方法，

具体对比例和实施例如下：

对比例1：

(1)将艾草清水洗净、60℃烘干、粉碎得到艾草叶粉末；

(2)将艾草叶粉末加入到超纯水中，采用水蒸气蒸馏法收集艾草精油。蒸馏时艾草叶粉末与超纯水的质量体积比为1g:6mL，在温度100℃条件下水蒸气蒸馏8h；

(3)对收集得到的艾草精油进行高速离心，取上层油状液体过滤，去除杂质。离心参数为离心速度10000r/min，离心时间为5min，滤膜为0.45um有机相滤膜；

(4)将获得的纯净精油称重，根据投料量和精油收集量计算精油产率。

(5)将获得的纯净精油取样进行GC-MS分析，获得精油的主要活性成分和相对含量。

对比例2：

(1)将艾草清水洗净、60℃烘干、粉碎得到艾草叶粉末；

(2)配制10wt％NaCl溶剂，将艾草叶粉末加入到NaCl溶剂中，采用水蒸气蒸馏法收集艾草精油。蒸馏时艾草叶粉末与NaCl溶剂的质量体积比为1g:6mL，在温度100℃条件下水蒸气蒸馏8h；

(3)对收集得到的艾草精油进行高速离心，取上层油状液体过滤，去除杂质。离心参数为离心速度为10000r/min，离心时间为5min，滤膜为0.45um有机相滤膜；

(4)将获得的纯净精油称重，根据投料量和精油收集量计算精油产率；

(5)将获得的纯净精油取样进行GC-MS分析，获得精油的主要活性成分和相对含量。

实施例1：

(1)将艾草清水洗净、烘干、粉碎得到艾草叶粉末；

(2)超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂的制备；

选择左旋肉碱为氢键供体、苹果酸为氢键受体以摩尔比1:1投入反应器，再加入适当比例的水搅拌至溶液澄清后置于旋转蒸发仪上80℃旋蒸，旋蒸残余液即为左旋肉碱苹果酸NaDES。向其中中加入一定量的水得到含水量10wt％的超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂；

(3)将艾草叶粉末加入到超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂中，采用水蒸气蒸馏法收集艾草精油。蒸馏时艾草叶粉末与溶剂的质量体积比为1g:6mL，在温度100℃条件下水蒸气蒸馏8h；

(4)对收集得到的艾草精油进行高速离心，取上层油状液体过滤，去除残余水相和杂质。离心参数为离心速度10000r/min，离心时间为5min，滤膜为0.45um有机相滤膜；

(5)将获得的纯净精油称重，根据投料量和精油收集量计算精油产率；

(6)将获得的纯净精油取样进行GC-MS分析，获得精油的主要活性成分和相对含量。

测试例1：NADES结构和热表征

如图1所示，单体和DES的红外光谱分析，根据深共熔溶剂形成机理，对其组成原料及成品进行了傅里叶红外光谱表征，根据其化学键位和化学基团判断是否形成了需要的DES，结果如下图所示：在形成NADES后，左旋肉碱的特征峰发生轻微的偏移且峰形加宽，左旋肉碱和苹果酸特征峰向低波数方向移动，氢键的形成导致振动频率的降低和谱带的变宽，从而导致两个组分的特征峰发生重叠，在图所示中表现为峰位置的偏移。在排除水存在的情况下所有红外图中出现的宽峰都可以推测为苦参碱与泛醇之间形成了氢键。

如图2所示，单体和DES的DSC分析，利用差式扫描量热分析来确定形成的DES的熔点及玻璃化转变温度。从下图中可以看出，在-40℃到-20℃时，热流值呈先下降后上升，出现了一个拐点，说明此区间为DES的玻璃化转变温度区间。

测试例2：艾草精油产率和成分分析

根据投料量和精油收集量计算精油产率，如下表1所示，超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂的提取效果优于传统的水蒸气蒸馏法、NaCl溶剂辅助水蒸气蒸馏法，是传统的水蒸气蒸馏法产率的1.76倍，是NaCl溶剂辅助水蒸气蒸馏法的1.57倍。

表1艾草精油产率分析

采用GCMS分析得到艾草精油的主要活性成分种类(含量高于2％)及相应含量，由下表2所示，基于超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂提取得到的艾草精油活性成分种类更多，有水芹烯、萜品油烯、邻异丙基甲苯、γ-松油烯、侧柏酮、D-樟脑、左旋龙脑、4-萜烯醇、α-松油醇等，优于传统的水蒸气蒸馏法、NaCl溶剂辅助水蒸气蒸馏法。

表2艾草精油成分分析

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明是一种超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂辅助水蒸气蒸馏是从艾草中提取挥发性成分，最终将收集到的精油提纯除杂，得到纯净的艾草精油的制备方法,具体有益之处如下：

1、超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂生物相容性好，绿色经济，底物普适性强，可以作为艾草叶活性成分的提取剂。通过耦合水蒸气蒸馏的方式进行提取，可以提高精油产率、增加活性成分种类。

2、本发明制备工艺简单，绿色经济环保，提取效率优于传统水蒸气蒸馏、NaCl水溶液蒸馏提取精油技术。超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂会加速溶解艾草叶中细胞的细胞壁，精准捕获主要活性成分，促使艾草中的挥发性成分高效流出，使得精油产率、活性成分种类增加。

3、超分子左旋肉碱苹果酸NADES溶剂能够加速溶解艾草细胞的细胞壁，促使艾草中的活性物质高效流出，进而有效提高精油产率和活性成分种类。从而获得的艾草精油，杂质少，色泽明亮，可以作为一种日化用品原料添加到洗发水、沐浴液、香精、牙膏、漱口水等产品中，发挥优异的抑菌抗病毒、抗氧化等功效。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。