一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法

1.本发明属于阿魏酸制备工艺技术领域，涉及一种利用中药渣制备阿魏酸的方法，具体涉及一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法。


背景技术：

2.阿魏酸，4-羟基-3-甲氧基苯丙烯酸，属于一种肉桂酸衍生物，其性状为白色或类白色结晶性粉末，无臭、无味。阿魏酸具有良好的光吸收作用，尤其是对290-330nm的紫外线吸收，为其在美容化妆品领域的应用奠定了良好的基础。阿魏酸作为药品具有抗炎、止痛、抗血栓形成、抗紫外线辐射、抗自由基以及调节人体免疫功能的作用。在临床上用于冠心病、脑血管病、脉管炎、白细胞和血小板减少等疾病的治疗。在食品、化妆品中则主要作为抗氧化剂使用。目前，阿魏酸在国内外市场上显示出巨大的潜力，开始将其应用到各个不同领域。
3.作为一种广泛存在于植物中的酚酸类物质，阿魏酸在麦麸、米糠等谷物类食品原料中含量较多，在川芎、阿魏、当归、酸枣仁及升麻等中药材中也有较高的含量。中药材经过水提或醇提后，大部分阿魏酸保留在中药渣中，而且此时中药的致密结构被破坏，因此中药渣是提取阿魏酸的理想原料。由于阿魏酸主要与低聚糖、木质素等物质形成结合态，存在于植物的细胞壁中，很少以游离态的形式存在，因此目前阿魏酸的提取工艺的效率都不高，仍有较大的提升空间。
4.碱液浸提法是目前常用的阿魏酸提取方法，指在高温下碱液裂解原料中的空间结构，使阿魏酸等小分子物质释放，加入有机溶剂进行提取，再通过树脂纯化或重结晶等进行精制，最终得到纯品。此法步骤简单，工艺成熟，被大多数企业采用。为了提高碱提效率和缩短反应时间，超声、微波、超临界萃取等作为辅助技术也常被应用于工艺过程中。但是碱法提取无法避免产生大量的工业废水，对环境造成污染，增加废水处理的成本。随着生物技术的发展，利用生物酶催化，定向解聚制备阿魏酸，被认为一种绿色、高效的提取方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用中药渣制备阿魏酸的方法，具体提供一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法。
6.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，所述方法包括如下步骤：
8.将中药渣原料与含有氯离子的水溶液混合进行汽爆处理，然后将汽爆后的中药渣进行酶解处理，获得阿魏酸。
9.本发明所涉及的“中药渣原料”为含有阿魏酸的中药材在经过水提或醇提后得到的药渣，其中含有阿魏酸的中药材例如川芎、阿魏、羌活、当归、酸枣仁、木贼、梓白皮、升麻等。
10.在酶解处理结束后获得了高含量阿魏酸的酶解液，本领域技术人员根据公知常识和现有技术公开的方法进行后处理，获得纯化的阿魏酸产品。
11.本发明创造性地开发了一种用蒸汽爆破处理结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，同时在汽爆处理体系中添加氯离子，能够提高中药渣中木聚糖及其聚合物的降解水平，来提高后续酶解的有效作用位点，从而提高阿魏酸的得率，该方法能够充分利用中药废渣，使资源得到再利用，同时能够高效简便地制得阿魏酸。
12.优选地，所述中药渣原料与水溶液的质量比为6:4-9:1，例如60:40、65:35、70:30、75:25、80:20、85:15、90:10等。
13.优选地，所述氯离子与中药渣的质量比为(0.05-0.2):1，例如0.05:1、0.08:1、0.1:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1、0.15:1、0.17:1、0.18:1、0.2:1等。
14.基于氯离子能够提高中药渣中木聚糖及其聚合物的降解水平来提高后续酶解的有效作用位点，本发明还发现所述氯离子与中药渣的质量比选择上述特定的比例范围时，能够使阿魏酸的得率更高。
15.优选地，所述氯离子来源于氯化铁和/或氯化铝。
16.优选地，所述进行汽爆处理前将混合液在10-40℃(例如10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃等)下静置0.5-3h(例如0.5h、0.7h、0.8h、1h、1.5h、1.8h、2h、2.5h、3h等)。
17.所述汽爆处理前进行的静置处理有利于含有氯离子的水溶液充分浸润于中药材中，更有利于后续的汽爆处理效果，从而提高阿魏酸的得率。
18.上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
19.优选地，所述汽爆处理在汽爆罐中进行，具体为：通入蒸汽，待排出罐内冷空气后，关闭装料阀，升压至0.9-2.0mpa(例如0.9mpa、1.0mpa、1.2mpa、1.4mpa、1.6mpa、1.7mpa、1.8mpa、2.0mpa等)，维压1-10min(例如1min、2min、4min、6min、8min、10min等)，打开放料阀，瞬间减压释放，即可。
20.上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
21.优选地，所述酶解处理的过程中添加有c4-c10脂肪醇，形成两相体系。
22.本发明还建立了c4-c10脂肪醇有机相-水相的两相酶催化体系，使酶解后产出的阿魏酸主要进入有机相，大大降低阿魏酸再次聚合的比例，从而提高阿魏酸的得率。因此，分别从提高阿魏酸的解聚程度以及降低阿魏酸的再聚合程度这两个方面来提高阿魏酸的制备得率。
23.所述c4-c10脂肪醇选自c4脂肪醇、c5脂肪醇、c6脂肪醇、c7脂肪醇、c8脂肪醇、c9脂肪醇或c10脂肪醇。
24.优选地，所述c4-c10脂肪醇包括正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇或正癸醇中的任意一种或至少两种的组合。进一步优选正庚醇和正辛醇的组合。
25.优选地，所述酶解处理的方法具体包括：将汽爆后的中药渣与醋酸缓冲液混合至固含量为7-15％(例如7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等)的混合液，然后与c4-c10脂肪醇、酶混合，进行酶解反应。
26.优选地，所述醋酸缓冲液的ph值为4.5-5.5，例如ph＝4.5、ph＝4.8、ph＝5.0、ph＝5.2、ph＝5.4、ph＝4.5等。
27.优选地，所述c4-c10脂肪醇的添加体积与混合液体积的比例为(1-3):10，例如1:
10、2:10、3:10等。
28.上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
29.优选地，所述酶解处理使用的酶包括阿魏酸酯酶，其使用量为5-30iu/g中药渣，例如5iu/g、8iu/g、10iu/g、15iu/g、20iu/g、25iu/g、30iu/g等。
30.优选地，所述酶解处理使用的酶还包括纤维素酶和/或木聚糖酶。
31.优选地，所述纤维素酶的使用量为0-30fpa/g(例如1fpa/g、5fpa/g、30fpa/g、8fpa/g、10fpa/g、15fpa/g、20fpa/g、30fpa/g)中药渣，木聚糖酶的使用量为0-30iu/g(例如1iu/g、5iu/g、10iu/g、15iu/g、20iu/g、25iu/g、30iu/g等)中药渣。
32.优选地，所述酶解处理在35-55℃(例如35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、50℃、55℃等)下进行4-24h(例如5h、10h、12h、18h、24h等)。
33.上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
34.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
35.本发明创造性地开发了一种用蒸汽爆破处理结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，同时在汽爆处理体系中添加氯离子，能够提高中药渣中木聚糖及其聚合物的降解水平，来提高后续酶解的有效作用位点，从而提高阿魏酸的得率，该方法能够充分利用中药废渣，使资源得到再利用，同时能够高效简便地制得阿魏酸。
具体实施方式
36.为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
37.下述实施例或对比例涉及的阿魏酸酯酶购自megazyme公司，型号为nate-1624；纤维素酶购自sigma公司，型号为9012-54-8；木聚糖酶购自sigma公司，型号为x3876。
38.下述实施例或对比例中阿魏酸浓度测定采用hplc法，c18反相色谱柱，紫外检测器，检测波长320nm，柱温为30℃，流动相为甲醇和体积分数1％乙酸二步梯度洗脱(0-10min内甲醇体积分数由20％上升为50％，10-20min内甲醇体积分数由50％上升为80％)，流量为1ml/min，进样量为20μl。
39.下述实施例或对比例中使用的中药渣来源如下：
40.将川芎切片粉碎以后，过20目筛，将川芎粉末与70％乙醇水溶液以质量比1:4混合，超声30min，40khz，然后将其抽滤，并用蒸馏水抽洗两次，抽滤后制得川芎渣，105℃烘干备用。
41.实施例1
42.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，如下：
43.(1)将中药渣切至1-2cm长的小段，与含氯化铁的水溶液混合，使中药渣含水量在30％，氯离子含量为0.15g/g中药渣，20℃下静置1.0小时；
44.(2)将中药渣水溶液搅拌均匀，装入汽爆罐中，通入蒸汽，待排出罐内冷空气后，关闭装料阀，升压至1.5mpa，维压8min，打开放料阀，瞬间减压释放，即得汽爆后的中药渣；
45.(3)取汽爆后的中药渣，加入ph5.0的醋酸缓冲液，得到固含量为10％的混合液，加入正庚醇，使正庚醇和混合液的体积比1：10，加入阿魏酸酯酶(20iu/g中药渣)、纤维素酶(20fpa/g中药渣)，木聚糖酶(20iu/g中药渣)，混合均匀；于50℃恒温水浴中酶解20h。
46.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到8.5mg/g中药渣。
47.实施例2
48.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，如下：
49.(1)将中药渣切至1-2cm长的小段，与含氯化铝的水溶液混合，使中药渣含水量在20％，氯离子含量为0.10g/g中药渣，25℃下静置2.0小时；
50.(2)将中药渣水溶液搅拌均匀，装入汽爆罐中，通入蒸汽，待排出罐内冷空气后，关闭装料阀，升压至1.0mpa，维压10min，打开放料阀，瞬间减压释放，即得汽爆后的中药渣；
51.(3)取汽爆后的中药渣，加入ph5.0的醋酸缓冲液，得到固含量为15％的混合液，加入正丁醇，使正丁醇和混合液的体积比2:10，加入阿魏酸酯酶(30iu/g中药渣)、纤维素酶(15fpa/g中药渣)，木聚糖酶(15iu/g中药渣)，混合均匀；于40℃恒温水浴中酶解24h。
52.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到7.9mg/g中药渣。
53.实施例3
54.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，其与实施例1的区别仅在于步骤(1)中氯离子含量为0.03g/g中药渣，其他条件均保持不变。
55.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到7.4mg/g中药渣。
56.实施例4
57.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，其与实施例1的区别仅在于步骤(1)中氯离子含量为0.3g/g中药渣，其他条件均保持不变。
58.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到7.1mg/g中药渣。
59.实施例5
60.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，其与实施例1的区别仅在于步骤(3)中将正庚醇替换为等体积的正辛醇，其他条件均保持不变。
61.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到8.4mg/g中药渣。
62.实施例6
63.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，其与实施例1的区别仅在于步骤(3)中将正庚醇替换为等总体积的正庚醇和正辛醇的混合液(1:1,v/v)，其他条件均保持不变。
64.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到9.1mg/g中药渣。
65.实施例7
66.本实施例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，其与实施例1的区别仅在于步骤(3)中：取汽爆后的中药渣，加入ph5.0的醋酸缓冲液，得到固含量为10％的混合液，加入阿魏酸酯酶(20iu/g中药渣)、纤维素酶(20fpa/g中药渣)，木聚糖酶(20iu/g中药渣)，混合均匀；于50℃恒温水浴中酶解20h。其他条件均保持不变。
67.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到4.4mg/g中药渣。
68.对比例1
69.本对比例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，其与实施例1的区别仅在于步骤(1)中：将中药渣切至1-2cm长的小段，与水混合，使中药渣含水量在30％，20℃下静置1.0小时。其他条件均保持不变。
70.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到3.8mg/g中药渣。
71.对比例2
72.本对比例提供一种采用中药渣制备阿魏酸的方法，如下：
73.(1)将中药渣切至1-2cm长的小段，与水混合，使中药渣含水量在30％，20℃下静置1.0小时；
74.(2)将中药渣水溶液搅拌均匀，装入汽爆罐中，通入蒸汽，待排出罐内冷空气后，关闭装料阀，升压至1.5mpa，维压8min，打开放料阀，瞬间减压释放，即得汽爆后的中药渣；
75.(3)取汽爆后的中药渣，加入ph5.0的醋酸缓冲液，得到固含量为10％的混合液，加入阿魏酸酯酶(20iu/g中药渣)、纤维素酶(20fpa/g中药渣)，木聚糖酶(20iu/g中药渣)，混合均匀；于50℃恒温水浴中酶解20h。
76.用hplc测定酶解样品中阿魏酸的含量，阿魏酸得率达到2.1mg/g中药渣。
77.由上述实施例和对比例的试验结果可知，本发明所涉及的利用中药渣制备阿魏酸的方法能够高效地提取得到阿魏酸，其中在汽爆过程中加入的氯离子以及在酶解过程中使用的有机相能够促进阿魏酸提取率的提高，且氯离子的使用浓度和有机相的类型选择也影响阿魏酸的提取率。
78.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
79.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
80.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：
1.一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将中药渣原料与含有氯离子的水溶液混合进行汽爆处理，然后将汽爆后的中药渣进行酶解处理，获得阿魏酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中药渣原料与水溶液的质量比为6:4-9:1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氯离子与中药渣的质量比为(0.05-0.2):1；优选地，所述氯离子来源于氯化铁和/或氯化铝。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述进行汽爆处理前将混合液在10-40℃下静置0.5-3h。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述汽爆处理在汽爆罐中进行，具体为：通入蒸汽，待排出罐内冷空气后，关闭装料阀，升压至0.9-2.0mpa，维压1-10min，打开放料阀，瞬间减压释放，即可。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述酶解处理的过程中添加有c4-c10脂肪醇，形成两相体系；优选地，所述c4-c10脂肪醇包括正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇或正癸醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选正庚醇和正辛醇的组合。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述酶解处理的方法具体包括：将汽爆后的中药渣与醋酸缓冲液混合至固含量为7-15％的混合液，然后与c4-c10脂肪醇、酶混合，进行酶解反应。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述醋酸缓冲液的ph值为4.5-5.5；优选地，所述c4-c10脂肪醇的添加体积与混合液体积的比例为(1-3):10。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述酶解处理使用的酶包括阿魏酸酯酶，其使用量为5-30iu/g中药渣；优选地，所述酶解处理使用的酶还包括纤维素酶和/或木聚糖酶；优选地，所述纤维素酶的使用量为0-30fpa/g中药渣，木聚糖酶的使用量为0-30iu/g中药渣。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述酶解处理在35-55℃下进行4-24h。

技术总结
本发明涉及一种汽爆结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，所述方法包括如下步骤：将中药渣原料与含有氯离子的水溶液混合进行汽爆处理，然后将汽爆后的中药渣进行酶解处理，获得阿魏酸。本发明创造性地开发了一种用蒸汽爆破处理结合酶解处理中药渣制备阿魏酸的方法，同时在汽爆处理体系中添加氯离子，能够提高中药渣中木聚糖及其聚合物的降解水平，来提高后续酶解的有效作用位点，从而提高阿魏酸的得率，该方法能够充分利用中药废渣，使资源得到再利用，同时能够高效简便地制得阿魏酸。同时能够高效简便地制得阿魏酸。


技术研发人员：杨茂华 邢建民 苗得露 赵胥浩
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/8/16