一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法与流程

1.本发明涉及一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法。
技术背景
2.桑，是桑科，桑属落叶乔木或灌木，其根、茎、叶、果均有良好的药用价值。李时珍在其著作《本草纲目》中写道：“桑木能利关节，养津液，燃烧则拔引毒气，而且祛逐风寒，所以能去腐生新，一切仙药，不是桑柴火煎的不服。”近来，由于桑柴中有效成分植物酸——“桑木酢”的成功提取，使桑木的药用价值的利用得到进一步的关注。现有的桑木提取液制备方法，例如中国专利文献cn101612200a和cn108578474a均为采用将桑树木段干馏后冷凝的方法。这些方法存在的主要缺点为：首先，采用桑木段整段蒸馏的方法，蒸馏效果差，获得有效成分极少，成本极高，价格特别昂贵，有“一两桑液二两金”的说法，不利于市场推广；其次，由于采用整段蒸馏的方式，其对蒸馏设备的空间要求高，增加设备的投入成本，同时操作也相当不便，不利于工厂化制备。因此，目前的桑木提取液制备方法有待改进，提高有效成分的提取率，并利于工厂化制备。


技术实现要素：

3.针对上述存在的问题，本发明提供一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法，通过将桑木段粉碎，置于离子液体与纤维素酶中进行预处理，然后结合蒸馏萃取方式提取桑木中有效的成分，不仅提高有效物质的提取率还有利于提取操作。具体技术方案如下：
4.一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法，包括步骤如下：
5.1)选取原料：收集剪下的桑枝条或砍伐的桑木干，去除有病虫害的部分，清洗枝干上泥灰，晾干备用；
6.2)粉碎处理：先将桑枝条或桑木干切割成小段，并去掉桑皮，然后使用粉碎机粉碎成沫，制成桑木粉；
7.3)纤维分解：将桑木粉加入到离子液体中，同时加入一定比例的纤维素酶，混合均匀，使桑木粉中的纤维素充分分解，释放出桑木中有效的植物酸类物质，形成桑木粉浸出液；
8.4)初级分馏：将纤维分解后的桑木粉浸出液引入分馏釜中进行初级分馏，分馏温度控制在150～250℃，分馏压力控制在0.1～0.6mpa，收集挥发的物质获得初级分馏物，以备进一步处理；
9.5)分段次级分馏：将收集的初级分馏物再次通入分馏釜进行分段次级分馏，控制分馏温度在220～300℃，分馏压力控制在0.3～0.9mpa，并分别收集挥发产物获得次级分馏物a1～an；
10.6)冷却处理：将收集的次级分馏物a1～an，分别冷却处理并收集冷凝液，获得桑木原液b1～bn；
11.7)加水雾化：将冷却处理获得的桑木原液b1～bn分别或混合后与去离子水混合，并使用超声波雾化器进行雾化处理，获得成品桑木提取液。
12.作为优选的技术方案的，步骤1)中，所述剪下的桑枝条或砍伐的桑木干为具有两年及以上树龄的桑树枝干。
13.作为优选的技术方案的，步骤2)中，所述粉碎处理制成的桑木粉粒径为能通过40目的网筛。
14.作为优选的技术方案的，步骤3)中，所述离子液体含有的组分包括：1-丁基-3-甲基咪唑磷酸氢二盐、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸盐、溴化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑和/或溴化1-乙基-3-甲基咪唑，离子液体浓度为0.01～0.06mol/l。
15.作为优选的技术方案的，步骤3)中，所述离子液体中还含有没食子酸、丁二酸、dl-苹有机酸、柠檬酸或酒石酸中的一种。
16.作为优选的技术方案的，步骤3)中，所述纤维素酶，其酶活力≥400u/mg，用量为每千克桑木粉用纤维素酶2～10g；所述纤维分解伴有微波震摇辅助分解。
17.作为优选的技术方案的，步骤4)中，所述初级分馏为均匀升温升压蒸馏，升温的温度温度控制在每分钟上升1℃，压力为每20分钟上升0.1mpa。
18.作为优选的技术方案的，步骤5)中，所述分段次级分馏分为五段；其中，第一段次级分馏的温度控制为220～240℃，分馏压力控制为0.3～0.4mpa，获得次级分馏物a1；第二段次级分馏的温度控制为240～250℃，分馏压力控制为0.4～0.5mpa，获得次级分馏物a2；第三段次级分馏的温度控制为250～260℃，分馏压力控制为0.5～0.6mpa，获得次级分馏物a3；第四段次级分馏的温度控制为260～280℃，分馏压力控制为0.6～0.8mpa，获得次级分馏物a4；第五段次级分馏的温度控制为280～300℃，分馏压力控制为0.8～0.9mpa，获得次级分馏物a5。
19.作为优选的技术方案的，步骤6)中，所述冷却处理为水冷方式，冷却温度为45～60℃。
20.作为优选的技术方案的，步骤7)中，所述加水雾化的加水体积比为：桑木原液:水＝1:1～1.5。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明通过将整段的桑木粉碎处理后于离子液体保护下经纤维素酶处理后进行蒸馏提取。该离子液体中1-丁基-3-甲基咪唑磷酸氢二盐、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸盐、溴化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑和溴化1-乙基-3-甲基咪唑或其中几种，其具有良好的化学稳定性、热稳定性、不可燃性和高导电性，并且对桑木中酸类表现出良好的溶解性并形成离子保护。并且该离子液体挥发性非常低，可以避免后期蒸馏对产品的污染，同时离子液体在环境友好和回收利用方面具有无可替代的优势和潜力，对桑木提取液的安全性有保证。另外，该离子溶液中加入没食子酸、丁二酸、dl-苹有机酸、柠檬酸或酒石酸中的一种调节溶液ph，使其适合纤维素酶的最适ph，并不破坏及影响桑木提取液中酸的性质。通过酶解及离子液体溶解后进行分馏提取，其提取率相较于现有的提取方式高出6倍以上。另外，不经纤维素酶处理及离子液体保护也可以直接进行蒸馏提取，其提取率相较于现有的提取方式高出2倍以上。有效提高了桑木提取液中的有效成
分，并且粉碎的桑木利于操作，对提取设备物特殊要求。减少设备投入成本，提高经济价值，具有非常好的经济及应用价值。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1～3为制备桑木提取液，实施例4为效果例。
24.实施例1
25.本实施例是一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法，包括步骤如下：
26.1)选取原料：收集剪下的桑枝条或砍伐的桑木干，优选为树龄两年的桑树枝干，去除有病虫害的部分，清洗枝干上泥灰，晾干备用，晾干的程度为其水分含量为10％以下。
27.2)粉碎处理：先将准备的桑枝条或桑木干切割成小段，并去掉桑树皮，必要时还可以进行除蜡步骤，然后使用粉碎机粉碎成沫，制成桑木粉，该桑木粉的粒度要求为可通过40目网筛。
28.3)纤维分解：将桑木粉加入到离子液体中，同时加入一定比例的纤维素酶，混合均匀，使桑木粉中的纤维素充分分解，释放出桑木中有效的植物酸类物质，形成桑木粉浸出液。该离子液体中还有1-丁基-3-甲基咪唑磷酸氢二盐、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸盐、溴化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑和溴化1-乙基-3-甲基咪唑或其中几种组分形成离子保护，离子液体浓度为0.01mol/l。另外，还含有没食子酸、丁二酸、dl-苹有机酸、柠檬酸或酒石酸中的一种调节溶液ph，本实施例中离子液体的ph为4.5，使其适合纤维素酶的最适ph，提高酶解效率。加入的纤维素酶酶活力≥400u/mg，本实施中用量为每千克桑木粉用纤维素酶2g。同时为了提高分解及桑木中有机酸的浸出速度，所述纤维分解伴有微波震摇辅助分解，本实施例中采用的是江苏绿叶生物科技有限公司生产的微波样品处理平台仪器，本实施例共处理20min。
29.4)初级分馏：将纤维分解后的桑木粉浸出液引入分馏釜中进行初级分馏，分馏温度控制在150～250℃，分馏压力控制在0.1～0.6mpa，收集挥发的物质获得初级分馏物，以备进一步处理。所述初级分馏为均匀升温升压蒸馏，升温的温度温度控制在每分钟上升1℃，压力为每20分钟上升0.1mpa，共分馏100mim，充分将桑木中的有效成分蒸馏出来。
30.5)分段次级分馏：将收集的初级分馏物再通入分馏釜进行分段次级分馏，控制分馏温度在220～300℃，分馏压力控制在0.3～0.9mpa，并分别收集挥发产物获得次级分馏物a1～an。本实施例中分段蒸馏分为五段，其第一段次级分馏的温度控制为220℃，分馏压力控制为0.3mpa，获得次级分馏物a1；第二段次级分馏的温度控制为240℃，分馏压力控制为0.4mpa，获得次级分馏物a2；第三段次级分馏的温度控制为250℃，分馏压力控制为0.5mpa，获得次级分馏物a3；第四段次级分馏的温度控制为260℃，分馏压力控制为0.6mpa，获得次级分馏物a4；第五段次级分馏的温度控制为280℃，分馏压力控制为0.8mpa，获得次级分馏物a5。在其他实施实施例中，次级分馏的段数及温度、压力时间等都可以进行调整。采多段分馏，主要是为了分段获取桑木中不同植物酸的特定组分，以备后期实验验证“桑木酢”中哪些成分是有效成分，进一步研究其作用机理，便于开展深入研究。
31.6)冷却处理：将收集的次级分馏物a1～a5，分别采用水冷却处理，温度控制在45～
60℃，并收集冷凝液，即获得桑木原液b1～b5。
32.7)加水雾化：将冷却处理获得的桑木原液b1～b5混合后与去离子水混合，积比为：桑木原液:水＝1:1，并使用超声波雾化器进行雾化处理，获得成品桑木提取液。
33.实施例2
34.本实施例也是一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法，其步骤与实施例1相同，具体如下：
35.选取树龄两年以上的桑枝条或砍伐的桑木干，去除有病虫害的部分，清洗晾干后切割成小段，并去掉桑树皮。然后使用粉碎机粉碎成可通过40目网筛的桑木粉。然后将桑木粉加入到离子液体中，离子液体浓度为0.03mol/l，离子液体配比与实施例1相同，离子液体的ph为5.5。同时加入纤维素酶，每千克桑木粉用纤维素酶5g，混合均匀，使用微波样品处理平台仪器辅助分解处理25min，形成桑木粉浸出液。
36.然后，将上述桑木粉浸出液引入分馏釜中进行初级分馏，收集挥发的物质获得初级分馏物；然后将收集的初级分馏物再通入分馏釜进行五段次级分馏；其中，第一段次级分馏的温度控制为230℃，分馏压力控制为0.35mpa，获得次级分馏物a1；第二段次级分馏的温度控制为245℃，分馏压力控制为0.45mpa，获得次级分馏物a2；第三段次级分馏的温度控制为255℃，分馏压力控制为0.55mpa，获得次级分馏物a3；第四段次级分馏的温度控制为270℃，分馏压力控制为0.7mpa，获得次级分馏物a4；第五段次级分馏的温度控制为290℃，分馏压力控制为0.85mpa，获得次级分馏物a5。
37.6)冷却处理：将收集的次级分馏物a1～a5，分别采用水冷却处理，温度控制在50℃，并收集冷凝液，即获得桑木原液b1～b5。
38.7)加水雾化：将冷却处理获得的桑木原液b1～b5分别与去离子水混合，积比为：桑木原液:水＝1:1，并使用超声波雾化器进行雾化处理，获得成品桑木提取液。
39.实施例3
40.本实施例也是一种基于离子液体与纤维素酶法的桑木提取液制备方法，其步骤也与实施例1相同，具体如下：
41.选取树龄两年以上的桑枝条或砍伐的桑木干，去除有病虫害的部分，清洗晾干后切割成小段，并去掉桑树皮；然后使用粉碎机粉碎成可通过40目网筛的桑木粉。然后将桑木粉加入到离子液体中，离子液体浓度为0.06mol/l，离子液体的配比与实施例1相同，其ph为6.5。同时每千克桑木粉用纤维素酶10g，混合均匀，使用微波样品处理平台仪器辅助分解处理30min，形成桑木粉浸出液。
42.将上述桑木粉浸出液引入分馏釜中进行初级分馏，收集挥发的物质获得初级分馏物；然后将收集的初级分馏物再通入分馏釜进行五段次级分馏；其中，第一段次级分馏的温度控制为240℃，分馏压力控制0.4mpa，获得次级分馏物a1；第二段次级分馏的温度控制为250℃，分馏压力控制为0.5mpa，获得次级分馏物a2；第三段次级分馏的温度控制为260℃，分馏压力控制为0.6mpa，获得次级分馏物a3；第四段次级分馏的温度控制为280℃，分馏压力控制为0.8mpa，获得次级分馏物a4；第五段次级分馏的温度控制为300℃，分馏压力控制为0.9mpa，获得次级分馏物a5。
43.6)冷却处理：将收集的次级分馏物a1～a5，分别采用水冷却处理，温度控制在60℃，并收集冷凝液，即获得桑木原液b1～b5。
44.7)加水雾化：将冷却处理获得的桑木原液b1～b5分别与去离子水混合，积比为：桑木原液:水＝1:1.5，并使用超声波雾化器进行雾化处理，获得成品桑木提取液。
45.实施例4效果例
46.本实施例是将实施例1～3桑木提取液进行抗菌实验，将实施例1～3桑木原液喷雾处理棉织物，作为实验组：s-1；s-2-b1、s-2-b2、s-2-b3、s-2-b4、s-2-b5；s-3-b1、s-3-b2、s-3-b3、s-3-b4、s-3-b5；以未经处理的纯棉织物作为对照实验s-0。各试样均重0.4g，抗菌实验标准为jis-l-1902(iso20743)，实验菌种为大肠杆菌(escherichia coliatcc 25922)，播种菌数(a)均为30000，培养条件均为37℃下培养18小时。18小时培养后对照样上菌落数(b)，试样上菌落数(c)。实验成立条件logb-loga≥1.5，logb-logc≥2.2时试样被认为有抗菌效果。实验结果如表1所示：
47.表1.各实施制备的桑木提取液抗菌实验结果
[0048][0049]
由上述表可以看出，本发明方法制备的桑木提取液，对大肠杆菌的抗菌效果极好，抗菌效果均达到>99.99％。并且发现通过将整段的桑木粉碎处理后于离子液体保护下经纤维素酶处理后进行蒸馏提取，其提取率相较于现有的提取方式高出10倍以上。其中，不经纤维素酶处理及离子液体保护也可以直接进行蒸馏提取，其提取率相较于现有的提取方式高出3倍以上。有效提高了桑木提取液中的有效成分，并且粉碎的桑木利于操作，对提取设备物特殊要求。减少设备投入成本，提高经济价值，具有非常好的经济及应用价值。
[0050]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。