从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法及应用与流程

1.本发明属于生物多酚提取技术领域，特别是一种从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法及应用。


背景技术：

2.酚类物质应用广泛，是合成农药、抗氧化剂、感光材料和香料等精细化工产品的必备中间体。同时，酚类物质因自身特殊的多酚羟基结构，使其可以有效实现抗菌以及抗氧化。但合成类多酚物质存在成本高，生物安全性较差等特点，基于生物质原料中提取植物多酚被认为是一种更为安全有效获取方式。
3.天然植物多酚来源广泛，种类丰富，目前已经从多种天然植物组织中实现多酚提取。例如，专利cn107164133a中报道了利用复配强氧化钠溶液从猕猴桃中提取多酚物质，并制备抗菌皂，可以实现对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌以及大肠杆菌的抑制；专利cn104473825a则公开一种从龙眼中提取高纯度药用多酚的方法，其主要利用不同浓度的丙酮水溶液对于原料反复萃洗，而后利用大孔吸附树脂吸附纯化，所制备多酚物质具有良好水溶性，并有望应用于化妆品领域；专利cn200510022420.0公开以利用超声和微波辅助提取植物多酚方法，其特点在于以富含植物多酚类物质的天然原料，经清洗、干燥、粉碎，并在氮气保护加热条件下辅以超声和微波，从而制备具有酚类活性固体颗粒。
4.尽管目前存在大量植物多酚活性物质提取方法，但上述专利仍存在如下问题：(1)依赖高价值生物质原料，其提取原料本身即为经济农作物，存在经济价值，同期上述原料在丰富和分布广度上均较为有限；(2)提取工艺不符合“绿色化学”理念。利用碱溶和丙酮萃取方式均存在废水排放、有机溶剂损耗，并且对天然植物多酚生物安全性造成潜在影响；(3)工艺复杂，以利用超声和微波辅助提取植物多酚方法专利为代表的超声及微波辅助，高压惰性气体保护溶解方式较为繁琐，设备要求高，能耗大，其提取成本也相对较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过高效催化木质素β
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o
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4键断裂促使产物酚羟基含量提高，增加产物各项活性的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法及应用。
6.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法，包括以下步骤：
7.1)、配置绿色提取溶液：将氯化胆碱、多元有机酸、渗透剂以及催化剂进行混合并搅拌至少1h，所配溶液为a溶液；
8.2)、溶解生物质多酚：将木质纤维原料置于a溶液中进行充分溶解，随后加入乙醇溶液并充分震荡，然后经过滤获取滤液，即为b溶液；
9.3)、纯化生物质多酚：向b溶液中加入纯水，并静置至少24h直至生物质多酚完全析出，获取析出固体，残余溶液为c溶液；将析出固体通过超纯水震荡洗涤，并在60℃中充分烘
干，而后研磨即获取固体生物质多酚活性物质，c溶液经过滤后回收复用。
10.本从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法，基于所设计的绿色高效生物质多酚提取体系，以生物质多酚物质的提取率、酚羟基含量以及相对纯度为主要评价指标，着重考察体系中有机酸种类及成分配比、催化剂种类、提取温度等工艺因素对于木质素多酚的综合提取效能。
11.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，所述a溶液中氯化胆碱与多元有机酸的摩尔比为1∶1
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10；渗透剂所占a溶液质量比为0.5
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5wt％；催化剂所占a溶液质量比为1
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5wt％。
12.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，所述多元有机酸为草酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸、果糖、植酸、甘油酸、异柠檬酸、石酸中的至少一种。优选的是草酸和乳酸。
13.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，在步骤1)中，所述渗透剂为jfc
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a、jfc
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b、jfc
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c、jfc
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d、jfc
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h、jfc
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g、td
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701、sd
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m16、dxs、bos、td
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701、td
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702、md中的至少一种；所述催化剂为金属类催化剂，具体为氯化铁、氧化铁、氯化锌、氧化锌、氯化铜、氧化铜、氧化钴中的至少一种。
14.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，在步骤1)中，搅拌温度为50
‑
140℃，搅拌方式为磁力搅拌、机械搅拌、超声震荡中的任意一种。
15.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，在步骤2)中，所述a溶液与木质纤维原料的浴比为2
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10∶1，w/w；溶解温度为60
‑
140℃，溶解时间为2
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12h；所述乙醇溶液与a溶液的比例为1
‑
10∶1，v/v。
16.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，在步骤2)中，所述木质纤维原料为针叶木、阔叶木、竹材原料或禾草类原料中的至少一种，所述木质纤维原料的尺寸为10
‑
100目的颗粒、长2～4cm宽1～2cm的木片或竹片、长2～4cm的禾草类原料。
17.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，在步骤3)中，所述纯水与b溶液的体积比为3
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10∶1，v/v；所述c溶液通过旋蒸方式去除水分循环利用，其旋蒸温度为60
‑
100℃。
18.在上述的从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法中，在步骤3)中，获取析出固体的方式为真空抽滤、高速离心中的至少一种。
19.从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的应用，由上述任一项制得的多功能活性生物多酚，直接作为添加剂用于材料抗菌、抗氧化以及抗紫外，其尺寸为0.01
‑
500μm，作为添加用量为0.1
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10.0％。
20.与现有技术相比，本从废弃木质纤维中提取多功能活性生物多酚的方法及应用具有以下有益效果：
21.1、以废弃生物质资源为原料，具有原料分布广、成本低以及易于获取；
22.2、基于木质纤维材料结构特征，合理配置绿色溶剂，实现生物组分子内氢键的定向剪切，并催化β
‑
o
‑
4键断裂，获取高酚羟基含量的生物质多酚；
23.3、所设计工艺无有机溶剂利用，溶剂可循环利用，满足绿色化学理念；
24.4、所提取生物质多酚纯度高、活性强，功能性强，集抗菌、抗氧化以及抗紫外性能于一体，能够有效拓宽生物质多酚材料高值化应用。
附图说明
25.图1本发明中生物质多酚的紫外光谱图。
26.图2本发明中生物质多酚红外光谱图。
27.图3本发明中生物质多酚自由基捕获性能图。
28.图4本发明中生物质多酚的抗菌性能图。
29.图5本发明中生物质多酚的紫外防护性能图。
具体实施方式
30.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
31.如图1至图5所示。
32.实施例1：
33.1)、配置绿色提取溶液：按照摩尔比1∶1比例配置氯化胆碱
‑
草酸溶液，向其分别加入1wt％的jgf渗透剂以及1.5wt％的fecl催化剂，并在100℃条件下机械搅拌1h，配置a溶液；
34.2)、溶解生物质多酚：按10∶1的浴比(木质纤维∶a溶液，w/w)将木质纤维原料置于a溶液中，在100℃温度下溶解8h。随后按1∶1的比例加入乙醇溶液(乙醇∶a溶液，w/w)并充分震荡，并经200目涤纶滤布过滤获取滤液，即为b溶液；
35.3)、生物质多酚纯化：按照4∶1的体积比向b溶液中加入纯水(纯水∶b溶液，v/v)，并静置24h直至生物质多酚完全析出，通过过滤方式获取析出固体。所获析出固体利用超纯水震荡洗涤，并在60℃充分烘干研磨即获取固体生物质多酚活性物质，过滤后c溶液可回收复用。
36.实施例2
‑
5：将实施例1中草酸以柠檬酸、乳酸、植酸、甘氨酸和苹果酸中任意一种替代，其余条件同实施例1。
37.实施例2
‑
5工艺条件中对生物质多酚提取效能的结果见表1。
38.表1不同有机酸体系对生物质多酚提取性能影响
[0039][0040]
[0041]
由表1结果可知，所述的有机酸体系均对生物质多酚具有一定的溶解效能，由于不同有机酸所复配的提取液在黏度、酸度等性能指标是哪个存在差异，因此其对生物质多酚的提取效能液不尽相同，其中，以乳酸和草酸为代表的提取体系综合性能较高，其提取的生物质多酚在提取率、酚羟基含量和相对纯度均较高。
[0042]
实施例6
‑
10：将实施例1中fecl3催化剂改为氯化锌、氧化锌、氯化铜、氯化铝、氧化钴，其余条件同实施例1。
[0043]
实施例6
‑
10中催化剂种类对生物质多酚提取效能的结果见表2。
[0044]
表2不同催化剂生物质多酚提取性能影响
[0045][0046]
由表2可知，催化剂的种类对与所提取的生物质多酚的性能重要影响，具体表现在产物酚羟基含量差异较大，其中以氯化锌最佳，而不同催化剂所提取的生物质多酚在产物的相对纯度上影响不大。
[0047]
实施例11
‑
14：将实施例1中木质素与氯化胆碱和草酸的摩尔比例更改为2∶1，4∶1，5∶1，6∶1(氯化胆碱∶草酸)，其余条件同实施例1。
[0048]
实施例11
‑
14中不同氯化胆碱和有机酸比例对生物质多酚提取效能的结果见表3。
[0049]
表3不同氯化胆碱和有机酸比例生物质多酚提取性能影响
[0050][0051]
表3可知，随着氯化胆碱：有机酸比例提高，其提取率呈现不断降低，而产物的酚羟
基含量则不断提高，这是由于随着两种成分的摩尔比的提高，体系的黏度逐渐增大，导致溶解性能降低。但更多的多元酸成分导致产物酚羟基含量提升。
[0052]
实施例15
‑
22：将实施例1中的步骤2提取温度改为60、70、80、90、110、120、130和140℃，其余条件同实施例1。
[0053]
实施例15
‑
22不同提取温度对生物质多酚提取效能的分析结果见表4。
[0054]
表4不同提取温度对生物质多酚提取性能影响
[0055][0056][0057]
由表4可知，随着提取温度的提升，其生物质多酚产率明显上升，其产物的酚羟基含量和相对纯度整体呈现先升高后降低的趋势。整体而言，110
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120℃是较优提取温度区间。
[0058]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。