技术领域
本发明涉及一种湖北海棠叶原料制备方法,确切的说是一种用于根皮苷/根皮素提取用途的湖北海棠叶原料制备工艺。
背景资料
根皮苷是1835年从苹果树的树皮中分离出来的一种苦味物质,属于植物类黄酮的二氢查尔酮苷,是根皮素的2’-β-D-葡萄糖苷,从被发现到现在的170多年来,根皮苷广泛应用于人体药物和生物膜的生理研究,包括肥胖症、高血压、抗氧化性、膜渗透性、食品和饮料的保质期、食品添加剂、药物和化妆品等方面。也有学者研究根皮苷与葡萄糖的摄取、糖尿病的控制及根皮苷生物合成的重组酶和植物蛋白的相关性。根皮苷传统的获取途径是通过苹果的枝、皮采用乙醇提取分离的方式获得,苹果枝皮中根皮苷含量较低,提取分离成本较高。而湖北海棠枝条和叶中含有丰富的根皮苷,各部位含量在0.9~13%不等,其嫩叶中含量最高,(方荣,等,湖北海棠中根皮苷含量测定,食品科技,2008年33卷6期),且可以采用水作为溶剂提取(邓改改,等.湖北海棠叶中根皮苷的提取方法,专利号:ZL 201410346970.7),成本低廉,可以作为提取根皮苷/根皮素的优势资源。
湖北海棠是蔷薇科苹果属乔木,主产于湖北、湖南、重庆等地,生山坡或山谷丛林中,海拔1000-2900米,是鄂西著名的药食两用植物资源。现对湖北海棠叶中根皮苷提取分离方法的研究较多,但对于原料产地加工的方法未见报道,湖北海棠叶中根皮苷含量不稳定,容易在采收、加工、运输过程中发生酶促降解而含量大幅下降,要利用湖北海棠叶为原料进行根皮苷的提取生产,首要解决的问题就是采取合理的产地加工方法,最大程度保留湖北海棠叶中的根皮苷含量,为了克服湖北海棠叶大规模开发利用过程中存在的技术缺陷,本发明采取高效便利的湖北海棠叶原料产地加工工艺,为湖北海棠叶的工业化利用提供了方便。
发明内容
针对湖北海棠大规模开发利用存在的技术不足,本发明目的在于提供一种湖北海棠叶原料产地加工工艺,制备工艺简单,成本价格低廉,经济适用,加工的湖北海棠叶原料适合长期贮存与运输,根皮苷含量高,易于提取分离且存储过程中含量稳定,便于仓储,品质稳定可靠。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种根皮苷/根皮素提取用途的湖北海棠叶原料加工工艺,它包括如下内容:
(1)确定湖北海棠叶采收时间:在每年的5~10月采收湖北海棠鲜叶;
(2)鲜叶保存:湖北海棠鲜叶在采摘以后,野外就近摊凉在阴凉的地方,避免阳光照射,鲜叶采集后野外存放1-8h后采用非厢式货车散装运输;
(3)摊凉散热:运输进厂的鲜叶迅速卸货摊凉,增加空气流动;
(4)鲜叶快速蒸制灭活:将摊凉的鲜叶装入不锈钢蒸箱内,使湖北海棠鲜叶受热灭活;
(5)湖北海棠叶烘干:采用高温滚筒式烘干机或热风烘干机将灭火后的湖北海棠在100~250℃条件下烘干即可得到干燥的湖北海棠叶原料,冷却至室温即可打包入库。
所述的步骤(1)中湖北海棠的采收时间为6月中旬-8月中旬。
所述的鲜叶运输过程的温度为30-40℃,运输时间不超过2h。
所述的摊凉厚度不超过15cm。进一步优选为所述的摊凉厚度为10cm。
所述的蒸制过程中,不锈钢蒸箱内,每层不超过10cm厚度,采用0.04~0.08MP的流通蒸汽迅速升温至95~125℃蒸制8~30min。
进一步优选为所述的蒸制过程中,不锈钢蒸箱内,每层厚度为10cm,蒸制温度为115℃,蒸制时间为10min。
(6)保质期确定:加工的湖北海棠叶原料采用透气式塑料编织袋包装,存放于常温库中,每2月取样检测根皮苷含量,评价存放时间对湖北海棠叶原料中根皮苷含量的影响,确定湖北海棠叶原料能稳定保存1年以上。
本发明的有益效果:利用简单的工业设备开发出一种经济适用、稳定可靠、高有效成分含量的用于根皮苷/根皮素提取用途的湖北海棠叶原料加工方法,并具有较长的质保期限,仓储易于实现,满足市场需要,制备工艺简单,加工成本低廉,质量稳定可靠。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例中。
实施例1本发明实施方法
在阳历5~10月每月中旬分别采收湖北海棠鲜叶进行产地加工实验,观察鲜叶采收过程中变质情况,测定鲜叶水分含量及监测根皮苷含量变化,综合成本及加工可行性等因素确定最适于工业加工的采收时间在每年6月中旬-8月中旬。
实施例2本发明实施方法
湖北海棠鲜叶在采摘以后应野外就近摊凉在阴凉的地方,避免阳光照射,严禁渥堆或紧压于尼龙袋中,谨防发热褐变,鲜叶采集后野外存放时间不宜超过8h,运输应采用仓栅式货车散装运输,不可装袋紧压,气温高于30℃的条件下,鲜叶运输时间不宜超过2h,若长距离运输,建议采用冷藏车进行运输。
实施例3本发明实施方法
运输进厂的鲜叶应迅速卸货摊凉,摊凉厚度不超过15cm,增加空气流动,迅速散去鲜叶积热。
实施例4本发明实施方法
将摊凉的鲜叶装入不锈钢蒸箱内,每层不超过10cm厚度,采用0.04~0.08MP的流通蒸汽迅速升温至95~105℃蒸制8~14min,确保所有湖北海棠鲜叶受热灭活,防止酶促降解反应。
实施例5本发明实施方法
采用高温滚筒式烘干机或热风烘干机在100~250℃条件下烘干即可得到干燥的湖北海棠叶原料,冷却至室温即可打包入库。
实施例6本发明实施方法
加工的湖北海棠叶原料采用透气式塑料编织袋包装,存放于常温库中,每2月取样检测根皮苷含量,评价存放时间对湖北海棠叶原料中根皮苷含量的影响,确定湖北海棠叶原料能稳定保存1年以上。
实施例7本发明实施方法的工艺考察
一、湖北海棠叶原料最佳采摘时间的确定
1实验材料
1.1原料采集
原料采自湖北省五峰土家族自治县长乐坪镇1200米左右的高山种植基地(由五峰绿润生物科技有限公司种植基地提供),从湖北海棠发芽以后的5月开始至秋天落叶前的10月,每月中旬采集20kg湖北海棠鲜叶进行实验。
1.2仪器
Ultimate 3000高效液相色谱仪(戴安(上海)分析仪器有限公司);SB-100旋转蒸发仪(日本EYELA公司);电子分析天平(上海越平科学仪器有限公司);电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)。
1.3标准品与试剂
根皮苷(ANPEL,纯度为99.8%);乙腈(色谱纯,天津科密欧);甲醇(色谱纯,天津科密欧)。
2试验方法
2.1取样
取100g采摘的湖北海棠鲜叶,立即用封口袋密封,置于4℃车载冰箱中送往实验室进行水分和根皮苷含量的测定。
2.2水分测定
参照《中国药典》2015年版通则0832项下第二法烘干法进行湖北海棠鲜叶水分含量测定,取湖北海棠叶2~5g,平铺于干燥至恒重的扁形称量瓶中,厚度不超过5mm,精密称定,开启瓶盖在100~105℃干燥5小时,将瓶盖盖好,移置干燥器中,放冷30分钟,精密称定,再在上述温度干燥1小时,放冷,称重,至连续两次称重的差异不超过5mg为止。根据减失的重量,计算湖北海棠叶中含水量(%)。
2.3根皮苷含量测定
色谱条件:色谱柱为C18(250×4.6mm);以乙腈-水(25∶75)为流动相;进样量为10μl,流速为1.0ml/min;柱温为25℃,检测波长为283nm。
对照品溶液的制备:精密称取根皮苷对照品适量,加甲醇制成每1ml含根皮苷90ug的溶液,即得。
供试品溶液的制备:准确称取湖北海棠叶碎块约0.5g,精密称定,置具塞锥形瓶中,精密加入50%甲醇50ml,称定重量,加热回流1小时,放冷,加50%甲醇补足减失的重量,摇匀,滤过,取滤液,即得。
测定法:分别精密吸取对照品溶液10ul,供试品溶液10ul,注入液相色谱仪,测定,即得。
2.4湖北海棠鲜叶野外暂存保鲜情况
采摘的20kg湖北海棠鲜叶用塑料编织袋包装,保持叶片疏松,置于野外阴凉处8小时,观察叶片变化情况,同时取样送实验室检测根皮苷含量。
3结果
3.1湖北海棠现采鲜叶中水分和根皮苷含量的测定
表1湖北海棠现采鲜叶不同月份水分和根皮苷含量变化
表1数据显示,湖北海棠鲜叶发芽初期水分含量最高,随着月份的增加,叶片水分含量逐渐降低,根皮苷随着月份的增加含量呈下降的趋势,所以湖北海棠鲜叶的采集应在发芽后尽量早的时间进行。
3.2湖北海棠鲜叶野外暂存保鲜情况
表2湖北海棠鲜叶野外暂存后保鲜情况
表2数据显示5月的湖北海棠鲜叶不易保存,容易发生酶促氧化反应而发生褐变,根皮苷含量显著降低,6月中旬开始,湖北海棠鲜叶已经逐渐成熟,在经过8小时的野外贮存以后依然可以保持新鲜,仅有少部分发生褐变,含量降低的程度也不是很大,说明从6月中旬开始可以进行湖北海棠叶原料的采集加工。
4讨论
湖北海棠叶的野外采摘不可能做到即采即用,一般早上开始采集,持续采集一天的时间再从采摘基地转运到加工厂进行加工,最先采摘的鲜叶最少要在野外暂存8小时左右的时间,5月中旬采摘的湖北海棠鲜叶太嫩,水分含量高,容易发生酶促反应而发生褐变,虽然根皮苷含量高,但采摘以后迅速发生酶促降解反应,一般在2个小时左右即发生褐变,褐变以后根皮苷含量显著降低,且鲜叶太嫩、太小,不容易收集,20kg的采集就需要1名工人一整天的时间进行采集,而且水分含量高,不具有加工的操作可行性和价值。
6月中旬开始湖北海棠叶已逐渐成熟,虽然水分含量还是比较高,但在8小时的野外暂存实验只发现仅有少量本身有损伤的叶片发生褐变,根皮苷含量下降也不是很明显,已基本达到暂存和转运的要求,可以进行加工利用,但在加工过程中容易发生因加工不及时而产生的褐变,导致含量下降。
7月、8月的鲜叶已完全成熟,质量稳定,根皮苷含量虽在下降,但叶片水分含量也在降低,暂存与转运产出比增大,加工的成品质量稳定,能稳定进行加工生产。此时工人一天采集的量也最大,是采集工人积极性最高的采摘季节,也是稳定生产的最佳季节。9月以后高山的湖北海棠叶已经逐渐老化,根皮苷含量降低,不再具有提取根皮苷的价值。
以上实验说明,提取根皮苷/根皮素用湖北海棠叶原料的最佳采收加工时间就在每年的6月中旬至8月中旬,这段时间里面其综合陈本最低,产出的湖北海棠叶质量最好,符合工业化生产的需求。
二、湖北海棠叶鲜叶运输方法及摊凉条件研究
1实验材料
1.1原料
原料采自湖北省五峰土家族自治县长乐坪镇1200米左右的高山种植基地(由五峰绿润生物科技有限公司种植基地提供),该实验在2017年7月下旬五峰绿润生物科技有限公司进行海棠叶原料采集时进行,每次运输湖北海棠鲜叶大约1000kg。
1.2设备
东风多利卡D6单排仓栅轻卡(货箱:3.8×2.15×2.45m)
1.3自然条件
7月五峰海拔1200m高山温度在21~32℃左右,加工厂海拔860m,室外温度24~34℃左右,加工厂内部存在大量产热设备,温度在32~40℃左右。
2实验方法
2.1湖北海棠鲜叶运输方法研究
对采集的湖北海棠鲜叶分别采用塑料编织袋包装、麻袋包装和散装在货箱内进行山上转运试验,转运路程65km,耗时2小时10分钟。
2.2湖北海棠鲜叶摊凉条件研究
将卸车的湖北海棠鲜叶以10cm,15cm,20cm的厚度分别摊凉在加工厂室外和室内环境中,摊凉12h以后观察鲜叶保存情况。
3结果
3.1湖北海棠鲜叶运输方法研究结果
表1湖北海棠鲜叶运输方法研究结果
表1结果显示,散装运输是最好的装运方式。
3.2湖北海棠鲜叶摊凉条件研究结果
表1湖北海棠鲜叶摊凉条件研究结果
表2显示湖北海棠叶在温度较低的室外保存效果较好,加通风以后效果更好,摊凉厚度以不超过15cm为宜。
4讨论
由于湖北海棠适宜于生长在海拔1200米以上高山,原料产地离加工厂一般都比较远,而且都是等级较低的山路,车辆行驶速度慢,导致运输时间较长。湖北海棠鲜叶采摘以后在野外经过一段时间的贮存,白天野外温度较高,鲜叶装在编织袋中容易产热,运输时如果继续采用编织袋包装装车运输就容易产生热量集聚,从而诱发酶促氧化反应的发生,使根皮苷迅速降解,鲜叶变红,变红的鲜叶基本失去作为提取根皮苷/根皮素原料的加工价值,所以运输过程要特别注意,特别是温度较高的阳历7、8月份。采用散装运输能有效散去鲜叶里面的热量,抑制反应的发生,从而保证鲜叶质量,但鲜叶堆积厚度也不能过高,太高以后会妨碍底部鲜叶散热,具体装量可以根据装车所在地当时的气温加以调整,温度降到28℃以下时可以加高装量,散装运输的最大缺点就是同样的运输工具装量比用袋装运输少了接近一半,加大了运输成本。
摊凉实验结果显示摊凉区应尽可能在温度低的地方,温度最好控制在30℃以下,且厚度应控制在15cm以内,最好增加表面空气流动,加速散去鲜叶积热。三、湖北海棠叶干燥加工方法及仓储时间研究
1实验材料
1.1原料
原料采自湖北省五峰土家族自治县长乐坪镇1200米左右的高山种植基地(由五峰绿润生物科技有限公司种植基地提供),采集7月中旬鲜叶质量比较稳定的原料进行实验,每种加工方法采用100kg湖北海棠鲜叶进行实验。
1.2设备
滚筒烘干机(五峰天池茶机厂),不锈钢蒸汽柜(自制),低压蒸汽锅炉(枝江海津节能锅炉厂),滚筒杀青机(五峰天池茶机厂)。
1.3检验仪器
Ultimate 3000高效液相色谱仪(戴安(上海)分析仪器有限公司);SB-100旋转蒸发仪(日本EYELA公司);电子分析天平(上海越平科学仪器有限公司)。
1.4标准品与试剂
根皮苷(ANPEL,纯度为99.8%);乙腈(色谱纯,天津科密欧);甲醇(色谱纯,天津科密欧)。
2实验方法
2.1湖北海棠鲜叶加工方法
将采集的新鲜湖北海棠叶分别采用以下方法进行干燥:
方法1:鲜叶直接晒干;
方法2:鲜叶采用滚筒烘干机烘干;
方法3:鲜叶先用滚筒杀青机在200~300℃的条件下迅速杀青,杀青后再用滚筒烘干机烘干;
方法4:鲜叶先使用不锈钢蒸汽柜蒸制,摊凉后再使用滚筒烘干机烘干;
方法5:鲜叶先使用不锈钢蒸箱蒸制,再晒干。
方法6:鲜叶采用热风循环炕房烘干
干燥以后的原料进行性状比较和含量测定,以确定可行的加工方法。
2.2湖北海棠叶原料贮存期限研究
湖北海棠叶原料在干燥以后,使用塑料编织袋包装,贮存在常温库中,每2个月抽样检测根皮苷含量,连续抽检6次(7月至第二年5月)。
3结果
3.1不同加工方法加工的湖北海棠鲜叶结果
表1不同加工方法加工的湖北海棠鲜叶结果
表1数据显示方法2、3、4可行,加工时间短,不受天气的影响,操作方法便于大生产加工,成品原料根皮苷含量高。
3.2湖北海棠叶原料贮存期限研究结果
表2湖北海棠叶原料贮存期限研究结果
表2数据显示方法1加工的原料在晒干过程中已发生明显的酶促降解反应,根皮苷基本降解成为黄色物质,含量很低,根皮苷提取分离的难度大,成本高,虽然仓储过程中原料受环境影响较小,不容易发生质变,但失去了作为根皮苷/根皮素提取原料的价值。方法2和方法3加工的原料存在共同的问题,在存放时容易出现发热生霉的现象,一旦发热生霉,根皮苷含量迅速下降,直至失去作为原料的价值,但其操作方法简便,加工成本低,适合短时存放即进行加工的原料制作。方法4和方法5加工的原料性质稳定,存放一年含量下降较少,品质受外界环境因素影响较小,工艺易于实现,是最实用的加工方法,但方法5可能由于干燥不及时,阳光中的紫外线对根皮苷存在影响,导致肝脾肝含量低于方法4加工的产品,且受天气因素影响加大,需要大面积的晒场进行,优点是节省能源,成本更低。方法6采用热风烘干的产品耗时较长,加工过程中含量有明显下降,根皮苷损失较大。
4讨论
湖北海棠叶中根皮苷的降解是一个生物酶催化反应的过程,只要严格控制外部条件,可以抑制该反应的进程,尽可能保留叶中的根皮苷含量。鲜叶采摘以后,容易在水分和温度的作用下发生酶促反应,在反应的过程中继续产热,如果热量无法散发,积热会导致反应加速,使根皮苷迅速降解,最直观的表现就是叶片由绿色变为褐红色。为了尽可能阻断反应的发生,最有效的手段就是降低温度、减少水分和灭酶活。
方法1采用直接晒干的方法不能有效在短时间内减少水分和使酶灭活,反而在光照的条件下容易形成高温,使根皮苷迅速降解,传统茶叶的制作就是采用“日晒夜露”的办法使湖北海棠叶中根皮苷转化为甜为物质,增加茶香,提高口感,此方法不适用于提取根皮苷/根皮素原料的加工,且加工时间长,天气因素影响大,容易造成产品变质,工业化生产难以利用。
方法2采用滚筒烘干机直接烘干,加工的产品存在受热不均的问题,部分干燥过度,出现焦化,部分叶片还是鲜活状态,由于温度是逐渐升高,在加工过程中容易出现氧化反应使根皮苷含量降低,叶片变黄,且在随后的仓储过程中由于酶灭活不彻底,在吸潮后迅速激活酶活性而发生氧化反应,从而出现产热与生霉现象,此方法加工的原料不宜长期贮存,且含量不是很高,加工效率低,生产不宜采用。
方法3先采用滚筒杀青机对鲜叶进行杀青,使叶片中的酶在高温作用下迅速失活,从而保留根皮苷的含量。方法3是在方法2的基础上进行的改进,在根皮苷含量的保存上又是明显,且在杀青后叶片细胞死亡,有利于水分散失,烘干的速度更快。但同样存在方法2中的问题,叶片受热不均,不能完全将酶灭活,在贮存过程中容易出现发热、生霉等现象,该方法适用于短期贮存的原料加工,也不宜长距离打包运输,特别是夏季高温季节,容易出现发热变质现象。
方法4是在总结前面方法经验的基础上使用的新方法,采用高温蒸汽迅速使鲜叶中的酶灭活,在掌握好加工方法的基础上,既能使酶完全灭活,又能提高生产效率,降低成本,且生产的产品由于酶活完全丧失,在高温高湿季节虽然也吸潮,但不出现发热、生霉现象,产品质量稳定,能在常温库中稳定保存一年以上,是最佳的生产工艺。
方法5是在方法4上进行的实验,在夏天天气晴好的时候,日光强烈,气温高,蒸制以后的湖北海棠叶水分容易蒸发散失,基本一天的晒制就能完全干燥,而且含量损失不大,加工成本远低于烘干的方法,在场地足够的条件下可以考虑此种加工方法。
方法6采用的是热风烘干的方法,虽然受热相较于方法2更均匀,也不出现焦化的现象,但加工时间长,加工过程中容易出现根皮苷的降解,相比于方法4和方法5并无优势。
本实验还结合热风炉和滚筒杀青机进行过相关实验,但结果不甚理想,仅用来对蒸制的鲜叶进行干燥,未列入数据进行比较,综合所有实验数据及长期生产实践,方法4是最稳定可靠的方法,设备价格低廉,效果好,受外界因素影响小,加工效率高,产品质量稳定,是基地原料加工所采用的主要方法。方法3所有设备最少,禁用滚筒杀青机就可以进行进行杀青和烘干的全部工艺,但生产的原料不耐贮存,段时间的贮存即可进行加工的原料或在实施方法4有困难时,可以考虑采用该方法。
四、湖北海棠叶蒸制工艺研究
1实验材料
1.1原料
原料采自湖北省五峰土家族自治县长乐坪镇1200米左右的高山种植基地(由五峰绿润生物科技有限公司种植基地提供),采集7月中旬鲜叶质量比较稳定的原料进行实验,每种加工方法采用100kg湖北海棠鲜叶进行实验。
1.2设备
不锈钢蒸汽柜(网箱尺寸:60×40×20cm),低压蒸汽锅炉(枝江海津节能锅炉厂)。
2实验方法
2.1湖北海棠鲜叶蒸制厚度的实验
将摊凉的湖北海棠鲜叶按4cm、6cm、8cm、10cm、12cm、14cm、16cm、18cm的厚度分别上到不锈钢网箱中,将8个不同湖北海棠鲜叶厚度的网箱一起置于蒸汽柜中,开启蒸汽阀门进行蒸制,20分钟后开箱检查蒸制情况。
2.2湖北海棠鲜叶蒸制时间的确定
将摊凉的湖北海棠鲜叶以10cm的厚度上到不锈钢蒸箱中,放入蒸汽柜,打开蒸汽阀门进行蒸制,每2分钟从蒸汽柜视镜中观察一次湖北海棠鲜叶变化情况,确定蒸制时间。
3结果
3.1湖北海棠鲜叶蒸制厚度的实验结果
表1湖北海棠鲜叶蒸制厚度的实验结果
表1结果显示,10cm以内的厚度可以在20分钟的蒸制时间里面完全蒸透,而10cm以上的厚度则处于中心的鲜叶不容易蒸制完全。
3.2湖北海棠鲜叶蒸制时间的实验结果
表1湖北海棠鲜叶蒸制时间的实验结果
表2显示湖北海棠鲜叶在流通蒸汽的蒸制下,10cm的厚度大概蒸制10分钟左右可以完全蒸透,达到酶灭活的蒸制要求。
4讨论
由蒸制厚度实验可知,湖北海棠鲜叶的最佳蒸制厚度为10cm左右,再加厚的话就算延长蒸制时间也很难将所有鲜叶蒸透,主要原因是鲜叶在高温蒸汽作用下迅速软化,表层的鲜叶软化后相互堆叠粘附在一起,阻止蒸汽穿透到内部,妨碍了中心鲜叶的蒸制,即使延长时间也很难让蒸汽穿透到中心进行蒸制,所以在蒸制时以10cm的厚度为宜。
蒸制时间实验结果说明10cm的蒸制厚度在10分钟左右的时间可以迅速的蒸透,由于使用的是低压蒸汽锅炉,蒸汽温度在115℃左右,若换成温度更高的高压蒸汽进行蒸制,时间应会相应缩短,由于超过1个大气压的锅炉属于高压锅炉,需要专业的锅炉工进行操作,使用成本也高很多,现有低压锅炉亦能满足工艺及产能的需求,所以本方案未考虑采用高压锅炉进行实验。
以上显示和描述了本发明的基本实施方法、主要特征和本发明的优点。
本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。