单宁的提取纯化技术研究进展

第40卷第8期辽宁化工Vol.40，No.82011年8月LiaoningChemicalIndustryAugust，2011收稿日期：2011-04-28作者简介：王红（1988-），女，陕西榆林人。E-mail：[e-mail]。单宁的提取纯化技术研究进展王红，陈秀秀，刘军海（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）摘要：对单宁提取纯化技术的最新研究成果进行了综述，着重介绍了超声波提取、微波提取、超临界流体萃取和树脂纯化等技术在提取纯化单宁中的应用,对各种方法的优缺点进行了分析，对单宁的研究现状做出总结并给予展望，旨在为单宁的开发利用提供依据。关键词：单宁；提取；纯化中图分类号：TQ028文献标识码：A文章编号：1004-0935（2011）08-0864-04单宁（Tannin）,俗称鞣质，是一种具有沉淀蛋白质特性的多元酚类化合物，溶于水、乙醇、丙酮，不溶于氯仿或乙醚。广泛存在于植物的芽、叶、根苗、树皮和果实,以及某些寄生于植物的昆虫所产生的虫瘿中。因其结构复杂,人工合成不易[1]。经毒理及药效学研究结果表明,此类化合物具有明显体外抑菌、止痛、止血、抗突变、抗脂质氧化、体外抑精等功效[2]且具低毒、安全的特点前景[3],可广泛应用于医药、食品、皮革及印染等方面。本文对近年来单宁的提取纯化技术进行了较为全面的论述，以期为相关研究人员提供理论参考。1单宁的提取方法1.1热水提取法热水提取法是最传统的方法，在我国已有几千年历史，中药的煎煮以及早期中草药有效成分的提取均采用此法。热水提取法的原理是利用水作溶剂，在高温下将单宁溶出。许晶等[4]用蒸馏水对柿果中单宁酸进行了提取，研究表明：最佳提取条件为提取温度60℃，提取时间2h，料液比1︰25。该方法具有设备简单、操作方便、适用面广等优点，但也存在操作时间长，对不同成分的浸提速率及分辨率不高，重复过程多，效率较低，能耗高等缺点。1.2有机溶剂萃取法该法是利用单宁易溶于甲醇、乙醇及丙酮等极性有机溶剂特性提取单宁的一种方法。李学强等[5]以乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺作为提取剂，选出丙酮为最佳溶剂，得出：从欧李种壳中提取单宁的最佳工艺条件为70%丙酮,浸提时间5h,浸提温度60℃,固液比1∶440，单宁的提取量为4.85%。秦亮等[6]对沙枣中鞣质的提取工艺进行优化，结果表明,沙枣鞣质的最佳提取工艺为10倍量50%丙酮浸泡12h,回流提取3h,沙枣总鞣质提取率为3.19%。快速、简便、成本低廉、方便实用。李鹏等[7]研究得出：柿子绿叶单宁的甲醇最佳提取工艺为:以含盐酸1.2%的无水甲醇为提取溶剂,提取时间40min,提取温度70℃,料液比1︰12,提取次数2次,柿子绿叶单宁的提取量可达14.89mg/g。有机溶剂提取法需要能量消耗少，产品得率高且纯度高，其粗产品易分离纯化。提取工艺简单，投资小，适用于工业化生产；但增加有机溶剂回收成本。1.3微波辅助法微波提取是利用微波的穿透性能够透入基质内部形成内热源，利用其加热的选择性，能够使细胞内各细胞器升压，细胞壁破裂，使目标成分从细胞中释放出来并溶解于溶剂中。包松莲等[8]利用微波辅助萃取技术对塔拉单宁进行提取，得出最佳提取工艺条件为：每次提取加水150～200mL，微波功率400W，60℃提取20min，反复提取4次，再升温至70℃提取20min2次。原料中的单宁含量微波浸提比水浴锅浸提稍高。翟文俊等[9]运用微波技术辅助，从石榴皮中提取单宁。研究表明：最佳条件为微波输出功率500W,皮粒径80目,浸提时间30min,浸提温度60℃，单宁得率可达27.63%。微波辅助提取能促进反应的高效性和强选择性，具有操作方便、省时、节能等特点，提取含量相对较高，同时微波辅助提取法所得到的产品副产物少，易提纯，微波加热还易使植物细胞壁破裂，第40卷第8期王红，等：单宁的提取纯化技术研究进展865能有效提高提取率。利用微波法可以有效地提高单宁的提取率，但微波辅助萃取是否影响单宁的生理活性，有待进一步研究，而且这种方法目前尚属于实验室阶段，不能用到工业生产中。1.4超声波法超声波法提取单宁的得率较高，超声波提取法是应用超声波来强化提取单宁，通过空化、振荡等作用，促进细胞周围形成微流，从而提高细胞膜及细胞壁的通透性，是一种物理破碎过程。超声波是频率高于20kHz的机械波，它在媒质中传播时可产生空穴作用，空穴中产生的极大压力造成被破碎物在瞬间破碎，同时超声波产生的振动作用加强了破碎物的扩散及溶解。因此，在提取细胞内物质的过程中可用超声波进行细胞壁破壁，从而达到充分释放单宁，提高单宁提取量的作用。郑明昱等[10]采用超声循环法提取老鹳草中鞣质，研究表明:最佳提取工艺为老鹳草粗粉以12倍量40%乙醇超声提取1h，间隔超声比0.6∶0.5s，超声功率500W；提取工艺简单、稳定、提取率高。邓翀等[11]采用超声波提取大血藤鞣质，得出最佳工艺条件：70%乙醇,料液比为1∶15超声波提取30min。刘银凤[12]利用超声波，以水作为提取剂提取余甘树皮中的单宁。通过实验得出当超声功率中挡，作用时间10～20min，固液比为1∶24，提取次数1次时，不仅大大节省提取时间，减少了污染。于兴博等[13]采用超声波法提取核桃仁总鞣质，结果表明：最佳工艺为70%丙酮,10倍溶剂量,超声提取60min。超声波提取法具有时间短、效率高等特点，该法较热水提取法简便，因此超声波法仍是值得推广的一种提取方法。1.5超临界CO2萃取法超临界萃取是萃取剂在临界温度和临界压力之上条件下进行萃取的一种方法，通常以CO2为溶剂。陈艳等[14]研究了利用超临界CO2萃取技术提取的植物单宁提取液对高岭土悬浊液的絮凝效果，试验表明，植物单宁具有一定的絮凝作用。陈艳[15]采用先进的超临界CO2萃取技术,研究其在提取单宁过程中的条件优化,试验结果表明:在超临界CO2萃取的最佳条件,萃取压力20MPa、萃取温度60℃、萃取时间90min、夹带剂乙醇的体积比为70%（其用量为每克4mL）下,萃取的单宁提取液,通过絮凝过程中各影响因素的研究发现,在浓度20mL/L、投加量60mL、沉淀时间5min、pH值为3.0、温度25℃的试验条件下,絮凝处理高岭土悬浊液时的絮凝率可达95%左右。超临界CO2将萃取和蒸馏合为一体，不需要回收溶剂、无污染、产品纯度高，但需要大量夹带剂。1.6半仿生提取法半仿生提取法是近几年提出的新方法。它是从生物药剂学的角度，将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，模拟口服药物经胃肠道转运吸收的环境，采用活性指导下的导向分离方法，是经消化道口服给药的制剂设计的一种新的提取工艺。即将药料先用一定pH的酸水提取，继以一定pH的碱水提取，提取液分别滤过、浓缩。陆晶晶等[16]用6种不同的提取方式提取了石榴皮单宁，研究表明：半仿生提取得到的总单宁收率最高，43.2%，加纤维素酶、果胶酶提取得到的总单宁收率最低，只有13.1%。半仿生提取法具有可提取和保留更多的有效成分，生产周期短，成本低等优点。但目前半仿生提取法仍沿袭高温煎煮方式，容易影响许多有效活性成分，降低药效。2单宁的纯化方法单宁的分离纯化过程一般包括预处理、分离、纯化和纯度鉴定几个阶段。其中纯化是关键，其效果直接影响后续阶段的研究。纯化的目的是将粗单宁中的杂质去除而获得的单一的单宁组分。目前已报道的纯化单宁的方法有分级沉淀法、活性炭吸附法、大孔树脂吸附法、膜分离法、离子交换法等。2.1分级沉淀法分级沉淀是用不同浓度的有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮等来分级沉淀纯化单宁。一般采用乙醇作为溶剂的较多。郑玲玲[17]采用明胶沉淀总鞣质，丙酮溶液使沉淀物溶解释放鞣质，初步纯化老鹳草提取液，优化工艺参数为：4%明胶溶液（10︰1），50%丙酮溶解效果最佳。王彬等[18]以乙酸乙酯为溶剂对木麻黄鞣质进行纯化，鞣质纯度可达到75%左右，且重复性较好。有机溶剂分级沉淀法对设备要求不高，成本低，但易引入有害物质，安全性受到质疑。2.2活性炭吸附活性炭是一种多孔性的含炭物质,它具有高度发达的孔隙构造,活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与流体（杂质）充分接触，从而赋予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。陈笳鸿等[19]研究了活性炭吸附、冷866辽宁化工2011年8月冻澄清、溶剂萃取、大孔树脂吸附等单元纯化方法以及多元组合纯化方法对单宁酸的纯化效果。2.3大孔树脂吸附大孔树脂吸附法主要优势是针对不同的原材料可以选用不同性质的树脂，达到优化分离的目的，而大孔树脂具有：吸附选择性好、再生简便、解吸条件温和、使用周期长、易于构成闭路循环、节省费用等优点，可广泛应用于物质的分离纯化。杨文锟等[20]采用大孔树脂吸附法纯化柿子果肉中单宁，结果表明，DM301的解吸性能较好,其最佳解吸条件为:上样液浓度为2.93mg/mL，上样液流速为2mL/min。用酒精作洗脱剂的最佳浓度为60%，洗脱流速为3mL/min。纯化后的单宁纯度为61.5%。张建等[21]研究特1号、ADS217、AB28和D4006树脂对粗提葡萄梗单宁的吸附和解吸附能力,筛选最佳树脂。研究结果表明：特1号大孔吸附树脂对粗提葡萄梗单宁有较好的吸附和解吸性能。最优吸附-解吸试验条件为：上柱液pH值3.0，质量浓度5.67mg/mL，流速2.0mL/min，室温,洗脱剂乙醇浓度60%；粗提单宁经树脂吸附纯化后,纯度大幅提高，可以达到96%。李庆等[22]用D141大孔吸附树脂对藏边大黄鞣质进行分离纯化，D141大孔树脂的静态吸附鞣质量为27.5mg/g。树脂吸附分离方法具有成本低，设备和操作简易，选择性强，可反复使用等优越性，有较好的工业化前景。2.4膜分离技术膜技术使用微滤膜、超滤膜、纳滤膜来分离得到物质，具有高效、过程基本无相变、可在常温下运作及工艺简单、操作方便、投资省等优点，已成为一项新兴的用于澄清、分离和浓缩等方面的绿色节能技术。徐浩等[23]采用聚砜中空纤维膜处理塔拉单宁水提取液,研究了聚砜膜的截留分子质量。结果表明,以截留分子量为10000,跨膜压差0.2MPa，膜面流速2.0m/s,40～45℃下对塔拉单宁水提液进行膜分离，可以得到浊度0.5NTU以下，纯度85%以上的高品质塔拉单宁。韩骁等[24]用超声耦合膜分离技术提取回收橡子淀粉生产过程中浸泡废水中的单宁。橡子超声浸泡液过一级膜除杂，再经过二级膜浓缩，喷干得到单宁，纯度为88.73％，高于企业标准，收率为11.3％。提高了橡子淀粉生产企业的经济效益，实现了清洁生产。2.5离子交换技术离子交换技术是根据某些溶质能解离为阳离子或阴离子的特性，利用离子交换剂与不同离子结合力强弱的差异，将溶质暂时交换到离子交换剂上，然后用适合的洗脱剂将溶质离子洗脱下来，使溶质从原溶液中分离、浓缩或提纯的操作技术。章绍兵等[25]采用离子交换色谱和凝胶过滤纯化水酶法提油工艺获得的菜籽粗肽（RP55）。研究表明：和RP55相比，糖和单宁含量显著降低，其中RP55-E2蛋白质含量最高达75.18%。离子交换技术具有选择性高，较高的浓缩倍数，操作方便，效果突出，但生产周期长。3总结与展望对单宁的提取多采用传统的提取方法：机溶剂萃取法、超声波辅助提取法和微波辅助提取法，而关于新的方法例如超临界流体萃取、半仿生提取法研究较少。单宁的分离纯化技术还处于起步阶段，并多采用传统的分离纯化技术如沉淀法、活性炭吸附法、大孔树脂法、固相萃取法等。建议以后从以下几方面研究：（1）采用传统的提取方法对不同单宁进行系统性的提取工艺研究，以更加接近实际生产应用；（2）加强采用目前新型提取方法如超临界流体萃取、半仿生提取法对单宁进行提取研究；（3）采用联合辅助提取法对单宁进行提取研究，尝试将不同的提取方法进行整合，各取其优；（4）加强单宁的分离纯化研究，解决单宁生产的主要问题。参考文献：[1]张国伟,易中周,矣辉，等.蒙自石榴皮中单宁的提取及其物性分析［J］.安徽农业科学,2008,36（18）:7529-7530.[2