基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法

摘要

本发明公开一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，利用高压破壁技术和超声波提取技术处理玛咖块根，最终获得含有高浓度玛咖生物活性成分的产物。本发明的提取方法相对于现有的提取技术，能够有效提取出玛咖块根中的玛咖生物碱、玛咖烯、玛咖酰胺等生物活性成分，提高原料利用率且降低生产成本。同时依照本发明方法制备的产品，具有较高的生物活性，保健效果明显优于现有技术。

权利要求

1.一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序 ： S1. 前处理玛咖块根 ； S2. 将所述玛咖块根粉碎为颗粒 ； S3. 对所述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物 ； S4. 采用超声波提取法处理破壁产物 ；过滤收集滤液，获得第一滤液 ； S5. 收集滤渣，并采用纯化水浸提 90 ～ 150min，过滤收集滤液，获得第二滤液 ； S6. 混合所述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品；所述破壁处理是指将所述颗粒置于密封 的容器中，通入氨气，并加热容器至容器内温度达 60 ～ 65℃并维持 3 ～ 5min ；停止输入氨 气，并对容器中输入高压空气至容器内表压为 0.5 ～ 0.7Mpa 并维持 60 ～ 130 秒，在 0.5 ～ 1 秒内将容器内的表压降低为 0pa ；采用乙醇冲洗容器，收集冲洗物即为所述破壁产物 ； 所述颗粒的粒径为 0.2 ～ 0.5mm ； 采用超声波提取法处理破壁产物是指将所述破壁产物与质量为其 2 ～ 5 倍的乙醇混 合，加热至 30 ～ 40℃后采用 

80KHz 的超声波提取 30 ～ 50min，过滤后对滤渣进行三次复提 取 ；所述复提取是指采用质量为滤渣 3 ～ 5 倍的乙醇在 50 ～ 80℃下以 60KHz 的超声波提 取 90 ～ 

140min ；合并滤液获得所述第一滤液。

2.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于 ：所述 S6 中的后熟处理是指向按重量计 50 ～ 70 份的滤液中加入 1 ～ 6 份芦荟根系悬液，同时加入 2 ～ 8 份维生素 C、

10 ～ 17 份葡 萄糖、2 ～ 15 份乙醇，在密封容器中以 35 ～ 45℃绝氧处理 5 ～ 21 日后获得玛咖生物活性 成分产品。

3.根据权利要求 2所述的方法，其特征在于 ：所述芦荟根系悬液为按重量计 10～ 19份 的芦荟根，粉碎为 1 ～ 3mm 的小段浸没在 20 ～ 40 份无菌水以及 2 ～ 15 份粒径为 1mm 的玻 璃珠中，采用旋转式摇床在 200 ～ 250 转 /min 的速度下振荡 6 分钟后过滤获得的滤液。

4.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于 ：所述工序 S1 前处理玛咖块根是指对玛咖 块根进行 5 次低温细胞壁脆化工序 ；所述低温细胞壁脆化工序具体为将玛咖块根的温度在 60s 内降至 -9 ～ -5℃，保持 30min 后将其浸没在含有 30 ～ 40℃恒温的质量分数为 0.01% 的氯化钠溶液中 60min，每千克玛咖块根喷洒 3 ～ 6g 质量分数为 6% 的乙酸溶液。

说明书

基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及玛咖生物活性成分的提取方法，具体涉及一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法。

背景技术

[0002] 玛咖(Maca)又名Peruvian ginseng、maka等，是南美一年生或两年生草本植物，属十字花科(Cruciferae)独行菜属(Lepidium L)，具体的种还有争议，国际上普遍认为，Lepidium meyenii Walp和Lepidium peruvianum Chacon两个种在生长繁殖、植物化学和保健功效上几乎没有差异，因此被统称为“Maca”(音译为“玛咖”)。玛咖在南美安第斯山区已经有几千年的栽培历史．是不可缺少的作物之一。具有良好的保健作用。

[0003] 玛咖生物碱可提高动物成熟卵泡小体的数量、精子的流动性和精子的数量，从而可显著提高哺乳动物和鱼类的生育力。而且玛咖中的生物碱能够作用于视丘下部和脑垂体，具有调节内分泌腺如肾上腺、甲状腺、胰腺、卵巢等功能，从而平衡荷尔蒙，因而可用予治疗女性更年期综合征。

[0004] 常见的生物碱提取方法有酸水直接提取法、浸渍法、渗辘法、热同流法、超声提取等。目前，仅有关于玛咖生物碱的超声提取。因此，采用常规的植物超声波法处理玛咖，玛咖生物碱的产率较低，导致现有的玛咖生物碱成本走高而保健效果不明显。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明公开一种能够大幅提高玛咖生物碱产率、降低玛咖活性成分生产成本、增强玛咖生物活性成分生理功效的提取工艺。

[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0007] 基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序：

[0008] S1.前处理玛咖块根；

[0009] S2.将所述玛咖块根粉碎为颗粒；

[0010] S3.对所述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物；

[0011] S4.采用超声波提取法处理破壁产物；过滤收集滤液，获得第一滤液；

[0012] S5.收集滤渣，并采用纯化水浸提90～150min，过滤收集滤液，获得第二滤液；

[0013] S6.混合所述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品。

[0014] S1所称的前处理包括现有技术的常规前处理步骤，如清洁、干燥等。本发明所称的玛咖块根为含水量在50wt%～75wt%的市售产品。S2可采用任一种现有技术实现，如现有的锤式粉碎机。将原材料的块根粉碎为小颗粒，有利于增加原料的比表面积，在后续的破壁处理中，具有更大的面积承受压力的升高和瞬间降低，从而提高破壁效率。经破壁处理的原料，超声波提取的玛咖生物碱、玛咖酰胺、活性蛋白产率远高于现有技术的超声波提取。而超声波提取后的滤渣进一步用水热法浸提，能够在成本较低的前提下彻底提取出滤渣中残余的活性成分，提高原料的利用率，在大规模生产应用中能够降低浪费而有效控制玛咖活性成分的生产成本。后熟处理可以是静置、避光保藏20～30日。破壁处理也可采用任一种植物破壁技术实现。

[0015] 进一步的，所述破壁处理是指将所述颗粒置于密封的容器中，通入与容器容积相等的氨气，并加热容器至容器内温度达60～65℃并维持3～5min；停止氨气，并对容器中输入高压空气至容器内表压为0.5～0.7Mpa并维持60～130秒，在0.5～1秒内将容器内的表压降低为0pa；采用体积为容器容积40%～80%柠檬酸钠和乙醇混合物冲洗容器，收集冲洗物即为所述破壁产物；

[0016] 所述颗粒的粒径为0.2～0.5mm；

[0017] 进一步的，采用超声波提取法处理破壁产物是指将所述破壁产物与质量为其2～5倍的乙醇混合，加热至30～40℃后采用80KHz的超声波提取30～50min，过滤后对滤渣进行三次复提取；所述复提取是指采用质量为滤渣3～5倍的乙醇在50～80℃下以60KHz的超声波提取90～140min；合并滤液获得所述第一滤液。

[0018] 现有技术的超声波对玛咖活性成分提取效率较低，主要是因为玛咖块根细胞的细胞壁机械强度较高，一般的切割式的机械粉碎破壁效率低，导致大量的细胞内含物被细胞壁而阻隔。本发明首先对颗粒施加高压空气，又在瞬间释放压力，使单个细胞瞬间膨胀并使细胞壁炸裂，细胞内容物大量喷射出。现有技术有采用充入氨气在较高的温度下使原料低压膨胀而实现破壁效果，但对于玛咖原料而言，高温有可能使其中的活性物质变形，还有可能使其中易挥发的玛咖烯、芥子油等物质逃逸、流失。经测试，通入氨气有助于提高细胞壁的不稳定性，使之的膨胀炸裂过程更加剧烈，还有助于降低玛咖烯、芥子油的挥发效率，提高玛咖烯和芥子油等的产率。柠檬酸钠能够保证破壁产物经受氨气腐蚀后的稳定性，尤其是可以避免其中的活性蛋白质失活。所述柠檬酸钠-乙醇混合物为按重量计2～3份的柠檬酸钠和60～90份的乙醇的混合物。粒（半）径为0.2～0.5mm的颗粒通过现有技术易于加工，而又能使更多细胞的细胞壁暴露在空气中。所述容器可以选用现有技术的汽爆罐。本发明中的超声波提取可选用任一种超声波提取设备实现，也可采用普通的超声波提取法实现。利用多次超声波提取，能够明显提升玛咖活性成分尤其是玛咖生物碱的产率。由于不同的提取次数物料中的活性成分浓度不同，经多次验证本发明设定了不同的提取条件，能够在最低的成本下获得最高的产率，同时产物具有最高的生物活性。特别的，本发明将容器内的高压限定为表压的0.5～0.7Mpa。过高的压力在释放后，易挥发的玛咖烯将伴随着释放的压力流失，而过低的压力又无法彻底破碎细胞壁。但在本发明中，经氨气处理的细胞壁易于破碎，从而得以降低容器内的压力，防止易挥发物质的流失。氨气的输入量可优选为容器容积的1.3～2.5倍。

[0019] 进一步的，所述S6中的后熟处理是指向按重量计50～70份的滤液中加入1～6份芦荟根系悬液，同时加入2～8份维生素C、10～17份葡萄糖、2～15份乙醇，在密封容器中以35～45℃绝氧处理5～21日后获得玛咖生物活性成分产品。后熟步骤可以提高产物的生物活性，提高产品中的玛咖芳香气味。芦荟根系的分泌物以及微生物有助于后熟步骤的进行。

[0020] 更进一步的，所述芦荟根系悬液为按重量计10～19份的芦荟根，粉碎为1～3mm的小段浸没在20～40份无菌水以及2～15份粒径为1mm的玻璃珠中，采用旋转式摇床在200～250转/min的速度下振荡6分钟后过滤获得的滤液。

[0021] 将芦荟根切割为小段并采用玻璃珠挤压，有助于上述分泌物的释放。

[0022] 所述芦荟根为现有技术的新鲜芦荟根，其重量为鲜重。

[0023] 特别优选的，所述工序S1前处理玛咖块根是指对玛咖块根进行5次低温细胞壁脆化工序；所述低温细胞壁脆化工序具体为将玛咖块根的温度在60s内降至-9～-5℃，保持30min后将其浸没在含有30～40℃恒温的质量分数为0.01%的氯化钠溶液中60min，每千克玛咖块根喷洒3～6g质量分数为6%的乙酸溶液。

[0024] 在低温条件下，细胞内的自由水将凝结成细微的冰晶并刺破细胞膜和细胞壁。而无胆固醇等物质的植物细胞膜在低温下流动性下降、脆化，容易破碎。尤其是在乙酸和氯化钠处理后，玛咖的细胞壁也及其容易在多次的低温下破损，使细胞壁表面出现裂痕装的应力承受点，有利于后续破壁工序中细胞壁的彻底破碎。

具体实施方式

[0025] 为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述：

[0026] 实施例1

[0027] 本实施例提供一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序：

[0028] S1.前处理玛咖块根；

[0029] S2.将上述玛咖块根粉碎为颗粒；

[0030] S3.对上述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物；

[0031] S4.采用超声波提取法处理破壁产物；过滤收集滤液，获得第一滤液；

[0032] S5.收集滤渣，并采用纯化水浸提125min，过滤收集滤液，获得第二滤液；

[0033] S6.混合上述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品。

[0034] 上述破壁处理是指将上述颗粒置于密封的容器中，通入氨气，并加热容器至容器内温度达60℃并维持4min；停止输入氨气，并对容器中输入高压空气至容器内表压为0.6Mpa并维持90秒，在0.5秒内将容器内的表压降低为0pa；采用乙醇冲洗容器，收集冲洗物即为上述破壁产物；

[0035] 上述颗粒的粒径为0.4mm；

[0036] 采用超声波提取法处理破壁产物是指将上述破壁产物与质量为其3倍的乙醇混合，加热至35℃后采用80KHz的超声波提取45min，过滤后对滤渣进行三次复提取；上述复提取是指采用质量为滤渣4倍的乙醇在60℃下以60KHz的超声波提取100min；合并滤液获得上述第一滤液。

[0037] 上述S6中的后熟处理是指向按重量计55份的滤液中加入3份芦荟根系悬液，同时加入7份维生素C、12份葡萄糖、9份乙醇，在密封容器中以40℃绝氧处理14日后获得玛咖生物活性成分产品。

[0038] 上述芦荟根系悬液为按重量计17份的芦荟根，粉碎为3mm的小段浸没在30份无菌水以及8份粒径为1mm的玻璃珠中，采用旋转式摇床在250转/min的速度下振荡6分钟后过滤获得的滤液。上述工序S1前处理玛咖块根是指对玛咖块根进行5次低温细胞壁脆化工序；上述低温细胞壁脆化工序具体为将玛咖块根的温度在60s内降至-9～-5℃，保持30min后将其浸没在含有30～40℃恒温的质量分数为0.01%的氯化钠溶液中60min，每千克玛咖块根喷洒3～6g质量分数为6%的乙酸溶液。

[0039] 本实施例中，1份为1kg。采用60份的玛咖块根（含水量70wt%），经浓缩最终制备出73.25kg的产物，经测定其中玛咖生物碱含量为327g，玛咖烯含量为109g，玛咖酰胺为
0.999g，多糖538.39g，芥子油苷981g。

[0040] 实施例2

[0041] 本实施例提供一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序：

[0042] S1.前处理玛咖块根；

[0043] S2.将上述玛咖块根粉碎为颗粒；

[0044] S3.对上述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物；

[0045] S4.采用超声波提取法处理破壁产物；过滤收集滤液，获得第一滤液；

[0046] S5.收集滤渣，并采用纯化水浸提150min，过滤收集滤液，获得第二滤液；

[0047] S6.混合上述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品。

[0048] 上述破壁处理是指将上述颗粒置于密封的容器中，通入氨气，并加热容器至容器内温度达60℃并维持5min；停止输入氨气，并对容器中输入高压空气至容器内表压为0.5Mpa并维持130秒，在0.5秒内将容器内的表压降低为0pa；采用乙醇冲洗容器，收集冲洗物即为上述破壁产物；

[0049] 上述颗粒的粒径为0.5mm；

[0050] 采用超声波提取法处理破壁产物是指将上述破壁产物与质量为其2倍的乙醇混合，加热至40℃后采用80KHz的超声波提取30min，过滤后对滤渣进行三次复提取；上述复提取是指采用质量为滤渣5倍的乙醇在50℃下以60KHz的超声波提取140min；合并滤液获得上述第一滤液。

[0051] 上述S6中的后熟处理是指向按重量计50份的滤液中加入6份芦荟根系悬液，同时加入2份维生素C、17份葡萄糖、2份乙醇，在密封容器中以45℃绝氧处理5日后获得玛咖生物活性成分产品。

[0052] 上述芦荟根系悬液为按重量计19份的芦荟根，粉碎为1mm的小段浸没在40份无菌水以及2份粒径为1mm的玻璃珠中，采用旋转式摇床在250转/min的速度下振荡6分钟后过滤获得的滤液。

[0053] 本实施例中，1份为1kg。采用60份的玛咖块根（含水量70wt%），经浓缩最终制备出75.69kg的产物，经测定其中玛咖生物碱（总碱，乙酸滴定）含量为277.20g，玛咖烯含量为
98.11g，玛咖酰胺为1.237g，多糖529.82g，芥子油苷997.83g。

[0054] 实施例3

[0055] 本实施例提供一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序：

[0056] S1.前处理玛咖块根；

[0057] S2.将上述玛咖块根粉碎为颗粒；

[0058] S3.对上述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物；

[0059] S4.采用超声波提取法处理破壁产物；过滤收集滤液，获得第一滤液；

[0060] S5.收集滤渣，并采用纯化水浸提90min，过滤收集滤液，获得第二滤液；

[0061] S6.混合上述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品。

[0062] 上述破壁处理是指将上述颗粒置于密封的容器中，通入氨气，并加热容器至容器内温度达65℃并维持3min；停止输入氨气，并对容器中输入高压空气至容器内表压为0.7Mpa并维持60秒，在1秒内将容器内的表压降低为0pa；采用乙醇冲洗容器，收集冲洗物即为上述破壁产物；

[0063] 上述颗粒的粒径为0.2mm；

[0064] 采用超声波提取法处理破壁产物是指将上述破壁产物与质量为其5倍的乙醇混合，加热至30℃后采用80KHz的超声波提取50min，过滤后对滤渣进行三次复提取；上述复提取是指采用质量为滤渣3倍的乙醇在80℃下以60KHz的超声波提取90min；合并滤液获得上述第一滤液。

[0065] 上述S6中的后熟处理是指向按重量计70份的滤液中加入1份芦荟根系悬液，同时加入8份维生素C、10份葡萄糖、15份乙醇，在密封容器中以35℃绝氧处理21日后获得玛咖生物活性成分产品。

[0066] 上述芦荟根系悬液为按重量计10份的芦荟根，粉碎为3mm的小段浸没在20份无菌水以及15份粒径为1mm的玻璃珠中，采用旋转式摇床在200转/min的速度下振荡6分钟后过滤获得的滤液。

[0067] 本实施例中，1份为1kg。采用60份的玛咖块根（含水量70wt%），经浓缩最终制备出74.75kg的产物，经测定其中玛咖生物碱含量为309g，玛咖烯含量为87g，玛咖酰胺为
0.952g，多糖511.47g，芥子油苷961g。

[0068] 实施例4

[0069] 本实施例提供一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序：

[0070] S1.前处理玛咖块根；

[0071] S2.将上述玛咖块根粉碎为颗粒；

[0072] S3.对上述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物；

[0073] S4.采用超声波提取法处理破壁产物；过滤收集滤液，获得第一滤液；

[0074] S5.收集滤渣，并采用纯化水浸提125min，过滤收集滤液，获得第二滤液；

[0075] S6.混合上述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品。

[0076] 上述前处理为对新鲜玛咖块根进行常规的清洗、干燥至含水量为70wt%。上述破壁处理是指将上述颗粒置于密封的容器中，通入氨气，并加热容器至容器内温度达60℃并维持4min；停止输入氨气，并对容器中输入高压空气至容器内表压为0.6Mpa并维持90秒，在0.5秒内将容器内的表压降低为0pa；采用乙醇冲洗容器，收集冲洗物即为上述破壁产物；

[0077] 上述颗粒的粒径为0.4mm；

[0078] 采用超声波提取法处理破壁产物是指将上述破壁产物与质量为其3倍的乙醇混合，加热至35℃后采用80KHz的超声波提取45min，过滤后对滤渣进行三次复提取；上述复提取是指采用质量为滤渣4倍的乙醇在60℃下以60KHz的超声波提取100min；合并滤液获得上述第一滤液。

[0079] 本实施例中，1份为1kg。采用60份的玛咖块根（含水量70wt%），经浓缩最终制备出73.25kg的产物，经测定其中玛咖生物碱含量为265g，玛咖烯含量为65g，玛咖酰胺为
0.907g，多糖458.39g，芥子油苷710g。

[0080] 实施例5

[0081] 本实施例提供一种基于超声波提取玛咖生物活性成分的方法，包括如下工序：

[0082] S1.前处理玛咖块根；

[0083] S2.将上述玛咖块根粉碎为颗粒；

[0084] S3.对上述颗粒进行破壁处理，获得破壁产物；

[0085] S4.采用超声波提取法处理破壁产物；过滤收集滤液，获得第一滤液；

[0086] S5.收集滤渣，并采用纯化水浸提125min，过滤收集滤液，获得第二滤液；

[0087] S6.混合上述第一滤液与第二滤液，经后熟处理获得玛咖生物活性成分产品。

[0088] 上述破壁处理为高压空气粉碎。

[0089] 上述S6中的后熟处理是指向按重量计55份的滤液中加入3份芦荟根系悬液，同时加入7份维生素C、12份葡萄糖、9份乙醇，在密封容器中以40℃绝氧处理14日后获得玛咖生物活性成分产品。

[0090] 上述芦荟根系悬液为按重量计17份的芦荟根，粉碎为3mm的小段浸没在30份无菌水以及8份粒径为1mm的玻璃珠中，采用旋转式摇床在250转/min的速度下振荡6分钟后过滤获得的滤液。

[0091] 将成年雄性小鼠（体重113.11±5.72g）分为6组，每组50只，每组分别灌胃喂食实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5以及生理盐水，喂食剂量为0.5g。喂食过程持续50日。小鼠自幼取食食物和水。

[0092] 每组选取30只小鼠，将其投入深水中驱使其游泳，120min后测试小鼠血糖浓度。并测试50日内小鼠体重的增长率。其结果如表1所示。

[0093] 表1 小鼠实验结果

[0094]

[0095] 以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。