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芦荟的深加工技术及其制品的应用
2016-09-14


芦荟的深加工技术及其制品的应用

杭州保灵养泰禾生物科技有限公司研发中心


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芦荟的风靡全球是近几年的事。它在化妆品、保健品、医药方面的应用极具潜力。国际芦荟科学协会IASC认证委员会主席Don Smothers早在2001年接待我国芦荟产业同行访问时指出:2000年全球芦荟产业的原材料销售约为60008000万美元,终端产品销售达到310亿美元[1],并且发展潜力巨大。目前世界各国都争相启动芦荟产业化进程,而这其中美、日、韩等发达国家的芦荟研究处于世界领先水平。

我国芦荟产业这几年刚刚起步,但是发展非常迅速。目前芦荟种植在全国各地广泛开展,据估计全国有20000亩左右。但是影响芦荟产业发展的芦荟深加工处于相对比较落后的现状。本文主要就发达国家特别是美国的芦荟深加工专利技术作一肤浅的分析,以供大家参考。

l  芦荟的种类

    芦荟的种和变种有360余种。按其用途可分为药用芦荟、食用芦荟和观赏芦荟。药用芦荟有l0多种,食用芦荟有56种。观赏芦荟则有几十种。主要的药用芦荟有以下几种。

1.1  库拉索芦荟

    库拉索芦荟A.vera L.,又名翠叶芦荟,产于中美洲西印度群岛的库拉索群岛和巴巴多斯岛,故又名A。barbadensis Mill。茎高30-60 cm,具淡绿色丛生大叶,叶尖和叶缘有针刺;花长约3cm,呈鲜黄色,总状花序密集。每片叶重0.5l。5kg。是主要的药用食用芦荟。


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1.2 好望角芦荟

好望角芦荟A.ferox  Miller主产非洲南部,植抹高达3-6m,叶30-50片,披针形,长约6080cm.宽约12cm,具刺,深绿色至蓝绿色,被白粉;圆锥花序长约50 cm,花谈红色至黄绿色,带绿色条纹,美国、我国海南岛大规模种植的也是这个品种。

好望角芦荟.jpg

1.3木立芦荟

    又称木剑芦荟A.arborescens。系日本特有的芦荟品种,叶片小而薄,在日本栽种广泛。是日本民间广泛采用的草药及保健食品。

木立芦荟0.jpg

1.4 中国芦荟

    中国芦荟A.vera L.var.chinensis(Haw)Berg.原产中国,也称中华芦荟,是翠叶芦荟的变种,因其叶片上布白色斑点,又叫斑纹芦荟。中国芦荟所含蒽醌物质较少,是理想的食用芦荟。

中国芦荟.jpg

2  芦荟的化学成分及其药理作用

    根据国内外特别是一些发达国家对芦荟的研究,得知芦荟的化学成分已达160种之多,其有效成分达72种以上。它主要含有蒽醌类化合物、多糖、有机酸、蛋白质、氨基酸、多肽、多种微量元素等有效化学成分。

芦荟中主要的活性成份就是二类:一类即芦荟叶片内表皮附近丰富的黄色叶汁(蒽醌类化合物),其主要成分为芦荟素等蒽醌类物质,自古以来它们一直被用做泻下剂及健胃剂。具有抗菌消炎,增强抗病能力的功效。还有一类即为芦荟内丰厚的透明凝胶(主要为芦荟多糖类)。从芦荟凝胶中提取的活性成分,其用途很广:在医学上,可治疗各类皮肤病及皮肤损伤。对心脑血管病、胃肠道溃疡疗效也较好,还是一种潜在的抗肿瘤、抗癌、治疗艾滋病的药物,可显著调节人体免疫系统,被认为是一种高效无毒的免疫调节剂;在化妆品中,芦荟主要用于美容保健,护发生发,防晒护肤等用途;在食品工业中,用于保健食品及健康饮料的配制;此外,芦荟还被广泛应用于化工冶金等其他许多领域,其神奇的疗效令人神往。

在这里特别要说明的是新鲜芦荟叶片中各部分的组成份与作用是不同的,这在加工过程中必须要充分认识到。下表参考美国McAnalley1989)的分类表示如下:

PORTION组成份       SUB-PORTION次级组成               UTILITIES用途

    Yellow Sap黄色液体

 

                   (1) Sediment          laxative, antifungal,轻泻,抗真菌

                     沉淀物            antibiological, pesticidal抗生物,防疫

                                       and sunscreen防日晒

                   (2) Supernatant

                     上层清液          mucosal protective保护用粘液,

                                       action, sunscreen防晒

    Internal Gel Matrix内凝胶基体

                   (1) Mucilage       penetrant, hypoallergenic渗透剂,低变应药物

                     粘液           moisturizer湿润剂

                                        

                   (2) Gel Fillets凝胶纤维带

                                      ulceroprotective防溃疡,

                                      cell stimulative moisturizer细胞促进湿润剂

                                       wound healing伤口愈合

                                       

                   (3) Interstitial  Fibers间质组织纤维

                                       natural preservative天然防腐剂,

                                       hemostat止血剂

                   (4) Residual Matrix残剩基体

                                      cell growth stimulant细胞成长刺激剂

    Outer Rind外表皮                  pesticidal insect repellent昆虫驱除剂,

                                      paper pulpfiber纸浆纤维

                            

    ______________________________________                               

注:参考(中国专利CN 86104468AUSP 4851224

 

2.1 蒽醌类化合物

    蒽醌类化合物是酚类化合物,遇空气和阳光,这些酚类化合物极易被氧化成黑褐色。芦荟中的蒽醌类化合物是芦荟的活性成分中最主要部分,包括有芦荟大黄素甙(A1oin)、芦荟大黄素(Aloe-emodin)、芦荟大黄酚(Chnysophanal)、蒽酚等20余种成分。Aloin为芦荟大黄素甙和异芦荟大黄素甙的混合物存在于紧贴芦荟叶表皮内侧的薄层中。实验表明,Aloin具有健胃、消炎和抗过敏的作用,它能抑制组胺的游离。对治疗气喘、过敏性鼻炎、花粉过敏症等有良好的效果,Aloin的苦味成分还能促进大肠蠕动,有通便利尿作用,治疗便秘效果十分显著。Aloin能帮助排出人体内的污物,净化血液,软化血管,降低血压和血液的粘度,促进血液循环,防止动脉硬化和脑溢血的发生。蒽醌类物质的化学结构大致如下图所示:

 


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1芦荟苷(Aloin)的分子结构

 

    但是当芦荟素被氧化以后,即转化为芦荟大黄素(Aloe-emodin)时,不但其苦味增加,而且致泻功能也明显增强。芦荟大黄素能够促进大肠部位蠕动,发挥其刺激性下泻作用。这种刺激泻下作用对便秘和痔疮有特殊疗效,特别是对老年性便秘,治疗效果比较明显。但应主意的是这种物质过量使用会产生肠绞痛和骨盆充血症状。过量还会造成肾炎,因此美国FDA对此有严格规定。我国保健食品申报时也有严格要求,应引起注意。

2.2 糖类物质

芦荟中的多糖是一大类大分子化合物,具有不同的生理功能;一般是由葡萄糖与甘露糖形成的,芦荟叶肉中的粘性物质主要为甘露聚糖,在不同的芦荟品种中的各种芦荟多糖所含的葡萄糖和甘露糖比例是不同的。多糖可提高人体的免疫功能,已引起医药界的极大重视;芦荟多糖对癌症和艾滋病的防治都有一定作用。南斯拉夫的Harnisavlijevic Jakovljevic曾对日本木立芦荟叶中酸性多糖作了分析,指出它是由D—葡萄糖和D—葡萄糖醛酸以9:1分子比组成的分枝多糖。Gowda等人报道AVera芦荟中至少有4种多糖,都是不同程度乙酰化的葡萄—甘露聚糖。其化学结构如下:

芦荟多糖.png 

2芦荟多糖的分子结构

日本对木立芦荟进行研究后,认为木立芦荟多糖中含有4种成分:(1)aloemanan(阿劳埃曼喃)(2)alocutin(阿劳克汀)ABalocutin AB是由多糖类和蛋白质结合而成,被称为糖蛋白;(3)arloran(阿劳勃朗)AB(4)mucin(粘液素)芦荟叶肉中含有滑溜溜的成分,它被总称为粘液素。日本的研究明确了这种粘液素对于防止老化和治疗慢性过敏症,是非常重要的成分。粘液素存在于人体的肌肉和胃肠粘膜等处。使组织富于弹性。如果粘液素不足,肌肉和粘膜就丧失了弹性而僵硬老化。构成人体的细胞的粘液素不足,细胞就逐渐衰弱,进而失去对病原菌和病毒侵入的防御力。因此,粘液素具有健身强精的效果。芦荟中含有大量的粘液素,抹在皮肤上,增加了保水力,药效成分能被皮肤所吸收,芦荟化妆品的良好功效很大程度上是由于粘液素的作用。

2.3 酶及其他有效成分

    目前,已从芦荟叶汁中检出的酶有淀粉酶、纤维素酶、过氧化酶、脂肪酶、氧化酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酯酶、酸性磷酸酯酶、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、缓激肽酶、血管紧张肽和植物凝血素等。研究表明,植物凝血素是由蛋白质和碳水化合物组合而成。植物凝血素可附在人体细胞上,激活人体细胞中天生的生长因子,刺激细胞内部反应,刺激细胞生长和分裂,加快受伤组织康复和愈合。植物凝血索还有助于抗感染的淋巴细胞生长,增进淋巴细胞功能,从而提高人体抵抗各种疾病的能力,提高人体的自我治愈能力。

    白介素是80年代发现的,芦荟中含有的一种重要多肽化学物质,其本质也是一种酶,催化免疫系统的生化过程。在原发性和继发性的免疫低下症例中,都发现白介素明显减少,补充白介素可促进免疫功能的恢复,增强对多种疾病的抵抗能力,促进身体康复,因而受到医学界的广泛重视。

    其他成分据日本添田百技博士发现,在日本木立芦荟中除酚类化合物和多糖外,尚有3种耐热、耐酸和耐碱的化学成分:(1)alomicn(阿劳米嗪)具有解毒、抗肿瘤,可抑制引起癌症的病毒繁殖因子,同时对细菌分泌的毒素有解毒作用。据此认为,芦荟有抑制初期癌症的效果和增强对癌症免疫力的作用。(2)aloculcin(阿劳埃乌罗辛)对烫、烧伤和溃疡十分有效,这一成分不单有消炎作用,而且具有促进组织再生和修复能力。经过芦荟治疗后的烫伤、烧伤,简直可以说是丝毫的斑痕也不会留下;另外对胃及十二脂肠溃疡的治疗有特效。(3)aloetin(阿劳埃汀)具有解毒、抗茵和抗霉的作用,可抑制病原细菌的发育和繁殖,也能杀死病原茵和霉菌。芦荟能治脚癣,主要是aloetin的杀菌力起作用。另外,aloetin有中和细

菌产生的毒素的效果,对大肠杆菌引起的膀胱炎有明显的功效。aloetin的杀菌力对急性肿

痛也奏效;对口腔炎、痔疮有很好的疗效。

3 芦荟的深加工技术

18世纪以来,一直到20世纪早期,人们一直是以芦荟胶的形式来制备芦荟活性成分的。从美国专利网(www.uspto.gov)上查询得知,芦荟的深加工是从1975Cobble的稳定化芦荟凝胶加工技术开始。在此以前芦荟加工大都是传统工艺法。我们从芦荟深加工中取用部位不同,大体可以分为去皮加工工艺、去皮去黄汁加工工艺及全叶加工工艺这三种。

3。1国际上对芦荟深加工的认识过程

单一使用芦荟素à芦荟多糖à分离活性成份

从热加工à冷加工工艺

从手工取凝胶à机械取胶

从单一凝胶加工à采用全叶加工

从非酶加工à酶促反应加工

 

 

3.2传统工艺法[2]

人们最初是采取割取芦荟叶片,收集叶汁,置于锅内熬成稠膏,再倾入容器,冷却凝固而得。这里所说的芦荟胶只能说是一种粗品,用锅煮加热的方法,会将天然活性成分多数分解,因此主要用作泻下药。这种手工作坊式的方法现在已逐渐被淘汰,但在某些地方仍在采用。我国药典中的芦荟指的就是这种芦荟。

在我国目前仍然还在用的一种芦荟加工工艺是全叶芦荟干粉的制作工艺:即将芦荟全叶或切片晒干、烘干、研磨而成的干粉。这种方法对木立芦荟而言还是可以采用的。

3。3去皮加工工艺[3,4]

    基于过去制取芦荟胶的工艺太显粗糙和落后,Cobble1975年提出一种能够制取稳定透明芦荟胶的方法。他制取的芦荟胶可以稳定用于治疗各种皮肤损伤,其基本步骤如下:

将芦荟鲜叶洗净磨碎,搅成匀浆;在加热的情况下加人氧化剂过氧化氢,待胶体透明后,再加人抗氧剂以防止氧化;然后加人VE防止胶体褪色;最后冻干储存。相对于传统工艺法,Cobble热处理法无疑在一定程度上提高了芦荟活性成分的含量及品质。

Cobble的方案虽相对于过去有了长足的进步,但在芦荟胶的制备过程中加人了大量的抗氧剂、防腐剂和保鲜剂。经测试,对患者的皮肤有过敏反应,且其过程十分繁杂。因此,Coats1979)对Cobble的工艺提出了改进方案,与Cobble方案相比,不同之处在于:Coats用抗坏血酸作为抗氧剂;用柠檬酸调pH;用山梨醇来增强保湿及防霉效果;用苯甲酸钠作为防腐剂;同时降低了氧化剂的浓度及用量。

3。4去皮去黄汁加工工艺[56]

 

Coats的方案虽然对Cobble作了改进,但其大体思路基本相同。在他们的方案中仍存在着诸多弊病:(1)均未对芦荟黄色叶汁(即为蒽醌类物质)加以收集处理,这将直接导致皮肤过敏现象的发生,并将严重影响芦荟胶的品质。(2)均采取了加热和氧化等过程,但加热会加速有效成分的降解,而氧化则可能导致有效成分的氧化。 (3)均未体现对矿物质、有机酸等非活性成分的含量及活性成分相对分子质量的控制。因此,他们制出的芦荟胶在成分、色泽、品味、稳定性及浓度等方面都有较大变化,无法定量控制剂量,这无疑给使用带来极大的随意性和不确定性。

美国McAnalley19881989)教授领导的Carrington实验室经过多年的研究,分离出一种经过冻干后不再降解的,由B(14)键连接的活性粘多糖CarrisynTM,并且证明它就是芦荟的主要活性成分。分离提取CarrisyyTM的工艺过程可简述为:将芦荟叶洗净去皮,磨碎成浆,除去纤维质,醇沉,离心过滤,冷冻干燥等几步。

由于McAnalley将芦荟活性成分进行了极为重要的定性、定量分析,因此他们实验所得的芦荟粘多糖CarrisynTM具有极高的应用价值,目前已获得美国FDA的批准,作为一种生物制剂广泛用于治疗胃肠道、免疫类、病症、艾滋病等疾病,并取得了惊人的医疗效果。但CarrisynTM仍是一种多糖的混合物,其中可能存在中性多糖、酸性多糖和糖蛋白。

这里的CarrisynTM主要成份应该就是Acemannan

   

3.5全叶加工工艺[78]

Coats1994)在总结以往经验和McAnalley的工作之后,也逐渐认识到加热和氧化的方式可能会严重影响芦荟胶的品质。他同时认为,在McAnalley的冷处理方法中,将芦荟表皮除去,可能会导致存在于芦荟表皮中的活性成分的丧失。他认为芦荟表皮附近的区域仍含有高活性的多糖物质。于是Coats又提出了一套新的提取稳定芦荟胶的改进方案。Coats的新法芦荟胶的改进之处在于使用了整片芦荟叶,并用纤维素酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶常温处理,经活性炭吸附芦荟素,所以产率有明显提高;另外其生物活性也有所增强,并且在一定时间内可稳定储存。

Avalos(2000)专利中提出选用手工去皮叶加工,芦荟活性成分的得率比传统工艺有明显的提高,从而进一步说明芦荟采用全叶加工有利于提高芦荟活性成份的含量。

 

芦荟加工工艺中也采用比较先进的加工工艺,如喷雾干燥、冷冻干燥、超滤、反渗透等膜处理技术。从而为生产多品种高质量的芦荟制品创造了条件。

 

4我国市场中芦荟制品的几点说明

在实际市场推广中,我们发现很多用户对芦荟制品概念模糊不清,在此我想就消费者常见的几个问题作出一些说明:

4.1芦荟粉

我国市场上有各种芦荟粉制剂,主要差别如下:

芦荟皮粉:即加工凝胶制品以后,将芦荟叶皮烘干后制得。特点是芦荟素含量高,用于医药或保健食品。

芦荟全叶干粉:将新鲜芦荟全叶切片烘干或自然晒干制得。用于医药或保健食品。

10012001系列粉:属于芦荟粉制品中高级的产品,一般加工设备投资较大,基本上都是低温加工,加工方法有喷雾干燥、冷冻干燥等,较好保留了芦荟的各种有效成份。粉体溶解于水,应用广泛。

4.2脱色与不脱色

加工过程中脱色是为了去除芦荟提取液(粉)中的芦荟素,一般脱色采用活性炭法,用过氧化氢不能去除芦荟素,在有些国家禁止采用此方法。这方面许多消费者有误解,以为脱色仅仅为了改变芦荟制品的颜色。如果你的产品需要芦荟素作为功效成份,那么你就不能采购脱色芦荟制品。

4.3关于倍数问题

1001是指加水稀释100倍与芦荟原汁性能相同,有的消费者往往理解成与芦荟鲜叶同比。

4.4关于得率

新鲜芦荟含水量一般为97%以上,因此芦荟全叶干粉的得率为100Kg1公斤左右。凝胶含水量为99.4-99.6%,因此正常芦荟凝胶粉得率是比较低的,一般而言,1吨芦荟鲜叶只能生产3Kg左右的2001凝胶粉。但是目前国际上采用全叶加工法,使得得率有所提高。1001芦荟凝胶粉正常需要添加赋形剂,一般用麦芽糊精或环糊精等。

4.5芦荟化妆品的开发

芦荟化妆品的开发应从芦荟原料本身的特点来开发,如防晒产品就要用到芦荟素,但研发人员往往不知道而使用了脱色凝胶粉。

芦荟量的使用也非常关键,如保湿就应用到40-60%的凝胶含量,实际往往不足。

4.6芦荟多糖的检测

多糖是一大类化合物,常规方法很难准确测定芦荟制品中是否是真正的芦荟多糖,因为糊精、淀粉等都属于这一类成份。这方面需要行业自律。

 

 

 

参考文献(略)


 

 


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