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最新环境科学论文 水提法提取千屈菜中酮类物质的研究

2018-12-20 11:47:11来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘 要

  本文拟用水提法以水做溶剂,提取千屈菜植株中酮类物质,利用单因子水平分析得到水提法提取千屈菜植物组织中酮类物质的最佳工艺条件,在不同的粒径、提取时间、固液比、提取温度条件下探究各工艺参数对提取率的影响。为水体藻类等浮游生物的抑制以及水体富营养化的控制提供技术依据。

  关键词:千屈菜;水提法;酮类物质;富营养化

  第一章 绪 论

  1.1 植物中天然物质简介

  1.1.1 酯类物质

  酯类化合物在自然界里广泛存在,均不易溶于水且密度小于水,易溶于有机溶剂中,低级酯是具有芳香气味的液体,高级饱和脂肪酸单酯常为无色无味的固体,在有酸或碱存在时的酯均能发生水解反应生成酸和醇。

  巩晓杰,孟宪生等采用正交实验从薏苡仁中提取酯类化合物,研究了溶剂量,提取时间以及提取次数对实验的影响,同时应用了高效液相色谱仪进行分析,结合出膏率来选取出最佳的提取工艺,由此可得知薏苡仁中酯类化合物的最佳提取工艺是使用6倍量的丙酮提取1次,提取约30min。最佳的工艺条件是能有效提取薏苡仁中酯类化合物的重要因素。

  1.1.2 酚酸类物质

  酚酸类物质是植物中常见的的活性成分之一,近年来国内外研究表明小麦,稻谷,大卖,等的外谷皮中含有大量的酚酸类物质,阿魏酸是一种普遍存在与禾木科植物中的酚酸类物质。

  苏颖等通过对天然植物活性物质阿魏酸糖酯的研究进展,阿魏酸糖脂能够有效地抑制由AAPH诱发的红细胞性溶血,阿魏酸很难被氧化,对清除过氧化氢、超氧化自由基以及羟自由基等有很明显的效果。

  1.1.3 生物碱类物质

  王利红等[3]通过对黄连中生物碱成分及药理作用研究进展,发现植物黄连中的生物碱几乎都属于异喹啉类生物碱,它们大部分化学结构母核相同,仅母核上取代基不同,目前从黄连中发现的生物碱约有34个。

  黄连中含有较丰富的生物碱成分,具有多种药理活性。目前,在国内外已用于多种疾病的治疗,且新的药理作用不断被发现。对抗癌、降血糖和改善心脑血管功能等方面均有明显效果,越来越被人们重视。

  1.1.4多酚类物质

  多酚类化合物含有多个酚基团,因此被取名为多酚类化合物。一般情况下分为两类:多酚单体和单宁。第一类主要为黄酮类和绿原酸类;第二类是多酚单体聚合成的低聚体或者是多聚体。

  刘杰等[4]通过对黑豆多酚类物质的研究,得出多酚类物质对防癌抗癌、心脑血管疾病、抗氧化都有显著的作用。

  1.1.5黄酮类物质

  黄酮类物质泛指2个具有酚烃基的苯环中间通过3个碳原子桥接而成的一大类化合物,2-苯基色原酮是最基本的结构,由于母核被不同的酶催化,从而增加了不同的侧链基团,形成了多种多样的黄酮类物质。

  黄酮类物质是一种天然抗氧化剂,和VitE一样具有很活泼的酚烃基,和活性氧自由基遇到,易失去酚烃上的氢,具有直接清除或淬灭O2、OH、H2O2等活性氧、自由基的作用。

  1.1.6多糖类物质

  多糖是有机化合物中的一类天然的大分子物质。大部分多糖都具有抗肿瘤、抗衰老以及抗病毒的作用。张建新等以角腥草干粉为原料,经过微波萃取和脱色蛋白等过程可以得到一种角腥草水溶性粗多糖,多糖的提取率是7.28%;使用甲基紫褪色光度法、邻苯三酚自氧化法来测定粗多糖能否清除羟基自由基·OH和超氧自由基。

  1.2 植物中天然物质提取方法

  1.2.1 溶剂提取法

  溶剂提取法通过改变样品的固液比、提取时间和提取温度粒度等条件,寻找合适的比例,周萍芳等[7]利用正交试验以水作为提取溶剂,确定出在苜蓿中提取黄酮物质的最佳条件,以提取植物中的化合物。当提取温度为90℃,提取时间为4h时,固液比为1∶40,,并且得出总黄酮的提取率为5.862mg/g。与传统的水提法比较,总黄酮的得率提高,但传统方法可以通过加入表面活性剂,溶剂的浸出效能可以得到有效的增强,进而提高提取率。

  水提法安全、成本较低,在工业化大生产中广泛得到应用,但使用水提法时,提取液中有较多例如无机盐、蛋白质和多糖的杂质,在进一步分离的时候可能会带来很多不变,因此水提法在目前应用较少。

  1.2.2 微波辅助提取法

  微波辅助提取法是微波和传统提取法相结合起来形成的一种新型提取技术,也可叫做微波萃取法。付为琳等利用微波提取技术,在条件为:微波功率300W,乙醇浓度60%的情况下,以1∶20的料液比来浸提菊花120s,可得出总黄酮提取率为4.83%,微波加热相比于传统的回流加热,时间较快,并且效率较高。此外,传统的提取方法相比于微波法时间较长、提取效率并不高。孙秀丽等[10]通过微波辅助提取法,根据提取溶剂的浓度、微波辐照时间、微波加热温度、微波输出功率、液固比、预浸泡时间、粒径大小及提取次数等因素的不同对丹酚酸B提取率的影响进行了研究,得出不同条件下微波提取法的效果也是不同的。张梦军等利用微波提取技术提取甘草中黄酮的含量,发现当固液比为1:8,乙醇浓度为38%,加热功率为288W,加热时间为1min时,微波辅助提取法(24.6mg·g-1)明显优于水提法(11.4mg·g-1)。微波辅助提取法相对于水提法,提取率高,且提取时间相对较短,在从甘草中提取黄酮非常适用。

  1.2.3 超声波辅助提取法

  超声波提取技术近年来被广泛应用于植物天然成分的提取与分离,利用超声波产生的强烈振动、高加速度、空化效应、热效应、搅拌等功能,可以使植物有效成分快速的进入溶剂,进而提高了有效成分的提取率,节省了溶剂,并且节省了时间,避免了有效成分在较高的温度下遭到破坏,徐秀泉等用26倍量60%乙醇在50℃条件下使用超声提取20min,得出赶黄草的总黄酮得率为4.14%;用20倍量95%乙醇于400W功率下超声提取45min,为毛樱桃中总黄酮的提取的最佳条件。通过实验得出当超声功率为150W,液料比为30:1,时间40min,温度60℃,pH值7.0时,为超声波提取的最佳条件,并得出茶多糖的提取率率为5.15%。使用GPC测定提取的样品,茶多糖样品经传统提取法的平均相对分子质量为66439,而超声波提取得到的平均相对分子质量为47447。超声波辅助提取明显优于传统提取法,同时起到就降解茶多糖莪作用。

  1.2.4 有机溶剂提取法

  有机溶剂提取法是提取化合物时使用的一种经典提取方法,常用的有机溶剂有很多,比如乙醇、甲醇、乙醚、乙酸乙酯等,在国内外应用的较为广泛。有机溶剂提取法一般有3种方法:冷浸法、渗漉法和回流法。

  殷海等利用有机溶剂,根据温度、固液比和提取时间不同对提取效率有一定的影响。使用甲醇和石油醚这两种溶剂分步提取时,也会使微藻油脂提取率明显提高;在液料比为15mL/g、提取温度为45℃、提取时间为5h时,使用石油醚作为提取剂,此时提取率为58.71%;使用甲醇溶剂提取后再使用石油醚提取时,在液料比和提取时间相同的条件不变时,温度为35℃的提取率可达到87.90%

  1.2.5 超临界流体萃取法

  超临界流体萃取法技术是以超临界流体CO2,NH3,H2O,C2H6等代替常规有机溶剂,用流体溶剂在临界点的区域内,与待处理混合物中的溶质由于异常相平衡行为和传递性能而进行的萃取分离技术。

  张玉祥等通过对CO2超临界流体萃取法提取银杏叶有效成分的工艺,得出提取的总黄酮含量达27%,总内酯含量达7.6%,超临界流体萃取法相对于其它方法,成本高,操作起来相对复杂。

  1.3 水提法在提取天然成分应用

  水提法是以水做溶剂,提取植物样品中化合物的一种方法。水提法相对于其他提取方法成本较低、价格低廉、安全,因此得到广泛应用。袁波等利用水提法提取婴幼儿配方奶粉中的碘,主要是将奶粉中的蛋白质沉淀,以期获得澄清的提取溶液。尝试将奶粉样品溶解后,冷冻高速离心沉淀蛋白,再过0.45m2的水相滤膜来净化样品。

  董乐等使用混合鱼鳞,通过水提法来提取鱼鳞中胶原蛋白,用单因素试验与正交试验优化提取工艺。最优提取工艺为:温度70℃,提取时间20min,料液比为1:40,得率为30.06%。用对二甲氨基苯甲醛比色法来确定提取物中羟脯氨酸的含量,再进一步确定提取物中胶原蛋白的含量,结果为84.29%。

  1.4 本研究内容及意义

  1.4.1 研究内容

  本文拟用水提法提取千屈菜植株中的酮类物质,在不同的粒径、提取时间、固液比、提取温度条件下探究各工艺参数对提取率的影响,另外,还研究了多次重复提取时间的可行性和必要性。

  1.4.2 研究意义

  天然黄酮类化合物以C5-C3-C6为基本骨架,结构亚型多种多样,其在自然界中分布极为广泛,且生物活性具有多样性,一直是药物研发的热点领域。黄酮类化合物主要以α-苯基色原酮为基核,是非常重要的一类天然有机质,也是生物区系中的重要化感物质,近年来国内相关研究表明黄酮类化合物能有效抑制藻类生长,对控制水体富营养化有显著效果,抑制效果随着浓度和各组分性质的不同有明显差异。利用水生植物释放的化感物质控制藻类爆发被认为是一种高效、成本较低且易开展的水体富营养化防治措施。目前已有的酮类物质提取方法包括:溶剂提取法,微波提取法,超声波提取法,酶解法,超临界流体萃取法,双水相萃取分离法等。但各种方法都存在一定缺陷。有机溶剂提取法,超临界流体萃取法和双水相萃取分离法提取率高,但成本高,且溶剂残留易造成二次污染;微波提取法和超声波提取法虽然高效,但能耗相对较高;酶解法能够实现清洁生产,但其操作工艺繁复,不宜推广;水提法简单,成本低且无溶剂残留,是代替有机溶剂的良好办法。本实验以水为溶剂,提取大型挺水植物千屈菜中的化感物质,探究固液比、温度、粒度、浸提时间和重复次数等因素对提取率的影响。利用单因子水平分析得到水提法提取千屈菜植物组织中酮类物质的最佳工艺条件,为水体藻类等浮游生物的抑制以及水体富营养化的控制提供技术依据。

   第二章 实验部分

  2.1 实验试剂与仪器

  2.1.1 实验试剂

  本实验所用试剂如下表所示。

  表2-1 主要试剂

  实验试剂及纯度生产厂家无水乙醇(分析纯)北京化工厂硝 酸 铝(分析纯)

  亚硝酸钠(分析纯)北京化工厂

  北京化工厂氢氧化钠(分析纯)北京化工厂芦 丁(分析纯)北京化工厂2.1.2 实验仪器

  本实验所用仪器如下表所示。

  表2-2 主要仪器

  仪器名称及型号生产厂家循环水式多用真空泵(SHB-IIIA)上海豫康科教仪器设备有限公司YXS型数显恒温水浴锅山东鄄城华鲁仪器公司摇摆式多功能粉碎机(400Y)鹤壁市鑫运仪器设备有限公司电热鼓风干燥箱(WGLL-65BE)天津市泰斯特仪器有限公司2.2 实验方法

  2.2.1 芦丁标准曲线的制作

  (1)准确吸取0mL、0.4mL、0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL的60%的芦丁标准溶液,放入10mL容量瓶内(写明标记);

  (2)分别加入2.0mL、1.6mL、1.2mL、0.8mL、0.4mL、0mL的60%乙醇溶液;

  (3)加入5%亚硝酸钠溶液0.5mL,摇匀放置6min;

  (4)加入10%氢氧化钠溶液0.5mL,放置6min;

  (5)加入4%氢氧化钠溶液4.0mL,用60%乙醇溶液定容,摇匀后,放置15min;

  (6)将波长调为510nm,测定吸光度,用0.0mL作为空白,用芦丁的浓度作为横坐标,对应的吸光度纵坐标,作标准曲线,见图2-1,

  图2-1 芦丁标准曲线

  2.2.2 千屈菜中黄酮的提取、测定与计算

  (1)吸取滤液1.0mL,放入10mL容量瓶中;置于水浴锅上,在所需的提取温度(20/40/60/80/100℃)下回流提取所需时间(10/20/30/45/60min)

  (2)用60%乙醇定容至2.0mL;

  (3)加入0.5mL 亚硝酸钠溶液(5%),翻转摇匀,放置6min;

  (4)加入0.5mL 硝酸铝溶液(10%),翻转摇匀,放置6min;

  (5)加入4.0mL 氢氧化钠溶液(4%),翻转摇匀,加入60%乙醇定容至10mL,放置15min;

  (6)在510nm处测定吸光度。根据标准曲线计算总黄酮的含量。 第三章 实验结果与讨论

  3.1 粒度对千屈菜中酮类物质的提取率影响

  向七个100mL烧杯中准确加入100mL蒸馏水,置于60℃水浴锅中预热,待温度达到且稳定在60℃后,分别加入0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm、10.0mm、20.0mm和50.0mm粒度的千屈菜样品于100mL烧杯中。开始计时10min中,完全过滤后加入溶液定容显色后,在紫外分光光度计510nm处测定其酮类物质含量,并计算提取率。

  图3-1粒度对千屈菜中酮类物质提取率的影响

  从图3-1中可以看出千屈菜样品在粒度在0.5mm时有较好的提取效果,不过在1.0mm的粒径下出现最大值,有最高的提取率。然粒度对于粒度在大于1.0mm之后对于酮类物质的提取率大幅度降低,在50mm粒径时又大幅度降低了对酮类物质的提取率。根据实验结果可以推断出粒度在1.0mm处可以提取的酮类物质最多,推翻实验之前认为粒径越小酮类物质提取率越高的观点。结论得出,粒度对于提取千屈菜中酮类物质的影响较大。

  3.2 温度对千屈菜中酮类物质的提取率影响

  将盛有100mL蒸馏水的烧杯置于20℃、40℃、60℃、80℃和100℃的水浴锅中进行预热,达到所需温度后,加入0.5g千屈菜样品(粒度为1mm),计时10min。过滤后加溶液定容显色后,在紫外分光光度计510nm处测定其酮类物质含量,并计算提取率。

  图3-2 温度对千屈菜中酮类物质提取率的影响

  由图3-2可以看出千屈菜中对酮类物质提取率的影响是近似递增的,温度越高提取率越高,在100℃下得到最大值,由该组实验结果可以得出结论:温度对于提取千屈菜中酮类物质含量的影响有较大的影响,100℃和20℃的提取率相差约24mg/g ,水提法提取千屈菜中酮类物质在100℃的条件下有最好效果。

  3.3 时间对千屈菜中酮类物质的提取率影响

  将100mL蒸馏水准确加入到100mL烧杯中于40℃水浴锅中预热,达到所需温度后加入2.5g(粒度1mm)千屈菜样品,,每次取20mL水样进行过滤,完全过滤后加溶液定容显色后,在紫外分光光度计510nm处测定其酮类物质含量,并计算提取率。

  图3-3 时间对千屈菜中酮类物质提取率的影响

  由上折线图可以看出时间对于酮类物质的提取率影响较小,10min时有最小提取率,推测是提取时间太过短暂,黄酮物质释放较少。在20min时有最大值,之后随时间递减,递减数值较小。在最大值20min处提取率为6.54mg/g,最小值10min的提取率为4.80mg/g。提取时间对千屈菜中酮类物质的提取影响较小。

  3.4 重复次数对千屈菜中酮类物质的提取率影响

  向100mL烧杯中准确加入100mL蒸馏水,置于60℃水浴锅中预热,达到预定温度后,加入2.0g千屈菜于100mL小烧杯中(样品粒度为1mm)。开始计时10min。完全过滤后用紫外分光度计测定其酮类物质含量。将过滤后的植物试样完全保留,再次加入到烧杯中在60℃条件下反应10min,重复上述过程6次。

  由图3-4我们可以看出重复提取次数对提取率的影响具有特点,试验的第一次提取率达到了约9.61mg/g,是二次试验的四倍之多,第三次试验稍有提取率提高但提高的数值微乎其微,随后的试验得到的提取率呈递减趋势降到接近0。从这些条件来看我们可以得出结论,重复次数对于千屈菜中酮类物质提取的影响是负面的,第一次试验得到的提取率是本组试验中最高的。

  图3-4 重复次数对千屈菜中酮类物质提取率的影响

  3.5 固液比对千屈菜中酮类物质的提取率影响

  将100mL蒸馏水准确加入到100mL烧杯中,置于60℃水浴锅中预热,达到预定温度后,分别加入准确称取的0.1g、0.2g、0.5g、1.0g和2.0g(固液比分别是1000、500、200、100、50)千屈菜试样于100mL小烧杯中开始计时,计时10min。

  图3-5 固液比对千屈菜中酮类物质提取率的影响

  在液固比50到100时,提取率逐渐升高,到达固液比200时有最大的提取效果,这应该是酮类物质在水中的溶解达到饱和,所以随着溶剂水量的增加,酮类物质的提取率也随之变大了。在液固比大于200之后出现下降趋势,因为加入的千屈菜样品质量较少,无法与溶剂继续对千屈菜样品进行提取 。所以该实验得到固液比为200时提取率达到峰值。固液比的不同一定量的影响了千屈菜中同类物质的提取率。 第四章 结 论

  通过实验在不同的温度、时间、固液比、重复利用次数、粒度条件下,水提法提取千屈菜中的酮类物质的提取率有较大影响。不同条件下的提取率有所改变,为了筛选出最佳提取率我们作图比较后发现:

  (1)粒度在1.0mm处可以提取的酮类物质最多,且并不是粒径越小酮类物质提取率越高。

  (2)提取率在温度条件下随温度升高而升高,水提法以水为溶剂,沸点只有100℃,所以在100℃是对提取千屈菜的酮类物质最有效。

  (3)时间对提取率的影响在五个条件中最小。在20min时有最大提取率,证明反应过短或反应过久都不利于提取同类物质,应选择反应完全的时间进行选择。

  (4)在重复次数试验中,第一次的反应相比于之后5次的提取率高出四倍之多,第一次反应完全,可以猜测出后五次提出的微量酮类物质是第一次反应的补充部分。

  (5)固液比试验中,在固液比达到200时得到了最大的提取率,相比于其他的固液比相差也较大。从而得知溶剂和溶质的比例要一致,溶剂是一定量的100mL,过多过少的加入溶质,都不利于酮类物质的提取。

  千屈菜中酮类物质含量较为丰富,在适宜的条件下种植可以有效的改善水体富营养化的现状。

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