废次桑叶中高纯异槲皮苷提制工艺及其过程研究

摘要

作为“药食同源”物，桑叶药理价值极高，因生产经营或加工技术等原因，存在利用率低等问题，导致高附加值的成份流失，造成桑资源浪费。本文以废次桑叶为原料，将水热反应引入天然产物提取技术中，开展提制高附加值天然活性成份异槲皮苷等研究，变废为宝，实现桑资源增值开发的高值利用，符合国家国民健康与资源利用战略。　　为提高桑叶中异槲皮苷等活性成份的有效溶出，采用水热反应方法，以异槲皮苷溶浸效率为评价指标，探讨水热时间、料液比、水热温度和乙醇体积分数等因素对异槲皮苷溶出的影响，经响应曲面法优化获得水热辅助醇提取桑叶中异槲皮苷的适宜参数，并开展提取物体外抗氧化作用研究;运用SEM（电镜扫描）、BET（比表面积）和FTIR（红外光谱）等手段，分析表征水热反应前后桑叶植物组织的物相结构及组分变化，探究水热降解植物组织的性能。为进一步揭示异槲皮苷溶浸的制约因素及传质规律，通过计算传质系数k、活化能Ea、相对萃余率y及有效扩散系数Ds等动力学参数，开展异槲皮苷溶浸的动力学研究;分析异槲皮昔溶浸的扩散过程，建立异槲皮苷的内扩散模型，获得异槲皮苷扩散速率常数。为获得高纯度异槲皮苷单体，采用制备色谱方法，开展流动相组成及比列、流速和进样量等条件比选，获得异槲皮苷分离、纯化的适宜条件，并评价提取物经济收益。结论如下:　　(1)采用响应曲面法优化获得水热反应辅助醇法提取异槲皮苷的适宜参数为:以体积分数为57％的乙醇为提取剂，桑叶质量(g)与乙醇体积(v)之比为1∶7，在水热温度154℃、水热解80min后，5g桑叶提取异槲皮苷3.64mg·g-1，是乙醇提法的51倍。响应曲面法拟合所得异槲皮苷溶浸方程R2=0.9582，F=22.91，P＜0.0001，表明模型显著性极高，可用;F值检验可知，影响桑叶中异槲皮苷含量的因素顺序分别为:水热时间＞水热温度＞料液比＞乙醇体积分数，且水热时间和水热温度的交互作用对异槲皮苷溶浸量影响显著。桑叶提取液对DPPH的清除率、超氧阴离子清除率、脂质过氧化抑制率、还原能力的实验表明，桑叶提取液在较低浓度0.02mg·mL-1表现出抗氧化能力，且在0.02mg·mL-1～0.1mg·mL-1范围内呈现正相关。　　(2)红外分光谱分析表明，水热反应有助于桑叶中C-O、C-H、＞C=C＜键断裂，促进桑叶木质素中苯基丙烷结构单元分解;扫描电镜结果显示经水热解后的桑叶组织间出现孔洞且孔隙较大;BET结果表明经水热解后的底物比表面积是未经水热反应的桑叶底物的1.8倍左右;表明水热反应能有效降解桑叶植物纤维组织，有利于天然活性成份溶出。粒子扩散模模型表明，异槲皮苷的扩散存在渗透、内部扩散和边界扩散三个过程，扩散速率常数k随着边界层厚度增加而变小，其边界层厚度常数C依次为CⅠ＜CⅡ＜CⅢ。　　(3)Fick第二定律获得的桑叶异槲皮苷溶浸动力学模型表明，在温度为120℃～160℃时，速率常数k为0.0157min-1～0.0301min-1，表观活化能Ea=27.22kJ·mol-1，指前因子A为0.0164min-1，表观活化能越小，有利于反应的进行;有效扩散系数Ds为0.52×10-4mm2·min-1～0.99×10-4mm2·min-1，且随温度升高而增大;萃余率y随着温度升高而减少，在154℃下萃余率最小为9.75％，此时异槲皮苷的溶浸率最为91.25％;通过热力学分析求出△Gm在-4.3743kJ·mol-1～-1.2582kJ·mol-1＜0，△Hm=34.907kJ·mol-1＞0，△Sm=92.47J·mol-1＞0，表明水热辅助醇提取异槲皮苷过程是吸热熵增的过程。　　(4)采用制备色谱分离纯化获得异槲皮苷，分离纯化适宜条件为:V乙腈∶V水=20∶80，进样量10mL，流速20mL·min-1，异槲皮苷分离度为1.74，视为完全分离，纯度较高，同时可得到绿原酸、芦丁和紫云英苷，其分离度均大于1.5;经冷冻干燥后，制得异槲皮苷纯度为98.78％，含率为取粗含量的4.26％;同时制得绿原酸纯度为99.47％，含率为粗提物的6.74％，芦丁纯度为98％、含率为粗提物的1.36％，紫云英苷纯度为98％，含率为粗提物的0.35％，为桑叶资源多元产品开发提供单体或复合物原料支撑。

目录

声明

摘要

1．1．桑资源利用现状

1．1．1．我国桑资源种植及产能现状

1．2．桑叶资源化开发对健康产业及生态环境保护的重要意义

1．2．1．废次桑叶资源化利用对生态环境的作用

1．2．2．废次桑叶天然活性成份的高附加药用价值

1．2．3．桑叶资源化利用的相关政策支持

1．3．异槲皮苷提取技术及市场应用

1．3．1．异槲皮苷药理价值

1．3．2．异槲皮苷提制技术

1．3．3．异槲皮苷市场应用

1．4．水热反应应用现状

1．4．1实验原理

1．4．2水热反应技术的应用

1．5．本课题研究内容及意义

1．5．1．本文研究内容

1．5．2．技术路线图

1．5．3．创新点

2．水热辅助醇提异槲皮苷工艺优化

2．1．实验材料与仪器

2．1．1．原料与试剂

2．1．2．主要仪器

2．2．实验方法

2．2．1．水热辅助醇提法溶浸异槲皮苷

2．2．2．异槲皮苷的分析测定方法

2．2．3．响应曲面法因素设置

2．2．4．桑叶提取液活性评价

2．2．5．桑叶物相表征方法

2．3．实验结果讨论与分析

2．3．1．异槲皮苷不同浸提方法的比较

2．3．2．水热辅助醇提异槲皮苷的影响因素研究

2．3．3．响应曲面优化异槲皮苷浸提工艺及分析

2．3．4．提取物活性分析

2．4．浸提反应桑叶物相分析

2．4．1．红外光谱图分析

2．4．2．扫描电子显微镜分析

2．4．3．比表面积分析

2．5．小结

3．异槲皮苷提取过程解析及机理研究

3．1．异槲皮苷提取过程的扩散分析

3．1．1．不同粒径下异槲皮苷浓度随时间的变化

3．1．2异槲皮苷扩散过程分析

3．1．3扩散模型及反应边界层厚度常数的求解

3．2．异槲皮苷提取过程的热力学分析

3．2．1异槲皮苷浓度随温度的变化

3．2．2热力学参数求解

3．3．异槲皮苷溶浸动力学分析

3．3．1．不同温度下异槲皮苷溶浸随时间的变化

3．3．2异槲皮苷溶浸动力学参数求解

3．3．2．基于相对萃余率的速率常数验证

3．3．4提取过程的数学模型

3．4．异槲皮苷提取过程解析

3．5．小结

4．高纯异槲皮苷单体制备及效益分析

4．1．实验材料与仪器

4．1．1．材料与试剂

4．1．2．主要仪器

4．2．实验方法

4．2．1．桑叶粗提液制备

4．2．2．活性成份分离纯化

4．2．3．单体制备

4．2．4．活性成份检测及分析

4．2．5．产品红外表征分析

4．3．实验结果讨论与分析

4．3．1．制备成份鉴定与分析

4．3．2．分离纯化适宜条件筛选

4．3．3．提取单体的制备率计算

4．3．4．提取物的红外分析

4．4．桑叶提取物效益分析

4．4．1．经济效益分析

4．4．2．社会环境效益分析

4．5．小结

5．1．结论

5．2．展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果与参与课题情况

致谢