酶促乌头生物碱提取工艺的影响研究

摘要

进入21世纪以来，随着化石资源与能源短缺、环境危机日益加剧，生物催化技术作为绿色化学与绿色化工发展的重要手段，其发展必将对医药、能源、农业、食品、生命科学等领域产生巨大影响。利用生物酶催化技术提取和分离天然产物中的有效成分是一项新兴技术。在天然产物有效成分提取过程中，活性成分通常被植物纤维所包裹，植物细胞壁是提取有效成分的主要屏障，使有效成分不能很好的与反应体系接触，阻碍细胞中有效成分的溶出。选用恰当的酶，通过酶催化反应温和地水解或降解植物细胞壁成分，可加速有效成分的溶出，提高了目标产物的提取率，降低了成本。 目前，国内外对纤维素酶辅助提取乌头生物碱的研究没有文献报道，本研究初步探索纤维素酶催化转化乌头生物碱的反应条件和反应机制。 本研究以乌头碱和乌头总碱的提取率为指标，先通过单因素实验考察纤维素酶催化对乌头生物碱提取率的影响，确定纤维素酶催化反应的温度、pH值、纤维素酶用量、作用时间等因素的范围；再通过正交试验确定纤维素酶催化转化乌头生物碱的最佳条件。并与现有的乌头生物碱提取方法：酸水提取法、大孔吸附树脂提取法、半仿生提取法、乙醇提取法作了对比实验。 实验结果表明：利用纤维素酶催化转化乌头生物碱时，纤维素酶的适宜作用条件为温度：45℃，pH值：4．5，酶用量：8mg/g（1g药材中加入0．08 g纤维素酶），作用时间：4．0 h，乌头碱和乌头总碱的提取率分别为0．002447%和0．244410%。与酸水提取法比较，酶法提取的乌头碱、乌头总碱的提取率分别提高84．4%和59．3%；与大孔吸附树脂提取比较，酶法提取的乌头碱、乌头总碱分别提高61．1%和41．4%；与半仿生提取比较，酶法提取的乌头碱、乌头总碱提取率分别提高41．0%和29．1%；与乙醇提取比较，酶法提取分别提高了30．9%和21．8% 与酸水提取法、大孔吸附树脂提取法、半仿生提取法、乙醇提取法相比，纤维素酶催化转化得到的乌头碱和乌头总碱提取率显著增加，说明采用纤维素酶对川乌药材进行预处理，酶催化破坏了植物细胞壁上的β-D-葡萄糖苷键，使包裹生物碱的纤维素大量分解，进而破坏细胞壁，增加细胞壁的通透性，减小传质阻力，从而有效提高了生物碱成分的溶出。纤维素酶催化转化法对乌头生物碱的提取率的提高有明显的促进作用，且纤维素酶催化具有条件温和、作用时间短等优点，可在实际生产中推广应用。

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第一章绪论

1.1乌头生物碱及其化学结构

1.1.1乌头生物碱的药理作用

1.1.2乌头生物碱的化学结构

1.1.3乌头生物碱含量的测定

1.2现有乌头生物碱提取技术

1.2.1酸水提取法

1.2.2醇提法

1.2.3半仿生提取法(SBE)

1.2.4超临界CO2萃取法

1.2.5大孔吸附树脂法

1.3生物催化

1.3.1生物催化

1.3.2生物催化反应的特点

1.3.3生物催化研究的重要意义

1.4生物催化剂—酶

1.4.1酶的概念

1.4.2酶反应的特点

1.4.3影响酶活性的因素

1.5生物催化在天然产物有效成份提取中的应用

1.5.1利用生物催化技术提取和分离天然产物中的有效成份

1.5.2利用生物催化技术体内提高天然有效成份的转化

1.5.3利用生物催化技术体外提高天然有效成份的转化

1.5.4发展趋势

1.6本课题的研究内容及意义

第二章纤维素酶催化转化川乌中乌头生物碱的研究

2.1实验材料与仪器

2.2实验部分

2.2.1粉碎和过筛

2.2.2传统乙醇提法提取乌头生物碱

2.2.3纤维素酶催化转化乌头生物碱

2.2.4酸性染料比色法测定乌头总生物碱的提取率

2.2.5高效液相测定乌头碱的提取率

2.2.6纤维素酶催化转化乌头生物碱适宜条件的确定

2.2.7 正交实验结果

2.2.8川乌药材粉碎粒度对酶催化反应收率的影响

2.2.9固水比对酶催化反应提取率的影响

2.3本章小结

第三章生物催化转化乌头生物碱与其它提取技术的比较

3.1实验材料与仪器

3.2实验部分

3.2.1酸水提取法

3.2.2传统醇提法

3.2.3半仿生提取法(SBE)

3.2.4大孔吸附树脂法

3.2.5纤维素酶催化转化乌头生物碱

3.3结果与讨论

3.3.1 5种提取方法生物碱提取率和纯度的比较

3.3.2纤维素酶催化对传统醇提法的影响

3.4本章小结

第四章纤维素酶催化机制的探讨

4.1纤维素酶的性质

4.1.1纤维素酶的多酶体系

4.1.2纤维素酶的分子结构与功能

4.2纤维素酶催化机制探讨

4.2.1纤维素酶作用机制

4.2.2纤维素酶在固体底物表面的吸附和脱吸附

4.2.3产物对纤维素酶的抑制作用

4.2.4纤维素酶水解动力学

4.2.5搅拌器搅拌酶催化机制的探讨

4.3本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

研究成果和及发表的学术论文

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