柑橘皮化学成分分析实验报告.doc

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1、 综合化学实验-柑橘皮化学成分分析报告 一、实验背景1、柑橘皮营养价值随着人类对营养、健康意识的增强和物质文明的迅速发展，使得食品向自然、粗糙、低热值、低盐、低脂肪、符合原物、方便等方向发展，整个社会对营养食品越来越关注。 关于柑桔果皮的营养价值及药用价值，国内外资料都有较详尽的介绍，尤其是近年来，美国、巴西、日本、中国等国科学家在柑桔果皮的营养及综合利用方面做了大量的研究，并取得了可喜成果。柑橘皮是柑橘果实加工后余留的最大比例副产品，其内含丰富的生理活性成分以及磷、钙、铁、锌等微量元素。其所含营养成分除氨基酸外，其余均高于果肉，尤其是富含具有一定生理活性成分如维生素C、类黄酮等物质，使柑橘皮

2、及其提取物具有多重生理功效。2、设计思路掌握气相色谱法分离定量香精油掌握溶剂回流法提取类黄酮掌握水蒸气蒸馏法提取香精油掌握紫外光谱法测定类黄酮含量有效成分分析有效成分提取掌握原子吸收测定金属离子含量橙皮苷含量掌握溶剂浸渍法提取维C和微量元素掌握碘量法测定维C含量3、实验目的（1）掌握水溶剂浸渍法提取维生素C和微量元素。 （2）掌握醇类回流法提取类黄酮成分。 （3）掌握水蒸气蒸馏提取香精油成分。 （4）掌握碘量法测定维生素C含量。 （5）掌握原子吸收光谱测定金属离子。 （6）掌握紫外光谱法测定类黄酮含量。 （7）掌握建立GC混合物分离的色谱条件，并以外标法测定相关物质的含量。二、实验原理 1、柑

3、橘皮有效成分的提取从天然产物中提取化学成分，常用的方法有溶剂提取法、水蒸气蒸馏法及升华法。 （1）溶剂提取法溶剂提取法是实际工作中应用最普遍的方法，根据天然产物中各化学成分的溶解性能，选用对有效成分溶解度大而对其他成分溶解度小的溶剂，用适当的方法将有效成分尽可能完全地从药材组织中溶解出来。溶剂提取法的基本原理是在渗透、扩散作用下，溶剂渗透入药材组织细胞内部，溶解可溶性物质，形成细胞内外溶质的浓度差而产生渗透压，在渗透压的作用下，细胞外的溶剂不断进入药材组织中，溶解可溶性成分，细胞内的浓溶液不断向外扩散，如此反复，直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡即完成一次提取。滤出此溶液，再加入新溶剂，使细胞内

4、外产生新的浓度差，提取可继续进行，直至所需成分全部或大部分溶出。溶剂提取法的关键是选择合适的溶剂，一种好的溶剂应对所提成分有较大的溶解度，而对共存杂质的溶解度很小。良好溶剂的选择应遵循“相似相溶”的经验规律。一般说来，只要溶剂的极性及化学成分的极性相似，化学成分就易被溶解。按照溶剂极性大小顺序以及溶解性能不同，可将其分为水、亲水性有机溶剂、亲脂性有机溶剂三类： 水是强极性溶剂，对药材组织的穿透力大，中药中某些亲水性成分如糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、有机酸盐、生物碱盐、大多数苷类、无机盐等，都可以水为提取溶剂。柑橘皮中维C和微量元素由于其很好的水溶性，故用水作溶剂提取。亲水性有机溶剂是指甲醇、乙

5、醇、丙酮等极性较大且能及水相互混溶的有机溶剂，其中乙醇最为常用。 柑橘皮中的类黄酮物质在醇中有很好的溶解性，可用乙醇回流的方法提取。亲脂性有机溶剂如石油醚、苯、乙醚、氯仿、醋酸乙酯等，此类溶剂的特点是极性小，及水不能混溶，具较强的选择性，只能提取亲脂性成分，如挥发油、油脂、叶绿素、树脂、某些游离生物碱及一些苷元等。溶剂的选择要综合考虑溶剂的极性、被提取成分及共存的其他成分的性质三方面的因素来决定，同时还应兼顾考虑溶剂是否使用安全、价廉易得、浓缩方便等特点。（2）水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏是用来分离和提纯液态或固态有机化合物的一种方法，常用于下列几种情况：（1）某些沸点高的有机化合物，在常压下蒸馏虽可

6、及副产品分离，但易被破坏；（2）混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质，采用蒸馏、萃取等方法都难于分离；（3）从较多固体反应物中分离出被吸附的液体。使用水蒸气蒸馏这种分离方法是有条件限制的，被提纯物质必须具备以下几个条件：（1）不溶或难溶于水；（2）及沸水长时间共存而不发生化学反应；（3）在100左右必须具有一定的蒸气压（一般不小于1.33 kPa）柑橘香精油由柠檬烯,beta-蒎烯等纯碳氢烯烃和高级醇类,醛类,酮类,酯类组成的含氧化合物组成。这些成分不溶于水,沸点较高,易被空气中的氧气氧化。因此常用水蒸气蒸馏提取。2、 维生素C的测定原理 维生素C是可溶于水的无色结晶，是一种分子结构最简单

7、的维生素。维生素C有防治坏血病的功能，所以在医药上常把它叫做抗坏血酸。维生素C在水溶液中易被氧化，在碱性条件下易分解，维生素C具有较强的还原性，在酸性条件下，可被2，6-二氯靛酚氧化。其结构如下所示： 滴定法是维生素C含量测定最主要的方法，滴定法主要有2，6一二氯靛酚滴定法和碘量法。本实验用碘量法。碘的标定： I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62-硫代硫酸钠的标定： 6H+ + IO3- +5I- 3I2 + 3H2O I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62-以碘酸钾为基准物，在酸性条件下及过量的碘化钾反应生成I2及2S2O32-反应。3、 原子吸收光谱测定金属离子柑橘皮

8、中的微量金属元素主要有钾、钙、铁、锌等，这些金属离子的含量测定可以原子吸收光谱法测定。待测的柑橘皮的提取液在空气-乙炔火焰中原子化，在光路中分别测定锌对特定波长谱线的吸收。含量计算需要先建立各个金属的标准工作曲线。4、 紫外光谱测定黄酮类化合物黄酮类化合物是一类具有C6一C3一C6 结构的酚类化合物的总称，目前已从柑橘中鉴定出来的黄酮类化合物有6O余种，最常见的为橙皮苷、柚皮苷、新橙皮苷、柚皮素芸香苷等二氢黄酮类。橙皮苷是目前柑橘属黄酮中最主要的研究对象，橙皮苷（又称陈皮苷或桔皮苷）为二氢黄酮苷类化合物，是橙皮素及葡萄糖和鼠李糖结合形成的苷类。由于橙皮苷和Al(NO3)3溶液在80反应15mi

9、n后能形成黄色络合物，通过波长扫描，可测其420nm有最大吸收，通过橙皮苷对照品的系列溶液得到工作曲线后，进行样品中橙皮苷含量的测定。5、气相色谱测定香精油柑橘皮中含有多种香精油，其中含量最大的4种香精油分别是：柠檬烯，beta-蒎烯，芳樟醇，乙酸芳樟醇。这四种成分沸点不高，受热基本稳定，可用GC进行含量测定。成 分结 构沸 点柠檬烯175177Beta-蒎烯155156芳樟醇193194乙酸芳樟酯219220三、实验仪器及试剂仪器：滴定管（酸式、碱式）、移液管、碘量瓶、烧瓶、冷凝管、容量瓶、锥形瓶、铜壶、布氏漏斗、抽滤瓶、圆底烧瓶、研钵、循环水式多用真空泵、SpectAA220原子吸收光度计

10、、UV-2501PC型紫外-可见分光光度计、气相色谱仪GC-2014C试剂：橘皮、乙醇（95%）、氯仿、碘酸钾、硫代硫酸钠、盐酸（2%）、硫酸（3M）、1426mg/L Zn2+离子储备液、橙皮苷标准液等四、实验步骤1、 维生素C提取及含量测定（1）柑橘皮水溶性成分的提取：新鲜柑橘皮50g称量，剪成20*20cm细条，加80mL2%的HCl，浸泡0.5小时，抽滤，再加50ml2%盐酸，浸泡0.5h，抽滤，再加50ml2%盐酸，浸泡0.5h，抽滤，合并三次滤液，定容到250mL，移取10mL保存用于原子吸收分析，剩余用于维生素C测定。（2） 维生素C的含量测定a.Na2S2O3溶液的配制（0.0

11、1mol/L）:称取约0.7895g的硫代硫酸钠结晶固体于小烧杯内，加少量蒸馏水溶解，定容于250ml容量瓶中，转移到棕色瓶中备用。b. I2溶液的配制（0.01mol/L）已配好。 c.碘酸钾标准溶液配制：差量法准确称取碘酸钾0.1052g，放入碘量瓶中，加20ml水，3ml3ml/L的H2SO4和10ml的10%的KI，用蒸馏水稀释定容到250ml。d.硫代硫酸钠溶液的标定：用水冲洗碱式滴定管，再用少量硫代硫酸钠溶液润洗，然后加入硫代硫酸钠至0刻度以上，排气；用移液管移取KIO3标准溶液25.00mL，加入3mL 3M的硫酸、10mL 10%碘化钾溶液，用硫代硫酸钠滴定该碘酸钾溶液至浅黄色

12、，加入2mL淀粉指示剂，滴定至无色且30s内不变色；重复三次上述操作并记录数据；e.I2溶液的标定用移液管移取25.00mL）I2溶液到碘量瓶中，用硫代硫酸钠滴定至浅黄色，加入2mL淀粉指示剂，滴定至无色；重复三次上述操作并记录数据；f.用标定好的碘溶液滴定样品，将240ml的维C提取液倒至锥形瓶中，滴定前加入2mL淀粉指示剂 ，滴定至淡蓝色。2、AAS测Zn2+ （1）标准溶液的配制：称取0.2981g氧化锌基准物，用6mol/L的HCl定容至100ml，稀释100倍后，分别移取0.50ml、1.00ml、1.50ml、2.00ml、2.50ml上述溶液至编号为1-5的50mL容量瓶中，稀释

13、定容后待用。 （2）工作曲线绘制及样品含量测量：按浓度重低到高的顺序依次测定1-5号容量瓶中不同浓度标准液的的吸光度并记录数据绘制工作曲线。标准液测定完毕后，取步骤1中所移取出的10.00mL维C提取液，用尼龙滤网抽滤该维C提取液，抽滤完成后测定其吸光度。 3、橙皮苷的提取和含量测定（1） 乙醇回流提取橙皮苷：定量20g橘皮在80ml乙醇中回流2小时，过滤，用乙醇定容到100ml容量瓶中，备用。（2） 橙皮苷含量的测定：储备液：称取0.0989g橙皮苷配制橙皮苷标准液（2mg/ml），用0.1M氢氧化钠：乙醇=50:50，定容到50ml容量瓶中。将储蓄液稀释5倍至0.4mg/ml。标准曲线绘制

14、：分别精密量取0.50ml、1.00ml、2.00ml、3.0ml、4.0ml的橙皮苷标准储备溶液0.4mg/ml，用用0.1M氢氧化钠：乙醇=50:50定容到50ml容量瓶中。用移液管准确移取0.25mL样品于50ml容量瓶中，用乙醇定容。（3） 将紫外-分光光度计开机预热、设置，将参比液放入比色皿中，调零。自检，波长范围为225400nm，扫描速度为快。基线校准。打开样品室盖，对移取编号为3的那瓶溶液进行测定，确定最大吸收波长为287.10nm、361.90nm，之后按浓度由低到高的顺序，依次测定五个标准品的吸光度并记录数据，最后测定样品的吸光度并记录。 用三号在200-700nm内确定最

15、大波长。在最大波长处分别测定吸光度值，以 值(y)为横坐标、橙皮苷的含量(x，mgm1)为纵坐标作线性回归，得标准曲线。样品含量的测定：样品液稀释100倍，在最大吸收波长处测定吸光度。4、 香精油的提取和分析（1） 水蒸气蒸馏提取橘皮香精油： 称取30g 的柑橘皮，剪成细条状，进行水蒸气蒸馏，控制水蒸气蒸馏速度，蒸馏1.5h，收集100-150ml左右的馏出液， 将馏出液转移到分液漏斗中，用30ml氯仿萃取一次后，水层继续用20ml氯仿萃取一次，合并两次氯仿溶液，加无水硫酸钠至溶液澄清，用氯仿定容到50ml容量瓶中。 （2） 气相色谱测定香精油的含量：先进行色谱条件优化选出最优条件在进行样品及

16、标准液的测定，优化条件为：柱温：恒温180保留10min；柱温：60，以30/min的速度升到180，保留0min；柱温：60，以10/min的速度升到180，保留0min；优化完成后，选择最优条件进行样品的测定，并记录数据。 柑橘皮中含量最大的4种香精油分别是：柠檬烯，beta-蒎烯，芳樟醇，乙酸芳樟醇。将上述4中对照品配成标准溶液在GC上分离得到对照品的色谱图，样品进样，按照外标法测定含量。五、结果及讨论1、维生素C含量分析及讨论 称取0.1052g碘酸钾，0.7895g硫代硫酸钠 MKIO3=214 C = 6*（mKIO3/M KIO3）/（V2-V1）相对偏差=|平均值-测量值|/平

17、均值表一、标定硫代硫酸钠KIO3称重（g）硫代硫酸钠初刻度V1（ml）末刻度V2（ml）滴定体积（ml）硫代硫酸钠浓度（mol/L）平均值（mol/L）相对偏差(%)0.1052 0.00 22.50 22.50 0.1311 0.1310 0.076% 0.1052 0.0022.52 22.52 0.1310 0% 0.1052 0.0022.51 22.51 0.13100% 表二、标定碘溶液碘溶液体积（ml）硫代硫酸钠初刻度（ml）末刻度（ml）体积（ml）碘溶液浓度（mol/L）平均浓度(mol/L)相对偏差(%)25.00 0.00 18.52 18.52 0.04852 0.04

18、848 0.08% 25.00 0.00 18.50 18.50 0.04857 0.02% 25.00 0.00 18.46 18.46 0.04836 0.25% CI2 = C Na2S2O3*V/20 相对偏差=|平均值-测量值|/平均值碘溶液滴定Vc所用体积 10.03ml Mvc=176.13 m（VC）= CI2*V*MVc =85.64mg 样品中VC含量=m（VC）/（样品）=85.64/50=1.7129(mg/g橘皮）2、 金属离子锌含量分析及讨论样品浓度（mg/L）0.4670.9341.4011.8682.335吸光度0.13630.20300.30970.38440

19、.4377待测液吸光度0.1765 由上图，拟合直线方程为：A=0.1679c+0.0590，则浓度c=（A-0.0590）/0.1679 所以样品中Zn2+含量为：c=（0.1765-0.0590）/0.1679=0.6998（mg/L） 故T=C*V/m（样品）=0.6998*0.25/50=0.0035（mg/g橘皮）3、 橙皮苷含量分析及讨论先用3号0.01584mg/ml的样品测紫外吸收光谱，可得，在=287.10nm时，Abs为0.3977，在即最大吸收值，所以max=287.10nm。测得的待测溶液如下图：max=287.10nm样品浓度（mg/ml）0.003960.00792

20、0.015840.023760.03168吸光度0.12590.22680.39770.59450.7974待测液吸光度 0.3744由上图，样品吸光度为0.3743时，样品中橙皮苷的含量为：c=（0.3744-0.0291）/24.012=0.0（mg/ml）故T=C*V/m(样品)=0.0144*100*100/10=14.38(mg/g橘皮）=361.9nm样品浓度（mg/ml）0.003960.007920.015840.023760.03168吸光度0.06370.11910.23840.35460.4715待测液吸光度0.2860由上图，样品吸光度为0.3352时，橙皮苷含量为c=

21、（0.2860-0.0041）/14.755=0.0191（mg/ml）故T=C*V/m(样品)=0.0191*100*100/10=19.1（mg/g橘皮） （4）香精油含量分析及讨论条件一：柱温恒温180，保留10分钟有效组分未完全分离，此条件不适合条件二：柱温：60，以30/min的速度升到180，保留0min；样品分离，分离效果不理想，原因在于程序升温过快条件三：柱温：60，以10/min的速度升到180，保留0min； 样品完全分离，且分离效果较好由柠檬烯、-蒎烯、乙酸芳樟酯、芳樟醇的沸点及极性可知，出峰顺序为：-蒎烯 柠檬烯 芳樟醇 乙酸芳樟酯。b beta-蒎烯 =m beta-

22、蒎烯/V=0.0462*(10/50/50)=1.848*10-4(g/ml)b柠檬烯 = m柠檬烯/V =0.0432 *(10/50/50)=1.728*10-4(g/ml)b芳樟醇= m芳樟醇/V =0.134*(10/50/50)=5.36*10-4(g/ml)b乙酸芳樟醇= m乙酸芳樟醇/V =0.1672 *(10/50/50)=6.688*10-4(g/ml)提取的精油的GC-FID谱图成分-蒎烯柠檬烯芳樟醇乙酸芳樟酯标准样峰面积274914.438 1845531.000649394.9381292709.125标准样浓度（mg/mL）0.18480.17280.53960.6

23、688样品峰面积102769.9612364683.000 203083.938 36935.277 样品浓度（mg/mL）0.0690.22140.1680.0191橘皮中样品含量（mg/g橘皮）0.1150.3690.280.318 六、 实验结果1 橘皮Zn离子的含量为0.6998*0.25/50=0.0035（mg/g橘皮）2 橘皮中橙皮苷含量为0.0144*100*100/10=14.38(mg/g橘皮） 3 橘皮中维C含量为85.64/50=1.7129(mg/g橘皮）4 橘皮中-蒎烯含量为0.115mg（-蒎烯）/g(橘皮)5 橘皮中柠檬烯的含量为0.369mg（柠檬烯）/g（橘

24、皮）6 橘皮中芳樟醇的含量为0.28mg（芳樟醇）/g(橘皮)7 橘皮中乙酸芳樟醇的含量为0.318mg（乙酸芳樟醇）/g(橘皮)七、讨论及分析（1）维生素C含量的滴定：由Na2S2O3浓度测定的相对平均偏差可见，其滴定实验结果精密度较高；由I2的测定结果及相对平均偏差可见，三次滴定结果相对于Na2S2O3浓度测定时偏大，原因可能由于终点判断不准确、读数不够精准等；提取维C过程中，因为是一次性实验，对实验结果有着不可忽略的误差影响，I2浓度测定以及Na2S2O3浓度测定的准确及否也会对实验结果产生影响。测定中用的是碘量法，该方法简单方便，但是碘易挥发，见光分解。在配置碘溶液时，加入了KI，结合

25、成I3-以防止其挥发，分解。滴定时要控制好滴定速度，多摇动。快达到终点时。滴定速度一定要慢。判断变色点要半分钟内不褪色。（2）AAS测Zn2+：由工作曲线可见，R2=0.9976其线性拟合关系较好，基本符合要求；影响线性的原因主要来至溶液的配置过程，如移取液体、读数的准确程度，溶液是否摇匀以及测定时比色皿装液过程中手法所带来的影响等；（3）橙皮苷的提取和含量测定：A，由工作曲线可见，在最大波长（max=287.10nm）处，样品的吸光度值在所作曲线的线性浓度范围内，实验结果具有一定的代表性；B，在非最大波长（=361.90nm）处，样品的吸光度值在所作曲线的线性浓度范围之外，说明在361.90

26、nm波长处，提取液试样中存在其他一些可以在此波长范围很好被吸收的物质。不同分子的原子团和原子，它的发射光谱和吸收光谱不同。因此可以根据其光谱的特征和强度研究化合物的结构和测定其含量。本实验中，橙皮苷对光的特征吸收波长在287.10nm处，所以当波长为361.90nm时，溶液中存在着对该波长具有特征吸收的物质。C，实验采用紫外分光光度计，柑橘提取液中可能有很多物质在最大吸收波范围内重叠吸收，吸光度并不能准确的反映含量，但是如果采用液相色谱进行分析可以将其中的组分全部分离出来，并且通过图谱信息可以得到柑橘皮中橙皮苷的准确含量。（4）香精油的提取和分析：水蒸气蒸馏时，馏出液的速度不能太快，否则馏出液

27、中有效成分含量很少，得到的谱图峰不明显，给后面的分析带来困难；加大鲜橘皮的用量、减慢馏出液滴下速度可有效增加有效峰的强度；影响香精油产量的主要因素有：柑橘皮的粉碎程度、水蒸气速率、溶液挥发以及萃取过程中的损失等。因此在实验过程中可适当加大橘皮的粉碎程度，更有利于香精油被蒸出；加快水蒸气的通入量，增大香精油被提取的动力，但通气量也不宜过大，以免蒸出过多的水，为进一步萃取带来不便，进而影响产率。（5）在配制Na2S2O3溶液时，要用煮沸后冷却的蒸馏水，这是因为水中含有氧气、二氧化 碳和细菌他们会发生反应，反应过程如下：Na2S2O3 Na2SO3 + S S2O32- + CO2 + H2O HS

28、O3- + HCO3- + S （微生物）S2O32- + 1/2 O2 SO42- + S此外，水中微量的Cu2+或Fe3+等也能促进Na2S2O3溶液分解。因此配制Na2S2O3溶液时，需要用新煮沸(为了除去CO2和杀死细菌)并冷却了的纯水，加入少量Na2CO3，使溶液呈弱碱性，以抑制细菌生长。而Na2S2O3溶液不宜加热，加热时会加速空气中的氧气氧化Na2S2O3。 通常从柑橘果皮中提取香精油的方法有压榨法、浸提法、水蒸气蒸馏法、超临界流体萃取法。本实验采用的是水蒸气蒸馏法提取柑橘皮中香精油的。选择水中蒸馏提取香精油这种方法的优点是设备简单、成本低、产量大、水分子容易向果皮组织中渗透，水置换出香精油，使精油向水中扩散，在水蒸气作用下形成油水共沸物同时蒸出。水蒸气起到“搅拌”作用。21 / 22