超声波辅助正丁醇提取茶皂素的工艺研究.docx
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1、摘 要本实验以脱脂油茶饼粕为材料,正丁醇溶液作浸提剂,通过超声波辅助,控制正丁醇溶液的溶度、提取 时温度、超声波 占总功率的百分比、提取所用时间以及固液比。最后使用正交实验与单因素实验,研究提取茶皂素的最佳工艺条件。并通过香草醛-浓硫酸显色原理,测出提取液550nm处的吸光度,计算提取率。研究结果表明:功率为90%的超声波,提取时温度为70,固体跟液体比为1:7(g:mL),超声时间提取为75min,在此情况下,茶皂素的提取率最高为12.63%。关键词:超声波提取;油茶饼粕;茶皂素;正丁醇;香草醛-浓硫酸显色法AbstractThis experiment includes: using ul
2、trasonic equipment to degrease tea dregs, butanol extract, controlling the solubility and temperature of butanol solution, etc. During extraction, the percentage of ultrasonic power, extraction time and the proportion of solid solution. At last, orthogonal experiment and single factor experiment wer
3、e used to study the best conditions of tea saponin extraction. With the aid of vanillin concentrated sulfuric acid theory, the measured absorption is 550nm extraction, and the extraction rate is calculated. The results show that the ratio of solid to liquid is 1:7 (G: ml), ultrasonic extraction for
4、75min, in this case, the ratio of solid to liquid is 1:7 at extraction temperature of 70with 90% ultrasonic power The extraction rate of tea saponin was 12.63%.Keywords: ultrasonic extraction; Camellia oleifera cake; tea saponin; n-butanol; vanillin - concentrated sulfuric acid colorimetry、目 录1 引 言1
5、.1 茶籽饼粕的应用现状1.2 茶皂素的简介1.2.1 茶皂素的简介1.3 茶皂素提取工艺研究进展1.3.1水浸法1.3.2有机溶剂提取法1.3.3微波辅助提取法1.3.4超声波提取法1.4 本课题研究目的和意义2 材料与方法的选用2.1 实验涉及材料2.1.1 原料与试剂2.1.2 仪器2.2 实验方法2.2.1 茶籽饼粕预处理2.2.2 测定方法(香草醛-浓硫酸显色法)2.2.3 茶皂素提取的单因素实验2.2.4 正交实验因素水平2.2.5 茶皂素提取率的计算2.2.6 数据处理3 结果与讨论3.1 固液比的变化分析3.2 超声波功率的变化分析3.3 正丁醇浓度的变化分析3.4 超声波提取
6、时间变化分析3.5 超声波温度的变化分析3.6 正交优化实验结果4 结论与展望参 考 文 献致 谢超声波辅助正丁醇提取茶籽饼粕中茶皂素工艺研究1 引 言1.1 茶籽饼粕的应用现状我国是世界主要产茶国,茶籽饼粕养中含有丰富的粗纤维、蛋白质、糖类、脂肪,且茶籽资源极为丰富,油茶籽又含有大约10%-14%的皂素与40%-45%茶油,其中茶皂味苦、有毒,导致其资源严重浪费,利用率低,仅有一部分茶籽饼用作肥料,其余部分弃去,不可作为饲料直接使用。本文主要为结合现阶段国内外在生物活性的研究进展、结构鉴定及特性进行研究入手,进一步的分离和鉴定茶树油粕中茶皂素以及主要在农药、医药、食品和工业等方面上的综合利用
7、等提供参考。因此若能大幅度的利用好茶皂素性能优异和多种功能的这一特点,有利于提高茶皂素附加值,而且可以将提取后茶籽饼重复利用、变废为宝,用于生物肥料与饲料完美实现资源可持续发展。因此如何大幅度利用好茶皂素这一性能优异的表面活性剂,提高茶皂素提取率对于现阶段尤为重要。1.2 茶皂素的简介1.2.1 茶皂素的简介茶皂素是由糖体、有机酸和皂苷元1组成的五环三萜类糖苷混合物2。分布茶籽中的茶皂素是具有抑制细菌、细菌、杀灭害虫、消炎等效果的天然表面活性剂3-5,因此现阶段在国内外于化工、建材、农药等方面被广泛应用6-7。表1-1为茶皂素的基本理化性质。表1-1 茶皂素主要理化性质茶皂素理化性质参数平均分
8、子式C57H90O20相对分子质量1203元素分析值C(59.93)、H(7.09)表面张力(N/m)747-59水溶液PH值5.06.5熔点258260可溶于温水、二硫化碳、乙酸乙酯难溶于冷水、无水甲醇、无水乙醇不溶于乙醚、石油醚、丙酮、正已烷易溶于正丁醇、含水甲醇、含水乙醇1.3 茶皂素提取工艺研究进展1.3.1水浸法水浸法:利用热水作为浸提溶剂提取油茶籽中的茶皂素。通过该方法提取时虽然工艺过程较为简单,但提取出时耗能大,且茶皂素的纯度低。1.3.2有机溶剂提取法有机溶剂法提取油茶籽中的茶皂素时,因为甲醇具有毒性和易燃易爆的特点,所以一般放弃含水甲醇,选用含水乙醇作为浸提溶剂。实验是选用危
9、险系数小的乙醇作为浸提剂。史高峰等在使用有机溶剂法提取油茶籽中的茶皂素时,选用C2H5OH-NH3 -H2O为浸提剂,实验时利用正交实验,以固体与液体比、实验下温度、C2H5OH浓度、实验提取时间、NH3H2O浓度为变量,实验的最佳提取率为22.41%,其浸提工艺:固体跟液体比l:10(g/mL),温度为78,70%的C2H5OH水溶液,提取55 min,10%的NH3H2O8。胡婕伦等在使用有机溶剂法提取油茶籽中的茶皂素时,选用乙醇作为浸提剂使得丙酮沉淀。实验时为了优化茶皂素提取工艺,利用响应曲面实验和单因素实验,建立以实验时间、固体与液体、实验温度、浸提溶剂溶度为变量数学模型,得到提取率最
10、优为9.48%0.05%。:时间为3.3 h、固体液体比7.25:1 (v/m)、温度取85.7、浸提溶剂溶度80%的乙醇9。通过有机溶剂提取具有茶皂素纯度高、提取时间短、消耗大量溶剂、提取工艺复杂、设备要求和生产成本高等特点。1.3.3微波辅助提取法微波技术提取:萃取物质细胞壁,因细胞内的温度跟压力在萃取的过程中吸收了微波的能量,当能量增加达某一临界点时破碎10,从而提高细胞内的有效成分在萃取剂中快速溶解的新型技术,具有有高萃取效率高、提取时间短等特点。 吴雪辉等11采用微波辅助萃取茶皂素的实验最优收率为11.98%,在固体与液体比为 1 18(g/mL)、茶粕选用小于 180m、800W微
11、波功率下实验280s,彭应兵等12选用分数为50%含水乙醇为茶籽壳的萃取剂,得到的最优解收率为12.16%。实验在400W微波的功率、固体与液体比为 13、实验时间为 8min下进行。虽然使用微波辅助提取茶皂素中时,微波具有很强的穿透能力,简便、高效,迅速均匀的加热茶粕内外部的优点。但是微波设备的高要求和高投资是现现阶段棘手的问题。1.3.4超声波提取法细胞壁因在超声波技术下产生空化作用而受到强大的压力破裂,使得其有效成分可以在很短的时间内被提取。在振动的情况下不仅保持被浸茶皂素细胞内的生物活性不变,同时还提高了物质有效的提取速率,使得其更快溶解、释放和扩散。利用此技术可有效地减低萃取所用的时
12、间,大幅度减低提取成本13-16。袁红江17利用超声波的空化作用来提取茶饼中茶皂素的实验最优收率超过 10.06% ,实验时选用600 W超声波功率 ,固体液体比为 110 (g/mL),温度为 60,pH 值为 12。李祥等通过实验最终得到纯度86%,其提取率 21%的最优解。实验中采用频率为 25.87 kHz超声波辅助体积分数为 80%的含水乙醇,提取脱油脂后的茶饼作中的茶皂素,实验时,选用固体液体比为 19(g/mL),将温度设为 70 ,提取脱油脂后的茶饼120 min时,采用超声波辅助提取 10 min,得出最优方案。超临界CO2萃取技术与有机溶剂作为提取溶剂提取有所不同,是萃取茶
13、皂素实验时以液态的CO2作辅助的提取新工艺,以萃取压力、 萃取时温度、萃取消耗的CO2为变量。此萃取技术具有提取物无污染和有害物质,提取率高等优点。但超临界CO2萃取实验时对设备要求高价格,生产成本较高,使得无法大规模使用此技术。吕晓玲在使用CO2超临界流体辅助乙醇体积分数为65%提取查查茶皂素实验时,将萃取温度为50、压力设置为25MPa、CO2流量为2530 L/min下,萃取了3h,最终实验得出纯度78.65%茶皂素,其提取率为15.23%18。1.4 本课题研究目的和意义水浸法得到的茶皂素产品纯度较低,同时能耗也较大。采用机溶剂提取法不但用时比较短,而且提取出为纯度较高茶皂素,且提取率
14、较高;但提取时对设备要求高较高,提取的工艺复杂繁琐且消耗大量的溶剂,所以成本较高,实用性较低。为解决了茶皂素易在有机溶剂中溶于,提高了茶皂素提取率,最终结合超声波空化作用辅助正丁醇提取浸提茶皂素,在振动的情况下不仅保持被浸茶皂素细胞内的生物活性不变,还可促使有效的提高了物质的提取速率,使得其更快释放、扩散以及溶解,使得可以短的时间内完成有效成分提取、缩短提取时间、节约成本19-21。研究表明茶皂素具有湿润、发泡、乳化等性能,在各个领域中广泛应用的天然非离子表面活性剂。且水溶液也有容易清洗、扩散速度快、泡沫浓度低、弱酸性等优点,在降低液体表面张力时效果显著。为了更好的是资源得到有效的利用,本文主
15、要对茶皂素的提取方法进行研究,已便能使茶皂素的可利用率得到有效的提升。2 材料与方法的选用2.1 实验涉及材料2.1.1 原料与试剂试剂与原料见表2-1。表2-1实验试剂实验材料与试剂等级生产公司油茶茶籽饼粕正丁醇无水乙醇石油醚6090浓硫酸香草醛茶皂素标准品-分析纯(AR)分析纯(AR)分析纯(AR)分析纯(AR)分析纯(AR)纯度96%以上杭州久晟生物科技有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司上海源叶生物科技有限公司2.1.2 仪器本实验所使用仪器见表2-2。表2-2实验仪器与设备设备名称型号生产厂家
16、多功能粉碎机800A永康市红太阳机电有限公司磁力搅拌器ZNCLD180*180河南爱博特科技发展有限公司电热恒温水浴锅DK-S28上海精宏实验设备有限公司电热恒温水浴锅HWS-24上海一恒科学仪器有限公司数控超声波清洗器KQ-50DEA昆山市超声仪器有限公司鼓风干燥箱DHG-9070A上海飞越实验仪器有限公司可见分光光度计722N上海佑科仪器仪表有限公司普通冰箱BCD-325WPQC珠海格力电器股份有限公司ELGA超纯水机PURELAB Chorus 1英国Veolia Water Syestem公司玻璃仪器气流烘干机KQC-30型上海精密科学仪器有限公司冷冻干燥机FDU-2110上海卓的仪器
17、设备有限公司旋转蒸发仪LC-N-1100D型上海力辰仪器科技有限公司2.2 实验方法2.2.1 茶籽饼粕预处理 (1)粉碎:干燥后原材料粉碎后过40目筛。(2)脱脂:将粉碎过后的茶籽饼粕置于磁力搅拌器,在石油醚(沸程为6090 )进行脱脂处理4h。(3)干燥:脱脂后的茶籽饼粕置于65的烘箱中再烘干处理2h。2.2.2 测定方法(香草醛-浓硫酸显色法)22茶皂素可与香草醛-浓硫酸产生共轭反应,反应产物可在722N型紫外-可见分光光度计550nm处显色。因此可用于测定提取液的吸光度。(1) 配制溶液. 香草醛溶液(体积分数8%):取无水乙醇10mL加至香草醛固体(固定质量0.8g)中定容。浓硫酸(
18、质量分数77%):在蒸馏水(46mL)加入浓硫酸(154mL)。茶皂素标准液(1mg/mL):80%的乙醇溶液(25mL)加入茶皂素标准品(25mg)定容。(2) 标准曲线的建立 取标准溶液置于具塞试管中,分别向6支试管内加入80%的乙醇直至体积为0.5mL,加入 8%香草醛溶液0.5 mL;将具塞试管放入冰水浴中,再加入硫酸溶液4ml;再放入60的水浴中反应15 min,冰水浴中冷却10 min后放在室温下,测定其吸光度。图2-1茶皂素的标准曲线建立茶皂素标准曲线时,纵坐标与横坐标分别为吸光度(ABS)茶皂素的含量(mg)。计算回归方程式Y=1.22x+0.038,R2=0.9908。(3)
19、样品的测定方法取25mg茶皂素样品,加入80%的乙醇溶液定容到25mL ,制成1mg/mL的茶皂素样品液。取样品液0.3ml于具塞试管中,加入0.2ml80%乙醇,然后同标准曲进行测定。2.2.3 茶皂素提取的单因素实验(1)固液比的选取:称取5份经过预处理的茶籽饼粕,分别放入5个干燥锥形瓶中,以超声波时间为60min,超声波功率为80%(占总功率的百分比),正丁醇浓度为80%,提取温度为70的情况下,测定固体与液体比为1:4(8mL)1:5(10mL)、1:6(12mL)、1:7(14mL)、1:8(16mL)时的茶皂素提取率。(2)提取温度的选取:称取5份经过预处理的茶籽粕,分别放入5个干
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