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提取浓缩工艺
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超声波辅助提取甘薯叶中绿原酸的工艺研究


摘要:为了优化超声波辅助提取甘薯叶绿原酸的工艺条件,提高甘薯叶绿原酸的提取率,本文通过单因素试验和正交试验,考察乙醇浓度、料液比、超声时间和超声温度四个因素对甘薯叶绿原酸提取率的影响。对结果进行方差分析,显示最佳提取条件为:乙醇浓度 60%,料液比 1∶30,超声时间 50min,超声温度 50℃。提取效果的影响主次为:乙醇浓度>料液比>温度>超声时间。
绿原酸是一种缩酚酸,属酚类化合物,是植物在有氧呼吸过程中,经莽草酸途径形成的一类苯丙素类化合物,具有很强的药理活性,对消化、血液和生殖系统疾病有显著疗效。绿原酸类化合物是含有羟基和邻二酚羟基的有机物,极易溶于水,乙醇,甲醇和丙酮溶液。 微溶于乙酸乙酯等极性溶剂中,难溶于氯仿、乙醚的弱极性溶剂。我国是世界上栽培甘薯面积最大的国家, 甘薯茎叶作为甘薯副产品,资源量非常巨大,为绿原酸的提取提供了充足的原材料 。
目前, 国内报道绿原酸的提取工艺主要有水浸醇沉法和水提超声法,半仿生等方法。近年来人们利用超声波技术提取植物中的生物碱,黄酮,多糖,皂苷,蒽醌,香豆素等生物活性物质,都表明超声波技术比常规提取法费时少, 得率高且对其生理活性基本没有影响,溶剂使用量相对较少,可降低成本,且提取物化学成分与常规法相比没有变化。超 声提取原理是利用超声波产生的强烈震动、空化效应、粉碎等作用, 将植物药材中有效成分提取到溶剂之中。本实验是利用超声波辅助提取法从甘薯叶中提取绿原酸,通过单因素和正交试验,探索绿原酸的最佳提取工艺,以获得更多的绿原酸,为进一步利用甘薯叶和绿原酸提供理论依据。

1 实验
1.1 材料、仪器与试剂
1.1.1 材料
甘薯叶。
1.1.2 仪器
KD23B-DE 型电子恒温水浴锅,TDL-5C 型离心机,GZX-DH.300-BS-II 电热恒温干燥箱,JA2003 型电子天平,KQ-5200DB 型数控超声波清洗器,T6 新世纪紫外可见分光光度计,均质机,SHB-3 循环水式多用真空泵。
1.1.3 试剂
绿原酸,C2H5OH,NaOH,HCl。
1.2 试验方法
1.2.1 超声波辅助提取法提取工艺流程
新鲜甘薯叶→干燥→粉碎→乙醇浸泡 12h→超声波辅助提取→抽滤→减压浓缩→冷沉离心→含量测定
1.2.2 提取条件的单因素试验
通过初步的实验探索,及其对文献查阅,选取以下几因素做单因素试验:不同乙醇浓度、pH 值、料液比、超声温度、超声时间。在 200W 功率下进行超声波提取甘薯叶中的绿原酸, 用布氏漏斗抽滤处理浸提液,采用薄膜真空旋转蒸发仪处理至无乙醇味,回收乙醇。将浓缩液于 4℃冷藏 24h 之后 3000r/min 离心 10min,取上清液,沉淀洗涤再离心,合并上清液。测定离心液 OD 值, 根据 OD 值大小选择适合的工艺条件。
1.2.3 正交试验设计
在单因素试验的基础上, 在乙醇溶液的 pH 为4.0 的条件下,对乙醇浓度,料液比,超声时间,超声温度四个因素进行设定(表 1),以绿原酸提取率为考察指标进行四因素三水平 L9(34)正交试验,通过统计分析得出提取绿原酸的最佳工艺条件。
1.2.4 绿原酸含量的测定方法
1.2.4.1 绿原酸标准曲线的测定
用天平准确称取绿原酸标准品 5.00mg,用50%的乙醇溶解定容于 100mL 容量瓶,摇匀,得绿原酸标 准 液 50μg/mL。 精 确 吸 取 0.00mL,1.00mL,2.00mL,3.00mL,5.00mL,7.00mL 上述标准液分别置于 10mL 容量瓶,加 50%的乙醇溶液定容至刻度。用50μg/mL 绿原酸与紫外可见分光光度计扫描波长,得到绿原酸的最大吸收峰 328.8nm。 以绿原酸标准样品浓度(μg/mL)为横坐标,以其吸光度为纵坐标绘制标准曲线。
1.2.4.2 样品含量的测定
准确吸取冷沉离心后处理的甘薯叶提取液0.1mL 于 1000mL 容量瓶中, 加 50%的乙醇溶液定容至刻度,摇匀。取容量瓶中的提取液稀释 20 倍,用不含提取物的溶剂作空白对照。 在 328.8nm 下测定吸光度, 根据测定的吸光度和浓度的关系方程算出样品中绿原酸的含量。
绿原酸含量(%)=X×10-6×1000×稀释倍数0.1×m×100%
式中:X———由标准曲线计算得出绿原酸含量,μg;
m———样品质量,g。

2 结果与分析
2.1 提取条件单因素试验
2.1.1 溶液的 pH 值对提取效果的影响
准确称取干燥后粉碎到 40 目的甘薯叶 5 份,各5g, 用 NaOH,HCl 溶液调节 60%的乙醇溶液 pH 值到 3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,按料液比 1∶20(质量/体积)的比例分别加入上述甘薯叶和乙醇溶液,30℃恒温水浴锅浸泡 12h 后, 在 200W 功率下超声波辅助提取 30min,超声温度 50℃。随着溶剂 pH 值的增加,提取液的OD 值不断降低,绿原酸的提取率也不断减少,这可能是由于绿原酸是一种有机酸,pH 值越高, 绿原酸发生电离、水解,导致绿原酸的得率下降。由试验结果可知绿原酸在酸性条件下 pH 4.0 时提取适合。
2.1.2 乙醇浓度对提取效果的影响
准确称取干燥后粉碎到 40 目的甘薯叶 5 份,各5g, 分别配置 30%,40%,50%,60%,70%的 乙 醇 溶液,用 NaOH,HCl 溶液调节其 pH 值到 4.0,按料液比 1∶20 的比例分别加入上述甘薯叶和乙醇溶液,30℃恒温水浴锅浸泡 12h 后, 在 200W 功率下超声波辅助提取 30min,超声温度 50℃。随着乙醇浓度的增加,OD 值逐渐增大,当乙醇浓度为 60%时,提取效果最好。但当浓度达到 70%时,OD 值却降低,表明绿原酸的提取率也在减少。这是由于随着溶剂浓度的增加,绿原酸的溶解度增高,当溶剂浓度超过一定程度时,绿原酸溶解度降低,提取率减少。可能是因为绿原酸易溶于水,含水乙醇,不溶于油脂等。而且溶剂浓度过高,则会使某些溶质性物质溶出也增多, 这些成分往往同溶剂水分子结合,干扰因素随之增大,给提纯带来困难,导致提取率下降。由试验结果可知 60%的乙醇溶液最为适合。
2.1.3 料液比对提取效果的影响
准确称取干燥后粉碎到 40 目的甘薯叶 5 份,各5g, 用 NaOH,HCl 溶液调节 60%的乙醇溶液 pH 值到 4.0, 分别按料液比 1∶10,1∶20,1∶30,1∶40,1∶50 加入甘薯叶和乙醇溶液,30℃恒温水浴锅浸泡 12h 后,在 200W 功率下超声波辅助提取 30min, 超声温度50℃。随着料液比的增大,OD 值先增大后降低, 溶剂量的增大可能导致杂质大量的溶出而导致 OD 值下降,而且使得成本大大增加。由试验结果可知提取绿原酸的最适料液比是 1∶30。
2.1.4 温度对提取效果的影响
准确称取干燥后粉碎到 40 目的甘薯叶 5 份,各5g, 用 NaOH,HCl 溶液调节 60%的乙醇溶液 pH 值到 4.0, 按料液比 1∶20 的比例分别加入上述甘薯叶和乙醇溶液,30℃恒温水浴锅浸泡 12h 后, 分别在20℃,30℃,40℃,50℃,60℃的温度下,以 200W 功率强度超声波辅助提取 30min。
随着温度的升高,OD 值随之升高,这是由于,绿原酸在热水中的溶解度更大,但是由于绿原酸的邻二酚羟基结构不稳定, 高温加热易氧化分解, 因此高温及长时间加热不利于绿原酸的提取。由试验结果可知提取绿原酸最适温度为 50℃。
2.1.5 提取时间对提取效果的影响
准确称取干燥后粉碎到 40 目的甘薯叶 5 份,各5g, 用 NaOH,HCl 溶液调节 60%的乙醇溶液 pH 值到 4.0, 按料液比 1∶20 的比例分别加入上述甘薯叶和乙醇溶液,30℃恒温水浴锅浸泡 12h 后, 分别在200W 功率下超声波辅助提取 10min,20min,30min,40min,50min,超声温度 50℃。随着时间的增长,OD 值逐渐升高,绿原酸提取率增加,提取 40min 和 50min 是变化不大,OD 值趋于稳定, 而且高温浸泡时间过长,绿原酸不稳定。分析可知提取绿原酸最适浸提时间为50min。
2.2 正交试验结果分析
在单因素试验的基础上,在 pH 值为 4.0 的条件下,其他因素进行四因素三水平正交试验。
从正交试验结果与极差分析可知,四个因素对甘薯叶中绿原酸提取率的影响大小依次为:乙醇浓度>料液比>温度>超声时间,乙醇浓度和料液比对绿原酸的提取率影响为显著水平。 通过极差分析结果可知最佳提取方案为A2B2C3D2,提取工艺分别为:乙醇浓度60%,料液比1∶30,超声时间50min,超声温度50℃。通过实验验证:在此最佳条件下,得到绿原酸得率为 3.42%。

来源:惠合浓缩器


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