桔皮中黄酮类化合物的超临界二氧化碳萃取工艺研究

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柑橘是世界产量第一的水果种类,柑橘生产加工必然伴随大量加工副产物的产生,柑橘类果实榨汁后会产生40~50%的皮渣,传统加工业将这些副产物填埋处理或生产加工动物饲料。皮渣极易霉变发臭,填埋处理会对环境造成严重污染,而加工饲料通常需要干燥处理,耗费大量能源。为此,世界上许多国家对柑橘副产物的加工利用途径都进行了大量探索和研究。 柑橘皮中的黄酮类化合物是一类具有抗氧化(抗衰老)、抗癌、抗病毒和抗炎症作用的天然活性物质,常用的提取方法是有机溶剂提取或热水提取等,这些方法或多或少存在着一些不足之处,如回收率低,产品提取率不高;使用了乙醇以外的丁酮、氯仿等有毒有害溶剂,使产品中无法避免这些物质的残留。超临界CO2萃取工艺,流程简单,操作方便,节省劳动力和大量有机溶剂,减少“三废”污染,这无疑为功能性物质的生产提供了一种高新的提取、分离、制备及浓缩新方法。超临界萃取工艺是近来使用的一项新技术,在食品、医药、化工方面都有一定的应用。由于其分离效果好,速度快,操作简便,纯度高,无毒,被誉为绿色提取方法。 本文研究的主要内容为: (1)用紫外分光光度法建立一种桔皮中总黄酮含量测定的简便而准确的方法。选用测定波长310 nm,以芦丁(Rutin,95%)为对照品,采用紫外分光光度法进行桔皮总黄酮含量的检测,并与NaNO2-Al(NO3)3-NaOH体系分光光度法,510nm下测定其吸光度的方法进行了比较。 (2)采用传统的乙醇热回流提取法(Ethanol hot recycleextraction,HRE)和超声波提取法(ultrasonic extraction,UE)提取黄酮类化合物,对不同提取原料的黄酮类化合物提取率进行比较。并比较这两种方法的优缺点。 (3)超临界CO2萃取桔皮中的黄酮类化合物,是本实验研究的重点,本文在国内首次研究了超临界CO2流体萃取(supercritical carbon dioxide extraction,SCE)桔皮中黄酮类化合物的影响因素,在单因素实验的基础上,以总黄酮提取率为主要评价指标,进行了L9(34)正交优化。 (4)对传统方法和超临界CO2萃取法得到的黄酮类化合物进行初步的抗氧化性测定,用有机自由基清除能力和总抗氧化能力两种方法。 理论分析和实验结果表明: (1)利用紫外分光光度法在A310 nm直接测量黄酮类化合物含量,芦丁在10~50 mg/L的范围内具有良好的线性关系R2=0.9996,平均回收率为99.68%,RSD为1.20%(n=6)。该方法操作简便,结果准确,可用于桔皮中总黄酮含量的检测。 (2)采用传统的乙醇热回流提取法和超声波提取法,提取黄酮类化合物,比较这两种方法,前者效率低,使用溶剂量大,但是设备和工序相对简单;而后者效率明显高于传统的乙醇热回流法,使用溶剂量小,但是对设备的要求较高,工序相对复杂,提取率也和前者不相上下,随着技术的不断进步,工序的不断改良,必将取代传统方法提取黄酮类化合物。此外,不同的柑橘品种,其果皮中的总黄酮含量也是不同的,高低差异也比较明显,因此在工业化中,原材料的品种、上市时间的不同,对生产效益的影响也是不容忽视的一个因素。 (3)超临界萃取的结果表明,对提取率影响主次次序为:夹带剂用量>萃取压力>萃取温度>萃取时间。生产最优工艺条件为:萃取温度为55℃、萃取压力20MPa、萃取时间为150 min、夹带剂用量0.35 ml/min。黄酮类化合物的提取率为2.723%。 (4)对传统方法和超临界CO2萃取法得到的黄酮类化合物进行初步的抗氧化性测定和总抗氧化能力测定,结果表明桔皮总黄酮对有机自由基有一定的清除作用,同时也具有一定的总抗氧化能力,当超临界CO2流体萃取(supercritical carbon dioxide extraction,SCE)提取液浓度为1000 mg/L时,对DPPH自由基清除率达到了91.9%,而乙醇热回流提取法(Ethanol hot recycleextraction,HRE)提取液对DPPH自由基清除率仅为60.5%。其中用SCE提取得到的桔皮总黄酮在较高的浓度范围内(100~1000 mg/L)对有机自由基的清除能力远远高于HRE提取得到的桔皮总黄酮;前者的总抗氧化能力也高于后者,当浓度为10000 mg/L时,对总抗氧化能力达到了101.5(u/mL),而HRE提取液总抗氧化能力仅为80.5(u/mL)。说明SCE在提取过程中的适当提取温度和萃取条件对于保留总黄酮的抗氧化活性起到了积极的作用。SCE提取的总黄酮纯度达到了53.65±1.01%,相对于HRE提取的总黄酮纯度为11.15±0.80%,前者的纯度是后者纯度的5倍左右。桔皮总黄酮在一定的范围内(0~10000 mg/L)对总抗氧化能力有着良好的线性关系;这两项与抗坏血酸的比较实验结果表明,抗坏血酸显示出了强大的清除有机自由基能力和总抗氧化能力,与桔皮总黄酮相比,当两者均达到IC50时,浓度相差了2个数量级;从数据的比较上,可以看出,在一定的范围内,相同浓度的抗坏血酸的总抗氧化能力比桔皮总黄酮高23倍。 论文阐述了超临界CO2萃取法原理、桔皮中的黄酮类化合物的功效,建立了桔皮总黄酮的检测新方法,优化了超临界CO2萃取桔皮中的黄酮类化合物的工艺参数,并与乙醇热回流提取法和超声波提取法进行了比较。制备得到的桔皮黄酮类化合物,并初步研究了桔皮黄酮类化合物的抗氧化性质,对柑橘副产物的加工利用途径提供了理论依据,对工业化提取桔皮黄酮类化合物具有一定的实际指导意义。
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