土豆中抗氧化成分的提取研究.doc

学号：20095052053本科毕业论文（设计）学 院 化学化工学院 专 业 应用化学 年 级 2009级 姓 名 李存 论文（设计）题目 土豆中抗氧化成分的提取研究 指导教师 宋力 职称 副教授 2013年5月16日信阳师范学院本科学生毕业论文（设计）开题报告姓 名性别学 号专 业年 级李存女20095052053应用化学2009级题目土豆中抗氧化成分的提取研究选题意义及主要内容选题意义：食材中普遍维生素C化合物，其具有多种生物活性，比如：抗氧化性、抗自由基、抗癌防癌、抗辐射以及提高人体免疫力等功能。土豆是人们喜爱的食物，且土豆中含有大量人体所必须的维生素C且分布广、易得到。因此对土豆中抗氧化性成分的研究在食物、医药保健等领域中的应用具有广阔的前景。主要内容：本文预期以土豆为原料提取其中的抗氧化成分，采用微波、超声波、沸水浴、回流等不同的方法做对比，采用Fenton反应测其抗氧化性，最终确定最佳提取方法。思路及方法1、收集、查阅相关文献及资料。2、对所收集的文献及资料进行仔细分析，梳理出提取抗氧化剂物质方法的研究进展，并整理归类，制定实践方案，书写实验步骤。3、根据计划方案进行实验，适时调整实验方案。4、整理材料，总结实验结果，撰写论文。指导教师意见通过查阅相关资料，对抗氧化剂的作用和应用有一定的了解，初步拟定出提取土豆中抗氧化成分的研究方案，思路清晰，研究方法、内容和步骤科学合理，测试方法合适，同意开始并进入下一步实验阶段。指导教师签名： 2013 年3 月 23 日学院意见 学院领导签名： 2013 年3 月 24 日信阳师范学院本科学生毕业论文（设计）中期检查表学院： 化学化工学院 专业： 应用化学 年级:2009级 题 目土豆中抗氧化成分的提取研究学 号20095052053姓名李存指导教师宋力职称 副教授计划完成时间： 2013年5月15日论文（设计）的进度计划： 2012.12-2013.1 学生选题 2013.2.27-2013.3.14 查阅文献，分析归纳文献资料，完成开题报告 2013.3.16-2013.3.24 探究实验所要使用的提取溶剂及体积 2013.3.25-2013.4.25 进行实验并记录整理数据 2013.4.26-2013.5.01 整理分析数据并撰写论文初稿 2013.5.02-2013.5.12 修改论文,论文答辩，交答辩稿已经完成的内容：1. 已收集有关天然植物抗氧化性研究的相关文献，并对所收集的文献进行了分析、梳理和推敲。2. 拟定出了土豆中抗氧化性能的开题报告，认真完成实验，并形成了论文初稿。3. 初稿已交指导老师。指导教师意见： 该生态度认真，查阅了较多相关文献，设计的实验方案切实可行，通过多种实验方法，对土豆中抗氧化性有初步的认识，提出了不同的提取方法并进行比较，有一定的收获，对实验过程基本满意，同意继续进行下一步实验，进一步研究和补充实验数据和结果。指导教师签名： 2013 年 4 月 9 日备注：目 录摘 要1关键词1Abstract1Key words1引言11材料与仪器31.1实验材料31.2实验仪器31.3实验试剂32实验方法42.1实验准备42.2数据处理42.2.1恒温水浴法42.2.2回流提取法52.2.3微波提取法52.2.4超声波提取法62.3不同提取工艺的提取效果比较63结论6参考文献6土豆中抗氧化成分的提取研究学生姓名：李存 学号:20095052053化学化工学院 应用化学指导老师：宋力 职称：副教授摘 要:以土豆为原料分别采用沸水浴、回流、微波、超声波等不同的方法提取抗氧化剂成分，并利用Fenton反应通过测定吸光度表征其清除率，比较四种方法所得提取物清除率的大小，从而确定最佳的提取方法。结果表明：超声波法产率高且耗时短，效果较佳。关键词：土豆；抗氧化成分；清除率Abstract：In this article，antioxidation was abstracted with the potatoes as the main raw materials,the various methods of boiling water bath，reflux，microwave，ultrasonic were taken, and the use of Fenton reaction respectively to measure the absorbance of clearance，comparison of four methods to extract obtained clearance size，so as to find out the best extraction methodThe results showd that the ultrasonic method has high yield and short time, the better effectKey words：Potatos；Antioxidation；Removal rate引言土豆又名马铃薯，富含淀粉、果胶、蛋白质、钾、柠檬酸、维生素B、C等食物纤维和Na、Mg、Al、P、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Pb 共16 种微量元素1。土豆又是一种分布极广、适应性很强的粮、菜、工业原料兼用作物，在世界上148个国家种植。世界总面积1838万公顷，总产超过3亿吨。中国的种植面积为世界总面积的20%25%，而总产量约为18%。我国是第一大土豆生产国，年均总播种面积420万公顷，鲜土豆总产约6000万吨，基本是单位面积产量14吨左右。按这个产量，人均占有的土豆大约在46 kg。土豆中所含的优质蛋白首屈一指，无论是营养价值还是保健功能，都不在黄豆之下；即便是人体需要的其他营养素如碳水化合物、各种维生素、矿物质等，它也比米面更全面。因此是人们喜爱的食物2。经联合国粮农组织提议，联大于2005年通过决议，宣布2008年为国际土豆节，以增强人们对土豆重要性的认识3。近些年来，意大利、西班牙、美国、加拿大、俄罗斯等国家，先后涌现了一批风味独特的土豆食疗餐厅，以满足普通大众对土豆的需求。美国农业部曾将土豆列入其20个富含抗氧化剂成分的食品之一。“抗氧化剂”这一术语涵盖了一类化合物，它们可以在体内清除一种叫“自由基”的代谢产物。自由基是细胞在对氧产生反应的过程中产生的，是人体进行生命活动所产生的一种活性分子，在正常的代谢中，自由基具有调节细胞间的信号传递和细胞生长、抑制病毒和细菌的作用。但是如果体内自由基过多，将导致细胞和组织损伤，并诱发各种疾病，加速机体衰老。正常情况下机体通过自我调节或从外界获取的方式获得超氧化歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）等内源性抗氧化剂和维生素、微量元素等外源性抗氧化剂4，这些抗氧化剂对自由基的损害构成了一个天然的屏障。当机体处于疾病状态时，如在紧张、焦虑、激烈运动、吸烟、酗酒、不健康的饮食习惯等因素的影响下，或由于紫外线照射、放射性照射、环境污染等因素作用时都会产生过量的自由基。倘若人体内的抗氧化物不足，无法消除过多的自由基就会导致人体健康受损5。因此我们应该摄取足够的抗氧化剂，它们可以利用自身结构的特性来稳定自由基多余的电子来预防疾病、延缓身体退化速度、防止肌肤衰老。随着分子生物学、医学的深入发展以及检测技术的提高，人们对自由基的危害有了越来越多的认识6。研究发现一些天然抗氧化剂虽然具有抗癌、抗衰老和防治心血管病的作用，但多为合成抗氧化剂，其安全性令人质疑，因此，寻找安全可靠的天然抗氧化剂是当前研究所关注的焦点7。目前天然抗氧化剂的市场需求量愈来愈大，因为与合成抗氧化剂相比，天然抗氧化剂具有安全无害的特点，受到消费者的喜爱。迄今为止，人们对银杏叶和调味品的抗氧化作用研究较多，而对土豆中的抗氧化物质却尚未进行研究。如能从食品工业的大量土豆中提取食品防腐剂，则可大大增加土豆的经济利用价值。我国的土豆种植面积广阔，土豆资源丰富，是黑龙江，吉林等一些省份的重要食材。土豆中含有多种活性物质，其中维生素C是土豆中最有效的抗氧化剂。一个中等大小的马铃薯含有27毫克或45%人体每日所需的维生素C，对人体每日所需维生素C的摄入非常重要。维生素C是保护人体细胞最有效的抗氧化剂。它还能保护牙龈健康以及免疫系统的强健，保护人体不受感染。维生素C还对脑细胞具有保健作用，也能降低血中胆固醇，使血管具有弹性，防止动脉硬化8。土豆中含有丰富的B族维生素和优质纤维素，在人体延缓衰老过程中有重要作用。土豆富含的膳食纤维、蔗糖，有助于防治消化道癌症和控制血液中胆固醇的含量；其中的黏体蛋白质，能预防心血管疾病。与其他富含钾元素的食物如香蕉、杏、桃一样，土豆能减少中风的危险，有效的预防了高血压9。有学者指出，每日吃1个土豆，即可使中风的机会下降40%。土豆中还富含多酚氧化酶，是一种很好的生物催化剂10-11。因此从土豆中提取所需的天然抗氧化剂对人们的健康和生活至关重要。 现在人们要求享用新鲜优质的食物，然而几乎所有的食品都存在着容易被空气所氧化的油脂，脂溶性维生素、磷脂、和胡萝卜素等物质，也就是说，食物容易变质。为了提高食物的抗氧化性能，在加工食品时要添加防腐保鲜剂。预防食品氧化除了采用低温、避光、真空等物理方法外，还主要依靠在食品中加入抗氧化剂，以防止食品，特别是油脂的氧化。美国北达科它州立大学的研究人员曾做过研究证明：土豆提取物中的确具有抗氧化功能。土豆中所含的各种酚酸是抗氧化的主要化合物。它们包括没食子酸、原儿茶酸、香草酸、咖啡酸、绿原酸等。因此，土豆提取物适宜用于食物油、面包以及其它食品中的抗氧化剂。因此，综合利用土豆中的功效成分，提高其经济效益，是我国土豆生产的一项重要任务。本课题以普通的土豆为原料，并对沸水浴法、回流法、微波法、超声波法四种不同的提取方法进行研究，通过对4种不同提取方法所得提取物中的抗氧化剂的清除率进行比较，确定出最佳提取方法，以期为土豆的开发利用提供科学的理论参考和实验依据。1材料与仪器1.1实验材料 供试材料为市售土豆，削皮，切成薄片，自然晾晒干，粉碎过60目筛，密封干燥贮存。1.2实验仪器电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9076A,上海精宏实验设备有限公司）；快速研磨机（湘潭湘仪仪器有限公司）；电动振筛机（8411，湘潭湘仪仪器有限公司）；数显恒温水浴锅（HH-2，北京伟业仪器有限公司）；超声波清洗仪（KQ2200，昆山市超声波仪器有限公司）；明秀光波（GB023CTL-K3，佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司）；分光光度计（UV-754）；FA2004型电子天平（上海上平仪器公司）；SHB-循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）。1.3实验试剂试剂：硫酸亚铁（天津市化学试剂三厂）；95%乙醇（天津市凯通化学试剂有限公司）；水杨酸（天津市博迪化工股份有限公司）；30%过氧化氢（天津市永大化学试剂有限公司）；氢氧化钠（天津市永大化学试剂有限公司），以上所有试剂均为分析纯。2实验方法2.1实验准备将新鲜的土豆削皮，切片，自然晾干，粉碎待用。分别用恒温水浴法、回流提取法、微波提取法、超声波提取法等四种方法提取其中抗氧化成分并且通过测定吸光度分析其对羟自由基的清除率。在试管中依次加入3.0mL的6mmol/L的水杨酸-乙醇溶液、3.0mL30%的过氧化氢溶液、3.0mL的2mmol/L硫酸亚铁溶液、2.0mL的提取液。将溶液在37恒温水浴中反应1h后，用分光光度计测其吸光度值，在洁净的2cm比色皿中510nm处测定吸光度A1。取2.0mL蒸馏水代替2.0mL的提取液，测得吸光度A2。再取5.0mL蒸馏水代替2.0mL的提取液以及3.0mL30%的过氧化氢溶液测得吸光度为A3。2.2数据处理鉴定提取物抗氧化活性的方法很多，通过对羟基自由基清除率来计算提取物的抗氧化能力是很常见的一种方法12。测得的数据代入下列公式计算羟自由基清除率P%=(A1-A2)/(A3-A2)100%式中，A1为加入样品和过氧化氢时测得的吸光度值； A2为加过氧化氢而不加抗氧化剂时测得的吸光度值； A3为不加样品和过氧化氢时测得的吸光度值。2.2.1恒温水浴法称取5.0g研碎土豆样品三份，分别置于锥形瓶中，各加入100mL的蒸馏水、100mL95%的乙醇溶液，100mL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液，摇匀后，置于55温水浴中提取60min后取出，然后取其上清液，测其吸光度值13-14。表1、2、3分别是以蒸馏水、95%乙醇、氢氧化钠溶液为溶剂采用恒温水浴法测得的吸光光度值和清除率数值。表1恒温水浴法测得的吸光度数据（蒸馏水为溶剂）A1A2A3PP平均第一组0.0620.0500.2785.26%5.25%第二组0.0610.0510.2814.35%第三组0.0620.0500.2785.26%表2恒温水浴法测得的吸光度数据（95%乙醇为溶剂）A1A2A3PP平均第一组0.0840.0870.06011.11%10.07%第二组0.0830.0850.06510.00%第三组0.0880.0900.0689.09%表3恒温水浴法测得的吸光度数据（0.1mol/L的氢氧化钠为溶剂）A1A2A3PP平均第一组0.1060.0300.65612.14%12.00%第二组0.1080.0320.65512.19%第三组0.1040.0310.65611.68%2.2.2回流提取法回流提取法是利用乙醇等易挥发的有机溶剂加热回流提取原料成分，直至回流提取完全的方法。称取5.0g研碎土豆样品一份，置于烧瓶中，加入100mL95%的乙醇溶液，于75恒温水浴锅中回流8h,于37水浴中恒温1h后取出，减压抽滤，移取上清液，测其吸光度值。表4是利用回流提取法测得的吸光度值和清除率数值。表4 回流法测得的吸光度数据A1A2A3PP平均第一组0.2020.1850.34710.49%10.66%第二组0.2020.1820.35711.43%第三组0.2040.1880.24710.06%2.2.3微波提取法称取5.0g研碎土豆样品一份，放入250 mL的烧杯中，加入100mL的蒸馏水，在微波功率40w火力下，提取5min后取出，静置，然后减压抽滤，于37水浴恒温1h后取出，测其吸光度值。表5是微波提取法测得的吸光度数据和清除率数值。表5 微波提取法测得的吸光度数据A1A2A3PP平均第一组0.5230.6720.66012.42%11.34%第二组0.5190.6640.65111.15%第三组0.5200.6670.65110.44%2.2.4超声波提取法超声波提取法是利用超声波的振动力破碎细胞壁和细胞器，加速植物有效成分的浸出提取，同时超声波的次级效应，如乳化，扩散，化学效应等作用加速细胞内有效成分的溶出。称取5.0g研碎土豆粉末试样置于锥形瓶中，加入250 mL95%的乙醇溶液，2h后取出，静置，于37水浴锅中恒温1h后取出，测其吸光度值。表6是超声波提取法测得的吸光度数据和清除率数值。表6超声波提取法测得的吸光度数据A1A2A3PP平均第一组0.5200.6720.66012.42%12.50%第二组0.5180.5040.61912.17%第三组0.5200.5050.62912.10%2.3不同提取工艺的提取效果比较将以上各个实验得到的结果进行比较，结果表明：在回流法中，溶剂用量一般较大，提取所需的时间较长，很容易致使其中热敏性的抗氧化剂成分被破坏，致使提取物中收率较低。沸水浴法虽然避免了直接加热，但同时存在费时、费工、费溶剂的缺点。微波法提取时间虽然较短，但提取的有效成分不如超声波的高，可能是由于微波所引起的短时高温会对其中的热敏性成分有一定成分的影响。从清除率数据来看：超声波法的清除率相对较高，提取时间相对较短。3结论通过分析比较可以看出，超声波法提取土豆中抗氧化剂具有快速、提取物较高、无需加热、操作简单、被提取的有效成分不易被破坏等优点。综合考虑各因素，提取工艺应优先选择超声波法提取，提取方法的效率均高于其它方法，这样有待于在今后土豆的研究中扩大规模及不断应用。参考文献1 聂西度，符靓土豆中微量元素的质谱分析J.食品工业科学，2013，5(6):70-78.2 肖利民“国际土豆年”话土豆J药物与人，2008，11(8):70-713 董毅，李金宝马铃薯适合所有人的营养食物J饮食科学，2008，11(2):66-674 张尔贤菊花提取物的抗氧化活性J.食品科学，2010，21(7):6-95 刘屏.天然药物中抗氧化成分研究进展J.中国中医药信息杂志,2009,16(7):106-109.6 方允中，郑荣梁.自由基生物理论与应用M.北京科学出版社，2012：12(5):383-3847 周又亚.多酚在食物工业中的应用J.广州食品工业科技，2011，17(3):79-81.8 刘秋文，李志英，王海琴紫外分光光度法测定土豆中的抗血酸含量J. 陕西师范学院学报，2009，23(5):37-38.9 翁新楚，吴侯抗氧化能力测定方法的研究进展J.中国油脂，2000，6(7):108-113.10 熊海涛超声诱导法提取土豆中多酚氧化酶的工艺研究J.食品研究与开发,2012，33(7):32-3511 孟雅，李刚，崔焱马铃薯多酚氧化酶的提取纯化条件对其活性影响的研究J.化学与生物工程，2010，23(10):47-4912 许晖，孙兰萍，张斌，等.花生壳总黄酮乙醇提取工艺J.食品工业科技，2007,28(8):135-139.13 马稳，张秀兰微波辅助提取贡菊中黄酮类化合物的工艺研究J.信阳师范学院报.2009，22(2):281-283.14 张岩，曹国杰，张燕，等.黄酮类化合物的提取以及检测方法的研究进展J.食品研究与开发，2008，29(1):154-158. 8信阳师范学院本科毕业论文（设计）指导教师评语表姓 名性别专 业班 级李存女应用化学2009级 论文题目土豆中抗氧化成分的提取研究指导教师评语李存同学能认真对待毕业论文各环节，具有一定的文献检索和综述能力，通过查阅中外文献，对土豆中抗氧化成分的提取研究有很好的了解，并按要求完成了实验方案的设计，能运用所学知识分析和解决问题。选题符合专业培养目标，体现了综合训练的基本要求，题目难易适宜，工作量适中，具有一定的理论意义和应用价值；论文写作规范，主题鲜明，论据充分，叙述清晰，顺利完成了本科学位论文工作,已达到学士学位论文的要求,建议本科毕业论文成绩为:良好。评 价 项 目分值得分选题质量（25分）1选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求8分2题目难易度5分3题目工作量5分4理论意义或实际价值7分能力水平（30分）5查阅文献资料能力6分6综合运用知识能力6分7研究方案的设计能力6分8研究方法和手段的运用能力6分9外文应用能力6分成果质量（45分）10文题相符9分11写作水平9分12写作规范10分13篇幅9分14成果的理论或实际价值8分合 计 得 分指导教师签名： 2013年 5 月 17 日信阳师范学院本科毕业论文（设计）评阅人评议表姓 名性别专 业班 级李存女应用化学2009级论文题目土豆中抗氧化成分的提取研究评阅人评语李存同学对选题的意义理解较透彻，能顺利查阅中外文文献资料，提出了土豆中抗氧化成分的提取的较佳的方法；能熟练运用本专业所必须的基础理论和基本专业知识，分析问题和解决问题；毕业论文格式规范，语句通顺、流畅，概括全面准确，重点突出，逻辑性强；符合学校规定的毕业论文撰写格式要求。该研究工作具有一定的学术水平和实用价值。已达到学士学位论文的要求，建议本科毕业论文成绩为：良好。评 价 项 目得分毕业论文（设计）书写规范分（计15分）格式规范，符合学校规定的毕业论文（设计）撰写格式要求。毕业论文（设计）文字表达基本要求分（计15分）语句通顺、流畅；标点符号、语法正确；叙述简明扼要；思路层次清晰，概括全面准确；重点突出毕业论文（设计）正文或设计图面质量分（计55分）对于研究课题能熟练运用本专业所必须的基础理论和基本专业知识，分析问题，解决问题；理论、公式正确；概念清楚，应用合理；层次清晰；逻辑性强；论证严密，计算准确全面；图表质量好。毕业论文（设计）创造性分（计15分）研究成果具有一定水平，得出创造性结论，在某些领域获得初步进展。同行阅读毕业论文（设计）后能感到作者的研究工作具有一定的学术和实用价值，体现出很好水平合 计 得 分评议人签名： 2013 年 5 月 19 日信阳师范学院本科毕业论文（设计）答辩记录表1.抗氧化剂是如何消除体内自由基的？ 答：总体来讲，有四个过程： 1、正常氧原子具有4对电子，机体正常代谢可使原子失去一个电子，这样就形成了自由基，自由基主要通过抢夺其它分子上的电子而使自己配对。2、当自由基从细胞膜上夺取一个电子后，就产生了另一个新的自由基，并开始了链反应。3、电子夺取链反应侵蚀细胞膜，导致细胞完整性的丧失为癌症及其它疾病打开了方便之门。4、由于其特珠的分子结构，抗氧化剂能出一个电子给自由基，而自身不会形成有害的能引发链反应的危险物质。2简述常见的天然抗氧化剂的种类及作用答：所有水果和蔬果中都含有极高的天然抗氧化剂，如维生素A、C、E、P、多酚等。茶叶中也含有天然抗氧化剂，如多酚等。研究表明水果和蔬菜中的天然抗氧化剂具有保护效果。例如维生素 E 和 -胡萝卜素可以保护细胞膜；维生素 C 可以排出细胞内的自由基，等等。天然抗氧化剂可以帮助人类预防心脏病和癌症等多种疾病，并能增进脑力，延缓衰老。3分析超声波法提取土豆中抗氧化物质的原理答：超声提取法是利用超声波的空化作用、机械效应和热效应等加速胞内有效物质的释放、扩散和溶解，显著提高提取效率的提取方法。 超声提取的主要理论依据是超声的空化效应、热效应和机械作用。当大能量的超声波作用于介质时，介质被撕裂成许多小空穴，这些小空穴瞬时闭合，并产生高达几千个大气压的瞬间压力，即空化现象。超声空化中微小气泡的爆裂会产生极大的压力，使植物细胞壁及整个生物体的破裂在瞬间完成，缩短了破碎时间，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散和溶解，从而显著提高提取效率。答辩主持人宋力答辩记录人刘雪答辩时间： 2013 年 5 月 21 日信阳师范学院本科毕业论文（设计）成绩评审表姓 名性别专 业班 级李存女应用化学2009级论文题目土豆中抗氧化成分的提取研究答辩评审意见李存同学在规定时间内比较完整地完成了土豆中抗氧化成分的研究实验。文章选题有一定的实际意义