（化学工艺专业论文）从稻壳中提取反式阿魏酸的工艺及工程数据研究.pdf

摘要 阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸，其具有很高的药用价值，有抗菌消炎、 抗血栓形成、镇痛、降血脂、抗紫外辐射、抗氧化、抗突变和抗自由基等作用， 同时在食品，化妆品等领域也有广泛的应用。而稻壳是稻米加工的副产品，主要 用做饲料和肥料，很少进行深加工和再利用，这不仅浪费了宝贵的资源，而且对 环境也造成了很大的污染。微波辅助提取法从天然产物中提取有效成分是- - 1 7 新 兴技术，它具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节 省试剂、污染小等特点，因此有广阔的发展前景。本文将微波辅助提取技术应用 到从稻壳中提取阿魏酸的过程中，国内外尚未见报道，因此具有重要的现实意义 和一定的经济社会效益。 本文采用均匀设计实验法用微波对稻壳进行辅助提取，采用破壁与浸取联合 工艺，即先微波处理稻壳，再用搅拌浸提的方法提取阿魏酸，通过考察微波的功 率和作用时间，以及考察在微波辅助下，提取溶剂，水浴温度，水浴时间，回流 反应时间，p h 值等条件，确定了实验的较佳工艺条件为：微波总辐射功率的5 0 ， 微波辐射时间2 m i n ，微波加水1 0 0 m l ，碱液浓度l ( 质量分数) ，提取时间2 5 h ， 提取温度6 0 。并且采用f e c l 3 一k 3 f e ( c n ) 6 混合液显色一般鉴定法，薄层层析法 以及紫外分光光度法迸行定性定量分析，对照标准样品，确定所提取出的产品为 反式阿魏酸。 本文还依据热分析测试技术，确定了采用d s c 6 0 差示扫描量热仪测定反式 阿魏酸的条件，即在升温速率1 0 c m i n l ，氮气流速2 0 m l m i n 的条件下，称取 若干样品，可测得的较准确的d s c 曲线，反式阿魏酸的熔化热为1 5 0 0 0 j o g 一。 ! 由d t a - t g a 谱图，结合d s c 谱图分析证实了在氮气气氛条件下，当温度超过 1 9 0 时反式阿魏酸开始分解。 采用x r y i c 氧弹热量计测定了反式阿魏酸的标准摩尔燃烧焓为- 4 7 3 7 6 k j m o l ，并在测定前用萘作标准物验证仪器可靠性，萘的实验测定值与文献值 符合良好，相对误差为0 1 1 ，说明实验仪器可靠，实验结果可信。结合热力学 原理，计算出反式阿魏酸的标准摩尔生成焓为6 2 6 6 5k j m o l ，为该产品的工艺 开发，工程设计和工业化生产提供了相关基础数据。 采用带激光监视系统的可控升温速率的溶解度测定装置，测定固液相平衡数 据，通过对标准物系苯甲酸水体系的测定，对该装置的可靠性进行了验证，其 测量值与文献值吻合良好，证明该装置可信度较高。用变温溶解法测定了温度范 围为2 7 3 1 5k 3 3 3 1 5k 之间反式阿魏酸在水以及乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁 酯、甲醇、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷等8 个二元体系共1 2 6 组溶解度数据，所 测体系的溶解度数据均未见文献报道。 采用经验方程l a x = 4 + b t + c i n t 对所测体系的溶解度进行关联，计算结 果与实验结果相比较，总平均相对误差为o 1 9 , ，说明溶解度经验方程在本文所 研究的温度范围和浓度范围内适用。 关键词；反式阿魏酸，稻壳，微波辅助提取，热分析技术，热力学性质，溶解度 i i f e m l i ca c i di sa p h e n o h ca c i de x i s t e di nt h ev e g e t a b l ek i n g d o m , a n dh a sp l a y e d a n i m p o r t a n tr o l ei nm e d i c i n a la r e a , s u c ha sa n t i b a c t e r i a la n da n t i p h l o g i s t i c , a n t i t h r o m b o s i s ，e a s i n gp a i n , d r o p p i n gb l o o dp r e s s u r e ，r e s i s t i n gu l t r a v i o l e t , a n t i o x i d a t i o n , a n t i m u t a t i o na n dr e s i s t i n gf r e er a d i c a l s i m u l t a n e o u s l yi ta l s oh a sb e e nu s e di nf o o d ， c o s m e t i ca n do t h e r & l d s ，w i d e l y r i c eh u l li sab y p r o d u c ti nt h ep r o c e s s i n gr i c e a n d i ti su s e da sf e e da n df e r t i l i z e r , m a i n l y ，s oi t i sh a r d l yp u tl l pm o r ee f f i c i e n c y p r o c e s s e da n dr e c y c l e d t h i si sn o to n l yw a s t i n gp r e c i o u sr e s o u r o e ，b u ta l s op o l l u t i n g e n v i r o n m e n t m i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i o nm e t h o di san e w t e c h n i q u em a d e u s eo f e x t r a c t i n ga v a i l a b i l i t yc o m p o n e n tf r o ms a v a g e n e s s i t sc h a r a c t e r i s t i c sc o n s i s ti n s i m p l ee q u i p m e n t , a p p l i e dw i d e l y , h i g he x t r a c t i o ne f f i c i e n c y , w e l lr e p e a t e d ，s a v et i m e , s a v er e a g e n ta n dl i t t l ep o l l u t i o n ，s ot h a th a se x p a n s i v ed e v e l o p i n gf o r e g r o u n d i td o e s n o ta p p e a ri nl i t e r a t u r et h a tm i c r o w a v e - a s s i s t e de x t r a c t i o nm e t h o do fe x t r a c t i n g f e m l i ca c i df r o mr i c eh u l lw a sr e s e a r c h e di nt h ep a p e re v e r t h e r e f o r e ，i th a s i m p o r t a n ta c t u a lm e a n i n ga n ds o m ee c o n o m ya n ds o c i e t yb e n e f i t s t h e t e c h n o l o g yi si n t r o d u c e dt h em i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i n gf e m l i ca c i df r o m r i c eh u l l , a n dc r a f to fu n i t i n ga b o u tm i c r o w a v ec e l ld i s r u p t i o na n de x t r a c t i o n b y p a d d l i n gi nw h i c ht h ec e l lw a l lr i c eh u l li sb r o k e nb ym i c r o w a v er a d i a t i o n ，a n dt h e n f e m l i ca c i di se x t r a c t e db ym e a n so fs o l v e n t t h eo p t i m a lc o n d i t i o na n dm a i ne f f e c t f a c t o r s , s u c ha sm i c r o w a v ep o w e r , a c t i o nt i m e , a n dd u r i n gm i c r o w a v ea s s i s t e d e x t r a c t i o n ，e x t r a c t i n gs o l v e n t , w a t e rb a t ht e m p e r a t u r e ，w a t e rb a t ht i m e ，c i r c u m f l u e n c e t i m e ，p ha n ds oo n ，w e r ei n v e s t i g a t e db yu n i f o r m i t yd e s i g nm e t h o d t h er e s u l t s s h o w e dt h a ti ti sb e t t e ra tt h ec o n d i t i o n s ：3 2 5 wm i c r o w a v ep o w e r , 2m i na c t i o nt i m e ， a d d i n gw a t e rl o o m lb ym i c r o w a v e ，1 l y ec o n c e n t r a t i o n ，2 5 hw a t e rb a t ht i m e ，6 0 w a t e rb a t ht e m p e r a t u r e f e e l 3 一k 3 f e ( c n ) 6s o l u t i o n , t h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h y ，a n d u l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t e rm e t h o dw e r eu s e dt o q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i st h ep r o d u c t c o m p a r i n gw i t hs t a n d a r ds a m p l e , t r a n sf e m l i ca c i dw a s c o n f j r m e d i i l a c c o r d i n ga st h e r m a la n a l y s i st e c h n i q u e ，t h ea n a l y s i sc o n d i t i o no ft r a i l sf e m h c a d di sd e t e r m i n e db yd s c - 6 0 , i nw h i c hh e a t i n gm t ei sl o c - m i n 1 ，n i t r o g e nr a t ei s 2 0 m 1 m i n 1 ，w e i g hc e r t a i ns a m p l e , a n dt h e nt h ed s c c l l r v ei se x a c t t h em e l t i n gh e a t , a n dt h ed e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r eo fl a a u sf e r u l i ca c i di s1 5 0 0 0 j g - 1 ，a n d1 9 0 ( 2 ， r e s p e c t i v e l y ，i nn i t r o g e nc o n d i t i o nb yd t a - t g a c u r v ea n dd s cc m v e t h es t a n d a r dc o m b u s t i o n 矗n t h a l p yo ft r a i l sf e r u h ca c i di sd e t e r m i n e db y x r y - 1 cc a l o r i m e t e r , w h i c hi s - 4 7 3 7 6k j m o l 1a t2 9 8 1 5 k t h er e l i a b i l i t yo f i n s t r u m e n ti ss t a n d a r db yn a p h t h a l e n e ，a n dv a l u eo fn a p h t h a l e n ei sw e l lf i tt h e l i t e r a t u r ev a l u eb e c a u s et h er e l a t i v ee r r o ri s0 1 1 i ti si l l u m i n a t e d 也a tt h e i n s t r u m e n ta n dt h em e t h o do fd e t e r m i n i n gc o m b u s t i o ne n t h a l p ya r cr e l i a b l eb y c a l o r i m e t e r a n dt h es t a n d a r df o r m a t i o ne n t h a l p yo ft r a u sf e r u h ca c i di sc a l c u l a t e dt o b e 6 2 6 6 5i d - m o l 一，t h eb a s i cd a t ai sf u r n i s h e df o rt h ee x p l o i t i n gn e ws y n t h e s i s m e t h o d , e n g i n e e r i n gd e s i g na n di n d u s t r i a l i z e dp r o d u c t i o no nt r a n sf e r u l i ca c i d s o l u b i l i t ym e a s u r e m e n te q u i p m e n tw i t hl a s e rm o n i t o r i n gs y s t e mi su s e di nw h i c h t h es p e e do fi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r ea n dt h ee x l u i l i b f i u mp o i n to fs o l u b i l i t yd a t a 啪b e c o n t r o l l e df a s ta n da c c u r a t e l y t h ee q u i p m e n ti sd e p e n d a b l eb e c a u s es o l u b i l i t yd a t ao f o b t a i n i n gb e n z o i ca c i di nw a t e ra r ec o n s i s t e n tw i t h t h o s eo fl i t e r a t u r e v a r i o u s t e m p e r a t u r e sd i s s o l v i n gm e t h o di su s e dt om e a s u r et h es o l u b i l i t yd a t ao ft r a u sf e r u l i c a c i di nw a t e ra n do r g a n i cs o l v e n t s ，s u c ha sm e t h y la c e t a t e ，e t h y la c e t a t e ，b u t y la c e t a t e ， m e t h a n o l ，e t h a n o l ，d i c h l o r o m e t h a n ea n dc h l o r o f o r mi nt h et e m p e r a t u r er a n g e2 7 3 1 5 k 一3 3 3 1 5kt h e r ea r e8b i n a r ys y s t e m sa n dt h e1 2 6g r o u ps o l u b i l i t yd a t af o rw h i c h d o n ta p p e a ri nl i t e r a t u r e t h ee x p e r i e n c ee q u a t i o nl n x a + b t + c i n ti s a d o p t e dt o r e l a t et h e s e s o l u b i l i t yd a t a ，t h er e l a t i v eo l r o ri s0 1 9 b e t w e e nc a l c u l a t ed a t aa n de x p e r i m e n td a t a i ti si l l u m i n a t e dt h a tt h ee x p e d e n c ee q u a t i o nc a ni n d i c a t et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t e m p e r a t u r ea n dc o n c e n t r a t i o nw h e nt h eb i n a r ys y s t e m sa r et h es o l i da n dl i q u i d e q u i l i b r i u m k e y w o r d s ：t r a n sf e m l i ca c i d , r i c eh u l l ，m i c r o w a v ea s s i s t e de x t r a c t i o n ，t h e r m a l a n a l y s i st e c h n i q u e ，t h e r m o d y n a m i c sp r o p e r t y ，s o l u b i l i t y 第一章绪论 1 1 阿魏酸的物化性质 阿魏酸( 英文名：f e r u l i c a c i d ，简称f a ) 有两种异构体，顺式阿魏酸和反 式阿魏酸，顺式阿魏酸为黄色油状物质，反式阿魏酸为白色至微黄色斜方晶体【1 ， 2 1 ，一般指反式体分子式：c h 3 0 c , i - 1 3 ( o h ) c h = c h c o o h ，化学名为：4 羟基3 甲氧基肉桂酸。其分子量为1 9 4 1 9 ，熔点为1 7 4 反式阿魏酸水溶性差，易溶 于乙醇、稳定性好，难溶于冷水，可溶于热水、甲醇、丙酮，难溶予苯、石油醚。 1 2 阿魏酸的用途 阿魏酸具有广泛的用途，作为药品具有抗菌消炎、抗血栓形成、镇痛、降血 脂、抗紫外辐射、抗氧化、抗突变和抗自由基等作用【3 4 1 。阿魏酸除广泛应用于 医药方面外，一些国家已批准将之作为食品添加剂。日本已允许用于食品抗氧化 剂，美国和一些欧洲国家则允许采用一些含阿魏酸量较高的草药、咖啡、香兰豆 等作为抗氧化剂。此外，阿魏酸及其衍生物在化妆品中也有广泛的应用。 1 2 1 抗菌消炎作用 阿魏酸对一些细菌和病毒具有抑制作用。阿魏酸对感冒病毒、呼吸道合胞体 病毒( r s v ) 和艾滋病病毒都有显著抑制作用。阿魏酸对病毒的抑制机理可能与 它能抑制黄嘌呤氧化酶的活性有关，因为该酶与一些炎症性疾病关系密切。阿魏 酸有广谱的抑菌消炎作用，现已发现阿魏酸能抑制宋内氏志贺氏菌、肺炎杆菌、 肠杆菌、大肠杆菌、柠檬酸杆菌、绿脓杆菌等致病性细菌和1 1 种造成食品腐败的 微生物的繁殖。阿魏酸对细菌n 乙酰转移酶有较强的抑制作用，这可能是其具有 抗茵作用的主要原因。 1 2 2 抗血栓作用 阿魏酸钠能抑制血小板聚集、抑制羟色胺、血栓素( t x a 2 ) 样物质的释放， 选择性抑$ | j t x a 2 合成酶活性，使前列环素( p g l 2 ) f r x a 2 比率升高，因而具有抗 血栓作用。阿魏酸通过以下几种机制抑制血栓素释放，一是选择性地抑制血栓素 合成酶，二是与血栓素发生拮抗作用，三是通过抑制磷脂酶a 2 ( p l a 2 ) 阻止花 生四烯酸游离，从而阻断t x a 2 等的生成。阿魏酸抑制血小板聚集还与它能增加 e - a m p 水平和抑制磷酸二酯酶的活性有关。 1 2 3 降血脂作用 阿魏酸能竞争性地抑制肝脏中羟戊酸5 焦磷酸脱氢酶活性，抑制肝脏合成 胆固醇，从而达到降血脂目的。 1 2 4 防治冠心病 阿魏酸能降低心肌缺血和耗氧量，在临床上已用于治疗冠心病、心绞痛。导 致冠心病的最主要、最基本的病因是动脉粥样硬化。动脉粥样硬化的诱因是脂质 被自由基氧化。脂质氧化产物丙二醛与低密度脂蛋白生成具有细胞毒性作用的丙 二醛，低密度脂蛋白。阿魏酸能通过抑制脂质氧化、降低血清中胆固醇含量和抗 血栓作用而防治动脉粥样硬化，从而治疗冠心病。 1 2 5 抗氧化作用 目前，阿魏酸被公认为天然的抗氧化剂，也是近年来为国际所认知的防癌物 质，引起世人注目。阿魏酸具有很好的抗氧化活性，对过氧化氢、超氧自由基、 羟自由基、过氧化亚硝基都有强烈的清除作用并且能调节生理机能，抑制产生自 由基的酶，增加清除自由基酶的活性阁。阿魏酸不仅能杀灭自由基，而且能调节 人体生理机能，抑制产生自由基的酶，促进清除自由基的酶的产生。k a y a h a r a 和k a w a b a t a 等人报道，阿魏酸能大大增加谷胱甘肽转硫酶和醌还原酶的活性，抑 制酪氨酸酶活性，并能与膜磷脂酰乙醇胺结合，保护膜脂不受自由基的侵蚀1 6 j 。 1 2 6 抗突变和防癌作用 k a w a b a t a 等人采用偶氮甲烷( a o m ) 诱导f 3 3 4 鼠产生结肠癌，发现饲喂含 有5 0 0 m g k g 阿魏酸的异常病灶数下降2 7 。最近，有关阿魏酸及其衍生物抑制 结肠癌、直肠癌和舌癌的报道也屡见不鲜。k a w a b a t a 等人认为，阿魏酸的抗癌活 性与其能激活解毒酶如谷胱甘肽转硫酶、醌还原酶的活性有关1 7 】。 1 2 7 食品应用 阿魏酸在食品中的应用主要是作为抗氧化剂使用，如添加在面条、肉制品中 等，可明显提高食品的品质。此外，如果与v e 、v c 并用，则有较强的协同作用， 抗氧化效果更好【引。日本厚生省于1 9 9 7 年颁布的日本天然食品添加剂，阿魏酸 被列入抗氧化剂一类，法定编号3 6 1 。近来，阿魏酸作为天然抗氧化剂在国外的 食品行业中得到较快普及应用。 2 1 2 8 化妆品应用 阿魏酸因具有二大特点而被化妆品行业所青睐，一是在2 9 0 3 3 0 n m 附近有 良好的紫外线吸收，而3 0 5 3 1 0 n m 的紫外线最易诱发皮肤红斑。二是阿魏酸有 很强的抗氧化作用，并有抑制酪氨酸酶的作用，从而起到抑制皮肤老化，美白皮 肤的效果怫1 。日本波拉化妆品公司开发了一系列阿魏酸化妆品，并称阿魏酸用于 化妆品有很好的护肤作用。 1 3 阿魏酸的研究现状 1 3 1 阿魏酸的制备方法 阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸，在植物中主要与细胞壁多糖和木质素 交联构成细胞壁的一部分，或自身酯化或醚化形成二阿魏酸1 8 1 。阿魏酸在植物体 内的含量较低，大多数以酯的形式存在( 即谷维素) 。人和动物不能直接吸收这 类阿魏酸，而必须依靠结肠中的微生物产生的酯酶将阿魏酸游离出来。阿魏酸可 通过化学合成和从植物材料中提取获得。 1 3 1 1 化学合成 在工业上，阿魏酸化学合成法多以香兰素和丙二酸为原料，以毗啶为溶剂， 哌啶作催化剂通过k n o e v e n a g e l 缩合反应制备，但最终产品为反式和顺式阿魏酸 混合物，但生产时间长，溶剂用量大，产率也较低，经济价值不高。有关阿魏酸 制备的化学方法的差异多在于使用的催化剂和反应溶剂不同而稍有不同【9 1 0 1 ”。 李志良等采用灰色理论与均匀设计的方法，试图对阿魏酸的合成工艺条件进行优 化，其收率仅为4 8 6 【1 2 1 。笠远峰等报道以苯胺代替哌啶，以甲苯为溶剂，反应 时间缩短至l j 2 h ，据称反式阿魏酸收率可达9 2 ，但不见任何数据、条件和讨论。 目前，我国阿魏酸的合成仍停留在实验室的工艺条件探索的水平上，远远落后于 应用研究。 1 3 1 2 植物提取 从植物中提取可通过三条途径实现：一是从阿魏酸与一些小分子的结合中获 得，二是从植物细胞中获得，三是通过组织培养获得。米糠的醇提物中含有多种 甾醇和阿魏酸酯，其中最典型的物质是y 谷维素，它占米糠油的5 - 2 8 a 目 前生产高纯度反式阿魏酸的工业化方法就是将谷维素在9 0 - 1 0 0 c 温度下采用氢 氧钠或氢氧化钾水解8 h ，而后用硫酸将p h 值调至酸性以沉淀出阿魏酸。植物细 胞壁是阿魏酸的最重要来源。阿魏酸酯酶是指能将阿魏酸甲酯、低聚糖阿魏酸酯 和多糖阿魏酸酯中阿魏酸游离出来的一种酶。真菌、细菌酵母都能分泌阿魏酸酯 酶。由于微生物在分泌阿魏酸酯酶的同时还分泌一些降解阿魏酸的酶系，目前采 用微生物直接作用于细胞壁物质如蔗渣、麦麸等制备阿魏酸。采用植物组织培养 法也是获得阿魏酸的一条重要途径。一些研究表明，对某些植物进行组织培养能 使之产生较高产量的阿魏酸衍生物。如对糖甜菜、玉米进行细胞悬浮培养能获得 水溶性的阿魏酸葡萄糖酯、阿魏酸蔗糖酯等，含量高者可达2 0pm o l g 愈伤组织 ( 于重) 。用筋骨草进行组织培养产生的阿魏酸量更高，达1 5 0 m g l 培养液，且 大部分为游离阿魏酸。 阿魏酸在植物体内以酯的形式存在，从植物体内提取时可通过先水解后提 取，或者先提取后水解两种方式获得阿魏酸。当前，因未找到合适的水解酶，一 般采用碱法水解。从米糠或米糠油中提取阿魏酸就是将少量存在的谷维素( 以三 萜醇的阿魏酸酯为主的混合物) 水解，以获取阿魏酸1 1 4 i 。 张国升【1 5 】在新鲜细米糠中用5 n a o h 处理后，取滤渣用3 5 n a o h 甲醇 水溶液处理，取滤液用浓盐酸液调p h 值至4 ，提取出阿魏酸粗品。此方法操作 方便，成本低，易于实施。阿魏酸作为谷维素的代谢物将谷维素在9 0 1 0 0 温度 下采用k o h 或n a o h 水解8 h ，而后用h 2 s 0 4 将p h 调至酸性以沉淀出阿魏酸。 此法制各阿魏酸可应用于生产实际，并将产生良好的经济效益。日本有报道在米 糠经提取米糠油后的米糠粕中加水、加氢氧化钠、异丙醇，经加热、水解、冷却， 除去己烷溶解物，在酸性条件下析出阿魏酸，再进行精制。 龚院生，姚惠源 1 61 7 1 针对米糠中生理活性物质y 谷维醇，利用脂质体体外 氧化试验，对y 谷维醇及其水解物的抗氧化性进行了研究。通过实验，测定了 y 谷维醇的最低有效抗氧化浓度。对其水解产物的抗氧化研究表明，其组成结 构中，阿魏酸是起抗氧化作用的主要基团，而三萜醇基团抗氧化作用很弱。利用 t l c 、反相h p l c 、e s u m s 等现代分析技术，对其进行深入的研究，并获得了 环木菠萝烯醇阿魏酸酯、2 ，4 亚甲基环木菠萝烯醇阿魏酸酯等单一物质。通过 大量实验，找到了进行分离、纯化、检测的有效方法，为今后对其功能特性的研 究做好了前期准备工作。 碱解法从麦麸制备阿魏酸亦有研究。据研究采用4 的n a o h 在通氮条件下常 4 温反应2 4 h 可释放出细胞壁中所有阿魏酸。由于碱解法耗时太长，该法过去仅限 于分析细胞壁物质中的阿魏酸含量。最近，张莉力，迟玉烈1 8 1 通过提高提取温 度并加入适合的保护剂发现0 5 的氢氧化钠浓度在较短时间就能将麦麸中大部 分阿魏酸游离出来。由正交实验分析各因素对阿魏酸释放量影响程度得出：在6 0 ，o 5 n a 0 h 的溶液中，添加0 0 3 的亚硫酸钠，提取时间6 h ，在此条件下获 得阿魏酸量最高。在水解过程中加入亚硫酸钠可以减少阿魏酸的损失，增加阿魏 酸的收率。但当氢氧化钠浓度高于l 时，由于水解液粘度较高，不利于离心处 理，造成离心过程中阿魏酸损失量增加。 欧仕益【1 9 1 等在酶解麦麸制备阿魏酸和低聚糖的研究实验中采用阿魏酸和阿 拉伯木聚糖的混合酶制剂制备阿魏酸，且采用混合酶制剂通过3 次降解后，麦麸 降解可达5 5 以上。此法不但解决了直接发酵过程中微生物将产物再利用的问 题，还避免了碱解麦麸产生大量废液的弊端。 刘子立，欧仕益【2 0 1 在离子交换法从酶解液中提取阿魏酸的实验中以麦麸酶 法降解液为原料，采用d 2 0 1 大孔树脂对阿魏酸进行分离提纯，且方法主要为有 机溶剂萃取法。 阿魏酸是当归的有效成分之一，醇提工艺有利于阿魏酸的提取，且8 倍量7 0 乙醇提取两次效果更佳，与文献报道结果一致【2 ”。 赵飞，胡燕月掣2 2 1 将川芎粉碎后，用碱性乙醇提取，后经减压浓缩，用盐 酸酸化，之后用9 0 0 6 乙醇提取所得粗品中阿魏酸。该产品用碳酸钠溶液溶解后， 用高效液相色谱法( h p l c ) 测定阿魏酸浓度为6 8 4 9 。本工艺简单、实用、且 阿魏酸纯度较高。 1 3 2 阿魏酸的分析方法 阿魏酸的分析方法很多，最为常用的有：一般鉴定法，薄层层析法，紫外 分光光度法，w r s 1 数字熔点仪测定法以及高效液相法( h p l c ) 。 一般鉴定法是依据阿魏酸的化学性质，遇到某些试剂可显色来定性。取少量 产品溶于甲醇，加新鲜配制的三氯化铁和铁氰化钾的混合液2 滴，立刻显深蓝色， 可以证明阿魏酸的存在。 郝丽晓，高天爱2 3 荆用高效液相法测定归脾丸中阿魏酸的含量。色谱柱为 h y p e r s i lb d s c l 8 、k r o m a s i lc 1 8 ，以甲醇水醋酸( 2 8 ：7 2 ：i ) 为流动相，检 5 测波长为3 2 0 r i m ，外标法定量。此定量方法准确、稳定性好，精密度高。 薄层扫描法也是常用的阿魏酸含量测定方法之一。秦雪梅【2 4 】在益母草中阿 魏酸的色谱鉴别实验中发现：采用5 0 甲醇溶液溶媒制备液相供试品，可以降低 阿魏酸的降解速度，用甲醇溶液配制的阿魏酸对照品溶液或供试品溶液，宜避光 保存于0 4 的冰箱中。 龚明贵，董娟娥口5 垮在纸色谱紫外分光光度法测定当归中阿魏酸含量的实 验中得出：采用纸色谱法用合适的展开剂可对样品进行分离，得到较纯的成分， 然后再使用分光光度法进行测定，使测定精度大大提高。且阿魏酸为酚酸，与水 溶液相比，其在乙醇中较稳定，但不宜较长时间放置，如放置过夜的提取液经层 析后出现两个斑点。同样，标准品乙醇溶液也应新鲜配置，以减少误差。 高效毛细管电泳法也是测定阿魏酸含量的常用方法。毛细管区带电泳是目前 应用最广泛的毛细管电泳的分离模式。突出的特点：简单、高效、快速、样品用 量小，易自动化操作。刘会荣1 2 6 1 在阿魏酸含量分析方法概述的实验研究中发现： 阿魏酸在水溶液中不稳定，需避光保存，以避免阿魏酸分解，使含量降低。同时 阿魏酸在甲醇冰乙酸溶液中较稳定，可作为提取溶剂超声处理样品，一般已能 完全提取出样品中的阿魏酸。 1 3 3 微波辅助提取技术 1 3 3 1 微波辅助提取原理 2 7 1 微波是电磁波的一种，其波长从l m m 1 m ，频率介于3 0 0 m h z 3 0 0 g h z 。作为 一种高频电磁波，微波对处于微波场下的物质发生作用，物质中的分子在电场作 用下可被电离而极化，形成极化分子，极化分子具有正负二极，它们在电场中产 生定向排列。物料内的极化分子随着微波电磁场的交替变化，发生高频振荡。分 子运动产生热量，这就是微波炉加热的原理。将微波应用手提取，其对物质的作 用表现在：当被提取物和溶媒共同处于微波场下时，目标组份分子受到高频电磁 波的作用，产生剧烈振荡，分子本身获得了巨大的能量( 即活化能) 以挣脱周边 环境的束缚，当环境存在一定浓度差时，可以在非常短的时间内实现分子自内向 外的迁移达到一个平衡点。这就是微波可以在短时间内实现提取目的产物的原 因。微波提取技术应用于中药有效成分的提取，可以克服传统提取方法本身固有 的种种缺陷，表现出良好的发展前景和巨大的应用潜力。与传统提取方法相比， 6 微波提取可以缩短生产时间，降低溶剂的消耗，同时可以提高收率和提取物纯度。 它的优越性不仅在于降低设备投资和运行费用，而且也符合环境保护的要求。微 波辐射技术具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节 省试剂、污染小等特点。微波提取的要点是： ( 1 ) 被提取物经过适当的破碎； ( 2 ) 必须存在一定的浓度差： ( 3 ) 选用适当的溶媒： ( 4 ) 有一定的温度； ( 5 ) 给予提取过程一定的时间； ( 6 ) 适当的搅拌。 1 3 3 2 微波破碎细胞提取原理 微波破碎细胞提取是针对天然产物一般热稳定性好的特点，将微波技术用于 细胞破碎，建立了一种适合生物胞内小分子提取的细胞破碎技术【2 引。微波破碎 是基于微波加热的选择性、瞬时往和高效性，控制适宜的微波条件而实现的，细 胞内不同部位的物质，对微波能的吸收能力存在显著差别，从而导致微波场中的 细胞局部受热，富含自由水分子的部位，如液泡，在微波场的作用下迅速升温， 水分汽化，胞内压力骤增，细胞壁和细胞膜不能承受如此大的内压，故细胞在一 定强度的微波冲击下出现缺口而破碎，形成微小的孔洞。进一步加热，导致细胞 内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹。孑l 洞或裂纹的存在使胞外溶 剂容易进入细胞内，溶解并释放出胞内产物口9 1 。 微波破碎后的细胞，由于减小了提取阻力，其胞内小分子物质的溶出变得 非常容易，可大大缩短提取时间。此外，微波处理还能使胞内目标产物的水解酶 失活，避免提取过程中目标产物的降解【3 0 】。 1 3 3 _ 3 微波辅助提取的处理方式 细胞破壁是提取生物胞内产物的关键性操作。只有将封闭目标产物的细胞壁 和细胞膜破碎或溶解，才能使产物释放出来。研究表明，微波对不同的植物细胞 或组织有不同的作用，胞内产物的释放也有一定的选择性，因此应根据产物的特 性及其在细胞内所处位置的不同选择不同的处理方式 3 q 。 ( 1 ) 辅助浸取过程 在微波炉中浸提有效成分。微波处理有一定的选择性，富含水的部位优先破 壁，而含水少的细胞则比较滞后，甚至变化不大但如果所需的有效成分不在富 含水的部位，那么用微波处理就难以奏效例如用微波处理银杏叶【3 2 l ，溶剂中 银杏黄酮的量并不多，而叶绿素则大量释放出来，说明银杏黄酮可能处于较难破 壁的叶肉细胞中。另外，非极性的有机溶剂几乎不吸收微波，它可以起到冷却和 溶解双重作用【3 3 l 。但水溶性成分，如丹参素和原儿茶醛的提取或分析则不宜采 用此法削。如果用水作溶剂，那么细胞内外同时加热，破壁效果自然不会太理 想，况且大部分微波能被溶剂消耗。 ( 2 ) 破壁与浸取联合工艺 为了解决溶剂水和细胞内水分同时吸收微波，可以采取先用微波处理经浸润 后的固体植物质( 浸润固体物质的目的是为了让失水的细胞吸水膨胀，最大限度 地吸收微波能，从而有利于细胞破碎) ，然后再加水或有机溶剂浸取有效成分的 工艺，这样既可以节省能源，又可以连续工业化生产刘传斌等人采用该技术从 酵母细胞中提取海藻糖【3 5 】，并将此工艺申请了国家专利。 1 4 固液相平衡研究的现状 流体相平衡( 如汽液平衡、液液平衡) 已经进行了比较广泛的研究，从文献 数量、实验方法、关联方法上都十分充分。而且建立起来了一套评价数据的方法， 同时能够进行一部分预测工作。相比之下，固液相平衡的研究就其理论基础上及 实验数据的积累、关联方法、评价方法上都不如汽液相平衡、液液相平衡研究的 充分。与汽液，液液相平衡数据相比，固液相平衡数据相对缺乏，由于化工过程 设计和理论研究的迫切需要，近年来固液相平衡数据的测定与报道已呈增加趋 势。因此研究固液相平衡具有重要的实际意义阁。 1 4 1 溶解度测定方法 研究固液相平衡的常用方法是测定溶解度，而物系的溶解度测定分为两种情 况，一种是有明确溶剂，另一种是不同物质互为溶剂。本文研究的是前一种情况。 欲要准确地知道固体在液体中的溶解度，必须通过实验的方法进行测定。尽管有 些方程以严格的热力学原理为基础，可以对固体在液体中的溶解度进行预测，并 且随着分子热力学的发展及其数据的不断积累，这种理论计算的精度也在不断的 提高，但是，这种提高还远远未达到可以取代实验来获得固体在液体中溶解度的 8 水平。因为无论哪一种模型，都含有一些模型参数，需要由活度系数或渗透系数 的实验值拟合而求取，因此活度系数或渗透系数的精确测定显得十分重要0 7 - 4 2 1 。 对于固液平衡普遍化的测定方法是不存在的，因为不同的固体与液体形成的 固液体系，就其性质而言有着很大的差别，在测定溶解度数据时，采用的测定方 法也不同。目前，固体在液体中的溶解度测定方法有以下两种。 1 4 1 1 平衡法 平衡法是一种被广泛采用的溶解度测定方法，针对不同固液体系有不同的装 置，关键在于恒温下使溶液达到饱和，各装置的主要部分为饱和装置。典型饱和 装置是基于渗透扩散原理，一些特殊装置可用来测定一些不稳定物质的溶解度。 平衡法测定固体在液体中的溶解度的过程是将过量的固体溶质置于液体溶 剂中，密封后，将体系加热至所希望测定的温度后，采用适当的控温手段恒温几 天，甚至几周，期间连续或间歇搅拌，促进固体的溶解，直至固液体系相平衡的 真正建立，静止后，吸取上层饱和清液，采用适当的分析方法确定组成，从而获 得固体溶质在液体溶剂中的溶解度数据。 平衡法测定溶解度判断固液两相达到平衡的标准是定时取样测定上层溶液 的组成，如果两次或三次所测定结果保持不变，认为已经建立平衡。对平衡组成 的分析方法有多种，主要取决于所测物系的性质，有机物系统常采用色谱分析法， 但若实验原料中含有羧基可用酸碱滴定法，如果是有色物系可选用分光光度法， 无机物系一般采用重量分析法、银量滴定法等。 平衡法测定溶解度设备简单，可得到准确可靠的溶解度数据。但该法测定过 程耗时多，对所测体系必须建立特定的分析方法。所以，该法适用于达到平衡的 速率非常缓慢的物系。 1 4 1 2 合成法 4 3 4 5 1 合成法测定溶解度是预先精确称量一定量的固体溶质及溶剂量，将其混合加 入，通过控温或溶剂变化的手段使混合物中的的固体颗粒溶解。这种方法具体又 可分为恒温溶解法和变温溶解法两种。 恒温溶解法是将全部溶质和第一批液体溶剂经精确称量后加入溶解釜，在某 一温度下恒温搅拌，然后分批加入称量过的液体溶剂使溶质全部溶解，由原来加 入溶质、溶剂的量和后来加入的溶剂量计算该温度下的溶解度。 9 变温溶解法是将溶质和溶剂精确称量后一次性加入溶解釜中，以升温速率加 热物料使固体溶质完全溶解于液相，记录固体完全溶解时的温度以确定溶解度。 合成法与平衡法相比，耗时少，测定效率高，不需要对物系建立特定的分析 方法，借助于先进的判别溶解终点的仪器可得到准确可靠的数据。该方法适用于 固体在液体中溶解速度比较快的体系。为了使固液两相间建立平衡，要严格控制 加热升温速度，在接近溶解终点时升温速度必须极其缓慢，以使物系随温度变化 及时建立平衡，否则将影响溶解度数据的准确性。 1 4 2 固液相平衡的研究方法 物系的固液相平衡数据及其热力学模型的建立是一项重要的工作，众多学者 在工程技术创新或学术理论方面进行了卓有成效的研究。根据所研究的体系性质 及实验条件不同，固液平衡的研究常常从以下几个方面进行：( 1 ) 经验模型法； ( 2 ) 状态方程法；( 3 ) 人工神经网络法；( 4 ) 拓扑法；( 5 ) 活度系数法 1 5 本课题开展的目的和意义 稻壳是大米加工的副产品，目前多数面粉厂家都是直接将此类副产品卖给饲 料厂，很少进行深加工和再利用，这不仅浪费了宝贵的资源，而且对环境也造成 了很大的污染。阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸，在植物中主要与细胞壁多 糖和木质素交联构成细胞壁的一部分，或自身酯化或醚化形成二阿魏酸，若能寻 找到较为经济简便的方法从稻壳中将阿魏酸提取出来，这不仅会创造很高的经济 和医药价值，并且会带来巨大的环境效益。利用微波辅助提取法从天然产物中提 取有效成分是新发展起来的技术，其具有选择性高、操作时间短、溶剂耗量少、 有效成分收率高的特点。本文把微波辅助提取技术应用到从稻壳中提取阿魏酸的 过程中，国内外还未见报道，因此具有重要的现实意义和一定的经济、社会效益。 1 6 本课题研究的内容和方法 ( 1 ) 采用均匀设计实验法用微波对稻壳进行辅助提取，通过考察微波的功率和 作用时间，以及考察在微波辅助下，提取溶剂，水浴温度，水浴时间，p h 值等条件，确定实验的较佳工艺条件。 ( 2 ) 确定阿魏酸的相关分析测试方法。 ( 3 ) 确定阿魏酸的熔点、熔化热、燃烧焓以及生成焓等热力学参数。 ( 4