（化学工程专业论文）微波辅助萃取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究.pdf

人连理小人学硕十学位论文 摘 要 叶绿索是地球上分布最广的天然色素之一，主要存在于绿色植物中，在植物或微生 物的光合作用中起重要作用。叶绿酸铜钠盐，是一种比叶绿素更为理想的天然色素；同 时由于具有对风湿、关节炎、伤口愈合等疾病的良好疗效，被广泛用于医药、保健品等 行业。目前，叶绿素及叶绿酸铜钠盐一直供不应求，行情一路高涨：因此，开发蚕沙不 仅可以带来良好的经济效益，而且社会效益显著。 微波辅助萃取法是一项不同于传统萃取法的新萃取方法，是近年来的研究热点；并 且在工业、分析、检测等领域得到越来越广泛的应用。微波辅助萃取具有高选择性，溶 剂用量少、能耗低、速率快等特点；把微波辅助萃耿技术和传统的蚕沙开发工艺相结合， 会增加有效成分的释放，提高浸取的效率，同时也减少浸驳的时f b j 、降低能耗，这在蚕 沙的叶绿素提取方面将是个首次的尝试。 首先，本研究通过试验考察了预处理过程中微波辐射时间、微波功率、溶剂用量、 溶剂与物料比例等因素的影响，确定初步的柞蚕沙萃取工艺条件，并优化相关的工艺条 件。在试验范围内所得的数据表明：在微波功率6 0 0 w 、微波辐射时涮7 0 s 、破壁助剂浓 度6 0 、破壁助剂用量i ：i ( w 园：v m l 】) 、提取温度8 0 。c 的条件下，提取效果较好；在上 述工艺条件下，微波辅助萃取叶绿素的提取率比传统工艺的叶绿提取率要高出1 6 7 ， 增长2 2 4 ，并且微波预处理的物料提取时间是3 0 m i n ，传统工艺的提取时间需要4 1 2 小时，节省时间9 l 以上。在对微波预处理的工艺研究基础上，重点考察了破壁助剂的 影响，发现乙醇一水溶液作为破壁助剂效果良好，当乙醇溶液的浓度是6 0 时，试验结 果最佳。 其次考察了桑蚕沙的叶绿素的提取工艺条件，并且与柞蚕沙萃取的工艺条件相比较， 微波功率、微波辐射时阳j 、破壁助剂比例、破壁助剂用量、提取温度等影响因素略有变 化，但桑蚕沙中的叶绿素的提取量要比柞蚕沙中的叶绿素高2 5 ，8 ：并对其进行相关分 析，由于叶绿素不稳定性，存储过程中柞蚕沙中的叶绿素氧化分解的严重些。 最后，研究了所提取的叶绿素溶液分离条件；并摸索了叶绿素的衍生物叶绿酸铜钠 赫的制取条件。发现分离操作中，温度4 0 。c 、皂化6 0 m i n 效果明显，在酸性p h 值为2 4 的条件下铜代的6 0 m i n 效果较好，得到的产品品质也好。 关键词：微波辅助萃取；预处理；破壁助剂 微波辅助苹取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 t h es t u d yo fm i c r o w a v ea s s i s t a n te x t r a c t i o no i lc h l o r o p h y l l f r o ms i l k w o r ma n dc h l o r o p h y l l - c o p p e r - s o d i u mp r e p a r a t i o n a b s t r a c t c h l o r o p h y l li so n eo ft h em o s te x t e n s i v ee x i s t i n gn a t u r a lp i g m e n t si nt h ee a r t h , a n di t i s u s u a l l ys t o r e di nt h eg r e e np l a n t c h l o r o p h y l lb e l o n g st ot h eg r o u po f t h ep o r p h y r i nc o m p o u n d i ti ss t o r e di nt h ef o r mo fc a r o t e n ea n dx a n t h i n t h ec h l o r o p h y l lp l a y sak e yr o l ei nt h e p h o t o s y n t h e s i so f t h eg r e e np l a t eo rt h em i c r o o r g a n i s m t h ec h l o r o p h y l l i n - e o p p e r - s o d i u m ，a sa f o o dp i g m e n t , i so fm u c hm o r es u p e r i o r i t ys u c ha sh i g hv a l u eo fn u t r i t i o n ，c o l o r i n g ，s t a b l y q u a l i t y ，e t c t h a n t h a to fc h l o r o p h y l l ；i nt h eo t h e r w i s e ， b e c a u s eo ft h e c h l o r o p h y l l i n - c o p p e r - s o d i u mb e t t e rt r e a t m e n tf o rr h e u m a t i s m ，a r t h r i t i s ，w o u n dg e tw e l le t c d i s e a s e ，i ti sa l s ow i d e l yu s e di 1 1t h em e d i c i n ea n dh e a l t hp r o d u c tf i e l d s i nt h ei n t e r n a t i o n a l m a r k e t , c h l o r o p h y l la n dc h l o r o p h y l l i n - c o p p e r - s o d i u ms t i l lr i s ei np r i c e s u p p l yf a l l ss h o r to f d e m a n d t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c hd o i n go ns i l k w o r mi sn o to n l yb r i n g i n go u tal a r g ea n l o u n to f e c o n o m i cb e n e f i t , b u ta l s oo fag r e a ti n f l u e n c eo nt h ed e v e l o p m e n tm o d e r n i z a t i o no fc h i n e s e h e r b s i nt h ep a s tf e wy e a r s ，m i c r o w a v ea s s i s t a n te x t r a c t i o nh a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n ； t h e r ea r ei n c r e a s i n gr e s e a r c h e sa l ef o c u so ni t m i c r o w a v ea s s i s t a n te x t r a c t i o nh a sal o to f a d v a n t a g e s ，s u c ha ss e l e c t i v i t y ，h i g he f f i c i e n c yo fe x t r a c t i o n ，s a v i n gt i m e ，l e s ss o l v e n tc o n s u m e a n de n v i r o n m e n tf r i e n d l ye t c ，c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a le x t r a c t i o n i f m i c r o w a v et e c h n o l o g y w e r ec o m b i n e dw i t hc o n v e n t i o n a le x t r a c t i o nt e c h n i c so fs i l k w o r m ，t h en e wt e c h n i q u ew i l l e n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fc h l o r o p h y l lw h i l ed e c r e a s e de x t r a c t e dt i m e ；i tw o u l db et h ef i r s tt i m e t h a tt h i st e c h n i q u ew a se m p l o y e do nc h l o r o p h y l le x t r a c t i o nf r o ms i l k w o r m mt h i ss t u d y ，t h ei n f l u e n c ef a c t o r sw e r ef i r s t l y s t u d i e d , i n c l u d i n g i r r a d i a t e dt i m e 。 m i c r o w a v ep o w e r ，v o l u m eo fs o l v e n t , c 0 一a g e n t p r o p o r t i o ne t c d u r i n gt h em i c r o w a v e p r e t r e a m a e n tp r o c e d u r e a n db yt h e s ei n v e s t i g a t i o n s ，t u s s a he x t r a c t e dc o n d i t i o nw a sd e t e r m i n e d a n do p t i m i z e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t , c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a lm e t h o d , c h l o r o p h y l l y i e l di s1 6 7 h i g h e r r i s e2 2 4 a n dt h ee x t r a c t e dt i m ew a ss a v e db y9 1 u n d e rt h e f o l l o w i n gc o n d i t i o n s ：m i c r o w a v ep o w e r6 0 0 彤i r r a d i a t e dt i m e7 0 s , t h ec o n c e n t r a t i o no fc e l l w a l lc r a c ka g e n t6 0 ，t h er a t i oo fm a t e r i a la n dc e l lw a l lc r a c ka g e n ti s 1 ( w 【g 】：v m 1 1 ) ， e x t r a c t e dt e m p e r a t u r e8 0 a n dd u r i n gt h em i c r o w a v ep r e t r e a t m e n tp r o c e d u r e ，t h ec e l lw a l l c r a c ka g e n ti ss t u d i e do ne m p h a s e s t h ee t h a n o l w a t e ri ss u i t a b l et ob et h ec e l lw a l lc r a c ka g e n t b yt h er e s u l t s a no p t i m i z e dr e s u l tc a nb eo b t a i n e da tt h ec o n c e n t r a t i o no f e t h a n o l w a t e ri s6 0 s e c o n d l y ，s o m ew o r kh a sb e e nd o n eo ns i l k w o m ae x t r a c t i o nc o n d i t i o n s ，a n dc o m p a r e d 、v i t ht u s s a he x t r a c t i o nc o n d i d o n s ；e a c hi n f l u e n c ef a c t o ri sa n a l o g o u s t h ec o n c l u s i o n sc a nb e i i - 人连理l ：人学硕十学位论文 d r a w nt h a tc h l o r o p h y l le x l l a c t e df r o ms i l k w o r mi sm o r e2 5 8 t h a nt h a to f t u s s a h t h er e a s o n i sm a i n l yd u n gt ot h ec h l o r o p h y l li nt u s s a ho x i d a t e dm o r es e r i o u sd u r i n gs t o r a g e l a s t ，t h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n sw e r ef o u n df o r c h l o r o p h y l ls o l v e n ts e p a r a t i o n a n d c h l o r o p h y l l i n c o p p e r - s o d i u mp r e p a r a t i o n t h ee x c e l l e n ts a p o n i f i c a t i o ne f f e c tc a nb eo b t a i n e d u n d e rt h ef o l l o w i n gp a r m n e t e r s ：t e m p e m t u r e 4 0 。c ，s a p o n a t e dt i m e6 0 r a i n ；u n d e rt h ea c i d i t ) r c o n d i t i o n ，t h ey i e l di sh i g h e ra f t e r6 0 m i nc o p p e re x c h a n g e dr e a c t i o n k e yw o r d s ：m i c r o w a v ea s s i s t a n te x t r a c t i o n ；p r e t r e a t m e n t ；c e l lw a l lc r a c ka g e n t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学 或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 人连理l ：人学硕十学位论文 引言 中国世界闻名的蚕桑大国，根据养蚕的饲料可分为桑蚕和柞蚕，但桑蚕和柞蚕的蚕 沙成分基本相近。科学分析表明：蚕沙中除了含有约1 叶绿素外，还含有约0 5 的胡 萝b 素、约1 6 的蛋白质和脂肪，约1 0 的果胶，5 7 的可溶性无氮物和1 6 的粗纤维。 其中叶绿素不仅是一种理想的天然色素，还具有促进伤口愈合、抗过敏性抗体的药用作 用；对慢性荨麻疹、慢性湿疹、支气管哮喘及冻疮等疾病有明显疗效；被广泛的应用于 医药、保健品、食品、化妆品等行业；类胡萝b 素可预防与衰老有关的疾病，防癌抗癌， 防心m 管疾病等；由于天然药物具有的良好药用效果和保健功能，且长期服用无副作用， 因此，蚕沙的丌发不仅会产生显著的经济效益，还具有明显的社会意义。 蚕沙作为养蚕的副产物，基本上直未被利用。在南方，有一少部分作为养鱼的饲 料，但大部分都被抛弃，既污染了环境，又浪费了资源。随着近年来科学技术的发展， 对于蚕沙的研究开发逐渐活跃起来。对于蚕沙中的叶绿素、叶蛋白、胡萝h 素及果胶的 提取均见报道。目前蚕沙中叶绿素的提取工艺主要有以下几种：有机溶剂浸取法、碱液 提取法、超临界c 0 2 萃取法、超声波辅助萃耿法等工艺。有机溶剂浸取法是传统的提取 方法，美国的三大叶绿素生产商主要采用该工艺。该工艺对操作条件要求不苛刻，适用 于设备大型、连续性强的大规模生产。但需要大量有机溶剂，生产工艺复杂，能耗高、 “三废”严重，与目前的“绿色”环保、“可持续性发展”的理念相悖。碱液提取法、 超临界c 0 2 萃取法、超声波辅助萃取法等工艺在生产规模，连续性上满足不了工业化生 产，因此开发一条新的叶绿素提取工艺在当前显得尤为重要。 微波辅助萃取是近年来一个新兴的萃取技术，利用微波直接与被分离物作用，微波 的激活作用导致样品基体内不同成分的反应差异使被萃取物与基体快速分离，并达到较 高产率。和传统萃取方法相比，微波辅助萃耿具有质量好、产量大、对萃取物具有高选 择性、快速、节能的特点。在本论文的研究中，首次提出了将微波辅助萃取与传统的蚕 沙提取工艺相结合的方法，利用微波辅助萃取的特点，改善目自u 对蚕沙的开发工艺。本 文中研究了微波的功率、时问、溶剂、温度等相关的因素的操作条件，获得了良好的结 果。萃取时问节省9 1 ，提取率提高1 6 7 3 ，对实现蚕沙的工业化丌发生产有着重要的 现实意义。 叶绿酸铜钠盐，由于其有效的保健作用和稳定性，是叶绿素实际应用过程中的一个 主要产品，目前国际市场上的叶绿素及相关的衍生物产品主要来自欧美国家，当前，对 叶绿素衍生物的制取进行研究，对我国的叶绿素工业的发展意义重大：在本文中对微波 微波辅助萃取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 辅助萃取后的叶绿素进行了相关的皂化、铜代试验的初步研究，并得到了产品，为工业 化提取蚕沙中叶绿素并制备相关产品摸索了整套工艺，为连续化提取蚕沙中叶绿素打 下了工艺基础。 人迎理l ：人学硕十学位论文 第一章文献综述 蚕沙作为一种中药材，在古代就引起了人们的关注。本草纲目曾记：性味归甘 辛、温。祛j x l 除湿、化湿和胃；可用于治疗风瀑痹痛，肢体不遂，湿痹拘挛，湿疹瘙痒， 暑湿伤中之吐泻转筋。蚕沙的主要成分除了约1 叶绿素l | j 外，还含有约o 5 的胡萝h 素、约1 6 的蛋白质和脂肪，约1 0 的果胶，5 7 的可溶性无氮物和1 6 的粗纤维 o l ；我国是世界闻名的蚕桑大国，蚕沙资源丰富，应该说蚕沙的开发利用是中药现代化 的一个重要部分。 1 1 蚕沙简介 蚕沙又名马鸣肝、原蚕沙、晚蚕屎等。形状呈短圆柱小粒之型；桑蚕沙长2 5 毫米， 直径1 5 3 毫米。一般干沙表面呈祸绿色，搠糙不平，仃6 条明黟的纵纹及3 4 祭横向 的浅纹。两端平坦，擎六棱形。质地紧碗而脆，遇潮澎后容易吸潮而救碎。闻起来略微 有青草气。柞蚕沙形状与桑蚕沙桐似表面颜色褐黄，质地不如桑蚕沙颦硬，几乎没什 么气味。 1 1 1 蚕沙的主要成分及作用 蚕沙主要是由叶绿素、叶蛋白、类胡萝h 素及果胶等成分构成。蚕沙具有活血化瘀、 祛痛，健脑益智、安神降压、调理睡眠的疗效，各个成分均对人体健康很有裨益。陆游 曾写诗赞美它的保健效果：“如今八十零，犹抱桑荷眠，榕下执青笛，意气白发春”， 其中“桑”是指桑蚕沙。 ( 1 ) 叶绿素 叶绿素( c h l o r o p h y l l ) 属卟啉类化合物，和胡萝h 素、叶黄素等同时存在于绿色植物的 叶子或微生物体内，在植物和微生物的光合反应中起重要作用l “。蚕沙中叶绿素含量约 为1 ，与其它叶绿素的天然提取原料相比，含量显得很高，是叶绿素提取的优质原料； 当然叶绿素的含量与蚕沙的存放时间、种类有关，同样条件下，桑蚕沙的叶绿素含量比 柞蚕沙高。 叶绿素是一种结构复杂的叶绿酸的酯( c 3 2 h 3 0 0 n 4 m g ( c o o r ) 2 q 由四个吡咯环经 由四个次甲基相连构成的卟啉丙环戊酮，中心由镁离子相连。结构如图1 1 ”l ： 早在1 8 1 8 年，b e r z e l i u s l 6 】就丌始了对叶绿素方面的研究。后来，s t o k e s i o i 用有机溶剂 提取了叶绿素。1 9 1 3 年，德国的w i l l s t a c t e r ：q 报道了有关叶绿素方面的结构，制备方法， 性质及分离方法：确定了叶绿素a 和b 的分子式，第一次详细阐述了叶绿素的研究成果， 微波辅助苹l 祆蚕陟中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 使现代的叶绿素工业化生产得以实现；从此叶绿素及相关的研究与生产进入了一路高歌， 迅速发展的时期。本世纪3 0 年代，f i s c h e r f 7 】确定了叶绿素a 和b 的结构，见图1 2 。 图i 1 天然干桑蚕沙 l ：i o11n a n l 憎1d “r d h w 、m 1 y ：c h 3 州绿索a y ：c h o 叶绿索b 图1 2 叶绿素结构图 f i g 1 2f r a m eo f c h l o r o p h y l l 叶绿素a 为蓝黑色结晶体，叶绿素b 为深绿色结晶体。1 9 6 0 年，有机化学家 r o b e r t w o o d s l w a r d 合成了叶绿素，并在1 9 6 5 年获得了诺贝尔化学奖。他的工作也进一 步证实了叶绿索的结构。叶绿素a 与b 一般以3 ：l 的比例存在于植物体内，由于在叶绿 素的结构中含有两个酯基，在碱性条件下可发生水解( 即皂化) ，反应方程式如下叫： 岖黑+ 一j q 蜮：+ 一+ 嘞蝌z ， 0 c o c 封乜 一 生成叶绿酸镁钠盐、叶绿醇和甲醇。 叶绿素在酸性条件下也不稳定，是因为叶绿素中的镁离子可被酸中的氢离子取代 生成了绿褐色的脱镁叶绿素，方程式如下h ： c h 3 2 h 3 0 0 n 4 m g 竺8 +2 h 2 s 0 4 j c 3 2 h 3 0 0 n 4 c o o n a + m g s 0 4 0 0 n a 十n a s 0 4 q 2 上 c 0 0 n a 人连理i 人学硕十学位论文 将叶绿酸盐经酸化脱镁后再用金属取代后，叶绿素衍生物的稳定性显著增加。由于铜、 锌等金属元素的原子半径、离子半径、共价半径与镁相似( 见表1 ，1 ) 0 1 ，性质相近，所 以在适当的条件下，可取代镁离子，生成稳定的叶绿酸盐。 ：。0 h +。j，。c+soch32h300n4mg 乙醇 丙酮一乙醇 丙酮。和丙酮相比，乙醇作为破壁助 剂叶绿素的提取量更高一些；分析其中原因有二：一、乙醇向细胞内的的渗透扩散效果 要更好一些，作为细胞内汽化介质，乙醇吸热汽化后所产生的破壁压力更高；细胞壁形 成的裂洞更完全充分。二、乙醇的极性要比丙酮强，根据微波加热原理，乙醇对微波能 吸收的多，热量相应的更多，汽化率也高，能够使原料内细胞壁破碎的完全。鉴于以上 因素后期的叶绿素提取会更加容易、迅速。在试验结果中，乙醇一水溶液的提取效果是 最好的，水分子是良好的极性分子，吸收微波能效果好，便于在短时问内让物料升温， 乙醇汽化破碎细胞壁，使后期的叶绿素向溶液中扩散进行的更加完全，叶绿素的提取量 也就高一些。乙醇一水溶液作为破壁助剂是合适的。 3 2 4 破壁助剂比例的确定 微波辅助萃取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 本实验中采用乙醇水溶液作为细胞破壁助剂，助剂中乙醇含量分别为0 、2 0 、 4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 。试验结果见图3 4 。固定其它因素，细化乙醇的浓度从4 0 、 5 0 0 0 、5 5 、6 0 、6 5 、7 0 、7 5 、8 0 重复试验。试验结果见图3 5 。 5 m l 3 0 m i n 6 0 00 20 40 ，60 8l1 2 乙醇一水溶液浓度( v v ) _ 6 图3 4 破壁助剂对提取率影响l f i g 3 4e f f e c t i o nb e t e e na g e n tr a t i oa n de x t r a c t i o n y i e l d l 从图3 4 、3 5 看出，随着乙醇浓度的增加，叶绿素提取率迅速上升，在乙醇浓度6 0 0 0 和6 5 时分别达到最高点；紧接着，叶绿素的提取率下降，在图3 4 中，下降很快。破 壁助剂中的乙醇汽化润湿过程中，进入细胞，微波辐射后，迅速汽化，细胞内压力骤增， 将细胞壁冲破，形成微小裂洞，传质能力大大加强。水的汽化潜热是2 2 6 0 k j k g ：丌始乙 醇浓度是o 时，水的汽化潜热较高，微波辐射提供的能量不能够使水汽化的充分，细 胞内气压达不到破裂的压力，传质阻力依旧很大，提取效率不高；乙醇的汽化潜热是 8 4 3 k j k g ，随着乙醇含量的增加，细胞内汽化的乙醇越来越多，细胞壁破碎的更加充分， 叶绿素扩散阻力减小，所以叶绿素的提取率随着乙醇浓度的增加而迅速提高。但是叶绿 素比较不稳定，在温度高于8 0 会迅速转变成为叶黄素；当乙醇浓度继续增加时，水含 量降低。乙醇汽化后，物料温度升至8 0 以上，使叶绿索变质，提取率也就随之下降。 从试验结果中分析得出，乙醇浓度为6 0 n 7 0 时提取率较佳。 8 7 6 5 4 3 2 1 0 o o o o 0 o o 0 o燃芸娶垛骤量 人连理r 人学硕+ 学位论文 o 7 o 6 妻0 5 趟 孰a 垛 垩0 3 o 2 0 1 厂人 _ 一 、 蚕沙：5 0 9 助剂川量：5 m l 提取时问：3 0 m i n 提取温度：6 0 c 溶剂量3 5 m l 0 40 5060 70 80 9 乙醇浓度( v v ) 图3 5 破罐助剂对提取率的影响2 f i g 3 , 5e f f e e t i o n0 1 1a g e n tr a t i oa n de x t r a c t i o ny i e l d2 图3 6 细胞破壁对比图 f i g 3 6t h ec o m p a r i s o no f c e uw a l ld e s t r o y e d # 1 ：未经过微波预处理的蚕沙细胞 # 2 ：经过微波预处理的蚕沙细胞 3 2 5 破壁助剂用量的确定 破壁助剂加入量分别为：0 、2 5 0 、5 , 0 0 、7 5 0 、1 0 0 0 、1 2 ，5 0 m l ；结果见图3 7 。 3 7 微波辅助萃取蚕沙中n l 。绿索及叶绿酸铜钠的研究 从图3 7 的试验结果中可以看出，刚开始时，提取率变化不大；但破壁助剂的量超 过2 5 0 m 后，提取率开始上升的很快。在5 0 0 m l 时，叶绿素提取量达到最高点。这是因 为随着破壁助剂的增加，细胞内富集了极性的汽化物质，当微波辐射后，破壁助剂对细 胞壁起到了的破坏作用，使得浸取时叶绿素扩散容易，提取率上升。但是当破壁助剂的 量超过5 0 0 m l 后，叶绿素提取量下降，随着破壁助剂的量不断增加，叶绿素提取量趋于 不加破壁助剂。分析其中原因为：当破壁助剂的量继续增加时，接受微波辐射的热量载 体也增加了，它们吸收了微波的能量，温度下降，达不到乙醇的汽化条件。导致细胞壁 没有被破坏，微波预处理目的没达到，叶绿素扩散不能加强，后期的浸取效果也就和不 加破壁助剂的效果一致了。 o 2 o 1 0 蚕沙：5 0 9 发生时间：7 0 s 助剂比例：6 0 提取时问：3 0 m i n 提取温度：6 0 溶剂鼍3 5 m l 破壁助剂量m l 图3 7 破肇助剂用最与叶绿素产景的关系 f i g 3 7t h ee f f f e c to na g e n tv o l u m ea n dc h l o r o p h y l l y i e l d 3 2 6 提取时自的确定 将微波预处理的蚕沙分别提取o n 为0m i n ，测定提取液中叶绿素的吸光度。结果见图 3 8 ，表明提取时间为3 0r a i n 即可。试验结果中可以看出，提取率随着浸取时间的延长， 丌始增加迅速，后来趋于平缓。分析其中原因为：微波预处理后，细胞结构遭到破坏， 叶绿素传质扩散阻力急剧降低，在3 0 m i n 时，大部分叶绿素已经扩散溶解到溶剂当中， 而传统提法需要4 1 2 h 才能提取完全，速度快微波萃取的特点。当提取时间超过3 0 m i n 时，叶绿素提取率增长不明显，细胞内叶绿素大部分已经被提取出来，叶绿素提取量增 8 7 6 5 4 3 0 0 0 o o o 。趟米釜垛错古 人连理小人学硕七学位论文 长缓慢。由于浸取过程需要恒温，延长提取时间超过3 0 m i n 时，一方面叶绿素提取量增 加不明显，另一方面能源消耗增加；所以，提取时问3 0 m i n 是一个较好的选择。 0 7 0 6 0 5 划 蠖 懈 酶0 4 古 0 - 3 0 2 o1 02 03 04 05 06 0 提墩时问m i n 图3 8 提取时问列提取率的影响 f i g 3 8t h e e f f e c to i le x t r a c t i o nt i m ea n de x t r a c t i o n y i e l d 3 2 7 提取温度的确定 蚕沙微波辐射处理之后，在3 0 c 、4 0 、5 0 、6 0 、7 0 、8 0 下提取。试验 结果见图3 9 。 从试验结果图3 9 中，可以看出，叶绿素的提取率随着温度的升高而升高，其中在 4 0 n 6 0 。c ，叶绿素提取率增长的特别迅速。随着温度的升高，叶绿素分子热运动加剧， 将加快传质的速率；同样温度的升高，乙醇的溶解度变大，使得叶绿素提取过程的传质 平衡右移，叶绿素提取量开始升高。当温度超过6 0 。c ，增势减缓，分析应该是在高于6 0 ，叶绿素扩散传质速率已经非常快了，在该速率一f ，3 0 m i n 内可以把细胞内的叶绿素 提取得很充分，细胞内能够再被提取得叶绿素很少；所以即使温度继续升高后，提取率 也不会有明显的增加。升高温度，叶绿素氧化分解速度将加快，所需提供得能耗也相应 的增加，而超过6 0 。c 后，提取率增长不明显；综合考虑，提取温度在6 0 。c 较佳。 微波辅助萃取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 o 7 兰o 蜊 娄o 懒 嫩 吉0 o 3 3 04 05 06 07 08 0 提取温度* c 图3 9 提取温度对提取率的影响 f i g 3 9e f f e c t i o no f t e m p e r a t u r e o ne x t r a c t i o ny i e l d 3 2 8 提取溶剂用量的确定 柞蚕沙进行微波辐射处理之后，加入提取溶剂乙醇的量分别为：2 0 、2 5 、3 0 、3 5 、 4 0 、4 5 m l ，比较溶液中叶绿素的总量。结果见图3 1 0 。 从试验结果图3 1 0 中可以看出，随着溶剂乙醇量的增加，叶绿素的提取量也随之增 加。在开始时，由于乙醇量比较少，叶绿素在提取液的浓度增长的比较快，溶剂中的叶 绿素与细胞中的叶绿素很容易形成传质平衡，所以，叶绿素的提取量就少一些。随着乙 醇量的增加，提取液中叶绿素浓度降低，叶绿素传质平衡右移，从细胞中向提取液中扩 散，叶绿素的提取量增加。当乙醇量超过一定比例后，细胞内的叶绿素大部分都被萃取 出来，这时再加入溶剂效果就不明显，提取叶绿素的量增势趋于平缓。当乙醇量过大后， 一方面对溶剂的消耗增加：同时，后续工艺中浓缩分离也相应的增加能耗；所以从经济 与提取量上综合考虑，乙醇的体积以3 5 m l 为宣。 人连理1 1 人学硕十学位论文 e 目删 备 掣 窨 碎蕞 嘶 古 4 5 3 5 3 0 2 5 2 0 o s 0 m l 提取时间：3 0 m i n 提取温度：6 0 2 02 53 03 54 04 55 0 提取剂的量( v m 1 ) 图3 1 0 提取剂用量对提取率的影响 f i g 3 1 0e f f e c f i o n o f e x t r a c t i o ns o v l e n t o n e x t r a c t i o ny i e l d 3 3 正交试验 从上述试验结果可知，在微波辅助萃取的工艺中，影n m ；j n t 绿素提取率的主要因素是： 辐射时间、破壁助剂比例、破壁助剂用量、溶剂用量、提取温度和提取时问。这些因素 相互之问是否存在影响。通过f 交试验对其进行考察。f 交试验因素表见表3 1 ，并按 l 1 8 ( 3 5 ) f 交表进行试验。试验结果见表3 2 。 表3 3 正交试验因素水平表 t a b l e3 3t h ef a c t o r sa n dl e v e l so f t h ee x p e r i m e n t 微波辅助萃取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 表3 4 l ，。( 35 ) 正交试验表及结果 t a b l e3 4t h el i 8 ( 3 5 ) t a b l ea n de x p e r i m e n tr e s u l t s 表3 5 不同因素不同水平对叶绿素收率的影响 t l b l e3 5e 伍咒to f d i f f e r e n tf a c t o ra n dd i f f e r e n ti e v e lo ne x t r a c t i o nr a t e - 4 2 火连理r 人学硕+ 学位论文 表3 6 正交试验方差分析结果 t a b l e3 6 t h ea n a l y s i so f v a r i a n c ef o rt h eo r t h o g o n a lr e s u l t s 根据数理统计原理，极差的大小就是对指标影响的大小，各水平的总和大小对应于 对指标影响的好坏。由表3 3 可以看出，破壁助剂用量对叶绿素提取率的影响最大，提 取温度次之，提取时问的影响再次，破壁助剂比例和辐射时i 训对叶绿素提取率的影响较 小。最佳的工艺条件应为：b l a 3 e 2 d 3 c i ，即破壁助剂用量5 0 0 m l ，提取温度8 0 。c ，提取 时间3 0 m i n ，破壁助剂比例7 0 ，微波辐射时问6 0 s 。表3 4 中对正交试验结果进行了方 差分析，从分析结果中可以看出，其中b 、a 、e 的f 值大于f 表所查出的f ( n - = 2 ，n 2 = 9 ) 一o o i = 8 0 2 1 6 6 值，即破壁助剂用量、提取温度、提取时删是显著性影响因素，置信 度为9 9 。破壁助剂用量是叶绿素提取率的影响主要因素，对浚结果进行分析：破壁助 剂对柞蚕沙润湿后，进入了细胞内。当微波辐射时，乙醇汽化，冲破细胞壁，对后期的 提取起到决定性作用，说明微波预处理过程是把细胞破碎的过程，能够提高叶绿素提取 微波辅助萃取蚕沙中1 1 i 绿素及叶绿酸铜钠的研究 的速度与效率。微波预处理技术不仅可以用来提取叶绿素，也同样会适用于其它天然有 效成分的提取。 3 。4 微波萃取法和传统索氏法对比试验 前面试验初步确定了微波预处理工艺中的各个影响因素之间的参数值，利用这些参 数作与传统索氏萃取法的对比。准确称量粉碎后的柞蚕沙5 呛1 2 份，然后分成2 组进行 标号。第l 组利用微波萃取法提取，样品中加入乙醇含量6 0 的破壁助荆5 o m ! ，在微波 炉中辐射处理7 0 s ，然后用9 5 乙醇4 0 m l 在6 0 下提取3 0 m i n 第2 组索氏法萃取，样 品中加入9 5 乙醇4 0 r a l 在5 0 的恒温槽水浴中回流提取1 2 小时；试验结果见图3 1 1 。 试骑编号 幽3 儿微波法和传统法对比结果 f i g 3 】it h e c o m p a r i s o no f m i c r o w a v e a s s i s t a n t e x t r a c t i o n a n dc o n v e n t i o n a lm e t h o d s # 7 ：平均值 从试验结果图3 1 l 中，可以明显看出，微波预处理法要好于传统方法，叶绿素的提 取率平均要比传统提取法高出1 6 7 2 ，叶绿素提取率增长2 3 4 5 。出现这种结果分析 有两个原因：( 1 ) 细胞经微波预处理过程被均匀的破坏，细胞壁上形成微小裂洞，使得叶 绿素能够自由溢出细胞，进入溶剂当中；而传统提取法尽管提取1 2 h ，但细胞结构没有 大连理i ：火学硕十学位论文 遭到破坏，叶绿素传质阻力大于经过微波处理的细胞。叶绿素提耿过程达到传质平衡时， 细胞内剩余的时绿素多于被微波辐刺过的细胞，传统法提取液当中的叶绿素浓度就低于 微波预处理法提取液中的时绿素浓度，时绿素的提驳量就少。( 2 ) 由于时绿素在细胞内是 和叶蛋白结合在一起的，微波辐射处理物料时，不仅仅是发生了热效应，同时由于微波 磁场的磁场力作用，导致叶绿素和叶蛋白迅速分离。这样在后期提取过程中，叶绿素溶 解在溶剂中变得更加容易：而传统提取法没有微波的辐射作用，提取过程中，部分叶绿 素仍然和叶蛋白结合，即使经过长时问的提取，叶绿素提取量也要低一些。 3 5 桑蚕沙提取工艺的试验 3 5 1 单因素试验结果 以柞蚕沙的单因素试验为基础，根据柞蚕沙的正交试验结果分别考察桑蚕沙在微波 预处理工艺中各个因素的影响。下面图3 1 2 图3 1 6 是桑蚕沙在微波预处理过程中的主 要影响因素的实验结果。桑蚕沙和柞蚕沙的实验结果会在下一节集中进行对比讨论。 o 7 曲o 6 姜 越 誊o s 艇 蹬 古 o 4 0 3 提取州问：4 0 m i n 提取温度：6 0 溶剂量4 0 m l 0 2 04 0 6 08 01 0 01 2 0 辐射时l b j s 幽3 1 2 微波辐射时问对叶绿素提取的影响 f i g 3 i2e f f e c t i o no fi r r a d i a t e dt i m eo ne x t r a c t i o ny i e l d 微波辅助萃取蚕沙中叶绿索及州绿酸铜钠的研究 划 紫 辞 垛 醛 0 7 0 6 5 o 4 0 3 0 2l 一 o o 8 o 7 皇0 6 创 美0 5 槌 嬖叭 助剂用量：4 m l 提取时间：4 0 m i n 提取温度：6 0 溶剂量4 0 m l 0 20 4o 60 811 2 乙醇的浓度“v ) 图3 1 3 破壁助剂比例对叶绿素提取的影响 f i g 3 1 3r e l e a t i o nb e t w e e ns o v l e n tc o n c e n t r a t i o na n d e x t r a c t i o ny i e l d 0 3 0 2 0 蚕沙：5 0 9 4681 01 2 破壁助剂的最m l 图3 1 4 破擘助剂的晕对叶绿素提取的影响 f i g 3 1 4e f f e c t i o no f c o a g e n tq u a n l i t yo ne x t r a c t i o ny i e l d 4 6 嶝 人连理下人学硕十学位论文 0 7 0 6 兰 型 交0 5 懈 骤 吉 0 4 0 3 羔 c 越 采 鼙 懈 骤 01 02 03 04 05 06 07 0 提取时间m i n 图3 1 5 提取时间对叶绿素提取角的影响 f i 磬3 1 5e f f e c t i o no f e x t r a c t i o n t i m e o ne x t r a c t i o n y i e l d o 7 o6 o 5 0 4 g 溶剂量4 0 m l 9 0 s 4 ：l 2 m l 4 0 m i i q ，_ 03 。 1 。 3 04 05 06 07 08 0 提取温度 c 图3 1 6 提取温度对提取率的影响 f i g 3 1 6e f f e c t i o no f t e m p e r a t u r eo n e x t r a c t i o ny i e l d ，4 7 微波辅助蒂取蚕沙中叶绿素及叶绿酸铜钠的研究 3 5 2 桑蚕沙和柞蚕沙的微波预处理操作条件的对比 表3 7 试验操作参数对比表 t a b l e3 7t a b l eo f c o m p a r e d e x p e r i m e n tp a r a m e t e r 从上面几个试验结果中可以看出，桑蚕沙和柞蚕沙的性质不完全相同是导致试验结 果差异的主要原因。从外观上看，桑蚕沙颗粒较小，但质地峰硬紧密；而柞蚕沙却是大 颗粒状，质地松散懈怠。在微波辐射预处理过程中要使桑蚕沙中的细胞充分的被破碎， 微波穿透细胞相应的时i t 白j 就要长一些，同样的微波的能耗也要高一些。桑蚕沙是室内桑 蚕所产生的，自然阴干；而柞蚕沙是在野外排放出来的，被风吹日晒，柞蚕沙内的水分 含量比桑蚕沙要低一倍以上，这样在预处理破壁的过程中柞蚕沙的破壁助剂量就要大一 些：桑蚕沙的破壁助剂需要量要少些，由于其水分含量高，在预处理过程