（制糖工程专业论文）从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究.pdf

从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究 摘要 目前，我国甘蔗糖厂副产品的综合利用还处在较低的水平，本课题研 究从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素以及叶绿素铜钠盐的制备，为糖厂副产品 的综合利用开发新的途径，为医疗和保健食品等行业提供原料。 本研究通过单因素及正交实验，确定用传统溶剂提取法和微波辅助提 取两种方法从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素的最佳工艺条件，并进一步探索 叶绿素的衍生物叶绿素铜钠盐的制备条件。 溶剂提取法的最佳工艺条件为：溶剂采用9 5 乙醇、提取温度4 5 、 提取时间4 h 、物料比1 ：8 。 微波辅助提取法的最佳工艺条件为：在微波功率6 0 0 w 、微波辐射时间 6 0 s 、润湿剂用量10 0 m l 、提取温度3 0 。c 、溶剂用量l ：7 、提取时间3 0 m i n 。 在上述工艺条件下，微波辅助提取叶绿素的提取量比传统工艺高出6 9 8 ， 并且提取时间仅仅需要o 5 h ，而与传统工艺时间4 h 相比较，大大节省时间。 探索叶绿素铜钠盐的制备工艺，皂化反应选择温度4 0 、时间6 0 m i n 效果比较好；铜代反应选择酸性p h 值为4 ，时间6 0 m i n 效果较好；根据 g b 3 2 6 2 8 2 ，对制得的叶绿素铜钠盐作了各项检测，结果表明，通过实验制 得的叶绿素铜钠盐符合国标要求。 对叶绿素以及叶绿素铜钠盐的稳定性进行了实验分析：以甘蔗糖厂滤 泥为原料提取的叶绿素耐热性和耐光性都比较差，在强酸和强碱溶液中易 被破坏，很不稳定，大部分金属离子和食品添加剂对叶绿素的稳定性的影 响不明显；叶绿素铜钠盐耐热性好于耐光性，常用食品添加剂糖、食盐、 柠檬酸对叶绿素铜钠盐的稳定性没有不良影响，金属离子c u 2 + 、z n 2 + 、m 9 2 + 对叶绿素铜钠盐溶液的影响不大，a 1 3 + 对色素溶液有一定的增色作用，而 f e 3 + 使叶绿素铜钠盐溶液产生沉淀。 最后，基于第三章的实验数据，对拟采用的微波辅助提取动力学方程 c = c 。一( c * 一c o ) e x p ( 一所) 进行求解和验证，并通过计算曲线与实验点的对比， 可知模型和实验有好的拟合程度。 关键词：甘蔗糖厂滤泥叶绿素叶绿素铜钠盐微波稳定性 s t u d e so ne x t r a c t i o no fc h l o r o p h y l la n d p r e p a ra t i o no fs o d i u mc o p p e rc h l o r o p h y l lf r o m f i l t e dm u di ns u g a r c a n e l l a bs t r a c t i nc h i n a ，t h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nl e v e lo fb y p r o d u c t si ns u g a r c a n e f a c t o r yi sl o w e x t r a c t i o no fc h l o r o p h y l lf r o mf i l t e rm u da n dt h eo p p e rs o d i u m c h l o r o p h y l l i ns u g a r c a n em i l lw e r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r , w h i c hi st od e v e l o pa n e ww a yf o rt h eu t i l i z a t i o no fc a n e s u g a rb y - p r o d u c t sa n dp r o v i d er a wm a t e r i a l s f o rm e d i c a l i n d u s t r i e sa n df u n c t i o n a lf o o d i nt h i se x p e r i m e n t ，t h ep a p e rg e tt h eo p t i m a lc o n d i t i o no ft h ee x t r a c t i o no f c h l o r o p h y l l f r o mt h ef i l t e rm u d b y b o t hc o n v e n t i o n a ls o l v e n ta n d m i c r o w a v e a s s is t e de x t r a c t i o na f t e rd o i n gm a n ye x p e r i m e n t sa b o u ts i n g l ea n d m u l t i p l ef a c t o r s ，a n dt h e nf i n dt h ep r e p a r a t i v ec o n d i t i o no fo p p e rs o d i u m c h l o r o p h y l l i n t h eo p t i m u mc o n d i t i o no fc o n v e n t i o n a le x t r a c t i o ni sa sf o l l o w s ：t h eb e s t s o l v e n ti se t h a n o l ，t h eo p t i m a lt e m p e r a t u r ei s4 5 c ，t h ee x t r a c t i o nt i m ei s4 h o u r s ，t h ed o s a g eo fs o l v e n ta n df i l t e rm u d i si np r o p o r t i o no f1 ：8 t h eo p t i m u mc o n d i t i o no fm i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i o ni sa sf o l l o w s ：t h e b e s t d i s s o l v e n ti se t h a n o l ，m i c r o w a v ep o w e r6 0 0 w , i 1 1 r a d i a t e dt i m e6 0 s ，t h e w e t t i n g o u ta g e n ti s 10 0m l ，t h ee x t r a c t e dt e m p e r a t u r e3 0 。c ，t h ed o s a g eo f l l i s o l v e n ta n df i l t e rm u di si nt h ep r o p o r t i o no f1 ：7 ，t h ee x t r a c t i o nt i m e3 0m i n o n t h ec o n d i t i o n ，t h e c h l o r o p h y l ly i e l d i s 6 9 8 h i g h e rt h a nt h e r e s u l to f c o n v e n t i o n a le x t r a c t i o n ，a n dt h ee x t r a c t e dt i m ei so 5 h ，w h i c hi sl e s st h a nt h e t i m eo fc o n v e n t i o n a lm e t h o d t h ep r e p a r a t i v ec o n d i t i o ni sd o n ef o ro p p e rs o d i u mc h l o r o p h y l li n t h e o p t i m u mc o n d i t i o na sf o l l o w s ：t e m p e r a t u r ei s4 0 。c ，s a p o n a t e dt i m e6 0m i n ，a n d t h e nu n d e rt h ea c i d i t yc o n d i t i o n ，c o p p e re x c h a n g e dr e a c t i o nl a s tf o r6 0m i n t h e r e s u l ts h o w s ：t h eo p p e rs o d i u mc h l o r o p h y l l i ni su pt on a t i o n a ls t a n d a r da f t e r i n s p e c t i n gi nt e r m so fg b3 2 6 2 - 8 2 t h es t a b i l i t yo fc h l o r o p h y l la n do p p e rs o d i u mc h l o r o p h y l l i na r ea n a l y s e db y e x p e r i m e n t t h ec o n c l u s i o n sw e r eg o t ：t h ec h l o r o p h y l lw h i c hi se x t r a c t e df r o m f i l t e rm u di ss e n s i t i v et ol i g h ta n dh e a t ，i nt h es t r o n ga l k a l i n es o l u t i o n ，t h e c h l o r o p h y l li sd e s t r o y e de a s y l y , t h ee f f e c to fm e t a l l i ci o na n df o o da d d i t i v eo n t h es t a b i l i t yo fc h l o r o p h y l li sn o to b v i o u s ；o p p e rs o d i u mc h l o r o p h y l l i ni sm o r e s e n s i t i v et ol i g h tt h a nh e a t ，t h ee f f e c to f f o o da d d i t i v e sw h i c hi n c l u d es u g a ra n d s a l ti sn o to b v i o u s ，m e t a li o n sc u 2 + 、 z n 2 + 、m 9 2 + a f f e c tt h ec h l o r o p h y l ls l i g h t l y , t h ee f f e c t i o no fa 1 3 + i st om a k et h el i q u o re v e nb r i g h t e r , b u tt h ef e 3 + m a k et h e c o l o rb r o w n e d a tl a s t ，b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ld a t ai nt h et h i r dc h a p t e r , t h ep r o p o s e d e q u a t i o n ( c - - g 一( q c o ) e x p ( - 所) ) i sp u tf o r w a r da n dv e r i f i e d c o m p a r e d p a r e n tc u r v et op o i n ts c a t t e r i n g ，t h ed e g r e eo ff i t t i n gb e t w e e nm a t h e m a t i c a l m o d e l i n ga n de x p e r i m e n ti sp r e f e r a b l e w k e y w o r d ：s u g a rm i l l ；f i l t e rm u d ；c h l o r o p h y l l ；o p p e rs o d i u mc h l o r o p h y l l i n ； m i c r o w a v e ；s t a b i l i t y v 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体， 均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：王舡 r 、 学位论文使用授权说明 2 0 0 9 年6 月x 1 日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 4 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者躲对峨翩繇秘2 啷年么月易日 广西大掌硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究 第一章绪论弟一早三百1 = 匕 1 1 研究的背景与意义 我国南方，尤其是广西作为我国最大的产糖地区，其糖业产量在2 0 0 5 2 0 0 6 榨季占 全国总产量的6 l 。甘蔗糖厂在制糖生产过程中，产生大量的副产物，如甘蔗叶、蔗 梢、滤泥、甘蔗渣、废糖蜜等。在甘蔗综合利用方面，以甘蔗渣和废糖蜜为原料已经生 产出多种多样的产品，而滤泥利用还不充分，其中，亚硫酸法糖厂的滤泥一般以很低的 价格卖给农民，碳酸法的滤泥则对环境产生严重污染。其实，在滤泥中含很多种经济价 值高的物质，如蛋白质、蔗蜡、植物固醇、2 8 烷醇、叶绿素等【l l ，他们都是具有良好生 物功能和医疗功能的宝贵物质。 叶绿素及其衍生物物质，按照用途划分，可分为水溶性、醇溶性及油状液3 种。在 医药上用途比较广泛，如有2 0 多种成药是应用叶绿素及其衍生物作为原料，如治疗肝 炎、心血管、胃溃疡的内科药物的原料；而在外科方面，主要是用于治疗灼伤、中耳炎、 水稻皮炎等。另外，叶绿素还有护齿除臭功效【2 l ，因此，可以把叶绿素加入牙膏中。 从植物中提取的天然色素并制各其衍生物，具有很大的开发应用价值。叶绿素铜钠 盐的卟啉环中心有配位结合的铜原子，此结构使其具有明亮的绿色，并具有较高的生物 活性【3 1 。它不仅没有毒性，而且在某些情况下还可以消除或减少毒素的作用，是理想而 符合卫生标准的天然色素，同时也是食品的着色剂。目前，广西的蔗糖生产量占全国的 6 0 - - - 7 0 ，以亚硫酸法糖厂居多，亚硫酸法糖厂的滤泥中叶绿蛋白含量在7 - - 1 0 ， 其中叶绿素含量约2 ( 对湿滤泥) ，广西在每个榨季中约榨4 5 0 0 万吨甘蔗，按每吨甘 蔗产生2 5 的湿滤泥量计，每年可产生约1 1 2 5 万吨湿滤泥，所含叶绿素的量大约为2 2 5 万吨，资源非常丰富。 叶绿素铜钠盐作为一种色素，也是我国食品添加剂标准委员会批准使用的一种食用 色素，用途广泛。在医药方面：叶绿素铜钠盐易被人体吸收，可促进机体新陈代谢，具 有治癌、防癌作用；化工方面：由于叶绿素铜钠盐有除臭作用，目前被广泛用于药物牙 膏；食品添加剂方面：由于叶绿素铜钠盐无毒、无副作用，可作为糕点、糖果、果酒、 饮料等产品的绿色添加刹 】。 近几年，世界上许多国家都在积极开发新的天然色素，以取代有害的合成色素【引。 在一些发达国家，食用天然色素的使用已占食用色素的主导地位。日本在天然色素的开 广西大掌硕士学位论文以甘蔗糖厂善峙i 琶中提取* 5 - 绿素及叶镯叼i 铜钠盐的制畚研究 发应用方面名列世界前茅。其次是美国，1 9 7 6 年食用天然色素的使用量是合成色素用 量的5 倍 9 1 。自改革开放以来，我国对天然色素的开发也相对比较快，我国食用天然色 素由科研、开发起步，并迅速产业化，成长起几家实力雄厚的企业【1 0 1 。2 0 0 3 年，我国 食用天然色素的产值已达到约为8 9 2 亿元【l l 】。国内外色素领域的发展方向是开发新品 种，寻找新资源，改进生产工艺，尤其是制取高纯度、高营养的天然色素。 从广西地区看，制糖工业副产品中就蕴藏着大量的叶绿素资源。从蔗叶或滤泥中提 取叶绿素并制备叶绿素铜钠盐产品，可充分开发利用甘蔗副产物资源，提高甘蔗的综合 利用价值。甘蔗副产物的开发利用，可变废为宝，为糖厂副产品的综合利用提供新的开 发途径，以增强企业活力，增加经济效益，提高广西甘蔗糖业的整体水平和市场竞争力， 促进我区经济建设的进一步发展。 1 2 甘蔗糖厂滤泥的主要成分 1 2 1 甘蔗蜡 甘蔗蜡主要是存在于甘蔗中的一种类脂物( l i p i d s ) ，约占甘蔗重量的0 2 6 ，它作 为一种高级植物蜡，可作卡拿巴蜡的代用品，其用途很广【抡】。 1 2 2 高级脂肪醇 高级脂肪醇又称高碳脂肪醇，一般存在于生物体的蜡状物质中，如蔗蜡、糠蜡等。 它具有重要的生理活性，可以用来治疗血胆固醇过多症和诸如血小板过度聚集和血栓形 成等动脉粥样硬化并发症，同时可以防止药物诱发的胃溃疡【n 1 。 1 2 3 植物甾醇 植物甾醇作为一类具有生理活性的物质，它是医药、食品、化妆品等行业的重要原 料【1 4 】，其用途广泛，可降低心脏病发病率，同时还有皮肤保健、美容以及促进动物生长、 增进健康的作用。 1 3 叶绿素 甘蔗叶绿素存在于蔗叶蔗茎绿色小原形质中，其中构成甘蔗绿色的有色蛋白质称叶 绿蛋白体，它的功能是使甘蔗进行光合作用，吸收二氧化碳转变成糖及纤维，并放出氧 气【2 1 。蔗叶一般含叶绿蛋白4 - - 6 ，蔗茎内的叶绿蛋白通过制糖工艺主要进入滤泥中。 据梅尔基奥研究结果：叶绿素是以悬浮状态存在于初榨蔗汁，加灰、加热就能除去，极 少存留于糖浆或糖蜜中。蔗汁在糖厂清净工段，经加灰、加热等处理，当达到蛋白质凝 2 广西大掌硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿着 铜钠盐的制- t r 研究 固等电点的酸值时，绝大部分的叶绿素与蛋白一起被凝固，而集中在滤泥中，石灰法滤 泥蛋白含量约1 5 ，亚硫酸法滤泥蛋白质含量7 1 0 ，叶绿素含量约2 。 滤泥作为甘蔗糖厂的副产物，含有少量的叶绿素。在当前天然色素中，绿色天然色 素较少【1 5 】，而人们越来越喜爱绿色食品，在食品行业中，以绿色素为着色剂的应用越来 越多【1 6 1 。叶绿素是具有生物活性的物质之一，是所有天然色素中最具独特的一种，有着 广泛的用途。 1 3 1 叶绿素种类 叶绿素是高等植物体内所含有的一类绿色色素，也是地球上分布最广的天然色素之 一。叶绿素主要有叶绿素a 、b 、c 、d 四种【1 7 1 。其中，植物中含有a 、b 两种，而藻类中 还含有c 、d i s l 。其中叶绿素a 和b 两种与食品密切相关。 1 3 2 叶绿素的理化性质 叶绿素不溶于水，溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。叶绿素a 是有金属色泽的 黑蓝色粉末，在乙醇溶液中呈蓝绿色，有深红色荧光；叶绿素b 为深绿色粉末，在乙醇 溶液中呈绿色或黄绿色，有红色荧光。叶绿素在活细胞中与蛋白质结合，其性质不稳定， 如脂酶、蛋白酶等可直接或间接破坏叶绿素一脂蛋白复合体，最终生成脱镁脱植醇叶绿 素，丧失原有的绿色1 9 】。当植物细胞死亡后，叶绿素失去了蛋白质的保护，形成游离叶 绿素更不稳定，对光、热敏感。由于天然叶绿素遇热、光、酸、碱等易分解，且不溶于 水，使其应用受到了限制【2 0 1 。 1 3 3 叶绿素的化学结构 以叶绿素a 、b 为例，其分子式可写为： 叶绿素a ：c 5 5 h 7 2 0 s n 4 m g 叶绿素b - c 5 5 h 7 0 0 s n i m g 叶绿素的基本结构如图1 1 广西大学硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿- - j i t - , z & 叶绿素铜钠盐的制各研究 i - i - 乏嚣：耐镰醇基 时绿囊-c 撕h _ ：耐镰醇基j 。 蒜 绿尊善 竹缘采bh 膏：口t 绿尊善i 一 ( - h 一一饿i a l m c 如+ 。啪广f 肾吼。_ ：鸭嘲一r c h 明r c h c i l ， 图1 1 叶绿素的化学结构图 f i g 1 。1t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo f c h l o r o p h y l l 叶绿素属于四吡咯衍生物类色素，这类色素的基本结构是由四个吡咯环上的a 一碳 原子通过甲烯基( = c h 一) 联结成一个复杂的共轭体系，该共轭体系一般与金属离子 ( f e 2 + 、c d + 、z n 2 + ) 结合。四吡咯环共轭结构比较稳定，这类色素的性能主要由共轭体系 结合的金属离子和衍生的外围结构决定【2 1 1 。 叶绿素的中心镁离子与吡咯环共轭体系结合不稳定，在酸性环境中，氢离子很容易 取代镁离子，生成脱镁叶绿素，绿色消失而变黄，加热和光照时会加速反应；在稀碱溶 液中，叶绿素分子可发生皂化反应，脱去植醇，生成鲜绿色的叶绿醇、叶绿酸盐及甲醇； 在适当条件下，铜、铁、锌等可取代叶绿素分子中的镁离子，形成与叶绿素光谱性质相 同、但性能更加稳定的叶绿素衍生物。 1 3 4 叶绿素的功能 ( 1 ) 造血功能：营养学家b e r n a r dj e n s e n 博士指出，健康的人会比病患者拥有较高的血 球计数，但通过吸收大量的叶绿素之后，病患者的血球计数就会增加，健康状况也会有 所改善。 ( 2 ) 维持酶的活性：酵素也称“酶 ，是人体内化学变化的催化剂，负责各种化学物质 的合成和分解工作。叶绿素可以维持酵素的活性，使其发挥出极强的抗氧化作用，抵抗 自由基，延缓衰老。 ( 3 ) 解毒作用：叶绿素是最好的天然解毒剂，可以中和各种垃圾食品中含有的防腐剂、 添加剂和香精等在体内积存的毒素，并将其排出体外起到净化血液的作用。 4 从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究 ( 4 ) 消炎作用：叶绿素能预防感染，防止炎症的扩散，具有杀菌消炎的作用。对于很多 炎症特别是皮肤发炎、外伤、久治不愈的胃溃疡、肠炎等都有意想不到的效果。 ( 5 ) 脱臭作用：它可以抑制代谢过程中产生的硫化物。只要每天适量的饮用青汁，就能 使口腔、身体散发出的口臭、汗味等异味消失。 ( 6 ) 抗病强身：叶绿素在改善体质，祛病强身方面也有很多作用，如能增强机体的耐受 力；还有抗衰老、抗癌、防止基因突变等功能，是人体健康的卫士【2 2 】。 1 3 5 叶绿素含量的测定 目前，叶绿素定量的测定方法主要有下面几种：分光光度法【2 3 1 、活体叶绿仪法、光 声光谱法【2 4 1 、高效液相色谱法【2 5 1 。其中，分光光度法是应用最为广泛的，叶绿素a 、b 分别于6 7 8 、6 6 0 n m 两处有吸收峰，不同的溶剂使其大概蓝移1 5 姗，本文中采用分光 光度测定其含量。 1 4 叶绿素的提取方法 常用的叶绿素提取法有：溶剂浸提法、超声波提取法、超临界流体萃取法、微波萃 取法等。 1 4 1 溶剂提取法 这是目前最常见的天然色素的提取方法。主要是基于色素在不同的溶剂中溶解度的 不同，根据色素的性质确定适当的溶剂，将植物体内的着色剂成分浸出，然后再经过滤、 减压浓缩、真空干燥、精制等工艺过程得到最终所要色素。总的说来，溶剂提取法操作 比较简便，无需特殊设备，但提取、过滤时间长，产率也不高，提取过程虽然能回收部 分溶剂，但溶剂消耗量仍很大。 1 4 2 超声波提取法 目前这种方法在中草药化学成分提取中应用较为广泛。该法是利用超声具有空化、 粉碎、搅拌等特殊作用，对植物细胞进行破坏，使溶媒渗透到植物细胞中，以便植物中 化学成分溶于溶媒中，再通过分离、提纯，以获得所需成分。此法具有设备简单、操作 方便、提取时间短、产率高、无需加热等优点1 2 6 1 。 1 4 3 超临界流体萃取法 超临界流体萃取技术鲫已经在食品、医药、化妆品、香料工业、生物工业和化学工 业上得到广泛应用。在食品工业的天然色素提取上，已用于植物色素的萃取。特别适合 于提取或精制热敏性和易氧化的物质。超临界流体萃取具有很多优点，但因昂贵的设备 从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制畚研究 投资和维修费在天然色素提取中还未得到广泛应用。 以上是常见的几种提取工艺，传统溶剂法技术成熟，但是能耗大、效率低，跟当前 的“绿色环保，可持续发展”理念相违背；超声波技术提取速度快，易于实现，但是声 音污染严重：超临界c 0 2 流体提取工艺提取纯度高，但是对设备要求苛刻。本研究将 微波技术和传统工艺相结合，作为一项尝试。 1 5 微波萃取技术 1 5 1 微波加热与微波辅助提取原理 微波热效应是微波加热的物理基础，一般情况下，介质在微波场的加热包括两种， 一种是离子传导机理，一种是偶极子转动机理，而在实际的物质微波加热过程中，两种 方式的微波同时存在，最常用的加热频率是2 4 5 0 m h z 。 当微波在传输过程中遇到不同介质时，会产生吸收、反射等一系列现象，这主要取 决于介质的介电损失因子、介电常数。不同种类的物质对微波吸收能力的是不一样的， 物质的这一特性可用以下公式表示： t a l lq = 介电损失因子介电常数 物质所含各种组分的微波吸收特性决定了物质的微波吸收，所以，要想达到提高提 取速率的目的，只需要通过改变t a i lq 即可。 而从微观方面讲，( 1 ) 在固液提取过程中，强极性分子溶剂通常组成固体表面的液 膜。强极性分子溶剂在微波辐射作用下产生瞬时极化做极性变换运动，对液膜层产生一 定的“扰动 影响，使得溶质与溶剂之间的结合力在一定程度上削弱，导致扩散过程所 受到的阻力减小，促进传质过程的进行。( 2 ) 极性分子如此频繁的摆动，液态物质汽化 产生的压力将固体冲破，形成较多微小的孔洞，使溶剂容易进入固体内，溶解并释放出 产物，从而加强固体内有效成分的传质，大大提高提取速率与提取效率。 1 5 2 微波辅助萃取技术在天然活性物质中的应用 近年来，微波作为- 1 7 新技术，不但萃取效率高、加热速度快、产品纯度高、节约 能量，而且符合环境保护要求，已经广泛用于天然物质的提取中，在中草药、食品等不 同的领域均有报道。 高祈等【2 8 】用乐声牌n n 5 2 5 0 型微波炉于中高档功率微波加热6 m i n ，可使植物样品 中的单宁基本提取完全。 t o m 撕o v a 【2 9 】等用微波从植物中浸取多环芳香烃。并与传统的索氏提取法和超声波 6 从甘蔗糖厂滤泥中提取 t - 绿素及叶绿素铜钠盐的制名井究 法进行比较。 b u d z i n s k ih 等1 3 0 1 人利用微波直提法从土壤和沉淀物中提取p a h s 。结果提取时间只 需1 0 m i n ，而且有8 5 以上的溶剂可以回收。 王平艳川等人用家用8 5 0 w 微波炉，以正己烷为溶剂，用微波萃取方法从西番莲中 提取了西番莲籽油。 郝金玉【3 2 1 等对黄花蒿中的青蒿素采用微波辅助回流法提取，结果提取时间只需4 6 m i n ，远远优于索氏提取。 陈猛【3 3 】等采用微波法萃取干辣椒中的辣椒素，结果发现：萃取过程中微波功率过高、 辐射时间过长等都可能导致萃取产率的降低，但是微波法缩短了提取时间，大大提高萃 取效率。 p a r e 等刚申请了微波辅助提取天然产物以及挥发油等的一系列专利。 戴永东【3 5 1 等人探讨了微波萃取法从米糠油皂脚中提取谷维素的工艺条件，结果表 明，在最佳工艺条件下，提取率从6 2 提高到了7 0 3 ，萃取时间也从1 8 h 以上缩短 到5 - 8m i n 。 李巧玲等【3 6 】人对柚皮采用微波水提法进行实验研究，结果表明，天然色素的提取效 率是传统方法的3 0 倍。 王海清【3 7 】等采用微波萃取技术提取苦荞麦中的生物类黄酮，使产品收率和产品纯度 均有所提高，而且萃取时间短、试剂用量少。 从以上文献可见，微波辅助提取法已经广泛应用于天然化合物提取方面，近几年来， 越来越受到人们的重视，微波辅助提取在生物分离中会有良好的应用前景。 1 6 叶绿素铜钠盐的性质、结构及用途 1 6 1 性质 叶绿素铜钠盐为墨绿色、有金属光泽的粉末，无臭味，易溶于水，微溶于醇和氯仿。 水溶液呈蓝绿色、透明，当和c a 2 + 共存时，会产生沉淀。与叶绿素相比较，叶绿素铜钠 盐更加稳定。 1 6 2 化学结构 叶绿素铜钠盐一般由叶绿素铜钠a 与叶绿素铜钠b 两种盐的组成。分子式分别为： a 盐：c 3 4 h 3 0 0 5 n 4 c u n a 2 ib 盐c 3 4 h 2 8 0 6 n 4 c u n a 2 。与叶绿素的生理功能有许多相似的地 方，但是比叶绿素稳定。 7 广西大掌硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶甥妇掬钠盐的制各研究 1 6 3 用途 叶绿素铜钠盐用途广泛，在医药上，可用来治疗肝炎、胃病及急性胰腺炎，还可作 为药物如“胃甘乐 、“升血宝”的重要组成原料【3 8 l ，也可以作为补充微量元素铜的铜 制剂，国外己将其作为保护胃壁药物销售3 9 1 ，外科上用于治疗灼伤、痔疮及子宫疾患 等，现代医学发现，叶绿素对治疗癌症也有一定的辅助作用【4 1 1 ，还能促进伤口愈合【4 2 】； 在食品行业中，广泛用于配制酒、汽水、糖果、罐头等行业。此外，由于叶绿素有脱臭 作用，可添加于牙膏、口香糖制作中【4 3 1 。 1 7 叶绿素的提取工艺研究现状 1 7 1 提取叶绿素所用原料 我国针对天然色素的开发应用方面，提出“天然、营养、多功能”的发展方针，尤 其是那些既可以着色，又有某些生理功能的天然色素是重点开发、研究的目标。而叶绿 素是从绿色植物中提取出来的天然色素，也是地球上分布最广的色素之一。 目前，国内外均有文献报道用竹叶、香蕉叶、苜蓿等【删植物叶为原料提取制备叶绿 素衍生物的，而我国对叶绿素及其衍生物的生产主要是以叶绿素含量较高的蚕沙为原 料，但是研究发现有些原料不仅要会受到季节的影响，而且有些原料中含有较难分离的 微量毒素，给叶绿素铜钠盐的制备带来很大困难。 鉴于此种情况，我国的徐美弈、陈晓山等人首次尝试从甘蔗叶中提取叶绿素并进一 步制成叶绿素铜钠盐，取得一定效果。甘蔗糖厂滤泥中不但是提取叶绿素的重要资源， 而且还含有丰富的营养成分。因此，本课题选用甘蔗糖厂滤泥为原料提取叶绿素。 1 7 2 制备叶绿素衍生物的工艺 目前，制备叶绿素其衍生物的工艺仍为先经过传统的溶剂提取，然后经过先用铜取 代、后皂化或先皂化、后铜取代的方法来制备叶绿素铜钠盐【4 5 1 。据有关报道，全国范围 内，只有山东、杭州两家叶绿素生产厂的产品质量较高。因此，改进生产工艺，制备高 纯度的绿色素也是叶绿素重要的研究领域。 1 7 3 叶绿素铜钠盐粗品的精制 色素在提取过程中，除叶绿素外，还有叶黄素等其它杂质也溶解在有机溶剂中。通 过往提取液中加入碱液可以使叶绿素分子发生皂化反应，使其变为水溶性的叶绿素酸 盐，此时，溶液中含有植物醇和不皂化物叶黄素等可用石油醚反复萃取将这些杂质除去。 另外，徐美奕等采用先加入c a c l 2 对叶绿素铜酸进行纯化，得到较纯净的叶绿素铜酸后 8 广西大掌硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取a t - 绿紊及叶绿素钼钠盐的制备研究 再进行成盐反应，也取得良好的效果【4 8 1 。 1 8 本课题研究内容及创新点 ( 1 ) 研究内容 针对以上叶绿素生产所用原料、生产工艺等现状以及存在的问题，拟在以下几方面 对叶绿素进行研究： 滤泥中含有色素成分，结合我国糖业发展及糖年产量己居世界前位的现状，选 用滤泥为原料提取叶绿素并进一步制取叶绿素铜钠盐。 测定了滤泥中叶绿素的含量，尝试了用微波辅助提取法提取叶绿素，通过大量 的单因素实验和正交实验确定了溶剂提取法和微波萃取法的最佳工艺条件，并进一步探 索叶绿素铜钠盐的制备条件。 对所制得的叶绿素及叶绿素铜钠盐进行了热稳定性、光稳定性以及p h 值、糖、 食盐和部分金属离子等对色素影响的实验研究。 ( 2 ) 本论文的创新点 选择年经济价值高、产量大的甘蔗糖厂滤泥为原料提取叶绿素并制备叶绿素铜 钠盐。除用传统的溶剂提提法外，还尝试了用微波辅助提取法提取叶绿素，与传统 法相比，大大缩短了提取时间，并且得率有所提高。 9 广西大掌硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取 i - 生蠹素及叶绿素铜钠盐的制备研究 第二章实验材料与工艺流程 2 1 实验原料与试剂 滤泥：取自金光糖厂( 亚硫酸法) ，经实验测定，湿滤泥含水量约为7 4 4 ，烘干 以后干滤泥含水量约为5 9 。 1 0 广西大掌硕士学位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿芬跨嗣钠盐的制畚研究 2 2 实验装置与仪器 仪器及型号生产厂家 h h $ 2 1 - 6 型电热恒温水浴锅北京长安科学仪器厂 d w f 9 0 电动植物粉碎机 三星微波炉 电子天平 7 8 h w - 1 型恒温磁力搅拌器 d h g 9 0 5 3 a 型电热恒温鼓风干燥箱 r e 5 2 9 8 旋转蒸发器 紫外分光光度计 上海微型电机厂 苏州三星电子有限公司 常熟市衡器厂 杭州仪器表电机厂 上海精密实验设备有限公司 上海亚荣生化仪器厂 日本岛津 另外，本实验还用到烧杯、锥形瓶、三口烧瓶、球型和蛇型冷凝管、布氏漏斗、收 集瓶等。 2 3 实验工艺流程 研究以甘蔗糖厂滤泥为原料，提取叶绿素混合物产品以及制备叶绿素铜钠盐，实验 工艺流程见图2 1 。 广西大掌硕士掌位论文 从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究 甲甲甲 图2 1 实验工艺流程图 f i g 2 - 1p r o c e s sd r a w i n go f e x p e r i m e n t 结合以上的工艺流程，研究的具体实验内容n - - i r a 概括为以下五个方面： ( 1 ) 以甘蔗糖厂滤泥为原料，采用溶剂( 乙醇9 5 ) 提取法提取叶绿素，并筛选出 经济合理的工艺条件； ( 2 ) 采用微波辅助提取法提取脂状叶绿素产品，以缩短叶绿素的提取时间和提高提 取率； ( 3 ) 采用皂化一络合的技术路线制备叶绿素铜钠盐产品： ( 4 ) 叶绿素和叶绿素铜钠盐的分析测定以及稳定性研究，主要采用u v ( 紫外分光光 度计) 进行分析测定； ( 5 ) 在提取叶绿素的过程中有蔗蜡和蔗脂等经济副产物产生，扩大对附加产物的研 究与利用。 1 2 广。西大掌硕士掌位论文从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿紊铜钠盐的制备研究 第三章叶绿素的提取 本文采用9 5 乙醇作溶剂直接从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素，通过多次单因素实验 和正交实验，对影响提取工艺的因素进行优化，确定甘蔗糖厂滤泥中叶绿素提取的最佳 工艺，为今后的工业化生产提供实验数据和理论基础。 3 1 实验设计 3 1 1 滤泥中叶绿素含量的测定 根据叶绿素a 和叶绿素b 分别于波长6 7 8 、6 6 0 n m 两处有吸收峰，以乙醇做溶剂大 概蓝移1 5 n m ，即在6 6 3 、6 4 5 n m 处有吸收波峰。本论文采用分光光度法测定叶绿素含 量，主要是以a r o n 计算法为基础。 叶绿素浓度的m l t l o n 法计算公式： c 口= 1 2 7 x a 6 6 3 - - 2 6 9 x a 6 4 5 ( m g l ) c b - - - - 2 2 9 x a 6 4 5 - - 4 6 8 x a 6 6 3 ( m g l ) c 崽= c 口+ c b( m g l ) 式中：g一叶绿素a 的浓度m g l c 6 一叶绿素b 的浓度 m g l c 意一叶绿素的浓度 m g l a 6 6 3 一叶绿素溶液在波长6 6 3 n m 处的吸光度 a 6 4 5 一叶绿素溶液在波长6 4 5 n m 处的吸光度 称取一定量( 5 0 9 ) 经烘干粉碎的滤泥，置于锥形瓶内，加入一定量的9 5 乙醇溶 剂，分别用溶剂提取法和微波辅助提取法进行多次提取滤泥中的叶绿素，直到提取液无 色为止。真空抽滤得到提取液，收集滤液，滤泥用一定体积的9 5 乙醇溶剂洗涤，滤 出洗液至提取液中，记录提取液的总体积，通过紫外分光光度计测出6 6 3 n m ，6 4 5 n m 处 的吸光度值，根据a r o n 公式即可计算出叶绿素的含量。 3 1 2 溶剂提取法提取叶绿素 由于叶绿素分子具有亲脂性，因此，在叶绿素提取工艺中时，经常选用乙醇、丙酮 等有机溶剂。 广西大掌硕士掌位论文从 d - 蔗稠 厂滤泥中提取 t - 绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究 ( 1 ) 原料预处理 采用电动植物粉碎机将干滤泥粉碎，装袋备用。 ( 2 ) 溶剂提取单因素实验 为了更加完全的将滤泥中的叶绿素提取出来，需通过进行实验选出最优提取工艺条 件。对与提取密切相关的几个因素如温度、时间以及料液比等进行单因素实验。 提取溶剂的确定 据陈福明、沈伟其、杨振德等人的实践经验，采用丙酮、丙酮和乙醇的混合液、乙 醇提取效果均不错，但是考虑丙酮有毒，对人体有害，故采用乙醇提取叶绿素。 提取时间的确定 称量5 0 克粉碎好的滤泥5 份于锥形瓶中，加入一定量的9 5 的酒精，在常温下加 盖萃取2 h 、4 h 、6 h 、8 h 、1 0 h ，过滤，再加2 0 0 m l 9 5 乙醇冲洗至无色，通过测定提取 液中叶绿素的吸光度，根据a r o n 公式，计算出叶绿素的含量进行比较，确定最佳的提 取时间。 提取温度的确定 称量5 0 克粉碎好的滤泥4 份于锥形瓶中，加入一定量的9 5 的酒精，加盖，分别 在1 5 、3 0 、4 5 、6 0 四个温度条件下提取4 h 。测定各提取液的吸光度值，确定 较好的提取温度。 料液比的确定 称量5 0 克粉碎好的滤泥6 份于锥形瓶中，分别按滤泥质量与溶剂体积比为1 ：5 、 1 ：6 、l ：7 、l ：8 、1 ：9 、1 ：1 0 的比例加入9 5 酒精溶剂，在室温下加盖浸取4 h ，测 定提取液各自的吸光度值，确定最佳的料液比。 ( 吸光度与浓度成正比，因料液体积不同，浓度与体积的乘积等同于溶质的量，因 此，通过吸光度值和滤液体积，根据a r o n 公式计算叶绿素含量确定最佳条件) ( 3 ) 溶剂提取法的正交实验 固定条件为每个实验均称取5 0 9 滤泥( 均为一次粉碎的滤泥) ； 溶剂均采用9 5 酒精，物料比为滤泥质量和溶剂体积之比( m ：v ) ； 正交实验因子及水平见下表3 1 。 1 4 从甘蔗糖厂滤泥中提取叶j j l r - l g - 及叶绿着目嗣钠盐的制备研究 表3 - 1 正交实验因素和水平表 t a b l e3 - if a c t o r & l e v e lo f o r t h o g o n a le x p e r i m e n t 正交设计表的选择：选取l 9 ( 3 4 ) 正交实验表 通过实验结果计算，分析确定溶剂提取法的最佳提取条件。 3 1 3 微波辅助提取法提取叶绿紊 ( 1 ) 原料预处理 滤泥预处理方法同溶剂提取法。 ( 2 ) 微波萃取法单因素实验 微波辐射时间的确定 准确称量粉碎后的滤泥5 0 9 5 份，分别加入9 5 的乙醇5 0 m l ，然后在微波炉中依 次辐射处理0 、3 0 、5 0 、7 0 、9 0 s ，用9 5 乙醇在常温下提取l h 后过滤，再加2 0 0 m l 9 5 乙醇冲洗至无色，通过测定提取液中叶绿素的吸光度，根据a r o n 公式计算出叶绿素 的含量进行比较，确定较好的微波辐射时间。 微波功率的确定 按实验步骤考察微波功率因素的影响。将微波炉调至4 5 0 w 、6 0 0 w 、7 5 0 w ；对各 个样品的提取液中叶绿素的吸光度进行测定，计算叶绿素含量进行比较。 润湿剂用量的确定 按实验步骤考察润湿剂用量的影响，在微波辐射预处理之前样品中依次加入0 、 2 5 、5 0 、7 5 、1 0 0 m l 9 5 乙醇作为润湿剂，对各个样品的提取液中叶绿素的吸光度进行 测定，计算叶绿素含量进行比较。 提取溶剂用量的确定 称量5 0 克粉碎好的滤泥6 份于锥形瓶中，分别按滤泥质量与溶剂体积比为l ：5 、 1 ：6 、1 ：7 、1 ：8 、1 ：9 、1 ：1 0 的比例加入9 5 酒精溶剂，在室温下加盖浸取1 h ，测 定提取液各自的吸光度值，计算叶绿素含量，确定最佳的料液比。 1 5 广西大掌硕士掌位论文 从甘蔗糖厂滤泥中提取叶绿素及叶绿素铜钠盐的制备研究 提取温度的确定 将6 份5 0 9 滤泥进行7 0 s 的微波辐射处理之后，用9 5 的乙醇在i o c 、2 0 ( 2 、3 0 c 、 4 0 c 、5 0 。c 、6 0 c 下分别提取一个小时，测定提取液中叶绿素的吸光度，确定最佳的提 取温度。 提取时间的确定 将6 份5 0 9 滤泥进行7 0 s 的微波辐射处理之后，用9 5 乙醇在常温下提取0 、2 0 、 4 0 、6 0 、8 0 、l o o m i n ，测定提取液中叶绿素的吸光度，计算叶绿素含量进行比较。 ( 3 ) 微波辅助提取法的正交实验 根据单因子实验结果，选取l 1 6 ( 4 5 ) 正交实验表，以辐射时间、润湿剂量、提取 温度、提取时间、溶剂用量为因素，安排四水平做正交实验。 固定条件为： 每个实验所用滤泥均为一次粉碎的滤泥，均称取5 0 9 ； 溶剂均采用9 5 的酒精，物料比为滤泥质量和溶剂体积之比( m ：v ) ； 正交实验因