（制糖工程专业论文）甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化.pdf

甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 摘要 甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣( 简称混合汁浮渣) 是混合汁经上浮 澄清法处理后所得的残渣，约占甘蔗榨量的1 2 ，富含蛋白质、脂类和 多糖等有机非糖分。浮渣的处理是上浮法在糖业界产业化应用必须解决的 问题，为更好地制定和选择混合汁浮渣综合利用的技术路线，本文根据国 标方法分析测定了甘蔗糖厂混合汁浮渣基本成分，结果表明，干浮渣含灰 分7 3 0 、蛋白质1 7 0 2 、粗脂肪7 0 0 、粗纤维1 1 2 3 j g 碳水化合物 6 8 6 7 。分析检测结果表明，混合汁浮渣是一种很有营养价值的糖厂副产 物，循环利用潜力巨大。对浮渣的综合利用既可使糖厂获得可观的经济效 益，又能减轻有机非糖分对制糖过程的负面影响，有效控制糖厂滤泥的排 放量及其对环境的影响。 目前我国甘蔗糖厂副产品的综合利用水平还处于较低的水平。本课题 通过研究甘蔗糖厂混合汁浮渣中黄酮类物质分离纯化的有效途径及其抗氧 化性能，基于目标产物快速检测及分析评价方法的建立，用高效逆流色谱 制备出高纯度的黄酮类制剂，为糖厂副产品的综合利用开辟了新的途径， 同时为保健食品和医药等行业提供了添加剂原料。本课题的研究内容与相 关结论主要有： 1 混合汁浮渣醇溶性组分的分离及其对d p p h 自由基清除能力的研究。 通过索氏提取对甘蔗糖厂混合汁浮渣的醇溶组分进行分离，利用二苯代苦 昧肼基自由基( d p p h ) 分光光度法快速评价浮渣醇溶物抗氧化能力。基 t 于二次回归正交实验设计，获得了浮渣索氏提取时间、液固比与提取物抗 氧化值的关系表达式，并对提取参数及产物抗氧化值进行了响应曲面分析。 2 混合汁浮渣总黄酮提取工艺的强化及优化。以不同浓度的乙醇、料 液比、超声波提取温度及提取时间等条件对甘蔗糖厂混合汁浮渣总黄酮的 提取进行正交设计试验，并以芦丁为标准品，用分光光度法在5 1 0 n m 处测定 各提取液的总黄酮含量。结果显示：超声波乙醇提取法最佳工艺组合为 a 2 b ：c 。d ：，即乙醇浓度6 0 ，料液1 ：1 ：1 ：5 0 ，超声波提取温度8 0 。c ，时间6 0 min 。 3 采用高速逆流色谱法纯化混合汁浮渣中黄酮类物质。溶剂系统为正 己烷乙酸乙酯甲醇水( 1 ：0 6 ：0 6 ：1 ) ，上相为固定相，下相为流动相， 逆流色谱仪转速为8 0 0 r m i n 。流速为2 o m l a i n 。所得黄酮类物质经高效 液相色谱分析测定，纯度达9 0 6 ( 面积归一法) 。 关键词：混合汁浮渣黄酮分离纯化响应曲面分析高速逆流色谱 s e p a ra o na n d 兀瓜环i c a t i o n o ff l a v o n o i d sf r o mt h e = ，汪 】d 儿j i c es c u m f r o ms u g a r c a n e l l a b s t r a c t t h em i x e dj u i c es c 啪i sap r o d u c to ft h ef l o a t a t i o no fm i x e dj u i c ei n s u g a r c a n em i l l 。w h i c ha c c o u n t sf o r1 2 o f t h ep r o d u c t i o nq u a n t i t i e sa n d c o n t a i n sr i c ho r g a n i cn o n s u g a rs u c ha sp r o t e i n ，l i p i d ，p o l y s a c c h a r i d e sa n ds oo n a n di t st r e a t m e n ti sap r o b l e mt h a tm u s tb es o l v e di nt h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n o fs u g a ri n d u s t r y i no r d e rt om a k ea n dc h o o s eab e t t e rt e c h n i q u er o u t eo ft h e m u l t i - p u r p o s e u t i l i z a t i o no f t h em i x e d j u i c es c u m ，t h ee l e m e n t a r yc o m p o n e n t so f t h em i x e dj u i c es c u ma r ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h en a t i o n a ls t a n d a r d si nt h i s p a p e r i tc o n t a i n sa s h7 3 0 ，p r o t e i n1 7 0 2 ，c r u d ef a t7 0 0 ，c r u d ef i b e r 11 2 3 a n dc a r b o h y d r a t e6 8 6 7 a st h er e s u l t ss h o w e d ，t h em i x e dj u i c es c u n l h a sh i g hn u t r i t i v ev a l u ea n di ss u i t a b l ef o ru t i l i z a t i o n ，w h i c hc a l la l l e v i a t et h e n e g a t i v ee f f e c to fo r g a n i cn o n - s u g a ri ns u g a ri n d u s t r i a lp r o c e s sa n dr e d u c et h e e x c r e t i o no ff i l t r a t e dm u dc o m i n gf r o ms u g a ri n d u s t r i a l p r o c e s s a n dt h e 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 f b y - p r o d u c t sf r o ms u g a r c a n em i l li n i i i c h i n ai sl o w e rt h a ni no t h e rc o u n t r i e s e x t r a c t i o na n ds e p a r a t i o no ff l a v o n i d si n t h em i x e d j u i c es c u ma n di t sa n t i o x i d a t i v ec a p a b i l i t yw e r ed i s c u s s e di nt h i s t h e s i s ，w h i c ht od e v e l o pan e ww a yf o rt h eu t i l i z a t i o no f c a n e s u g a rb y - p r o d u a a n dt op r o v i d er a wm a t e r i a l so f a d d i t i v e sf o rf u n c t i o n a lf o o da n dm e d i c a l & p h a r m a c e u t i c a li n d u s t r i e s t h e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t so f t h i st h e s i s a r ea sf o l l o w s ： 1 t h es e p a r a t i o no f t h ea l c o h o ls o l u b l es u b s t a n c ei nt h em i x e dj u i c es c u l n a n di t ss c a v e n g i n ga b i l i t yt od p p h w e r ed i s c u s s e d t h ea l c o h o ls o l u b l e s u b s t a n c ew a ss e p a r a t e db ys o x h l e te x t r a c t i o na n di t sa n t i o x i d a t i v ec a p a b i l i t y w a sd e t e r m i n e dr a p i d l yb yd p p h m e t h o di nt h i sp a p e r b a s e do nq u a d r a t i c r e g r e s s i o no r t h o g o n a ld e s i g n ，t h er e l a t i o n a le x p r e s s i o nb e t w e e ne x t r a c t i o n t i m e ，l i q u i d s o l i d r a t i oa n dt h ea n t i o x i d a n tv a l u eo f e x t r a c tw a so b t a i n e d i n f l u e n c i n gf a c t o r so f e x t r a c t i o nw e r eo p t i m i z e db yr e s p o n s es u r f a c ea n a l y s i s 2 t h ee x t r a c t i o nc o n d i t i o n so f t o t a lf l a v o n o i d sf r o mt h em i x e d j u i c es c u m w e r es t u d i e d t h ef l a v o n i d si nt h em i x e dj u i c es c u mw e r ee x t r a c t e db yd i f f e r e n t e x t r a c t i o nc o n d i t i o n sb a s e do nt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t sd e s i g n r u t i nw a s u s e da sas t a n d a r dc o m p o u n da n df l a v o n o i d ac o n t e n to f t h em i x e d j u i c es c u m w a sq u a n t i f i e db ym e a s u r i n gt h ea b s o r b a n c ea t5 1 0n n lb ys p e c t r o m e t r i cm e t h o d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h eo p t i m u me x t r a c t i n gc o n d i t i o no f u l t r a s o n i ci n t e n s i f i e d e t h a n o le x t r a c t i o nm e t h o db e i n ga 2 8 2 c 3 d 2 ，i e ，6 0 e t h a n o la ss o l v e n t ，r a t i o o f l i q u i d s o l i da s1 ：5 0 ，t e m p e r a t u r eo f e x t r a c t i o na t8 0 c a n de x t r a c t i n gt i m eo f 6 0 m i n 3 s e m l p r e p a r a t i o nh i 曲一s p e e dc o u n t e r c u r r e tc h r o m a t o g r a p h y ( h s c c c ) w a s i v u s e df o rt h es y s t e m a t i co p t i m i z a t i o na n dp r e p a r a t i o no ft h et w o p h a s es o l v e n t s y s t e mt os e p a r a t ef l a v o n o i d si nt h em i x e dj t r i c es c u m t h et w o - p h a s es o l v e n t s y s t e mc o m p o s e do fn - h e x a n e e t h y la c e t a t e m e t h a n o l w a t e r ( 1 ：0 6 ：0 6 ：1i n v o l u m er a t i o ) t h em o b i l ep h a s ei st h el o w e rp h a s ea n do p e r a t e da tf l o w - r a t eo f 2 0m l m i n 。w h i l et h ea p p a r a t u sr o t a t e da t8 0 0 f r a i n h i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o 孕| a p l l i ca n a l y s i so ff l a v o n o i d sr e v e a l e dt h a ti t sp u r i t yw a s 9 0 6 k e yw o r d s ： m i x e d j u i c es c u m ；f l a v o n o i d s ；s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o n ； r e s p o n s es u r f a c ea n a l y s i s ；h s c c c 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： 铀一) 年6 月f ，日 学位论文使用授权说明 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： 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) 论文作者签名：辜蠢娆导师签名：癣。0 7 年占月矿日 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 第一章绪论 1 1甘蔗糖厂副产物研究概况 广西作为我国蔗糖原产地之一，种蔗制糖的历史悠久，素有“蔗糖之乡”的称谓， 已成为全国最大的糖业生产基地。糖业已成为广西的支柱产业和地方财政的主要财源。 甘蔗是一种重要的可再生性天然资源，除了含有可以提供热能和甜味的蔗糖分外， 还含有蛋白质、纤维素、淀粉、多酚类、高级烷醇、氨基酸和多糖等有机非糖分。从食 品营养角度来看，甘蔗中所含的有机酸、多糖等物质的营养价值远高于蔗糖。我国传统 中医书中早有甘蔗保健功能的记载，如东方朔的神异论和陶弘景的名医别录中 均认为蔗汁具有润肺气、助五脏、生津解酒解毒和健脾护肝等功能【1 】。近代研究表明， 甘蔗中含有的多酚类抗氧化物、高级烷醇均是天然保健营养成分 2 1 。 甘蔗除大部分蔗糖分被提取出来制备成品糖( 白砂糖和赤砂糖等) 外，有机非糖分大 都被转移到糖厂副产物中。如何有效地开发利用这些副产物一直是世界糖业界面临的难 题，然而，制糖企业目前仍是各产糖国传统的污染源。究其原因，主要是因为糖厂的副 产物或废弃物未能得到有效控制和综合利用。制糖工业生产过程中的副产物主要有蔗 渣、糖蜜和滤泥3 种，由于富含多种有机成分，且产量巨大，己引起食品、发酵和高分 子材料等相关学科和产业的重视，相关的应用研究和技术开发也己取得一定的成果，下 面就国内外甘蔗制糖副产物及浮渣的特点及其综合利用的最新研究进展作一综述【3 】。 1 1 1 蔗渣 蔗渣是甘蔗经机械压榨、浸提后所得部分，约占甘蔗榨量的2 4 2 7 ，主要含纤 维素、半纤维素和木质素等，作为一种纤维原料具有很大的优越性刚，其综合利用的研 究国内外都较为广泛和深入。 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 1 1 1 1 开发可再生燃料资源 蔗渣用作锅炉燃料是最简单、最古老的利用方法，尽管不是蔗渣最经济的利用途径， 但由于蔗渣燃料无s 0 2 排放，可以降低糖厂的排放费用，目前仍然普遍采用。若用蔗渣 与糖蜜乙醇废醪液的混合物作为锅炉的燃料，既可解决对废醪液的处理，也可减少蔗渣 的用量。 意大利热那亚大学在电化学反应器方面进行了多年的探索，开发了蔗渣燃气反应装 置，目前正进行更大规模的试验【5 ，6 1 。在这样的反应系统中，蔗渣等糖厂废弃物首先被 转化为富含h 2 、c o 和c i - h 的可燃气体，再通过净化处理，用于发电【刀。加拿大d y n a m o t i v e 技术公司2 0 0 0 年使用鼓泡流化床热解法在其b i o t h e r m 装置中用蔗渣生产出优质生物柴 油，放大装置每天可将1 0t 蔗渣或其他生物质加工成6 0 0 0 l 燃油 8 1 ，该公司还动工建造 一座工业规模( 2 5t t ) 的实证装置。 目前，世界各国尤其能源短缺的国家正加大以蔗渣等糖厂副产物作为能源的研究投 入，希望用廉价的再生资源取代石油、煤炭等难再生资源作为工业发展的基础，_ 古巴正 在寻找国外合作投资一个以蔗渣为主要原料的发电厂项目，秘鲁、津巴布韦等产糖国也 正在试图以传统的方式用蔗渣开发能源项目唧。巴西已将利用蔗渣作原料列为最可行的 能源发展方向，以应对潜在的能源危机，并开始用蔗渣生产大量工业用或民用炭【1 0 】；印 度拟用气化器通过反应从糖厂蔗渣废弃物中提取生物气用于工业加热环节【1 1 】。 1 1 1 2 制备木糖和木糖醇等 蔗渣中聚戊糖的含量达2 0 3 0 ，因此，木糖、木糖醇及低聚木糖等被认为是蔗 渣副产品中最有价值的产品。目前，木糖醇产品大部分是从硬木浆中回收生产的，小部 分则以富含半纤维素的玉米芯、棉子壳等作为原材料。通过硫酸溶液的水解作用，再用 螺旋压榨机进行压榨，蔗渣中约1 3 干固物作为木糖被提取出来，再经过氢化作用就可 以得到木糖醇【1 2 1 。由于上述研究在木糖的提纯与加氢过程中，要使用多种有机溶剂( 乙 醇、苯、丙酮、甲醇) 和其他化学物质( n a o 、n a 2 c 0 3 、k o h 、b a s 0 4 等) ，因此，这些 研究与工业相距甚远。为此，澳大利亚的a u d u b o n 蔗糖研究所进行了新工艺的中试实验 1 3 1 ，用离子排斥色谱、离子交换树脂和活性炭对木糖进行精制后再进行加氢处理，在减 少化学制剂耗用的前提下从蔗渣中生产出木糖醇，该流程有待完善的环节有：蔗渣酸解 液的纯化，氢化催化剂的回收，以及木糖醇的结晶。 利用蔗渣中的聚戊糖作为原料，通过水解方法也可制得低聚木糖、糠醛和糠氯酸等 产品，此外，在实验室规模用蔗渣制备羧甲基纤维素( c m c ) 和微晶纤维( m c c ) 的相关研 2 广西大学硕士学位论文 甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 究也有报道【。 1 1 1 3 生产纸张、板材和包装材料 蔗渣纤维长度1 0 2 5 m m ，与阔叶木纤维长度相当，用蔗渣造纸越来越得到重视。 蔗渣可用常规碱法或硫酸法制造化学浆，且化学品耗用比木材少，易煮易漂。蔗渣漂白 化学浆在掺配一定数量的长纤维浆后可制造各种高档文化与生活用纸。南非s t a n g e r 纸 厂用7 0 漂白蔗渣浆和3 0 漂白针叶木浆生产出高质量的铜版纸【1 5 】，体现了蔗渣浆具有 不亚于阔叶木浆的优良性能。 我国广东省番禺市的蔗渣中密度纤维板厂年产5 0 0 0 0 m 3 ，产品容重轻、强度高、握 钉力强，板面涂饰性能好，板边密实无需封边，还适合锯切、拉槽、雕刻等机械加工。 但是，由于蔗渣制造纤维板会产生大量的废水，技术要求较高，因此，我国的相关厂家 大多采用蔗渣生产碎粒板( 刨花板) 。 以蔗渣粉为主要材料的餐具及其包装材料，可以替代塑料快餐具，且使用后可生物 分解或风化降解，也可作为饲料和肥料，有效防止“白色污染”。研究表明，蔗渣中的 半纤维素经酯化反应可获得热塑性塑料【1 6 1 ，在半纤维素中嵌入长链酰基氯化物可使其具 有防水性能堋，而用琥珀酸酯改性则具有亲水性1 9 1 。用蔗渣生产的包装制品的各项 物理力学性能指标均可超过中国国家标准的特级品标准 2 0 l 。 1 1 1 4 制备颗粒活性炭、膳食纤维 蔗渣是一种富含碳源的材料，可用于制造颗粒活性炭，经过物理和化学修饰可提高 它对有机物质和金属离子的吸附能力埘。常用的方法就是要提高它的表面积和活性，即 在高温、无氧的条件下对蔗渣进行炭化，再通入c 0 2 或其他气体进行活化，最后进行表 面氧化以提高活性炭对金属离子的吸收能力。由蔗渣制得的颗粒活性炭不仅用于精炼糖 的脱色中，在对城市饮用水以及废水的有机物质、金属离子的排除也有很好的应用。 蔗渣制备膳食纤维的关键是除去蔗渣中的深褐色木质素( 即漂白处理) ，食用蔗渣纤 维粉的制备流程包括原料粗粉碎、浸泡漂洗、异味脱除、二次漂洗、脱色、干燥、粉碎 和过筛等步骤，在处理过程中引入白腐菌等微生物，辅以h 2 0 2 ，可更好除去木质素， 并改善产品的柔软度和色度【2 1 1 。食用蔗渣纤维粉是一种良好的食用天然膳食纤维添加 剂，泰国正在研究用蔗渣生产膳食纤维的新方法和新工艺，为食品行业提供优质价廉的 辅料。 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混台汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 1 1 2 糖蜜 糖蜜一般占榨量2 4 ，含有蔗糖( 约3 0 绚、转化糖( 约2 0 绚、胶体( 约l o 呦和灰 分( 约1 5 ) ，长期以来用作发酵工业中的碳源。 1 1 2 1 发酵生产乙醇和酵母 用糖蜜作为原料发酵乙醇，既可大幅度降低原料成本，又能够满足生产的要求嘲， 各产糖国的大多数糖厂以这种方式处理糖蜜，我国中型以上的糖厂有9 0 设有乙醇车 问。糖蜜生产乙醇一般采用间歇式流程，印度的p r a j 公司提出并应用的糖蜜连续发酵技 术是目前较为先进。在糖蜜连续发酵乙醇的流程中，糖蜜不断地被泵入发酵罐中，成熟 的醪液以同样体积连续流入蒸馏工段，以回收乙醇，由于采用了固定化技术，酵母只在 发酵周期开始时接种，可以长时间地循环使用，发酵液通过3 7 个发酵罐串联进行连 续发酵例。不论采用何种方式生产乙醇，废醪液的治理均是值得关注的问题。 糖蜜含有特别适合于酵母繁殖的成分，是生产酵母的优选原料，选用不同功能的菌 株可以生产药用酵母、食用酵母和饲料酵母等产品，英国、古巴瞄及中国均有企业建成 糖蜜酵母生产线，主要产品为活性干酵母，产量为5 0 0 5 0 0 0t d 。 1 1 2 2 制备柠檬酸、l - 赖氨酸和冰醋酸等 柠檬酸是一种市场价值颇高的微生物制品，主要来源是蔗糖或糖蜜经a s p e r g i l l u s n i g e t 菌的发酵，固定化发酵技术的应用提高了柠檬酸的产率【2 5 1 ，若添加一些金属离子 或矿物质到糖蜜中，可以将柠檬酸产率再提高1 4 1 9 【2 6 1 。此外，蔗渣同样也可以 用于固定化发酵以获得柠檬酸。 广西赖氨酸厂利用糖蜜生产l 赖氨酸系列产品，现已达到3 0 0 0t a 的规模，产品分 为饲料级、食品级和药用级3 类，发酵产酸率月平均达到8 o 9 4 。此外，国内已 相继开发成功由糖蜜制备天门冬氨酸、衣康酸、v d 和完全降解薄膜等产品的相关技术 和工艺。 1 1 2 3 乙醇废醪液的治理 乙醇废醪液是产糖区最主要的高浓度污染源，里酸性，其c o d 达1 1 1 0 m g l ， b o d 达9 1 0 4 m g l ，若直接排入江河将严重破坏生态平衡。废醪液可以通过厌氧生物 消化、需氧生物消化、蒸发浓缩后焚烧等方法处理圆。其中，厌氧生物消化是处理废醪 液较为有效的方法i 划：将废醪液在冷却到3 2 3 5 。c 后送入消化器中进行厌氧细菌混合 培养，消化时间根据进料时的b o d 值和c o d 值和细菌的生长情况而变化，一般为5 1 5 d ，约9 0 的b o d 值和大约6 5 的c o d 值可除掉。这种方法的好处是能产生生物气 4 广西大学硕士学位论文 甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 体( c h 4 和c 0 2 的混合气体) ，这种气体对于乙醇厂的锅炉作为燃料生产蒸汽是有价值的。 此外，废醪液循环使用也可有效控制糖厂乙醇车间对环境的污染1 2 9 1 ，通过对废醪液 的生物聚集处理，不仅可以减少4 6 的工业用水，而且可降低6 0 的废醪液排放。由于 废醪液含有粗蛋白和许多酵母残体以及c u 、z n 、f e 、m n 等，国内有学者研究用气浮法 处理，并使出水p h 值接近中性( 6 0 6 5 ) ，c o d 去除率达4 5 ，浮渣经脱水后蛋白质 的含量在3 0 以上，可用作饲料 3 0 l 。 1 1 3 滤泥 滤泥是蔗汁经澄清后，泥汁由压滤机或真空吸滤机过滤所排出的残渣。由于澄清工 艺的不同，又分为亚硫酸法滤泥和碳酸法滤泥，分别占榨量的0 7 1 4 和4 5 5 o 。 1 1 3 1 生产肥料和饲料 滤泥由于含钙高，而氮、磷、钾相对含量偏少，用磷酸处理滤泥可以降低其碱性， 反应的主要产物磷酸氢钙、磷酸二氢钙也是广谱肥料，处理后的滤泥中再加一定量的无 机钾肥就可以制成滤泥复合肥【3 1 1 。碳酸法滤泥由于含有过多的c a c 0 3 和c a ( o h ) 2 ，难以 用来生产肥料。此外，根据各种动物的生长需求，在亚硫酸法滤泥( 或滤泥与废醪液的 混合物) 中加入各种原料、元素、营养物，经适当干燥后可制成猪、牛、鸡、鸭、鱼等 动物饲料1 3 2 ，或者将滤泥施入池塘中培养藻类，再收集这些藻类用作饲料。 1 1 3 2 提取蔗蜡及植物固醇 蔗蜡是一种天然蜡，是酯、游离酸、醇和碳氢化合物的混合物，有多种生物功甜”j 。 蔗蜡以其在化妆品和制药行业的特殊用途备受关注刚。未经脱脂的粗蔗蜡一般呈褐色或 黑色，熔点6 5 7 5 c ，约含5 0 蔗蜡、2 0 树脂和3 0 脂肪。脱脂后的商品蔗蜡含烷基 酯7 8 8 2 ，游离酸约为1 4 ，游离醇约6 7 。提取剂可以选用乙醇、汽油和石 油醚等1 3 5 。从滤泥中提取蔗蜡的相关方法和工艺已在实验室或工业规模得到应用【3 6 一_ 7 】， 对于从蔗渣和乙醇废醪液中提取蔗蜡的技术工艺也有所研究【3 8 1 。南非、澳大利亚、古巴 和印尼等国都在滤泥中提取和生产蔗蜡，并以粗蔗蜡为原料生产烷醇和植物固醇等产 品。国内四川、广东也曾有几个糖厂附设车间生产过一段时间，但由于使用传统的溶剂 抽提法，流程和设备较复杂，溶剂消耗量大，且产品精制比较困难，因而难以形成规模。 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 1 1 3 3 制备活性炭和吸附剂 台湾开发的低温转化( l t c ) 技术可以用滤泥等副产物生产油、活性炭和不凝气。其 中活性炭的获得可以通过局部气化并在氮气中加热，升温速率为2 0 m i n ，然后在8 5 0 9 0 0 ( 2 的旋转反应炉中以氮气和蒸汽为介质进行处理，l t c 炭的表面积可达2 7 5 m 2 g ，可 用作多孔性吸附剂。经过工艺优化，可以用c 0 2 或水蒸气作为介质，旋转反应器的处理 温度可以降至6 0 0 8 0 0 c ，所得活性炭的质量并不降低1 3 9 。 碳酸法滤泥由于富含c a c 0 3 和c a ( o h ) 2 ，曾有碳酸法糖厂尝试将滤泥制成水泥，但 由于高温过程释放出恶臭气体，造成二次污染而无法进行工业化生产。据报道1 4 0 1 ，将碳 酸法滤泥在一定温度进行活化，以所得的活化泥与石灰乳混合作为亚硫酸法的澄清剂， 研究结果表明，碳酸法滤泥经活化后可以对亚硫酸法混合汁起澄清作用，且减少了石灰 的耗用量。 1 1 4 浮渣 上浮澄清技术在甘蔗糖厂的推广应用，使得有机非糖分的提前除去成为现实。上浮 澄清法是利用特定设备产生的微小气泡在絮凝剂的作用与蔗汁混合，将微小气泡引入富 含有机非糖分的絮体中或悬浮的固体颗粒周围，使它们的密度显著降低、浮力迅速增大， 快速浮升到液面成为浮渣而实现分离。因此，上浮澄清法处理粗蔗汁可以在较温和的条 件下更早地除去有机非糖分、获得浮渣，从而大幅度减少后序工段的化学试剂及辅料的 耗用，降低副产物尤其是滤泥的排污压力及治理难度。 浮渣是粗蔗汁经上浮澄清法处理后所得的残渣，富含蛋白质、多糖及脂溶性有机物， 占甘蔗榨量的1 2 。由于对浮渣综合利用的研究尚未起步，糖厂将浮渣并入滤泥。 然而，上浮澄清法浮渣避免了将蔗汁加热至1 0 0 左右以获得良好澄清效果的操作环节， 使得甘蔗所含的蛋白质、多糖及脂溶性有机物等“杂质”不至于变性和分解，从中提取 蛋白质、多糖及脂溶性有机物等生物活性物较从滤泥中提取更为经济、可行。 中国作为世界十大产糖国之一，2 0 0 5 2 0 0 6 年制糖期全国产蔗糖超过9 0 0 万吨，同 期产糖蜜约3 5 0 万吨，滤泥约2 2 0 万吨，蔗渣约2 5 0 0 万吨，糖厂副产物的综合利用极 具潜力，但同时也面临着巨大的挑战。除糖蜜发酵制备l 赖氨酸外，我国在副产物综合 利用方面与世界先进水平相比，差距仍然较大，主要体现在两方面：一是综合利用与控 制污染脱节，多以副产物的简单j j n - r 增值为目标，对于二次污染的控制和治理缺乏系统 研究，不少厂家尽管以发酵生产乙醇或制浆造纸等方式利用了糖蜜和蔗渣，但废醪液和 6 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化台物的分离与纯化 造纸废水的治理却得不到相应的技术支持；二是深加工产品附加值低，碳酸法滤泥的综 合利用仍是空自，亚硫酸法滤泥只限于生产肥料或小量饲料；绝大部分糖蜜只用于发酵 乙醇，而废醪液的治理仍是难点。 近年来世界各国都开始重视糖厂副产物的综合利用，并取得了较大的进展，但今后 仍需深入进行工业化应用以及清洁生产的相关技术研究。在广泛开展糖厂副产物或废弃 物综合利用和治理的同时，有必要关注对制糖生产工艺的升级换代，把现有生产技术路 线中的传统模式转变为生态经济新模式。 1 2 黄酮类化合物的研究概况 生物类黄酮c o i o f l a v o n o i d s ) 广泛存在于自然界中，因其种类的不同，生理作用是多种 多样的：扩张冠状血管，降低血压，抗菌消炎，抗毛细血管脆性和异常透过性，抑制肿 瘤细胞，清除自由基等。黄酮类化合物属于植物的次生代谢产物，几乎存在于植物的所 有部分：根、边材、心材、树皮、叶、果实和花，大多含有颜色。据估计，经光合作用 所固定的碳，约有2 转变为黄酮类化合物或与其密切相关的其它化合物。因此，黄酮 类化合物是自然界存在的酚化合物的最大类别之一。从植物系统学的角度，植物体产生 黄酮的能力与植物体木质化性质密切相关。因此黄酮类化合物主要分布在微管束植物 中，而在其它较低等的植物群中分布较少。而其中大多集中于被子植物中，如豆科、蔷 薇科等。在这些植物中此类化合物的类型最全，结构最复杂，含量也最高 4 2 4 3 1 。 1 2 1 黄酮类化合物的基本结构 黄酮类化合物以前是指以2 苯基色原酮为基本母核的化合物，现在是指两个具有酚 羟基的苯环( a ，b 环) 通过中央3 个碳原子连接而成的一系列化合物。 7 6 2 苯基色原酮 7 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 1 2 2 黄酮类化合物的理化性质 1 2 2 i 物理性质 1 2 2 1 1 性状 黄酮类化合物大多数为结晶性固体，具有一定的结晶形状，少数( 如黄酮苷类) 为无 定形粉末。黄酮类化合物多为黄色，其颜色深浅与其是否具有交叉共轭体系、助色团的 多少有关，一般具有交叉共轭体系的黄酮类化合物( 如黄酮、黄酮醇、查尔酮) 多呈黄色 或颜色较深，而不含有交叉共轭体系的黄酮类化合物( 如二氢黄酮、二氢查尔酮、异黄 酮) 多无色或颜色较浅。黄酮类化合物在紫外光下一般具有荧光，荧光颜色与分子结构 有关。如c 3 o h ( 黄酮醇) 显亮黄色或黄绿色荧光，但当其甲基化或糖苷化后，或无羟基 ( 黄酮类) 时，仅显暗淡的棕色 4 4 1 。 1 2 2 1 2 溶解性 黄酮类化合物的溶解度因结构及存在状态( 苷或苷元、单糖苷、双糖苷或三糖苷) 不 同而有很大差异。一般游离甙元难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚 等有机溶剂及稀碱中。其中黄酮、黄酮醇、查尔酮等平面型黄酮类化合物分子间引力较 大，各分子层层重叠，难溶于水；而二氢黄酮、二氢黄酮醇及异黄酮等非平面型黄酮类 化合物处于半椅子式结构，破坏了分子的平面性，分子间引力较小，水溶性大于上述平 面型黄酮类化合物。黄酮类化合物糖苷化后，水溶性增加，脂溶性降低，一般易溶于热 水、甲醇、乙醇、稀碱溶液，而难溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚等亲脂性有机溶剂。游 离黄酮及黄酮苷一般都含酚羟基，故都可溶于碱中，加酸后又沉淀出来，可利用此性质 提取、分离黄酮类化合物。 l2 2 1 3 酸碱性 黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基，故显酸性，可溶于碱性水溶液、吡啶中。由 于黄酮类分子中有未共用的孤对电子，故又表现有碱性，可以与无机酸如硫酸、盐酸等 生成盐，但生成的盐不稳定，遇水后即可分解。黄酮类化合物与硫酸反应生成的盐，常 表现出特殊的颜色，由此可以鉴别黄酮类化合物。 i 2 2 2 化学性质 1 2 2 2 1 还原反应 ( 1 ) 盐酸锌粉反应 这是检查是否有黄酮类化合物的最常用方法之一。将样品溶于甲醇或乙醇，加入少 许锌粉振摇，再滴加几滴浓盐酸，l 2 分钟内( 必要时微热) 即可出现颜色。多数黄酮、 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化台物的分离与纯化 黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类化合物显橙红、紫红色，少数显紫蓝色，且b 环上有 o 或o c h 3 取代时，颜色即随之加深。但查尔酮、橙酮、儿茶素类则不显反应。异黄酮 类除少数例外，均不显色。 ( 2 ) 四氢硼酸钠( 钾) 反应 该还原剂是对二氢黄酮类化合物专属性较高的一种还原剂。反应产物为红色或紫 色，其它黄酮类化合物均为无颜色反应。 1 2 2 2 2 络合反应 黄酮类化合物分子可以与铝盐、铅盐、镁盐生成黄色并具有荧光的络合物，可用于 黄酮的定性或定量分析。 1 。2 2 2 3 硼酸显色反应 取1 2m g 样品溶于去离子水中，加l m l 5 硼酸溶液，充分振荡后，若溶液颜色呈 现亮黄色，则示有5 羟基黄酮或2 羟基查尔酮，而其它黄酮类均为负反应。 1 2 3 黄酮类化合物的提取纯化 1 2 3 1 提取方法 1 2 3 1 1 溶剂萃取方法 利用黄酮类化合物与混入的杂质极性不同，选用不同溶剂进行萃取。一般游离苷元， 难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂及稀碱液中。黄酮类 化合物成苷后，随着引入羟基的增多，在水中的溶解度增加，在有机溶剂中溶解度相应 减小，黄酮苷类一般溶解于水、甲醇和乙醇等强极性的溶剂中f 4 习。 1 2 3 1 2 碱性水或碱性稀醇提取法 由于黄酮类化合物成分大多具有酚羟基，因此可用碱性水( 如碳酸钠、氢氧化钠、 氢氧化钙水溶液) 或碱性稀醇( 如5 0 的乙醇) 浸出，浸出液经酸化后析出黄酮类化合物。 稀氢氧化钠水溶液浸出能力较大，但浸出杂质较多。石灰水的优点是使含有多羟基的鞣 质，或含有羧基的果胶、粘液质等水溶性杂质生成钙盐沉淀，有利于浸出液的纯化。石 灰水的缺点是浸出效果不如稀氢氧化钠水溶液，有些黄酮类化合物能与钙结合成不溶性 物质。 1 2 3 1 3 超临界流体萃取法( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ，s f e ) 近1 0 年来，随着超临界流体提取( s f e ) 技术的迅速发展，在天然药用植物有效成分 提取中应用越来越广泛。它和上述提取工艺相比较，具有提取效率高、无溶剂残留、天 9 广西大学硕士学位论文 甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化台物的分离与纯化 然植物中活性成分和热不稳定成分不易被分解破坏等优点。同时还可以通过控制临界温 度和压力的变化，来达到选择性提取和分离纯化的目的。因此，用超临界二氧化碳提取 黄酮类化合物成分的方法，己受到人们的关注。 1 2 3 2 纯化方法 1 2 3 2 1 柱层析法 分离黄酮类化合物常用的吸附剂或载体有硅胶、聚酰胺、大孔吸附树脂及纤维素等。 此外，也有用氧化铝、氧化镁及硅藻土等。 ( 1 ) 聚酰胺柱色谱 聚酰胺对各种黄酮类化合物( 包括苷及苷元) 有较好的分离效果，且分离量比较大， 适合于制备性分离。聚酰胺柱层析在分离黄酮类化合物具有独到之处，但它的死吸附较 大，损失有时高达3 0 ，故当样品较少时应慎重使用。 ( 2 ) 硅胶柱色谱 硅胶柱色谱主要用于分离极性较低的黄酮类化合物如异黄酮、黄烷类、二氢黄酮( 醇) 和高度甲基化的( 乙酰化的) 黄酮和黄酮醇。在硅胶降活后也可用于极性较大的黄酮类化 合物，如苷类、多羟基黄酮类化合物。在硅胶上分离黄酮苷元时，可用氯仿甲醇混合液 做洗脱剂，可获得较好的分离效果。 ( 3 ) 葡聚糖凝胶柱层析法 对于分离黄酮类化合物，主要用两种型号的凝胶：s e p h a d e x - g 型及s e p h a d e x l h 2 0 型。其q 6 s e p h a d e x l h 2 0 的洗出液中不含有杂质，适用于纸色谱分析、硅胶及聚酰胺柱 色谱中分离出来的黄酮类化合物糖苷配基及糖苷的最终纯化。一般说来，黄酮苷元游离 酚羟基越多，越难洗脱；相对分子量越大，苷元上联的糖越多，越易洗脱。葡聚糖凝胶 柱层析中常用的溶剂系统有：醇溶液，如甲醇、乙醇及不同比例的含水醇；水溶液， 如水、碱性水溶液( o 1 l n o l l 的n a o h 溶液) 、盐溶液( o 5 m o l l 的n a c l 溶液) m 。 ( 4 ) 大孔吸附树脂法 大孔吸附树脂是2 0 世纪6 0 年代发展起来的，近年来逐渐被应用于中草药化学成分的 提取分离和中药新药的开发研制，具有吸附快、吸附容量大、洗脱率高和树脂再生简单 等优点。大孔吸附树脂为吸附和筛选原理相结合的分离材料，其吸附力与树脂的比表面 积、表面电性、能否与被吸附物形成氢键等有关，筛选原理是由于本身多孔性结构所决 定。在确定分离条件时，首先根据被分离化合物分子体积的大小选用适当的树脂孔径， 其次要根据分子中是否含有酚羟基、羧基或碱性氮原子来确定树脂的型号和分离条件。 1 0 广西大学硕士学位论文甘蔗糖厂混合汁上浮澄清法浮渣黄酮类化合物的分离与纯化 在洗脱剂的选择上，最常用的是水、甲醇、 附树脂，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强； 则用极性强的溶剂能更好的分离f 4 7 】。 1 2 3 2 2 梯度p h 萃取法 乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。对非极性大孔吸 对极性大孔吸附树脂和极性较大的化合物， p h 梯度萃取适合分离酸性强弱不同的游离黄酮类化合物的分离，根据黄酮类苷元酚 羟基数目及位置不同其酸性强弱也不同的性质，可以将混合物溶于有机溶剂( 如乙醚) 后， 依次用5 的碳酸氢钠溶液( 萃取出7 ，47 二羟基黄酮) 、5 的碳酸钠溶液( 萃取出7 羟基 黄酮或4 - 羟基黄酮) 、o 2 的氢氧化钠溶液( 萃取出一般酚羟基黄酮) 、4 的氢氧化钠溶 液( 萃取出5 羟基黄酮) 萃取而达到分离的目的。 1 2 3 2 ，3 铅盐沉淀法 粗提取液蒸干，残渣用水溶解，水溶液中加醋酸铅饱和水溶液以沉淀其中的杂质， 滤去沉淀，溶液通硫化氢脱铅，减压浓缩放置，有时能析出苷( 例如薛荔中的芦丁) ；否 则可浓缩至干，浓缩物选用适当的有机溶剂如甲醇、乙醇、乙酸乙酯提取，必要时加活 性炭处理，提取液浓缩后放置，有时也可得粗苷。 1 2 3 2 4 超滤法 控制超滤膜孔径大小能有效除去煎液中大分子物质，选用适宜孔径的超滤膜是提高 产品收率和质量的关键。8 0 年代后期，采用超滤技术提取黄芩苷，收到较好的效果。超 滤技术的主要特点是分离过程无相变化，耗能低，分离效率高。 1 2 4 黄酮类化台物的生理活性 1 2 4 1 在植物体内的生理作用 一般来说，黄酮类化合物的功能表现在两个方面：( 1 ) 具有重要的生态意义；( 2 ) 决 定着各类植物在其进化过程中的成败