壳聚糖 聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究毕业设计论文

1、壳聚糖 - 聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研福建师范大学福清分校海洋与生化工程学院 应用化学专业118652012008 刘飞翔 指导老师 薛丽群摘要本文研究了壳聚糖-聚丙烯对茶末中茶多酚吸附分离条件，并采用HPLC分析吸附分离效果。该实验结果表明对25.00mL茶汤（质量浓度为0.985mg/mL），较好的吸附条件为壳聚糖-聚丙烯酸微球加入量 0.3g、吸附时间为2h、茶汤pH为7.00、温度30C时，震荡速率110r/min，茶多酚的吸附率可达到 73.20 % 关键词 壳聚糖 -聚丙烯酸微球；吸附；绿茶；茶多酚丄 、厂.1 前言茶多酚（tea-Polyphenols,简称TP）作为

2、茶叶中一类主要成分具有独特的药理作用，具有抗氧化性、能预防癌变、肿瘤、心脑血管疾病等症状，在医学上有极好的前景。它在茶 叶中含量很高， 性质相当活泼， 能在酶的作用下， 发生酶促氧化， 也能在湿热的作用下发生 氧化作用，还能在常温常压下发生缓慢氧化 1 。茶多酚主要成分为儿茶素类化合物（黄烷 醇类）、黄酮及黄酮醇类、花色素类和酚酸及缩酚酸类多酚化合物的复合体，其中儿茶素类 属黄烷醇类，约占茶多酚总量的 80%，主要包括：表没食子儿茶素没食子酸酯 （ EGCG） 、表 没食子儿茶素（EGC、表儿茶素没食子酸酯（ECG、表儿茶素（EC、儿茶素（C）、没 食子酸（ GA）2 。食品、 化妆品、 药品

3、， 不仅为保障人民健 4O金属离子沉淀法、树脂吸附法、超临界流体萃自古以来中国是产茶大国 . 明朝李时珍在 本草纲目 中记载说 : “茶苦而寒 , 最能降 火, 火为百病之因 , 火降则百病清也” . 茶由古代的药到后来的饮料 , 现在又回归到药 , 是 现代生物技术和现代医学科技的成果 . 茶多酚是从绿茶中提取出来的最主要、 最精华、 对人 体最有益的成分 , 是由茶叶中的黄烷醇类、黄酮、 黄酮醇类、 花青素类、茶白素类和酚酸及 缩酚酸类组成的化合物 , 主要成分是黄烷 -3- 醇衍生物 , 俗称儿茶素 . 它们的结构除酚及缩 合酚类外，均具有a-苯基苯骈二氢吡喃（黄烷）为主体的C6-C3-

4、C6基本碳架.所以“其结 构决定了茶多酚的性质及其作用” 3 。茶叶资源非常丰富，主要加工产品为茶叶，但在茶叶 生产过程中产生的大量茶末和滞销的粗老茶， 目前在中国， 没有什么利用价值， 几乎是都当 作废料处理了。因此开展茶多酚提取和其生物学活性的研究，研发出能防治防癌变、肿瘤、 心脑血管疾病等一系列具有医疗保健效果的饮料、 康作出贡献，而且还可以创造出巨大的经济效益目前茶多酚的提取方法有：溶剂提取法、取法、超声波浸提法等方法 5 。但是由于茶多酚本身不稳定，容易被氧化等各种原因使溶剂 提取法过程中茶多酚损失较多。有研究表明 6-8 ，采用乙醇、氯仿等作为提取溶剂，可以延缓茶多酚 （尤其是儿茶

5、素 ）的氧化， 但溶剂提取法过程中茶多酚损失较多。 金属离子法常用的 金属离子有AI3+、Ca2+、Fe2+、Mc2+ Zn2，其中Zn2+、Al3+是较适宜的弱酸性沉淀剂。余兆祥 等9采用Zn2+和AI 3+的复合沉淀剂提取低档绿茶中的茶多酚，提取率为10.4%，较单一沉淀剂高约1%。金属离子沉淀法的选择性和产品纯度均较高, 但在稀酸转溶过程中茶多酚损失较大，且金属离子有一定的毒性。 CO2 是最常用的超临界流体，具有萃取温度低、选择性高、无毒 等优点，茶多酚在超临界萃取过程中不易氧化，产品纯度高。但由于茶多酚在超临界CO中的溶解度小， 加入极性改性剂后的一次提取率仍很低， 限制了方法的应用

6、。 目前超声提取方 法多限于单频超声， 而复频超声除基频外，还出现倍频波、和频波及差频波，使产生的声场 更加均匀。曹雁平等 10 用双频复合超声来提取绿茶中的茶多酚，在浓度、提取率和提取速 率方面都优于单频超声法。 用微球吸附法分离提取茶多酚， 能有效的解决以上的问题而且工艺简单、成本低、能耗较低，有助于实现大规模生产壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物，是一种可降解的天然高分子。由于具有良好的生物相 容性、无毒和粘性等优点，在医药、生物工程等领域展示出美好的应用前景11其含有游离氨基，能与稀酸 结合生成胺盐而溶于稀酸。由于分子中C2位上的 氨基反应活性大于-OH基，易发生化学反应，使壳聚糖可在较温和

7、的条件下进行多种化学修饰。壳聚糖与丙烯酸通过戊二醛进行接枝共聚制得表面具有两性基团（-COOH和-NH2）的壳聚糖-聚丙烯酸微球12。本文用壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附分离茶汤中茶多酚，讨论了壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的条件，并对其吸附动力学进行初步的探讨。2实验部分2.1实验仪器和药品2.1.1药品和试剂甲醇（色谱纯），国药集团化学试剂有限公司；壳聚糖，上海阿拉丁生化科技有限公司；乙腈：上海阿拉丁生化科技有限公司，色谱级，99.9%；三蒸水；蒸馏水；盐酸，乙酸，硫酸，乙二胺四乙酸，过硫酸铵，氢氧化钠，无水碳酸钠，戊二醛50%碱式乙酸铅，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）,抗坏血酸，福林酚，

8、咖啡因，丙烯酸，无水乙醇，等均为市 售分析纯。2.1.2仪器7200型分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；电磁力搅拌器；H.H.S型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；TH2-C台式恒温振荡器：太仓市华美生化仪光厂；HH-4型恒温水浴锅：上海君竺仪器制造有限公司；TG328A型电光分析天平：上海天平仪器厂；prostar-210 高效液相色谱仪：美国瓦里安；SHZ-D循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司，智能型傅立叶红外光谱仪，pHS-3C型精密酸度计：上海虹益仪器仪表有限公司；TG1850-W5型高速离心机：上海卢湘仪离心机仪器有限公司。2.2.1壳聚糖-聚丙烯酸微球的制

9、备称取0.1g壳聚糖至于100mL烧杯中去，取50mL1%L酸溶液，然后磁力搅拌 30min使其 完全溶解，加入于10mL20%f烯酸溶液，2mL1g/L的过硫酸铵在单颈烧瓶中混合均匀，在70 C条件下回流反应直至出现乳白色后再回流45min，之后倒入100mL烧杯中，冷却后加入4mL50%戊二醛在磁力搅拌器下搅拌20min，完成后放入抽滤机中抽滤用乙醇清洗，放入40摄氏度烘箱中烘干。得壳聚糖-聚丙烯酸微球。2.2.2茶多酚的定量检测方法按GB/T 8313-2008方法检测茶汤中茶多酚的含量。茶多酚含量（）式中：A 样品测试液吸光度；V样品提取液体积，10mL；d稀释因子（1mL稀释25mL

10、）；-没食子酸标准曲线的斜率； 样品干物质含量，% 样品质量，单位为克（g）a b茶多酚的吸附率（P %）= 00a式中:bda 吸附前的茶多酚吸光度；吸附后的茶多酚吸光度；稀释因子（1mL稀释25ml）；没食子酸标准曲线的斜率；样品干物质含量，%高效液相色谱GB/T 8313-20082.2.3按 色谱条件：色谱柱：08色谱柱（HPLC检测条件方法使用液相色谱仪检测。（粒径 5um 250mm 4.6mm）;样品质量，单位为克（g）流动相A:分别将90mL乙腈，2mLEDTA 20mL乙酸加入1000M1容量瓶中，用三蒸水定 容至刻度，充分摇匀。溶液需过0.45um膜；流动相B:分别将800

11、mL乙腈，2mLEDTA20mL乙酸加入1000MI容量瓶中，用三蒸水定容至刻度，充分摇匀。溶液需过0.45um膜；流动相总流速1mL/min;柱温：35摄氏度紫外检测器：入=278nm；梯度条件：100%流动相 A保持10min15min内由100%A相转为68%A相，32%B相68%A 相, 32%B相保持 10 分钟7 100% A 7；进样量：10卩L。原茶汤，吸附后茶汤，解析后茶汤，茶多酚标准液（用表没食子儿茶素没食子酸酯（简称EGCG）都在此色谱条件下检测。3.结果与讨论3.1恒温振荡器的震荡速率对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响恒温震汤器（30 C）中震汤2h后取出在 25m

12、L干燥烧杯中。测定壳聚糖-聚丙烯酸 -聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率随着 61.48%,考虑转速太快对机器负担较大，平行取三份0.30g壳聚糖-聚丙烯酸微球于100mL干燥锥形瓶中，加入 25.00mL相同浓度 的茶汤，分别置于 30r/min、110r/min、220r/min 经离心机（12000r/min ）离心10min后取上清液于 微球对茶多酚的吸附率。实验结果如图所示，壳聚糖 转速的提高而增大，在220 r/min时最大吸附率为50200所以实验采用的是 110 r/mi n 。210987654 32666555555 55率附吸100150震荡速率250图1震荡速率对吸附率的影响

13、3.2-聚丙烯酸微球用量对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响用移液管分别移取壳聚糖-聚丙烯酸微球0.10g、0.20g、0.30g、0.40 g、0.50 g、0.60 g、0.70 g、0.80 g于100mL干燥锥形瓶中，分别加入25.00mL相同浓度的茶汤。置于30C恒温振荡器(110r/min )中震荡2h后取出，在经离心机(12000r/min )离心10min后取上清 液于25mL干燥烧杯中。测定壳聚糖 -聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。实验结果如图所示， 壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率随壳聚糖-聚丙烯酸微球的增加先快速上升，后缓慢上升的趋势，当壳聚糖-聚丙烯酸微球的用量为0

14、.3g时，吸附率基本不再增加，壳聚糖 -聚丙烯酸微球用量为0.3g时对茶多酚的吸附率达为63.40%,因此对于25.00mL (吸光度为0.306，质量浓度为1.049mg/mL)的茶汤，所取壳聚糖-聚丙烯酸微球0.30g时吸附最佳。9OOOOOOOOO8765 4 3 2 1 率附吸图2壳聚糖-聚丙烯酸微球用量对吸附率的影响3.3温度-时间对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响平行取25.00m茶汤27份，分别加入0.30g壳聚糖-聚丙烯酸微球，分成三批置于20C、30C、 40C温振荡器(110r/min )中，吸附不同时间(0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、4h、5h、 6

15、h)后，在经离心机(12000r/min )离心10min后取上清液于25mL干燥烧杯中。分别测定 壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。结果如图所示。不同温度下的吸附率都随时间的 增长逐渐增大，但在吸附2h后吸附率的增加开始减缓，当吸附时间超过3h后，吸附基本达到平衡，吸附率都基本不再增加，最佳吸附率是40C下吸附6h为71.07%。随着温度的增加， 吸附率基本上也是随着增加的，但增加不是很显，表明在一般温度条件下，壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚受温度影响不大。因为茶多酚在空气中容易被氧化，所以在壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的过程中，温度为 30 C提取时间为2h较好。O O O O O

16、O O8 7 6 5 4 3 2 率附吸10%0%叩00.5图4 PH值对吸附率的影响11.522.533.544.555.56吸附时间/hT_2OCT 30C 40C图3附时间和吸附温度对吸附率的影响3.1.3 pH对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响将煮好的茶汤分 5份移取于100mL锥形瓶中用0.1(mol/mL)HCI和10(mol/mL) NaOH调 节pH分别为3、4、5、6、7、8、9，分别测得茶多酚的吸光度，再准确吸取25.00mL于上述锥形瓶中，在分别加入 0.3g壳聚糖-聚丙烯酸微球置于 30C, 110r/min的恒温水浴振荡 器中吸附2h后取出，在经离心机(12000

17、r/min )离心10min后取上清液于25mL干燥烧杯中。 测定壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。结果如图所示，在PH=3.00至7.00范围内，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率比较高，说明酸性条件下有利于壳聚糖 -聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附；但当pH7.00后，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚吸附率随着pH增大而逐渐减小，这是、由于茶多酚在碱性的条件下不稳定，容易发生氧化反应，当溶液碱性增强，茶多酚氧化越多。因此壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚，较佳的提取pH值为pH=7.00。3.1.4茶汤浓度对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响用4g茶末配置出茶汤，用蒸馏水稀释分别稀释成20% 4

18、0% 60% 80% 100%的茶汤,分别测得茶多酚含量，再准确吸取25.00mL于锥形瓶中，加入 0.3g壳聚糖-聚丙烯酸微球，置于20C, 30 C, 40C, 110r/min的恒温水浴振荡器中吸附2h。取出，测壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。如图所示，在不同的温度下随茶汤溶度的升高，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率逐渐降低，但从吸附的量来看还是100 %时吸附的最多。率附吸45% -40%0.20.40.60.81.2亠30C J汤浓度亠逆图5浓度和温度对吸附率的影响MinutesmAU 25020015010050111!-27To图7 CAF的色谱图41 766 4 31

19、52/ 2 2 2 145T 14.6422 Minutes 1Y: 84.1 mAU15*EoC5coITMinutesGA的色谱图mAU 15010050HIS 480 0 0)11 1148婁09!岫001111X: 10.0050 MinutesY: 0.549 mAUPeak Name:Result: 0.089Area: 11.4 mAU*secWidth: 14.5 secTcT5EQIsCD135Minutes-19图11吸附后+EGCG勺色谱图Minutes按照3.2，壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附前后的茶汤溶液进行HPL（分析，并进行谱图对比分析，结果见图8、图9、图10。由图8

20、和参考文献13可知，6种儿茶素类物质和2种生物碱（咖 啡因、可可碱THEO得到了一定的分离，但基线部分有重叠。8种化合物的保留时间分别为EGC峰吸附后比吸附前小很多， 说明CAF大部分残留在吸附后的溶液 -沸石膜对茶多酚和咖啡因具有选择性吸附特性，特别是GA3.501min、THEO3.903min、EGC4.529min、C5.883min、EGCG0.048min、CAF10.642min、 EC16.261min、ECG25.832min。由图8和图9对比分析可知， 说明EGC有效地被吸附，而CAF勺峰吸附前后变化不大， 中而被除去。所以可说明，壳聚糖 对EGC（有选择性吸附。-NH2、

21、-0H等功能基团，可通过氢键作用吸附茶多酚。本实 用其进行吸附分离茶多酚，实验结果表明，对25.00mL质量4结论壳聚糖由于表面含有丰富的验制备了壳聚糖-聚丙烯酸微球，浓度为1.049mg/mL的茶汤，较佳的吸附条件为 0.3g壳聚糖-聚丙烯酸微球、吸附时间 2h、茶汤pH7.00、温度30C，吸附率可达到76.36 %单位吸附量可达171.24mg/g ;壳聚糖-沸石膜 对茶多酚和咖啡因具有选择性吸附特性，特别是对EGC有选择性吸附。由于壳聚糖是自然界中来源仅次于纤维素的天然高分子，且具有无毒、良好的生物相容性、生物可降解性、易成形加工等优点，使壳聚糖膜在茶多酚的吸附分离中必将具有美好的应用

22、前景。5致谢非常感谢薛丽群老师、薛丽群老师在我大学的最后学习阶段一一毕业实验阶段给自己的 指导，从最初的定题，至U后面的实验的处理过程中，她们给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业实验，她们放弃了很多自己的休息时间，在此我向她们表示我诚挚的谢意。同时，也要感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助， 表示我由衷的感谢，并祝所有的老师能够培养出越来越多的优秀人才！参考文献：陈镱文.茶多酚粗品的精制及儿茶素单体分离的工艺研究D.西北大学.2005:6-7.盛 丽，任爱梅.天然抗氧剂茶多酚J.化学教育,2004,11:8.王栋，康健。茶多酚的功效，提取和应用前景D , 1000

23、-2839(2007)02-0217-05胥佰涛，徐平，沈生荣.茶多酚提取方法研究进展J.茶叶,2007(3):43-46.郭宇姝，张沂,朱新生.茶多酚的提取分离与含量测定方法进展J.解放军药学学报，2007, 23 (2):121-124.董文宾，胡英,周玲.有机溶剂法制备茶多酚的工艺研究J.食品工业科技,2002,23(9): 44.罗晓明，周春山，钟世安.茶多酚浸提工艺研究J.食品工业科技，2002,23(3):41.Kyung H R, Yin zhe J. Recovery of catechi n compounds from Kore an tea by solve nt ext

24、ractio nJ.B ioresource Tech no logy , 2006,97 :790.9 余兆祥，王筱平.复合型沉淀剂提取茶多酚的研究J.食品工业科技，2001,22(3) :32.10 曹雁平，李建宇，朱桂清，等.绿茶茶多酚的双频超声浸取研究J.食品科学,2004,25(10) : 139.11 代昭，孙多先，12 贺宝元，王学川。学，2012,11Chitosan - polyacrylic在此向他们123478郭瑶.现代化工，2002, 22( 10) : 22-25.壳聚糖-明胶微球对活性染料吸附净洗性能研究D。陕西科技大acid microspheres of tea polypheno