微波辅助提取石蒜生物碱的热力学机理研究

1、微波辅助提取石蒜生物碱的热力学机理研究 答辩人：林广欣指导老师：李攻科教授中山大学化学与化学工程学院二零零五年五月前言前言结果与讨论结果与讨论实验部分实验部分结论结论致谢致谢一、前言1. MAE的原理、特点及其应用的原理、特点及其应用离子传导机理和偶极子转动机理。离子传导机理和偶极子转动机理。具有加热均匀、快速、有选择性和生物具有加热均匀、快速、有选择性和生物效应等特点。效应等特点。在环境样品预处理和在环境样品预处理和植物有效成分提取植物有效成分提取方面应用较广。方面应用较广。2. MAE和溶剂回流提取（和溶剂回流提取（SRE)SRE)的比较的比较SRE: 费时，溶剂消耗量大，提取效率费时，溶

2、剂消耗量大，提取效率 低，易造成环境污染。低，易造成环境污染。MAE: 快速，溶剂用量小，提取效率高，快速，溶剂用量小，提取效率高， 节能，环境友好。节能，环境友好。3. MAE法法提取植物有效成分的提取植物有效成分的机理研究进展机理研究进展 Pare 等提出细胞破壁假设，郝金玉等持反对意见等提出细胞破壁假设，郝金玉等持反对意见 。李核、李攻科、张展霞等人提出李核、李攻科、张展霞等人提出MAE的动力学模型。的动力学模型。热力学机理尚没见文献报道。热力学机理尚没见文献报道。4. 石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的药理作用药理作用石蒜碱：有效抑制癌细胞；石蒜碱：有效抑制癌细胞

3、；力可拉敏：有效治疗小儿麻痹后遗症；力可拉敏：有效治疗小儿麻痹后遗症；加兰他敏：有效治疗早期老年痴呆症。加兰他敏：有效治疗早期老年痴呆症。主要研究内容主要研究内容1. MAE法提取石蒜生物碱过程的热法提取石蒜生物碱过程的热力学函数测定。力学函数测定。3. MAE法提取石蒜生物碱的机理。法提取石蒜生物碱的机理。2. MAE法提取石蒜生物碱过程的影响因素。法提取石蒜生物碱过程的影响因素。创新点率先系统地探讨率先系统地探讨MAE技术提取石技术提取石蒜生物碱过程的各种影响因素；蒜生物碱过程的各种影响因素；首次研究首次研究MAE提取植物有效成分提取植物有效成分的热力学机理，并且用电子显微的热力学机理，并

4、且用电子显微镜证明了其合理性。镜证明了其合理性。二、实验部分二、实验部分1. 仪器和试剂仪器和试剂Mars-型微波提取系统（型微波提取系统（CEM，USA），）， XL-30型型扫描电镜（扫描电镜（PHILIPS公司）公司） ，pHS-3C型酸度计（上型酸度计（上海伟业仪器厂）海伟业仪器厂） ；SHIMADZU LC-2010C高效液相高效液相色谱仪（带自动进样器），色谱仪（带自动进样器），CLASS-VP 6.12 SP4工作工作站（站（Shimadzu，JAPAN） 。石蒜碱、加兰他敏和力可拉敏标准样品；石蒜碱、加兰他敏和力可拉敏标准样品；三乙胺水溶液（三乙胺水溶液（pH=9.00）：取）

5、：取3.5 mL三乙胺于三乙胺于500 mL 水中，用醋酸调节至水中，用醋酸调节至pH为为9.00；三乙胺、乙腈、三乙胺、乙腈、95%乙醇、无水甲醇、氯仿、乙醇、无水甲醇、氯仿、2%HCl、氨水。、氨水。石蒜样品为广东天普药业有限公司提供的石蒜石蒜样品为广东天普药业有限公司提供的石蒜干料。干料。2. 样品溶液的制备与测定样品溶液的制备与测定 2 .0g石蒜，石蒜，30 mL 95乙醇乙醇MAE提取或提取或SRE提取提取过滤过滤滤液用氯仿萃取滤液用氯仿萃取三次，取水层三次，取水层 加氨水至水加氨水至水 层层pH10.0旋干旋干用氯仿萃取三次，用氯仿萃取三次，取氯仿层取氯仿层旋干旋干甲醇定容甲醇定

6、容 HPLC测定测定图图1 1 样品制备与测定流程图样品制备与测定流程图3. 色谱条件色谱条件色谱柱：色谱柱：250 4.60mm Luna 5 C18(2) 100A 流动相：流动相：15%三乙胺水溶液（三乙胺水溶液（A）：乙腈（）：乙腈（B）：）：甲醇（甲醇（C）；流速：）；流速：1 mL/min；进样量：；进样量：10 L；检测波长：检测波长：232 nm和和289 nm双波长检测双波长检测 梯度洗脱程序：梯度洗脱程序：020 min，VA/VB：85/15 80/20；2040min，VA/VB/VC：80/20/070/15/15；4050 min，VB：100。4. . 微波提取热

7、力学计算微波提取热力学计算lnK H / RT + C (常数常数) （1） G RTlnK （2） S （HG）/ T （3 3） 测定不同温度下的提取平衡常数测定不同温度下的提取平衡常数K K，根据以上，根据以上3 3式，式，通过作图可求得提取自由能变通过作图可求得提取自由能变G ，提取焓变，提取焓变 H 和提取熵变和提取熵变S 。 针对所研究的石蒜生物碱提取体系，定义提针对所研究的石蒜生物碱提取体系，定义提取平衡常数取平衡常数K为体系达到平衡后提取液溶质的量为体系达到平衡后提取液溶质的量和细胞中溶质的量之比。和细胞中溶质的量之比。 K 提取液溶质的量细胞中溶质的量提取液溶质的量 =多次提

8、取液溶质总量提取液溶质的量三、结果与讨论三、结果与讨论1. HPLC测定测定 A ：Lycorine、Lycoramine和Galantamine混合标准溶液（100 mg/L）； B：石蒜生物碱提取液。图图2 HPLC 图图2.MAE法和法和SRE法提取石蒜生物碱的热力学函数计算法提取石蒜生物碱的热力学函数计算表表1 微波辅助提取石蒜生物碱提取率测定结果微波辅助提取石蒜生物碱提取率测定结果5K 提取液溶质的量提取液溶质的量细胞中溶质的量次提取液溶质总量提取液溶质的量1Lycorine；2Lycoramine；3Galantamine；A：MAE法法 B：SRE法法 图图3 石蒜碱，力可拉敏，

9、加兰他敏的石蒜碱，力可拉敏，加兰他敏的lnKT-1关系图关系图 0.00280.00290.00300.00310.00.81.62.43.24.0AlnKT-1/K-11320.00280.00290.00300.00310.00.40.81.2BlnKT-1/K-1321表表3 MAE法和法和SRE法提取法提取3种石蒜生物碱的焓变种石蒜生物碱的焓变H的计算结果的计算结果表表4 MAE法和法和SRE法提取法提取3种石蒜生物碱的熵变种石蒜生物碱的熵变S的计算结果的计算结果表表5 MAE法和法和SRE法提取法提取3种石蒜生物碱的自由能变种石蒜生物碱的自由能变G的计算结果的计算结果4. MAE的影

10、响因素的影响因素（1 1）提取温度、时间的影响）提取温度、时间的影响图图4 提取时间、温度对提取效率的影响提取时间、温度对提取效率的影响A：石蒜碱B：力可拉敏C：加兰他敏（2）样品颗粒度的影响样品颗粒度的影响204060801001200100200300400500600C(mg/L)Particle size(mesh)1231Lycorine；2Lycoramine；3Galantamine； 图图5 石蒜颗粒度的影响石蒜颗粒度的影响（3）溶剂用量的影响溶剂用量的影响010203040500100200300400500600C(mg/L)Volume(mL)123 1Lycorine；

11、2Lycoramine；3Galantamine； 图图6 6 溶剂用量的影响溶剂用量的影响（4）搅拌速度的影响搅拌速度的影响1Lycorine；2Lycoramine；3Galantamine； 图图7 搅拌速度对搅拌速度对MAE提取效率的影响提取效率的影响（5） 微波功率的影响微波功率的影响024681012020406080100W/%t/min图图8 70、80、90 90 MAE法微波功率梯度变化法微波功率梯度变化 1. MAE 2. SRE图图9 80，10min MAE和和SRE提取效果比较提取效果比较4. MAE法提取石蒜生物碱机理探讨法提取石蒜生物碱机理探讨1. MAE, 8

12、0, 10 min; 2. SRE, 80, 30 min图图10 MAE法和法和SRE法最高提取效果比较法最高提取效果比较石蒜样品电镜图谱石蒜样品电镜图谱原始样品经SRE法处理后样品经MAE法处理后样品图图11 石蒜粉末扫描电镜图石蒜粉末扫描电镜图四、结论 1. MAE法提取石蒜中的石蒜碱、力可拉法提取石蒜中的石蒜碱、力可拉 敏和加兰他敏是一个吸热熵增过程。与敏和加兰他敏是一个吸热熵增过程。与 SRE相比，相比，MAE的的H和和S更大，更大， 在相同温度下的在相同温度下的G更小，所以更小，所以MAE 效率更高。效率更高。 2 2、应用、应用MAE技术提取技术提取3 3种石蒜生物碱所需时间种石

13、蒜生物碱所需时间 明显缩短。明显缩短。 3 3、根据、根据热力学研究结果以及石蒜细胞特点推测：热力学研究结果以及石蒜细胞特点推测： MAE提取过程中石蒜细胞并没有破裂，扫描提取过程中石蒜细胞并没有破裂，扫描 电镜图片证实了推测。电镜图片证实了推测。根据实验结果推测根据实验结果推测MAE法提取石蒜生物碱效法提取石蒜生物碱效率提高的原因是：（率提高的原因是：（1）溶质和溶剂中的极性）溶质和溶剂中的极性分子在微波场的作用下高速摆动，扩散速度加分子在微波场的作用下高速摆动，扩散速度加快；（快；（2）微波由内向外的加热模式，和生物）微波由内向外的加热模式，和生物碱的传质扩散方向一致，进一步消除了溶质的碱的传质扩散方向一致，进一步消除了溶