基本信息
- 项目名称：
- 超声波法提取虎杖中白藜芦醇工艺研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 目的：优选超声波法提取虎杖中白藜芦醇的最佳工艺。方法：本研究以虎杖中白藜芦醇提取率和吸光度值为考察指标，通过正交实验研究5个因素对提取率的影响。结果 经过正交实验得到从虎杖中提取白藜芦醇的最佳工艺为：以80%的乙醇+丙酮（体积比1∶1）为提取剂，料液比1∶10，pH=6，超声提取温度30 ℃，时间50 min，平均分两次提取，提取率为1.83%。结论 该实验确定的最佳提取工艺稳定性好且简便易行。
- 详细介绍：
- 1引言 1.1 实验选题的意义和目的 白藜芦醇广泛分布于植物界，存在于虎杖、葡萄、花生、松树等植物中，其中以虎杖含量最为丰富，其游离的白藜芦醇高于0.58%。 近年来，国内外很多学者对白藜芦醇的生物学功能进行了深层次的研究，发现白藜芦醇作为重要的植物抗毒素，能够阻止低密度脂蛋白的氧化，具有防治心血管疾病、防癌、抗病毒、抗衰老及免疫调节作用等，是一种极具开发价值的天然物质，被喻为继紫杉醇之后的又一新的绿色抗癌物质。美国天然药物研究所（CNN）研究发现白藜芦醇还具有抗艾滋病的作用。 随着人们对白藜芦醇的关注、研究日益加深，它在食品、医药等方面的应用也越来越广，市场价值颇高。在日本，已将含白藜芦醇植物提取物作为食品添加剂使用;在我国，也有将白藜芦醇植物提取物制成降脂、美容、减肥和抗癌天然保健食品及胶囊;另外，还可将其添加到各种酒中，以增强酒的品质。 当前国内外就白藜芦醇的研究状况可以通过Google Scholar的搜索结果以及PubMed数据库的收录量变化可见一斑，特别是Google Scholar的搜索结果，1990年以来几乎呈现出指数增长态势，近十年的变化尤为明显。在植物提取生产企业技术相对较差，生产成本高，经济效益低，而且造成环境污染。随着对白藜芦醇研究的进一步深入，由于确切的保健作用及天然的来源途径，符合了当今人们对保健产品的新要求，使其市场需求量还在逐步扩大之中，所以如何更加充分地利用虎杖中有效成分之一白藜芦醇，开发医药原料和制品、保健品等，对现代生产具有现实的意义。 我国传统中药虎杖含有丰富的白藜芦醇，因其分布广泛，价格低廉且安全无毒副作用而成为白藜芦醇提取的最佳原料之一。目前有关白藜芦醇的研究报道不断增多，但大多集中在其药理的研究,对虎杖中白藜芦醇的含量测定研究也较多，但对其工艺报道较少，且提取工艺多以大黄素为主。 白藜芦醇丰富的自然资源，及其优良的生物活性，提示人们大力开发白藜芦醇及富含白藜芦醇的植物具有重要的社会效益和经济效益。 本论文选择虎杖作为研究对象，以期在植物有效药用成分高效快速提取方面做一些有益的探索。 1.2实验的理论依据及研究方法 白藜芦醇(Resveratrol)化学名称为3，4'，5，-三羟基二苯乙烯 (3,4',5-trihydroxystilbene)，其分子式为C14H1203，相对分子量为228.25，是植物体内一种天然的二苯烯类多酚物质，具有顺式和反式两种构象即3,4',5-tri-hydroxy-trans-stilbene和3,4',5-tri-hydroxy-cis-stilbene，并各自可与葡萄糖结合，形成顺式或反式白藜芦醇苷(polydatin)，它们与白藜芦醇一样具有生理活性。白藜芦醇苷能在人体糖苷酶作用下释放出白藜芦醇。其反式异构体生理活性要强于顺式异构体，单体强于糖苷，在紫外线照射下，反式白藜芦醇能转化为顺式结构。在完全避光条件下，反式白藜芦醇在乙醇中可稳定存在数月，仅在pH≥10下稳定性才略有降低。在自然界中主要以反式构象存在。 白藜芦醇外观为无色针状结晶，熔点：256-257 ℃，261 ℃升华，较难溶于水，易溶于有机溶剂，溶解性由优到劣的顺序大致为：丙酮>乙醇>甲醇>乙酸乙酯>乙醚>氯仿等。在306 nm的紫外光照射下产生紫色荧光，遇氨水等碱性溶液显红色，遇醋酸镁的甲醇溶液显粉红色，并能和三氯化铁一铁氰化钾起显色反应。在低温、避光条件下较为稳定，碱性环境中不稳定。 从白藜芦醇的结构式可看出，白藜芦醇具有三个酚羟基，呈现一定的供电子能力，较易被氧化，从而使其他物质不被氧化而表现出较强的抗氧化能力。 基于以上考虑，本论文拟进行的研究工作主要有以下方面： 1、针对虎杖的开发利用现状，以该省廉价易得的虎杖资源为原料，对当前虎杖中白藜芦醇提取分离存在的问题，以简化工艺，绿色提取为指导原则，对虎杖中白藜芦醇的提取工艺进行研究。 2、综合考虑浸渍法、回流法、索氏法、超声法等。由于超声波可以使液体流动并产生空化现象，提取工艺过程中辅以超声波处理，具有使有效成分浸出速率快，提取时间短、提取得率高、污染较少、无需加热等优点，适合于中草药这类热敏性物质的提取，是一种先进的绿色工艺。同时低温条件下，以超声波提取还有利于维持原药中有效成分的性质，从而避免了提取物在高温下转化为其它物质而造成收率降低。故选取超声波法进行虎杖有效成分的提取。 3、本论文主要研究从天然植物虎杖中提取白藜芦醇，以白藜芦醇产品提取率和吸光度值为考察指标,以超声波法辅助提取，初步探讨在改变溶剂、料液比、pH值、提取的时间、温度等条件下,提取虎杖中的白藜芦醇,并进行正交实验, 从而得出从虎杖中提取白藜芦醇的最佳工艺及显著影响因素，为合理开发利用虎杖资源提供依据。 2 材料与仪器 2.1 实验材料 虎杖根茎，产地：该省；无水乙醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿、石油醚等，广东汕头市西陇化工厂生成，均为分析纯；薄层层析硅胶，青岛海洋化工有限公司生产，化学纯。 2.2 实验仪器 KQ3200型超声波清洗器，江苏省昆山市淀山湖镇；傅立叶红外光谱仪(360FT-IR),美国；UV-1100紫外可见分光光度计，北京；721-分光光度计，厦门分析仪器厂生产；TMP-1上皿式电子天平，湘仪天平仪器设备公司生产；FA1604N型电子天平，上海精密科学仪器有限公司生产；RE-52型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂生产；SHB-3循环水多用真空泵，郑州杜甫仪器厂生产。 3 实验方法 3.1 超声波法提取白藜芦醇工艺流程 溶剂 石油醚 乙酸乙酯-水（1∶1） 虎杖 超声提取 过滤 浓缩 萃取 减压蒸馏 萃取 层析分离 浓缩干燥 白藜芦醇产品 用乙醇溶解，测吸光度值 3.2 实验步骤 备料：把干燥、干净虎杖原料粉碎至40目筛分，过40目分样筛，备用。 提取：把10.00克虎杖原料投入250 mL锥形瓶中，按照表2中的因素在超声波作用下提取2次，进行冷凝回流。 过滤：得提取滤液。浓缩：把滤液置于旋转蒸发器中在真空条件40 ℃左右蒸发（回收提取剂供循环使用），得粘稠液。 萃取:粘稠液经石油醚萃取数次，直至石油醚近无色，萃取液中含白藜芦醇，将萃取液减压蒸馏除去石油醚，再加入乙酸乙酯-蒸馏水（1∶1）搅拌，充分混合，溶解完全，静置、分层，白藜芦醇分布于乙酸乙酯中，而白藜芦醇苷存于水相。乙酸乙酯萃取液减压浓缩[15]，得粗产品。回收萃取剂供循环使用。纯化:在粗产品中加入适量乙醇，采用硅胶柱层析，得洗脱液，于蒸发器中浓缩，至刚好有沉淀出现，溶液变浑浊时，停止浓缩，将浓缩液在4 ℃条件下静置24 h以上析晶，得到淡黄色产品。产品在低温、避光条件下保存。 3.2.1白藜芦醇溶液的配制 将白藜芦醇产品用乙醇溶解，置于容量瓶中并定容到10 mL，摇匀，备用。 3.2.2 白藜芦醇吸光度值的测定 取白藜芦醇产品配制的溶液，以1 cm比色皿，乙醇为参比，设置波长为306 nm ,用UV-1100紫外可见分光光度计测定吸光度值。 3.3 超声波法提取白藜芦醇的正交实验 实际操作中各因素相互交叉影响，为了全面考察影响因素，本论文以虎杖中白藜芦醇提取率和吸光度值为考察指标,选取超声提取的试剂种类、pH值、料液比、温度、时间在其最佳条件范围内设计5因素4水平正交实验L16（45）,确定白藜芦醇的最适提取条件。白藜芦醇超声提取的正交实验因素水平表和实验结果分别见表1和表2。 4分析 4.1数据分析 由正交实验结果可知,各因素的极差是不同的,说明各因素的水平改变对实验指标的影响是不同的,极差越大,这个因素对实验指标的影响越大,极差最大的因素即是要考虑的主要因素。 由表2的极差分析可知，各因素对实验指标的影响按大小排列顺序为A＞E＞B＞C＞D，实验最好的方案为：提取溶剂为质量分数为80%的乙醇+丙酮（体积比为1∶1），料液比1∶10，pH=6，超声提取温度300C，时间50 min，分两次提取，每次25min。 4.2验证实验 取虎杖样品,干燥,粉碎,过40目筛,精密称取10 g,共3份,在优选工艺条件的基础上,按方案:提取溶剂为质量分数为80%的乙醇+丙酮（体积比为1：1），料液比1∶10，pH=6，超声提取温度30℃，时间50min，分两次提取，每次25分钟,结果表明,白藜芦醇的含量平均为 1.83%,高于正交实验表中的全部16个实验,从而证明了该工艺的合理性和稳定性。以本工艺条件进行提取更符合工业化生产要求,节省成本、具有可行性。 采用红外光谱对白藜芦醇进行定性分析检测，所得的白藜芦醇红外谱图，在3400cm-1处有酚羟基吸收峰 ；在1630cm-1 、1460cm-1处有苯环吸收峰 ；在3040cm-1处有吸收峰，说明存在与不饱和烃相连的氢,证实了—C=C—的存在。由此可推断，该产品为白藜芦醇。 4.5 实验分析 把乙醇- 氯化钠-水形成的双水相体系，应用于虎杖中提取白藜芦醇，从而避免毒性较大的有机溶剂，具有重要的意义，但其提取率不高。分析原因可能为白藜芦醇具有三个酚羟基，电子云密度较高，具有较强的给电子能力，性质活泼，在弱酸性和中性条件下，白藜芦醇比较稳定，而在碱性条件下，易被氧化成醌类物质。目前还有待寻找一种更优的双水相提取工艺。同时应低温提取，温度较高易造成活性成分的分解或挥发(白藜芦醇热稳定性不好，70～80℃下加热有部分分解)，对白藜芦醇的提取不利。 5 结论 5.1虎杖中提取白藜芦醇的最佳工艺 从虎杖中提取白藜芦醇的最佳工艺为以质量分数为80%的乙醇+丙酮（体积比为1∶1）为提取剂，料液比1∶10，pH=6，超声提取温度30℃，时间50min，平均分两次提取, 提取率为1.83%。高于正交实验表中的全部16个实验,从而证明了该工艺的合理性和稳定性。本论文研究的提取方法提取率高，性质稳定，更符合工业化生产要求,节省成本、具有可行性，对推广应用具有经济价值。
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撰写目的和基本思路
- 目的 优选超声波法提取虎杖中白藜芦醇的最佳工艺。方法 本研究以虎杖中白藜芦醇提取率和吸光度值为考察指标，通过正交实验研究溶剂、原料和溶液比例、超声处理时间、pH值和温度5个因素对提取率的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 采用了先进的超声波辅助提取中草药有效药用成分的方法，用科学的正交实验方案确定各因素的影响，提取时间短，提取率高，对环境友好，是一种“绿色工艺”
应用价值和现实意义
- 从虎杖中提取白藜芦醇的最佳工艺为以质量分数为80%的乙醇+丙酮（体积比为1∶1）为提取剂，料液比1∶10，pH=6，超声提取温度30℃，时间50min，平均分两次提取, 提取率为1.83%。高于正交实验表中的全部16个实验,从而证明了该工艺的合理性和稳定性。本论文研究的提取方法提取率高，性质稳定，更符合工业化生产要求,节省成本、具有可行性，对推广应用具有经济价值。
学术论文摘要
- 摘要：目的 优选超声波法提取虎杖中白藜芦醇的最佳工艺。方法 本研究以虎杖中白藜芦醇提取率和吸光度值为考察指标，通过正交实验研究5个因素对提取率的影响。结果 经过正交实验得到从虎杖中提取白藜芦醇的最佳工艺为：以80%的乙醇+丙酮（体积比1∶1）为提取剂，料液比1∶10，pH=6，超声提取温度30 ℃，时间50 min，平均分两次提取，提取率为1.83%。结论 该实验确定的最佳提取工艺稳定性好且简便易行。
获奖情况
- “超声波法提取虎杖中白藜芦醇工艺研究”2009年6月在该省获省大学生挑战杯“二等奖”； 2009年5月论文投稿后，被科技期刊“中国科技博览”录用将于2009年8月出版。
鉴定结果
- 该研究以虎杖中白藜芦醇提取率和吸光度值为考察指标，通过正交实验研究5个因素对提取率的影响，超声波法提取虎杖中白藜芦醇的最佳工艺。结果可靠可信，该实验确定的最佳提取工艺稳定性好且简便易行。
参考文献
- [1]曾建国，侯团章，张胜.高效液相色谱法测定虎杖提取物中白藜芦醇的含量[J].中国中医药科技，2000，7（3）：175. [2]胡晓佳,蒲彪.白藜芦醇生理活性及其制备检测技术研究进展[J].食品研究与开发，2006，(02)：123-126. [3]李霞.白藜芦醇[J].精细与专用化学品，2002，4（3）：14-20. [4] Joseph A. Baur, Kevin J. Pearson, Nathan L. Price, et al. Resveratrol improves health and survival of mice on a high-calorie diet[J]. Nature, 2006, 444: 337-342.
同类课题研究水平概述
- 当前国内外就白藜芦醇的研究状况可以通过Google Scholar的搜索结果以及PubMed数据库的收录量变化可见一斑，特别是Google Scholar的搜索结果，1990年以来几乎呈现出指数增长态势，近十年的变化尤为明显。在植物提取生产企业技术相对较差，生产成本高，经济效益低，而且造成环境污染。随着对白藜芦醇研究的进一步深入，由于确切的保健作用及天然的来源途径，符合了当今人们对保健产品的新要求，使其市场需求量还在逐步扩大之中，所以如何更加充分地利用虎杖中有效成分之一白藜芦醇，开发医药原料和制品、保健品等，对现代生产具有现实的意义。 我国传统中药虎杖含有丰富的白藜芦醇，因其分布广泛，价格低廉且安全无毒副作用而成为白藜芦醇提取的最佳原料之一。目前有关白藜芦醇的研究报道不断增多，但大多集中在其药理的研究,对虎杖中白藜芦醇的含量测定研究也较多，但对其工艺报道较少，且提取工艺多以大黄素为主。 白藜芦醇丰富的自然资源，及其优良的生物活性，提示人们大力开发白藜芦醇及富含白藜芦醇的植物具有重要的社会效益和经济效益。
