紫苏叶抗氧化物质的超声提取方法优化Word文件下载.docx
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Abstract:
【Objective】TomakefulluseofpurplePerillaleafresources,studyan
optimalextractionofantioxidantsinleavesofPerillafrutescensbyultrasonic【Methods】UsingeminationratioofhydroxylradicalsasanantioxidantactivityindicatorofPerillaleaves,studyoptimalextractionconditionsofantioxidantsinleavesofPerillafrutescensbyultrasonicextractionmethodsusingasingle-factor-experimentandanorthogonalarraydesign.【Results】ThemainfactorsaffectingtheextractionratiosofantioxidantsintheleavesofPerillafrutescensbyultrasonicmethodsisasfollowing,extractingtime>
solid-liquidratio>
ethanolconcentration.Theoptimalconditionsforextractioncouldbe20%ethanolasextractionsolventwithasolid-liquidratio1:
45.mL-1for70min.【Conclusion】Theeminationratioofhydroxylradicalsofextractionswasthehigher,withthevalueof21.028%.
Keywords:
Perillafrutescen;
ultrasonicassistedextraction;
eliminationratioofhydroxylradicals.
紫苏(Perillafrutescens(L.)Britt.,始载于《名医别录》,唇形科的一年生草本,味辛,性温,具发散风寒、理气宽胸、解郁安胎、解鱼蟹毒多种药用功效,是传统的药食两用植物,在我国已有两千多年的栽培历史[1]。
紫苏叶中含有丰富的营养物质和黄酮类化合物[2]。
研究表明其黄酮类化合物在动植物体内具有清除自由基、抗衰老、抗菌、抗病毒、防癌等多种生物活性[3],其清除自由基和抗氧化的作用机理在于它阻止了自由基在体内导致的氧化反应[4]。
紫苏叶是很好的抗氧化物质提取的材料,具有潜在的挖掘价值。
紫苏不仅具有很好的药用价值,而且其经济价值目前也得到一定的开发和发掘。
武汉工业学院、湖北李时珍保健油有限责任公司及天津东方雷格工贸有限公司利用籽脱皮低温压榨制油、紫苏叶色素和黄酮类化合物提取及苏叶汁饮料配制、紫苏叶类胡萝卜素提取及紫苏油胡萝卜素软胶囊制备、紫苏油粉末制备等新技术,已经生产出脱皮低温压榨紫苏油、苏叶汁饮料、紫苏油胡萝卜素软胶囊、紫苏油粉末等高附加值新产品。
谈及紫苏的高效利用,紫苏中物质的提取工艺不容忽视,提取工艺决定着所提取物质的纯度、成本、效率等。
溶剂提取法是根据植物原料中目标有效成分的极性、共存杂质的理化特性,依据“相似相溶”的规律选取合适极性的溶剂提取,使有效成分从原料固体组织内部向溶剂中转移的传质过程。
溶剂提取法常用的有热浸提法、渗漉法、回流提取法等。
简单易行但提取效率较低,溶剂用量很大,成本高,不环保;
渗漉法适用于对热不稳定且易分解的有效成分提取,但耗时长;
回流提取法的提取效率较冷浸法高,提取较完全,但对热不稳定的且易分解的成分不宜用此法。
微波辅助提取法具有安全、节能、快速、高效、选择性好的特点。
已经应用于提取黄连、板蓝根、罗汉果、肉从蓉等植物中的黄酮类、多糖类、甘类等有效成分进行了研究,结果表明微波技术用于生物体内耐热物质的提取具有显著的优势,不足之处是不适宜热不稳定物质的提取。
目前微波技术在植物有效成分提取中的应用仍处于初期阶段,还有待于开发和改进。
超声波辅助提取法(UltrasonicAssistedExtraction,UAE)是利用超声波产生的空化效应使液体中的微小泡核产生振动、生长和崩溃等而提取抗氧化物质的方法。
同时,冲击波和高速射流对植物细胞组织产生一种强大的物理剪切力,使之变形、破裂,并释放出内含物,这大大加速了提取过程[6]。
与常规溶剂提取相比,超声波技术可强化传质过程加速有效成分进入溶剂,提高提取效率,缩短提取时间,而且可以减少高温对生物活性成分的影响[7,8];
作为新型的此项提取技术目前在色素[9]、皂苷[10]、黄酮[11]、多糖[12]等植物有效成分提取上得到广泛应用。
胡晓丹等[15]通过单因素和正交试验,得到超声波提取紫苏叶黄酮的最佳工艺条件,并表明超声波提取紫苏叶黄酮可有效缩短提取时间,提高提取效率,是一种行之有效的提取手段。
为提高紫苏抗氧化物质的利用效率和更好的开发其经济价值和医药价值,本试验主要研究紫苏叶中抗氧化物质超声波辅助提取优化工艺,考虑到影响超声波辅助提取的因素主要有乙醇浓度、料液比、超声温度和超声次数等,参考前人研究,本研究分别设计了单因素试验和正交试验,通过对·
OH的清除率的极差和显著性分析最终确定超声波提取紫苏叶抗氧化物质的最佳提取工艺条件。
从天然中草药中提取天然、营养、安全、高效的“绿色”抗氧化剂取代人工合成抗氧化剂,解决食品在贮藏加工中的氧化变质问题,是食品抗氧化剂产业的发展方向,本研究也是为了响应这种中草药走进食品行业的发展趋势,同时也为了加快中草药资源的开发力度,促进我国中草药产业的发展。
1材料和方法
1.1材料
于2010年将紫苏品系P06-4在雅安种植,采用随机区组试验设计,三次重复,在9-10月份盛花期,采用五点采样法采收紫苏叶,晒干,粉碎,过40目筛,备用。
乙醇溶液、盐酸、铁氰化钾、三氯乙酸、氯化铁、硫酸亚铁、双氧水、水杨酸等均为国产分析纯;
水蒸馏水。
1.2设备与仪器
UV-2450型紫外分光光度计(日本岛津公司);
SB-3200DTD超声波清洗仪(宁波新芝生物科技股份有限公司);
HH-4恒温水浴锅(国华电器有限公司);
RE-2000旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)。
2试验方法
2.1吸光度的测定
在25mL比色管中依次加入7.5mmol·
L-1FeSO43mL,1%H2O23mL,然后摇匀,接着加入6mmol·
L-1水杨酸3mL,摇匀,于37℃水浴加热15min后取出,测其吸光度A0。
然后加入一定浓度的待测液1.0mL,摇匀,继续水浴加热15min,取出测其吸光度AX。
待测液对羟自由基(·
OH)清除率为:
OH清除率/%=(A0-AX)/A0×
100
2.2单因素试验
称取恒重紫苏粉末1.0g于100mL离心管中,研究不同乙醇溶液的浓度(10%、30%、50%、70%、90%)、料液比(乙醇溶液10mL、20mL、30mL、40mL、50mL)、超声时间(15min、30min、45min、60min、75min)、超声次数(1次、2次、3次、4次、5次)对抗氧化物质提取的影响程度,通过超声提取、过滤、收集滤液,定容到100mL。
然后测定提取液清除羟基自由基的能力。
2.3正交试验
根据单因素实验结果,进行正交试验。
设计三因素三水平的正交试验L9(34)表。
按下表所示的实验因素及其水平,测定出吸光度A0和Ax,然后求出·
OH清除率并通过相关性及显著性分析筛选出最佳抗氧化物质超声提取优化方案。
表1超声波提取方法的因素水平
水平
因素
A:
乙醇浓度(%)
B:
超声时间(min)
C:
料液比(mL)
1
40
70
1:
35
2
30
75
3
20
80
45
表2紫苏超声提取方法正交表L9(34)
列号
A
B
C
空白
4
5
6
7
8
9
3结果分析与讨论
紫苏中抗氧化物质的利用效率的高低除与紫苏品种、生长环境、管理水平及采收部位等因素有关外,另外一个较重要的因素是紫苏中抗氧化物质的提取工艺。
提取方法选择恰当,提取过程中的损耗就相应的减少,生产成本降低,结果就会提高紫苏中抗氧化物质的利用价值。
3.1乙醇浓度对提取物羟基自由基清除率的影响
通过对不同乙醇浓度提取液清除羟基自由基能力的测定(结果见图1),发现随着乙醇浓度的增加,提取液清除羟基自由基的能力先升高至22.546%后降低至18.836%,再升高至22.734%,再降低至14.404%。
图1不同乙醇浓度对.OH清除率的影响
乙醇体积分数变化会引起提取剂物理性质,如密度、粘度、介电常数等的变化,从而影响提取率。
在乙醇浓度30%时羟基自由基清除率增大到22.546%,其原因是水为极性很强的物质,乙醇的极性相对较弱,因而不同浓度的乙醇溶液可以调节溶剂的极性。
而黄酮等抗氧化物质是一类亲水性物质,30%乙醇溶液可能与紫苏叶中黄酮类物质极性相当,根据相似相溶原理,此浓度下提取率最高【12】。
在乙醇浓度50%时·
OH清除率降低;
在乙醇浓度70%时·
OH清除率达到最大值(22.743%);
乙醇体积分数继续增大,提取率下降,其原因是高浓度的乙醇溶液会引起蛋白质等大分子物质的沉淀,从而带动了多酚类及黄酮类等抗氧化物质的共同沉淀,从而导致抗氧化物质提取量有所下降.故认为乙醇浓度70%也为较佳的提取浓度【13】。
在30%和70%的乙醇浓度下·
OH清除率大小相当,考虑到成本等问题,选择30%为最佳乙醇浓度。
另外,乙醇浓度对紫苏抗氧化物质活性的影响呈现倒W型曲线与荣维燕[16]等的研究呈倒U型曲线存在差别。
分析其主要原因,可能与产地不同导致的紫苏叶中抗氧化物质的成分组成比例不同,从而与乙醇浓度相容的难易程度有别有关。
3.2料液比对提取物羟基自由基清除率的影响
不同料液比提取液清除羟基自由基能力测定结果如图2。
从图中可以看出,·
OH清除率随料液比的增大而呈上升趋势,主要原因是料液比的增加能提高分子扩散速率、缩短浓度平衡时间,从而使溶解在溶剂中的酚类物质等抗氧化物质含量增大[13]。
但研究表明随着料液比的增大,提取过程中产生的叶绿素干扰也变大[14],在1:
40料液比时,·
OH清除能力增加明显,其后羟基自由基清除能力增加缓慢,故选择1:
40为最佳液料比。
这一结论和刘宁[13]等的研究结果一致。
图2料液比对提取物.OH清除率的影响
3.3超声时间对提取物羟基自由基清除率的影响
超声时间对提取液清除羟基自由基能力结果如图3。
随着超声时间的增加,·
OH清除率先下降后提高,主要是因为超声波的机械破坏作用和空化作用增大了分子运动频率并增加溶剂穿透能力,从而提高了多酚类及黄酮类等抗氧化物质的溶出速度和数量及紫苏提取液中抗氧化的能力。
在超声75min时,·
OH清除率达最大值(17.112%),故选择超声时间以75min最佳。
但超声时间对抗氧化物质活性的影响有别于荣维燕[16]等的研究,出现了先降后升的变化趋势。
图3超声时间对提取物.OH清除率的影响
3.4超声次数对提取物羟基自由基清除率的影响
超声次数对提取物羟基自由基清除率的影响结果见图4。
从整体上来看,·
OH清除率随超声次数的增加而提高,但2到4次间提升的幅度不大,基本上处于平稳状态,随后又有一定幅度的提升。
考虑到超声次数增加会增高耗能及耗材成本,而·
OH清除率的提升却不大,所以超声次数选择2次。
对超声次数的研究所得出的结果和刘宁[13]等的研究相一致。
图4超声次数对提取物·
OH清除率的影响
3.5正交试验
极差分析结果见表3。
从表中可知RB〉RC〉RA,各因素对抗氧化物质活性影响的主次顺序为B(提取时间)>
C(料液比)>
A(酒精浓度)。
方差分析(表4)发现,料液比和超声时间对羟基自由基清除作用呈现显著性差异(p<
0.05),所以要优先考虑料液比和超声时间这两个因素,乙醇浓度对羟基自由基清除作用呈现不显著差异,
表3正交试验结果
试验号ABC空白.OH清除率
1111112.571
2122211.590
3133311.489
421239.874
5223114.903
623125.987
7313221.028
8321314.738
933217.738
K135.65043.47433.29535.212
K230.76441.23129.20238.605
最优设计方案:
A3B1C3
影响的主次顺序:
C>
B>
K343.50425.21447.42136.101
k111.88314.49111.09811.737
k210.25513.7449.73412.868
k314.5018.40515.80712.034
R4.2476.0876.0731.131
表4·
OH清除率的方差分析表
项目编号SSdfMSF
A27.58213.7913.31
B66.04233.0231.87*
.OH清除率C60.91230.4529.39*
误差2.0721.04
总变异156.618
注:
*表示差异显著性p<
0.05;
F(0.05)(2,2)=19.00;
F(0.01)(2,2)=99.00。
应从降低成本的角度考虑乙醇浓度。
综上所述,超声波辅助提取紫苏叶中抗氧化物质的最佳工艺条件为A3B1C3,即酒精浓度为20%、超声时间为70min、料液比为1:
此优化方案不仅提高了抗氧化物质的活性,而且缩短了提取时间、大大地降低了成本。
4结论
根据单因素实验所确定的乙醇浓度(30%)、料液比(1:
45)、超声时间(75min)最佳结果设计正交试验,设计正交试验,然后通过极差和显著性分析得出各因素对抗氧化物质活性影响的主次顺序,依次为料液比、超声波作用时间、乙醇浓度。
综合提取工艺影响因子、成本高低等最终确定A3B1C3为最佳方案,即乙醇体积分数为20%、超声时间为70min、料液比为1:
此时,紫苏叶抗氧化物质的.OH清除率高达21.028%。
此研究为紫苏中抗氧化物质的提取提供了参考依据,同时也为其工业化研究提取提供理论基础。
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致谢
这篇论文的完结其中充满了艰辛,但是有你们的陪伴和帮助,我又感觉很幸福快乐。
在最后一笔落下的那一刻,一种成就感环绕在我的心底。
请让我说声:
“谢谢你们,你们辛苦了。
”
首先谢谢大学四年曾经教过我知识的老师们-高峰老师、吴卫老师、陈兴福老师等等,是你们教我如何形成并提升自己的抽象和逻辑思维能力;
是你们让我有了足够的知识积淀,在实验题目面前有了自己的想法和思路;
是你们呕心沥血地为我排忧解难。
谢谢你们!
其次,感谢亲自带我做实验的代沙师姐。
在我对实验一无所知情况下,是你耐心的开导我,引导我如何进入独立设计并独自做实验的状态;
在我做实验多次失败不知道如何改进实验方案时,是你在我的实验方案上多处为我批注,让事情柳暗花明;
当写论文不知如何下手,数据不知如何处理时,是你传授给我经验-告诉我该如何查找文献,如何筛选信息,如何更好地分配每个论文版块。
最后,感谢四年来陪我度过的朋友们。
是你们让我不再感到孤独;
是你们带领我更好地完成学业;
在实验和论文写作中也是你们给予我无限的帮助,让我感觉到有朋友确实是件幸福的事。
在结束时,感谢我的爸爸妈妈兄弟姐妹,是你们的支持和鼓励让我顺利并成功的完成了我的学业,我的毕业论文也是你们支持和鼓励的成果。
由衷的谢谢你们一如既往的支持和帮助!
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