微波動態(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提取二氫楊梅素 | 微波動態(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提取二氫楊梅素 |
| 發(fā)布時間:2010-10-15 信息來源:admin 發(fā)布人:admin 點擊次數(shù):5904 |
李 衛(wèi) 1,2 ，鄭 成3，寧正祥1 ( 1華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640；2 湖北工業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430068；3廣州大學化學化工學院，廣東廣州510091) 關鍵詞；微波提�。粍討B(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提��；二氫楊梅素；藤茶；動力學模型 引 言 微波提取是一項新型的中藥有效成分提取技術，具有加熱速度快、能耗低、提取效率高等優(yōu)點[1,3] ．動態(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提取是一種增大傳質推動力、提高提取效率的提取技術[4]．它是將多個提取單元科學組合，使單位時間內固液兩相保持較高的濃度差，從而提高提取效率． 藤茶是中國古老的茶類資源和中草藥資源． 二氫楊梅素(dihydromyricetin，DMY)是藤茶的主要成分，具有多種生理功效，在藤茶中的含量高達3O%左右 [5]． 本研究采用具有精密控溫、控制加熱功率和時間的美國CEM公司生產(chǎn)的MARS5微波裝置，利用其一次可進行多罐提取的特點，將微波提取與動態(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提取有效結合起來，即采用微波動態(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提取(microwave dynamic multi stage countercurrent extraction．MDMCE)技術提取藤茶中的二氫楊梅素． 1 材料與方法 1．1 儀器與材料 MARS5微波加速反應裝置(美國CEM 公司生產(chǎn))；100 ml聚四氟乙烯密閉提取罐；TSP一2oooA高效液相色譜儀(美國熱電公司生產(chǎn))；藤茶(福建武夷山，粉碎并過篩后顆粒大小約為0．45 mm)；二氫楊梅素標準品(廣東省果蔬深加工重點實驗室提供)． 1．2 HPLC分析條件 色譜柱為Kromasil 5 m Cl8反相柱(250 mm×4．6O mm)；流動相： 甲醇：水：乙酸一38：62；0．1(體積比)，流速1．5 ml·rain_。，檢測波長291 nm，柱溫35℃． 1．3 MDMCE操作方法 [4,6] MDMCE操作方法根據(jù)文獻[4，6]分為建立梯度和5階段MDMCE兩個步驟． (1)建立梯度 在5個罐(編號為1 ～5 )中按一定比例加入相同質量的藤茶和相同體積的水，1 ～5 在設定條件下分別用微波提取不同時間(0.2t、0.4t、0.6t、0.8、0 min，其中t為每個罐中藤茶的總提取時間，即一個5階段MDMCE循環(huán)時問)．提取完畢后罐中渣不動，1 罐與3 罐中的提取液互換，4 罐與5 罐中的提取液互換，2 罐中的提取液不動． (2)5階段MDMCE 將上述已交換提取液的5個罐同時放人微波提取裝置中，于一定條件下提取0.2t后罐中渣不動，不飽和提取液的遷移按有效成分含量遞減的反方向遷移至隔一個的單元(例如，第1階段提取完畢后不飽和提取液遷移方向為：1 罐一4 罐，2 罐一5 罐，3 罐一1 罐，4 罐一2 罐，第2～第5階段依此類推)． 在第1、第2、第3、第4、第5階段，加入新鮮藤茶的罐分別為5 、4 、3 、2 、1 ，加入新鮮水的罐分別為4 、3 、2 、1 、5 ．加新鮮藤茶的罐提取÷r后提取液集中收集，加新鮮水的罐提取÷r后渣排掉． 1．4 微波靜態(tài)間歇提取(microwave static batch extraction， M SBE) 用5個裝有相同質量新鮮藤茶和相同體積水的提取罐在微波提取裝置中同時提取(藤茶與水的料液比與5階段MDMCE相同，所用原料量及水量與5階段MDMCE相同)，提取時間為t． 其他條件與5階段MDMCE一致． 2 結果與討論 2．1 MDMCE與MSBE比較 MDMCE提取條件：提取溫度9O℃ ，料液比1：2O(每罐藤茶3 g，提取劑60 m1)，中速攪拌，微波功率600 W，一個5階段MDMCE循環(huán)提取時間為5 min (每階段提取時間1 min)． 表1為1 ～5 罐在第5階段提取前后固液相中二氫楊梅素濃度變化情況(每罐提取時間均為1 rain)． MSBE提取條件：提取時間為5 min，其他條件與上述5階段MDMCE提取條件相同，結果如圖1所示．
從上述圖表中的實驗數(shù)據(jù)可以看出，MDMCE在每分鐘提取時間內的初始固液相濃度差比所對應的MSBE大(盡管MSBE在第1分鐘時的初始固液相濃度差比MDMCE大，但在第2分鐘時其初始固液相濃度差比對應的MDMCE小很多)． 證明采用MDMCE可以使單位時間內固液兩相保持較高的濃度差，即MDMCE的提取推動力比MSBE大．經(jīng)實驗得出，在上述條件下MDMCE 的提取率為71．3 ，而對應的MSBE提取率為52．0 ．所以，在相同原料量、相同提取劑用量及相同提取條件下，MDMCE比MSBE提取效率要高． 2．2 MDMCE正交實驗結果 經(jīng)分析，選取提取時間、提取溫度、料液比及微波功率作為5階段MDMCE工藝條件的考察因子． 每因子選取3個水平． 正交實驗安排及結果見表2．從正交實驗結果可以得出，5階段MDMCE提取二氫楊梅素的最佳條件為：提取時間10 min(每階段2 min)，提取溫度110℃ ，料液比1：30(每罐藤茶2 g，提取劑60 m1)，微波功率600 W．在此最佳提取條件下MDMCE的提取率為92．2 ，排出渣中二氫楊梅素百分含量為3．1 oA．在此條件下所對應的MSBE提取率為67．4 ，排出渣中二氫楊梅素百分含量為13．0 ． 2．3 動力學模型初步探討 根據(jù)文獻關于中草藥提取過程機制[7]，藤茶中二氫楊梅素的提取過程可分3個步驟：第一步，水分子向藤茶基體內部滲透；第二步，二氫楊梅素溶解在水中；第三步，二氫楊梅素擴散遷移到溶劑主體．為簡化模型，提出如下假設：藤茶粒度大小均勻；水分子向藤茶內部滲透速度很快，并且是均勻滲透；開始H,-t~氫楊梅素在藤茶中分布是均勻的；整個提取過程溶劑無體積變化；二氫楊梅素在水中的溶解速率遠大于擴散速率．從以上假設可知，本提取過程的速率由第三步?jīng)Q定，即二氫楊梅素擴散遷移到溶劑主體是提取速率的控制步驟．根據(jù)Fick擴散定律，在無外場作用時擴散速率方程可表示為
D是濃度和溫度的函數(shù)，可表示為[8]
在提取過程中溶質的濃度梯度在不斷減小，其變化趨勢可表示為[7]
由于微波場的存在增強了擴散作用，式(1)可修改為
設t時刻 其中
對式(6)取對數(shù)得
其中 式(7)即為MDMCE的動力學數(shù)學模型．在2．2得出的最佳MDMCE 工藝條件下，測定MDMCE每一階段各罐在不同提取時間的AC，取平均值，對t和AC取對數(shù)值，結果如圖2(時間單位為秒)所示．
3 結 論 (1)將動態(tài)循環(huán)階段連續(xù)逆流提取技術用于微波提取過程．可以克服微波靜態(tài)間歇提取時原料與溶劑中有效成分在接近平衡時濃度差小的不足，有效提高提取效率．本研究表明：與MSBE相比，采用MDMCE技術可以使固液相中二氫楊梅素的濃度差在單位時間內保持較高水平． (2)通過5階段MDMCE正交實驗，得出最佳提取條件：提取時間10 min(每階段2 min)，提取溫度110℃ ，料液比1：30(每罐藤茶2 g，提取劑60 m1)，微波功率600 W． (3)本文建立了MDMCE單罐的半經(jīng)驗動力學模型，通過實驗數(shù)據(jù)擬合，決定了在最佳提取條件下的相關參數(shù)，為MDMCE技術的實際應用提供了具有一定指導作用的信息． 符 號 說 明 n——溶質濃度梯度隨時問的變化常數(shù) 6——冪指數(shù) c—— t時刻的溶質濃度，mol·ml-1 C1——各罐提取1 rain后液相中DMY 濃度，mg ·m l-1 C．—— 各罐液相中DMY的起始濃度，mg·ml Co ——開始時的溶質濃度，mol·ml D—— 擴散系數(shù)，cm2·s-1 E——擴散活化能，J K——總系數(shù) k ，k ，k。—— 分別為水平1、2、3時的提取率之和 N—— 溶質的量，mol N——冪指數(shù) R——摩爾氣體常數(shù)，J·K-1·mol-1 R—— 極差 S—— 固液界面面積，cm2 t—— 時間，s V—— 提取液體積，ml w—— 各罐提取1 min后固相中DMY的質量分數(shù) w�！� 各罐固相中DMY 的起始質量分數(shù) α—— 溶質擴散距離，cm β一微波場引起的擴散增強系數(shù) τ一一1個MDMCE循環(huán)時間，min References [1] Marie E Lucchesi，F(xiàn)arid Chemat．Jacquehne Smadia．so[vent—free microwave extraction of essential oil from aror~latic herbs：comparison with conventional hydro-distillation． Journal of Chromatography A ，2004，1043：323—327 [2] Huang Ruihua (黃瑞華)，Han Wei(韓偉)，Zhou Yongchuan(周永傳)，Deng Xiu (鄧修)。Numerical simulation on heat and mass co-transfer during microwave-assisted water extfaction of icariin from epimedii leave。Journal of Chemical Industry and Engineering (China)(化工學報)，2005，56(7)：1300 1304 [3] Hao Jinyu，Han Wei，Huang Shunde，Xue Boyong，Deng Xiu。Microwave-assiated extraction of artemisinin from Artemisia annuzl L Separation and Purlfication Technology，2002，28：19l一196 [4] Xie Xiuqiong(謝秀瓊)。The Modern Technology for Chinese Traditional Medicine (現(xiàn)代中藥制劑新技術)， Beijlng：Chemical Industry Press，2004： 1 4-23 [5] He Guixia(何桂霞)，Pei Gang(裴剛)，Yang wem (楊偉麗)，U Bin (李斌)。Determination of dihydromyricetin in different parts of Ampelopsis grossedentata in different seasons by HPLC．Chinese nditionaZ Patent Medicine(中成藥)，2004，26(3)：21O一2l2 [6] Wang Qiao e，Ma Shaomel，F(xiàn)u Boqiang，F(xiàn)rank S C Lee，Wang Xiaoru。Development of multi-stage countercurrent extraction technology for the extraction of g[ycyrrhizle acid (GA) from licorice(Glycyrrhi~a uralensis Fisch)。Biochemical Engineering Journal，2004，21 1 285-292 [7]Chu Maoquan(儲茂全)。Gu Hongchen(古宏晨)，Liu Guojie (劉國杰)。Kinetic model on medicinal herb extraction process．Chinese Tranditional and Herbal Drugs (中草藥)，2000，31(7)：504 506 [8]Huang Kelong (黃可龍)，Li Jinfei(李進飛)，Liu Suqin(劉素鬈)． Kinetic model Ior ultrasonic enhancement of extraction process of Chinese traditional medicine． Journal of Chemical Industry and Engineering (CTdna)(化工學報)·2004，55(4)：646—648 產(chǎn)品鏈接： 杜仲提取物 綠原酸 金銀花提取物 苦杏仁苷 枇杷葉提取物-熊果酸 大花紫薇提取物-科羅索酸 上禾生物 專注植提 精于高純 基于您對天然產(chǎn)物需求持續(xù)創(chuàng)新 |
，將式(2)、式(3)、式(5)代人式(4)，積分得
