微波輔助提取石蒜生物堿的熱力學機理研究

1、微波輔助提取石蒜生物堿的熱力學機理研究 答辯人：林廣欣指導老師：李攻科教授中山大學化學與化學工程學院二零零五年五月前言前言結(jié)果與討論結(jié)果與討論實驗部分實驗部分結(jié)論結(jié)論致謝致謝一、前言1. MAE的原理、特點及其應(yīng)用的原理、特點及其應(yīng)用離子傳導機理和偶極子轉(zhuǎn)動機理。離子傳導機理和偶極子轉(zhuǎn)動機理。具有加熱均勻、快速、有選擇性和生物具有加熱均勻、快速、有選擇性和生物效應(yīng)等特點。效應(yīng)等特點。在環(huán)境樣品預(yù)處理和在環(huán)境樣品預(yù)處理和植物有效成分提取植物有效成分提取方面應(yīng)用較廣。方面應(yīng)用較廣。2. MAE和溶劑回流提?。ê腿軇┗亓魈崛。⊿RE)SRE)的比較的比較SRE: 費時，溶劑消耗量大，提取效率費時，溶

2、劑消耗量大，提取效率 低，易造成環(huán)境污染。低，易造成環(huán)境污染。MAE: 快速，溶劑用量小，提取效率高，快速，溶劑用量小，提取效率高， 節(jié)能，環(huán)境友好。節(jié)能，環(huán)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機理研究進展機理研究進展 Pare 等提出細胞破壁假設(shè)，郝金玉等持反對意見等提出細胞破壁假設(shè)，郝金玉等持反對意見 。李核、李攻科、張展霞等人提出李核、李攻科、張展霞等人提出MAE的動力學模型。的動力學模型。熱力學機理尚沒見文獻報道。熱力學機理尚沒見文獻報道。4. 石蒜堿、力可拉敏和加蘭他敏的石蒜堿、力可拉敏和加蘭他敏的藥理作用藥理作用石蒜堿：有效抑制癌細胞；石蒜堿：有效抑制癌細胞

3、；力可拉敏：有效治療小兒麻痹后遺癥；力可拉敏：有效治療小兒麻痹后遺癥；加蘭他敏：有效治療早期老年癡呆癥。加蘭他敏：有效治療早期老年癡呆癥。主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容1. MAE法提取石蒜生物堿過程的熱法提取石蒜生物堿過程的熱力學函數(shù)測定。力學函數(shù)測定。3. MAE法提取石蒜生物堿的機理。法提取石蒜生物堿的機理。2. MAE法提取石蒜生物堿過程的影響因素。法提取石蒜生物堿過程的影響因素。創(chuàng)新點率先系統(tǒng)地探討率先系統(tǒng)地探討MAE技術(shù)提取石技術(shù)提取石蒜生物堿過程的各種影響因素；蒜生物堿過程的各種影響因素；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熱力學機理，并且用電子顯微的熱力學機理，并

4、且用電子顯微鏡證明了其合理性。鏡證明了其合理性。二、實驗部分二、實驗部分1. 儀器和試劑儀器和試劑Mars-型微波提取系統(tǒng)（型微波提取系統(tǒng)（CEM，USA），）， XL-30型型掃描電鏡（掃描電鏡（PHILIPS公司）公司） ，pHS-3C型酸度計（上型酸度計（上海偉業(yè)儀器廠）海偉業(yè)儀器廠） ；SHIMADZU LC-2010C高效液相高效液相色譜儀（帶自動進樣器），色譜儀（帶自動進樣器），CLASS-VP 6.12 SP4工作工作站（站（Shimadzu，JAPAN） 。石蒜堿、加蘭他敏和力可拉敏標準樣品；石蒜堿、加蘭他敏和力可拉敏標準樣品；三乙胺水溶液（三乙胺水溶液（pH=9.00）：?。?/p>

5、：取3.5 mL三乙胺于三乙胺于500 mL 水中，用醋酸調(diào)節(jié)至水中，用醋酸調(diào)節(jié)至pH為為9.00；三乙胺、乙腈、三乙胺、乙腈、95%乙醇、無水甲醇、氯仿、乙醇、無水甲醇、氯仿、2%HCl、氨水。、氨水。石蒜樣品為廣東天普藥業(yè)有限公司提供的石蒜石蒜樣品為廣東天普藥業(yè)有限公司提供的石蒜干料。干料。2. 樣品溶液的制備與測定樣品溶液的制備與測定 2 .0g石蒜，石蒜，30 mL 95乙醇乙醇MAE提取或提取或SRE提取提取過濾過濾濾液用氯仿萃取濾液用氯仿萃取三次，取水層三次，取水層 加氨水至水加氨水至水 層層pH10.0旋干旋干用氯仿萃取三次，用氯仿萃取三次，取氯仿層取氯仿層旋干旋干甲醇定容甲醇定

6、容 HPLC測定測定圖圖1 1 樣品制備與測定流程圖樣品制備與測定流程圖3. 色譜條件色譜條件色譜柱：色譜柱：250 4.60mm Luna 5 C18(2) 100A 流動相：流動相：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；進樣量：；進樣量：10 L；檢測波長：檢測波長：232 nm和和289 nm雙波長檢測雙波長檢測 梯度洗脫程序：梯度洗脫程序：020 min，VA/VB：85/15 80/20；2040min，VA/VB/VC：80/20/070/15/15；4050 min，VB：100。4. . 微波提取熱

7、力學計算微波提取熱力學計算lnK H / RT + C (常數(shù)常數(shù)) （1） G RTlnK （2） S （HG）/ T （3 3） 測定不同溫度下的提取平衡常數(shù)測定不同溫度下的提取平衡常數(shù)K K，根據(jù)以上，根據(jù)以上3 3式，式，通過作圖可求得提取自由能變通過作圖可求得提取自由能變G ，提取焓變，提取焓變 H 和提取熵變和提取熵變S 。 針對所研究的石蒜生物堿提取體系，定義提針對所研究的石蒜生物堿提取體系，定義提取平衡常數(shù)取平衡常數(shù)K為體系達到平衡后提取液溶質(zhì)的量為體系達到平衡后提取液溶質(zhì)的量和細胞中溶質(zhì)的量之比。和細胞中溶質(zhì)的量之比。 K 提取液溶質(zhì)的量細胞中溶質(zhì)的量提取液溶質(zhì)的量 =多次提

8、取液溶質(zhì)總量提取液溶質(zhì)的量三、結(jié)果與討論三、結(jié)果與討論1. HPLC測定測定 A ：Lycorine、Lycoramine和Galantamine混合標準溶液（100 mg/L）； B：石蒜生物堿提取液。圖圖2 HPLC 圖圖2.MAE法和法和SRE法提取石蒜生物堿的熱力學函數(shù)計算法提取石蒜生物堿的熱力學函數(shù)計算表表1 微波輔助提取石蒜生物堿提取率測定結(jié)果微波輔助提取石蒜生物堿提取率測定結(jié)果5K 提取液溶質(zhì)的量提取液溶質(zhì)的量細胞中溶質(zhì)的量次提取液溶質(zhì)總量提取液溶質(zhì)的量1Lycorine；2Lycoramine；3Galantamine；A：MAE法法 B：SRE法法 圖圖3 石蒜堿，力可拉敏，

9、加蘭他敏的石蒜堿，力可拉敏，加蘭他敏的lnKT-1關(guān)系圖關(guān)系圖 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種石蒜生物堿的焓變種石蒜生物堿的焓變H的計算結(jié)果的計算結(jié)果表表4 MAE法和法和SRE法提取法提取3種石蒜生物堿的熵變種石蒜生物堿的熵變S的計算結(jié)果的計算結(jié)果表表5 MAE法和法和SRE法提取法提取3種石蒜生物堿的自由能變種石蒜生物堿的自由能變G的計算結(jié)果的計算結(jié)果4. MAE的影

10、響因素的影響因素（1 1）提取溫度、時間的影響）提取溫度、時間的影響圖圖4 提取時間、溫度對提取效率的影響提取時間、溫度對提取效率的影響A：石蒜堿B：力可拉敏C：加蘭他敏（2）樣品顆粒度的影響樣品顆粒度的影響204060801001200100200300400500600C(mg/L)Particle size(mesh)1231Lycorine；2Lycoramine；3Galantamine； 圖圖5 石蒜顆粒度的影響石蒜顆粒度的影響（3）溶劑用量的影響溶劑用量的影響010203040500100200300400500600C(mg/L)Volume(mL)123 1Lycorine；

11、2Lycoramine；3Galantamine； 圖圖6 6 溶劑用量的影響溶劑用量的影響（4）攪拌速度的影響攪拌速度的影響1Lycorine；2Lycoramine；3Galantamine； 圖圖7 攪拌速度對攪拌速度對MAE提取效率的影響提取效率的影響（5） 微波功率的影響微波功率的影響024681012020406080100W/%t/min圖圖8 70、80、90 90 MAE法微波功率梯度變化法微波功率梯度變化 1. MAE 2. SRE圖圖9 80，10min MAE和和SRE提取效果比較提取效果比較4. MAE法提取石蒜生物堿機理探討法提取石蒜生物堿機理探討1. MAE, 8

12、0, 10 min; 2. SRE, 80, 30 min圖圖10 MAE法和法和SRE法最高提取效果比較法最高提取效果比較石蒜樣品電鏡圖譜石蒜樣品電鏡圖譜原始樣品經(jīng)SRE法處理后樣品經(jīng)MAE法處理后樣品圖圖11 石蒜粉末掃描電鏡圖石蒜粉末掃描電鏡圖四、結(jié)論 1. MAE法提取石蒜中的石蒜堿、力可拉法提取石蒜中的石蒜堿、力可拉 敏和加蘭他敏是一個吸熱熵增過程。與敏和加蘭他敏是一個吸熱熵增過程。與 SRE相比，相比，MAE的的H和和S更大，更大， 在相同溫度下的在相同溫度下的G更小，所以更小，所以MAE 效率更高。效率更高。 2 2、應(yīng)用、應(yīng)用MAE技術(shù)提取技術(shù)提取3 3種石蒜生物堿所需時間種石

13、蒜生物堿所需時間 明顯縮短。明顯縮短。 3 3、根據(jù)、根據(jù)熱力學研究結(jié)果以及石蒜細胞特點推測：熱力學研究結(jié)果以及石蒜細胞特點推測： MAE提取過程中石蒜細胞并沒有破裂，掃描提取過程中石蒜細胞并沒有破裂，掃描 電鏡圖片證實了推測。電鏡圖片證實了推測。根據(jù)實驗結(jié)果推測根據(jù)實驗結(jié)果推測MAE法提取石蒜生物堿效法提取石蒜生物堿效率提高的原因是：（率提高的原因是：（1）溶質(zhì)和溶劑中的極性）溶質(zhì)和溶劑中的極性分子在微波場的作用下高速擺動，擴散速度加分子在微波場的作用下高速擺動，擴散速度加快；（快；（2）微波由內(nèi)向外的加熱模式，和生物）微波由內(nèi)向外的加熱模式，和生物堿的傳質(zhì)擴散方向一致，進一步消除了溶質(zhì)的堿的傳質(zhì)擴散方向一致，進一步消除了溶