1、材料科学与工程学院本科毕业设计（论文）开题报告 论文题目 从马铃薯叶中提取分离和纯化茄尼醇 学 生 姓 名 刘金川 学 号 12080702 专 业 班 级 高分子材料与工程（2）班 指 导 教 师 陈振斌 教授 提 交 日 期 2016 年 1 月 17 日 毕业论文题目 从马铃薯茎叶中提取分离和纯化茄尼醇题 目 来 源 科研项目一、选题依据1、背景和选题依据：近年来，人类越来越关注自身的健康问题。由于人们摄食或者自身原因而导致的一些疾病如心脑血管病和癌症的发病率大幅增加，这不仅给病人自身带来了极大的痛苦，也给他们的家庭造成了很大的影响。由于茄尼醇具有较高的药理活性，其自身除具有抗菌、消炎、
2、治疗心血管疾病及抗溃疡等作用外，还可作为合成辅酶Q10、维生素 K2、抗癌增效剂 SDB 等的中间体，成为目前医药中间体市场的一种重要产品 1。茄尼醇以游离醇和化合态（主要以乙酸酯、棕榈酸酯和亚油酸酯）2 种形式存在，一般在烤烟中的含量大于晾烟，白肋烟中的含量最高，其浓度随着调制而增大。目前国内外对茄尼醇农业调控的研究较少，主要集中在美国和日本，例如，日本在 20 世纪 80 年初首先成功地从烟叶中提取茄尼醇，进而以工业化的半合成法制造辅酶 Q10 产品，目前，日本已经拥有成熟的两项相关工艺的专利。而中国对茄尼醇的研究基本处于茄尼醇的提取纯化工艺研究和开发阶段。但是也受到了广泛的重视，对茄尼醇
3、的原料开发研究报道也相应日渐增多。我国是烟草生产大国，每年都有一定数量的低等级烟叶不能用于卷烟生产，长期以来，国内相关的工业生产都是以提取 15%20%的茄尼醇粗品为主，所以相关工作者一直致力于研究和开发提纯 90%以上可供医药生产直接利用茄尼醇的技术。常见植物提取方法有混合溶剂提取法 2、超临界 CO2 萃取法 3、超声波提取、微波提取辅助法提取。目前，工业上大多采用正己烷作为萃取剂提取烟叶中的茄尼醇, 而正己烷是一种价格较高的有机溶剂, 生产成本较高。岑波 4等用价廉易得的 PE溶剂代替现有生产工艺上常用的正己烷溶剂，通过实验得出了烟叶中提取茄尼醇的最佳工艺条件为：抽提温度为 35，搅拌回
4、流时间为 2h。在这个工艺条件下，PE溶剂对茄尼醇的提取率最高，且溶剂回收率也较高。烟叶中茄尼醉的超临界 CO2萃取工艺为：以 95%乙醇作为夹带剂，用量 1:1（w/v ） ，在萃取压力 20Mpa，温度45，分离压力 5Mpa，温度 35，CO 2流量 4.8L/h，萃取 3h，茄尼醉的提取率为94.0%，提取物中茄尼醇的含量为 33.0%。烟叶中茄尼醉的超临界 CO2萃取工艺为：以 95%乙醇作为夹带剂，用量 1:1（w/v） ，在萃取压力 20Mpa，温度 45，分离压力 5Mpa，温度 35，CO 2流量 4.8L/h，萃取 3h，茄尼醉的提取率为 94.0%，提取物中茄尼醇的含量为
5、 33.0%。马君义 5等人研究了微波辅助萃取茄尼醇的工艺技术。该方法具操作如下：马铃薯叶加混合溶剂(石油醚:乙醇=9:1) ，微波功率 280W，辐射时间 5min，过滤，共萃取 4 次。用溶剂洗滤渣，合并滤液，回收溶剂，茄尼醇含量为 3.71%。超声波辅助提取的具体操作 6如下：称取粉碎后的马铃薯叶 10 g 加入 250 mL 的烧瓶，中,再加入一定体积的萃取溶剂,置于超声波发生器中,设置超声波功率和时间,在 50 Hz 下萃取,萃取完成后,用冷水冷却至室温,过滤,旋转蒸发脱除溶剂得茄尼醇粗品。以上这几种方法中，超声波在提取方面的应用已日益广泛，尤其在中药提取方面已经应用于工业化生产。超
6、声波用于中药的提取能明显地减少溶剂耗量、缩短萃取时间，在较低的温度下就可实现高的提取率，且不会破坏中药中的有效成分。常用的 2 种分离纯化茄尼醇的方法是尿素柱层析法和大孔吸附树脂法 7-8。其中，尿素柱层析技术是综合尿素包合法及柱层析技术二者的优势，总结得出的一种新型的分离方法。该方法已成功应用于 a-亚麻酸乙酯、共轭亚油酸甲酯的分离，笔者将其应用于烟叶浸膏中茄尼醇的分离研究。原料浸膏经皂化、初步结晶处理后，最后采用溶剂结晶法进一步精制，得到了一条可以获得高纯度茄尼醇的工艺路线。大孔吸附树脂的作用机理：MAR 的筛分作用源于其中相互贯通的孔结构，与无机分子筛的筛分作用相类似，直接根据分子大小与
7、孔径的匹配程度对物质进行分离。但 MAR 对有机物具有良好的吸附能力。具有筛分作用的 MAR，其孔径较小，只能吸附分子尺寸较小的有机物，在一定情况下可用于分离分子尺寸不同的物质 9。相比于其他分离纯化技术，它具有高选择性、操作简单、可重复使用、成本低廉等优点 10。由于大孔吸附树脂技术不断发展，不仅使吸附解吸工艺得到进一步优化，而且不断涌现出新型树脂。随着基础理论和应用研究的不断深入，这项技术不仅将会在植物多酚分离纯化中得到更加广泛的应用，而且给医药食品化妆品行业也带来了可观的经济效益。目前，国内外许多科研人员对从烟叶中分离纯化茄尼醇的研究报道较多，但是，从马铃薯叶中分离纯化茄尼醇的相关报道则
8、冥想较少。因此，本课题选取马铃薯叶作为研究对象，并在前人做了大量的科研工作的基础上，继续深入研究如何更有效地从马铃薯叶中提取分离茄尼醇并利用大孔吸附树脂分离纯化茄尼醇的方法制备得到更高纯度的茄尼醇具有十分重要的意义。2、课题研究目的：（1） 、了解茄尼醇的作用机理以及如何高效的从马铃薯叶中提取分离茄尼醇；（2） 、熟悉并掌握利用紫外-可见光分光光度计测溶液的吸光度，以及利用液相色谱法测物质的纯度；（3） 、进一步探究如何利用大孔树脂吸附茄尼醇，从而得到更高纯度的茄尼醇；（4） 、熟悉并掌握 HPLC 分析仪。二、文献综述目前，国内外科研人员主要是从烟草叶或马铃薯叶中分离纯化茄尼醇。茄尼醇最早是
9、由 Rowland 等 11从烟草中分离得到，后经研究发现，其广泛存在于高等植物、哺乳动物和微生物体内，其中尤以烟叶、马铃薯叶和桑叶中含量最高，据报道，烟叶中茄尼醇质量分数高达 2%-6%12-15，马铃薯叶中含量为 1.5%。国内外对茄尼醇的需求量逐年增加，纯度更高的茄尼醇供不应求，因此，许多从事化学研究的人员致力于大孔树脂吸附茄尼醇的研究。大孔吸附树脂分离技术 16是 20 世纪 60 年代末发展起来的继离子交换树脂后的分离新技术之一。大孔吸附树脂有吸附性能好、吸附效率高、树脂再生容易等优点，常用来提取中草药化学成分。吸附树脂在应用上的特点是介于活性炭、硅胶、硅藻土等天然吸附剂与离子交换吸
10、附剂之间，既有类似于活性炭的吸附能力，又比离子交换剂更容易再生。何琦 17等报导了采用 D140 大孔吸附树脂进行银杏黄酮的提取纯化，傅冬和 18等报导了采用DM130 树脂提取甘草酸的方法。大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团，具有大孔结构的高分子吸附剂。理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶媒，对有机物有浓缩、分离的作用，且不受无机盐类及强离子、低分子化合物的干扰。其吸附性能与活性炭相似，与范德华力或氢键有关。同时，网状结构和较大的比表面积，使得其具有筛选性能。因而人们又开始致力于研究各种大孔树脂对茄尼醇进行分离纯化，并从中选取吸附效果最佳的树脂，在此方面已取得重大突破。例如，Pengcheng
11、 Sun 等 19通过研究 10 种大孔树脂对菊芋叶中绿原酸进行吸附解吸实验，得到ADS21 树脂具有较好的富集效果，为进一步开发天然抗氧化剂提供了理论依据；Lijun Sun 等 20研究了 8 种不同树脂对苹果幼果多酚的吸附和解析特性，确定了X5 树脂具有较佳的分离纯化效果，克服了传统提取工艺的纯度较低，溶剂用量大，污染环境等不利因素。我国孔宁川 21等利用分子蒸馏技术发明了一种对烟草浸膏深加工制烟草净油及富集茄尼醇的方法，采用烟草浸膏为原料，用分子蒸馏暨短径蒸馏技术，在 0.1 100 帕真空度，80220 蒸发温度条件下，通过真空度和蒸发温度的控制，对烟草浸膏进行分段处理。在 0.11
12、00 帕真空度、80180蒸发温度的条件下，得到高真空烟草净油的前段，将分离出净油前段的剩余物在 0.110 帕真空度，蒸发温度180220条件下得到高真空烟草净油后段，分子蒸馏残渣为黑色的茄尼醇富集段。此外，许多外国学者也做了许多这方面的研究。EM Silva 等 22通过选用 XAD7、XAD16、EXA90 和 EXA118 和大孔树脂比较，筛选出 XAD7 树脂具有较高的纯化 Inga edulis 叶中多酚效果；Zhang Y F 等 23采用 9 种大孔吸附树脂富集茶多酚中低苦涩味儿茶素，通过静态吸附和解吸实验，筛选出 ADS17 为较优树脂；高德艳等 24通过对 8 种大孔树脂的
13、静态和动态吸附实验，筛选出 HPD100 为吸附葡萄籽原花青素的最佳树脂。三、研究内容：1.课题研究内容：本课题旨在研究从马铃薯叶中高效提取茄尼醇的方法以及如何利用大孔吸附树脂分离纯化茄尼醇的技术制备得到更高纯度的茄尼醇，熟悉并掌握须用的各种仪器设备，如 HPLC 分析仪等。2.拟采取的实验方案：（1） 、实验前的准备工作，在知网上搜集和整理各种相关文献和资料；（2） 、选材，经过仔细筛选，拟选取马铃薯叶作为本课题的原材料；（3） 、将上述已选取好的原材料马铃薯叶磨成粉，并用 95 乙醇配成溶液；（4） 、利用（3）中已配好的溶液做系列时间梯度、料液比梯度、超声功率梯度、温度和提取次数梯度的实
14、验，并对所得溶液进行茄尼醇纯度的测定；（5） 、重新配液，进行皂化和酸化反应，酸化后萃取，并测得萃取后滤液的吸光度和纯度；（6） 、将上述所得溶液悬干得到茄尼醇浸膏，将其放在振荡器中，等其被充分摇匀干燥后，再将其放入干燥箱内，烘干方可使用；（7） 、选取若干种打孔吸附树脂进行分离纯化；使用大孔树脂前须将其泡入无水乙醇中以增加其活性，大约浸泡 24h 后取出，用蒸馏水重复洗涤，直到乙醇味消失为止；（8） 、取事先干燥好的茄尼醇浸膏 0.5g，与 95%乙醇配成 100ml 溶液，分别与活化和纯化后的树脂一一对应，分成若干组并对其进行编号，选取适当条件放入水浴中 2h 后取出；（9） 、将上述所得
15、溶液进行 HPLC 分析，并选出最佳分离纯化茄尼醇的树脂；（10） 、重复以上步骤，并做大孔树脂多组交叉选区实验，最终获得分离纯化茄尼醇效果最佳的树脂；（11） 、实验结果讨论分析以及实验后处理等工作。3、简易实验流程：搜集和整理与实验相关的文献和资料选材、并磨成粉将马铃薯粉与 95 乙醇配成溶液利用上述步骤所得的溶液做影响茄尼醇提取率的单因素分析系列梯度实验重新配液，进行酸化和皂化反应制备茄尼醇浸膏，并肩器充分烘干运用已浸泡好的大孔树脂进行分离纯化称取事先干燥好的茄尼醇浸膏 0.5g，与 95 乙醇配成100ml 的溶液将上述索德溶液进行液相分析重复大孔吸附树脂分离纯化茄尼醇的实验步骤，最终
16、选取得到对茄尼醇分离纯化效果最佳的树脂四、主要参考文献：1 方建军. 废次烟叶中高纯度茄尼醇提取及辅酶 Q10 发酵工艺研究D. 浙江工业大学.2009(04).2 赵良俊,于 萍,马海滨,罗运柏. 混合溶剂与超声波辅助提取茄尼醇的工艺研究J. 精 细 化 工 中 间 体,2007,37(01):38-40.3 赵卉. 烟叶中茄尼醇的超临界 CO:萃取工艺及分离纯化的研究 D. 沈阳药科大学.2007(05).4 岑波,段文贵 ,赵树凯. 从废次烟草中提取茄尼醇的新工艺研究J. 广西大学学报(自然科学版),27(3):240-242.5 马君义,张继,徐小龙,丁永堂 . 微波辅助萃取马铃薯叶中
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