生物工程毕业设计（论文）-八角茴香中莽草酸提取工艺研究.doc

广 西 科 技 大 学（筹）毕 业 论 文课题名称 八角茴香中莽草酸提取工艺研究 英文名称 investigation on the extraction process of shikimic acid from star anise 姓 名 学 号 指导教师 系 别 生物与化学工程学院 班 级 生物工程081班 二一二年五月十八日21摘要莽草酸，有抗炎、镇痛作用，也是合成目前在临床上唯一一种有效抗禽流感药物磷酸奥斯米韦(商品名：哒啡)的关键原料。莽草酸在八角属植物中含量较高，而以八角茴香中的含量最高。在全球禽流感事件屡次发生的情况下，莽草酸的需求量不断扩大，良好的工艺对莽草酸的扩大再生产意义重大，也对人类社会的发展有着一定的推进作用。本论文将研究八角茴香中莽草酸的提取工艺，运用回流提取法，较为系统的研究八角茴香果实中提取莽草酸的因素：提取温度、提取时间、料液比，以确定提取的最佳工艺。所得结果为：回流提取法的最优条件为提取时间90min，提取温度80，料液比1:30，提取率达到10.78%。本实验对工业上的扩大生产，具有一定的借鉴意义。关键词：八角茴香、莽草酸、回流提取法、最优工艺abstractshikimic acid has the effect of analgesia and antiphlogistic. it is also a key material for chemical synthesis of oseltamivir phosphate (tamiflu) which is considered the only effective anti-bird flu drug in clinic. shikimic acid highly exists in illicium plants; star anise is the highest content one. at the situation that global avian influenza events happen frequently, the need of shikimic acid expands rapidly, a good technology is meaningful to shikimic acids expand production, it also has some positive effect to the development of human society.in this paper, the extraction process of shikimic acid from illicium plants were investigated using reflux extraction method, which the factors of extracting shikimic acid from illicium plants systematically were studied in order to get the best exteaction process: extraction temperature, extraction time and solid-liquid ratio. the result showed that reflux extraction methods best condition is extraction time at 90 minutes, extraction temperature at 80, solid-liquid ratio at 1:30, the highest extraction rate is 10.78%. this experiment has some significance to the expand production in practical industy.key words: star anise, shikimic acid, reflux extraction, optimum process 目 录第一章 绪论4第一节 八角茴香概述4一 形态及生长特点4二 八角茴香的化学成分5三 八角茴香的用途6四 八角茴香的鉴别6五 八角茴香的应用6第二节 莽草酸简介8一 莽草酸的理化性质8二 莽草酸的用途8三 莽草酸的合成方法10第二章 实验部分12第一节 实验目的12第二节 实验流程图12第三节 实验材料13一 实验仪器13二 实验材料与试剂13第四节 实验方法14一 实验原理14二 实验步骤14第三章 结果与分析15一 标准曲线的测定15二 单因素实验16三 超声法最优对照18四 正交实验19第四章 结论20致谢21参考文献22第一章 绪论近些年，世界各地都有关于禽流感的报道，其传播的速度与覆盖区域之广，让各国人民都闹得人心惶惶。禽流感最早可以追溯到134年前的意大利，1878年，perroncito首次报道了在意大利鸡群中发生的家禽疫（fowl plague，禽瘟），直到1902年其病原才被分离出，这也是第一株被证实的流感病毒。最近几年，禽流感不断出没于欧洲、北美和亚洲许多国家，中国也是禽流感的多发国家。禽流感疾病属于突发性公共卫生事件，属于非传统安全领域的新威胁。在追求和谐的21世纪，把禽流感定性为“人类之公敌”并不为过1。之前在亚洲爆发的禽流感属于h1型流感病毒，这种病毒给人类的发展造成很大的损失，1981年出现的h1型流感病毒造成世界上几百万人的死亡；1957年的亚洲流感是h2病毒，1968年的也是h2型病毒。面对禽流感所带来的巨大威胁，研制出治疗和抑制流感病毒的药物是必不可少的。莽草酸，有抗炎、镇痛作用，也是合成目前在临床上唯一一种有效抗禽流感药物磷酸奥斯米韦的关键原料。出于对化工合成类药物安全性的考虑，以及世界人民对自身健康的不断关注，人们对天然产物表现出极大的兴趣，也投入了更多的精力财力在天然产物上的研究，研究热度持续升温，八角茴香作为莽草酸含量最高的天然植物，更多的科研人员投入到八角茴香提取莽草酸的研究2。第一节 八角茴香概述一 形态及生长特点常绿乔木，高10-20m。树皮灰色至红褐色，有不规则裂纹。枝密集，呈水手伸展。单叶互生或3-6簇生于枝顶；叶柄粗壮，长约1cm；叶片革质，长椭圆形或椭圆状披针形，长6-12cm，宽2-4cm，先端渐尖或急尖，基部楔形，全缘，上面深绿色，有光泽和油点，下面浅绿色，疏生柔毛。花两性，单生于叶腋，花被片7-12，数轮，覆瓦状排列，内轮粉红色；雄蕊11-19，排成1-2轮；心皮8-9，离生。聚合果，多由8个果放射状排列成八角形，直径3.5-4cm，红褐色，木质；果先端钝尖或钝，成熟时沿腹缝线开裂。种子，扁卵形，亮棕色。花期春、秋两季.早期秋季至翌年春季。气味香，味辛、甜3生长于土壤疏松的阴湿山地，分为野生和栽培两种。分布于广东、广西、福建、贵州、云南、台湾等地。主要产地为广东、广西和云南等地。每年采收两次，第一次为主采期，为89月间，第二次为翌年23月间。采摘后，微火烘干，或用开水浸泡片刻待果实转红后晒干。二 八角茴香的化学成分（一） 挥发性化合物八角茴香油主要成分为反式茴香脑，其次是茴香醛，还有少量的桉树脑、柠檬烯、蒎烯等。自20世纪80年代至今，从不同产地、不同树皮、枝叶和果实中分离鉴定出多种化合物，分别为茴香醛、4- 顺式丙烯基茴香醚、芳樟醇、黄樟醚、- 蒎烯、1, 8- 桉叶素、- 水芹烯、a - 水芹烯 1- ( 3- 甲基- 2- 丁烯氧基) - 4- 反式丙烯基苯、l - 柠檬烯、异松油烯、- 松油醇和萜品烯醇以及苯甲酸、水杨酸、棕榈酸、顺- 2- 甲基丁烯酸和其它一些酚酸4-8李祖光对八角茴香挥发性风味成分进行定量分析, 鉴定出反式茴香脑( 80. 76%) ,柠檬烯( 6. 93%) , 草蒿脑( 2. 07%) , - 石竹烯( 1. 45%) , - 香柠檬烯( 0. 99%) , - 蒈烯( 0. 89%) , - 雪松烯( 0. 82%) , 茴香醛( 0.56%) , 异石竹烯( 0. 56%) , 芳樟醇( 0. 50%)等44 种化合物。反式茴香脑、顺式茴香脑、草蒿脑和茴香醛具有八角茴香气味, 是八角茴香的特征风味成分, 柠檬烯具有柠檬水果的气味、- 石竹烯具有木香和辛辣气味, - 蒈烯也具有一定的辛辣味, a- 香柠檬烯具有微弱木香气味, 芳樟醇具有花香的气味, 这些成分对八角茴香特殊风味也有一定的贡献。（二） 倍半萜内酯及其衍生物黄建梅等用gc- ms 从八角茴香属植物滇西八角果皮中分离出30 多种高度氧化的倍半萜内酯及其衍生物, 如莽草毒素, 伪莽毒素和6- 去氧伪莽草毒素、八角莽草毒素a 和b、红花八角素、6- 去氧红花八角素、1- 羟基新莽草毒素、6- 去羟基- 1- 羟基新莽草毒素、3, 4- 去羟基- 15- 甲基- 2- 氧- 6- 去氧新莽草毒素, 3, 4- 去羟基- 2- 氧- 6- 去氧新莽草毒素, 和其它新的倍半萜类。（三） 黄酮类成分八角茴香果实中含有3- 芸香糖, 3-葡萄糖, 3- 半乳糖取代的山萘酚和槲皮素, 3- 鼠李糖槲皮素, 3- 木糖槲皮素以及游离的山萘酚和槲皮素等。（四） 苯丙烷和木脂素类2, 3- 二氢- 7- 甲氧基- 2- ( 4- 羟基- 3- 甲氧基苯基) - 3- 羟甲基- 5- 苯并呋喃丙醇- 4- o- - d- 鼠李糖苷和伊卡苷e。红花八角还含有红花八角醇, 异红花八角醇, 厚朴酚。（五） 其他糖脂, 磷脂( 包括卵磷脂、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇) , - 谷甾醇, 菜油甾醇和维生素e, 胡萝卜苷和莽草酸。红花八角茎、叶中还含三十烷醇- 1, 莽草酸和槲皮素- 3- o- 鼠李糖苷。八角种子还含油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸等脂肪酸。三 八角茴香的用途（一） 抑菌作用本品水煎剂对人型结核杆菌及枯草杆菌有抑制作用。醇提取物体外对革兰阳性菌(如金黄色葡萄球菌、肺炎球菌、白喉杆菌等)和革兰阴性菌(如枯草杆菌、大肠杆菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、痢疾杆菌等)，以及常见致病真菌均有抑制作用。（二） 升白细胞作用茴香脑给正常犬灌服或肌内注射，正常兔和猴肌内注射，给药后24小时即出现白细胞升高现象，连续用药，白细胞可继续增加，停药后2小时白细胞仍为用药前的157%，骨髓细胞数为用药前的188%，骨髓有核细胞呈活跃状态。对犬用环磷酰胺所致的白细胞减少症，同时服用茴香脑可使犬全部存活，白细胞下降慢、恢复快。对化疗病人的白细胞减少症有较好疗效。（三） 其他作用茴香脑具有雌激素活性。茴香脑能促进肠胃蠕动，缓解腹部疼痛；对呼吸道分泌细胞有刺激作用而促进分泌，可用于祛痰。（四） 毒性八角茴香研粉，给小鼠灌胃25g/kg，观察7日，无一只死亡。茴香脑给小鼠灌胃的ld50为4g/kg；腹腔注射的ld50为1.5g/kg，茴香脑顺式异构体大鼠腹腔注射的ld50为0.07g/kg，小鼠腹腔注射的ld50为0.095g/kg，茴香脑及反式异构体大鼠腹腔注射的ld50为2.67g/kg，小鼠腹腔注射的ld50为1.41g/kg。八角茴香含少量黄樟醚，该成分对大鼠和犬可诱发肝癌。用八角茴香提出的挥发油进行鼠伤寒沙门菌营养缺陷型恢复突变试验(ames试验)，挥发油中黄樟醚未显示出致突变作用9-10。四 八角茴香的鉴别（一） 取果皮粗粉0.5g，加乙醇5ml，温浸2min，放冷、过滤。滤液中加蒸馏水25ml，发生淡黄色混浊，移至分液漏斗中，加石油醚10ml，充分振摇，静置，分取石油醚，蒸干。残渣加醋酸2ml，使溶解，加三氯化铁试液2滴，摇匀。将此醋酸溶液沿管壁缓缓加信盛有硫酸（约1-2ml）的试管中，两液界面显出一明显、医|学教育网搜集整理持久的棕绿色环。（检查茴香醚）（二） 薄层层析：取本品粗粉10g，常法提取挥发油，将油溶于1ml氯仿中，供点样用；另用茴香醚和茴香醛氯仿液为对照。分别点样于两块硅胶g薄层板上，一块以石油醚-乙酸乙酯（99：1）展开16cm，5%香荚兰醛浓硫酸试剂显色，有一樱红色斑点与茴香醚相对应。另一块以石油醚-乙酸乙酯（85：5）展开16cm，2，4-二硝基苯肼试剂显色，有一橙红色斑点与茴香醛相对应11,12。五 八角茴香的应用（一） 大茴香油大茴香油又称八角茴香油或茴油, 具有一定香气并有挥发性的植物性油状液体, 呈无色或淡黄色, 有茴香气味, 香气比茴香油略差。比重为0. 980 0. 994( 15 c ) , 折射率为1. 553 1. 560( 20 c ) , 溶于乙醇和乙醚。其主要成分是茴香脑( 含量达90%左右) 。其用途主要用于制取茴香脑, 也用于配制饮料( 如可口可乐等) 、食品、烟草等的增香剂以及医药方面13。（二） 茴香油它是无色或淡黄色液体, 有茴香的特殊气味, 味甜。比重为0. 978 0. 988, 比大茴香油略轻, 折射率1. 553 1. 560( 20 c) , 与大茴香油相同。旋光度为- 2 + 1, 约15 时凝成结晶物, 溶于乙醇和乙醚。其主要成分是茴香脑, 含量达80% 90%, 并含有乙醛等物质。其用途主要用于提制茴香脑, 配制牙膏香精及药物、饮料、食品的增香剂等。（三） 小茴香油它也是无色或淡黄色液体。分苦味油和甜味油两种, 含有葑酮的味苦, 不含葑酮的味甜。比重为0. 953 0. 973( 15 c ) , 比大茴香油、茴香油都小, 折射率为1. 528 1. 538, 也略小, 沸点范围160 220 c , 冰点不低于3 c , 旋光度为12 20 , 其主要成分是茴香脑, 并含有蒎烯、莰烯等物质。其用途除了用于提取茴香脑外, 也用于配制饮料、食品和香烟的增香剂, 还可以用于医药等方面。六 八角茴香的发展前景八角茴香不仅药效好，而且在轻工业尤其是在调味品、香精香料、食品工业等具有广泛的应用价值, 经济价值高。广西政府已建立八角茴香gap 示范基地, 提供了一个稳定的原料供应基地。但目前八角茴香加工技术落后, 绝大部分是以原料形式销售, 还没有形成产业化的深加工产品; 八角的深加工途径、潜在用途、应用领域仍需要不断地研究和探索, 促进八角深加工产品、系列产品的开发, 推动八角及相关产业发展14。 第二节 莽草酸简介莽草酸存在于多种植物组织中,如桑科无花果( f icus ca rica l inn) 的果实、银杏科植物银杏 (ginkgo biloba l. )的叶和内皮、使君子科植物诃 子( termina lia chebu la retz)的果实和树叶、桃金 娘科植物柠檬桉( euca lipu tus citr iodo ra us hook. f. )的树叶、伞形科植物茴香( foen icu lum vu lga re mill. )的茎和叶、八角茴香( i llicium verum hook. f)的果实。其中以八角科植物八角茴香中莽草酸的含量最高(约10%) 。该物种主要分布在我 国的福建、广东、广西、云南、贵州、台湾及越南等 部分地区。其中广西最为富产,约占我国总产量 的90%;中国的产量则占全球的90% 15,16。一 莽草酸的理化性质莽草酸的定义：植物及微生物中，苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸生物合成时，从磷酸烯醇丙酮酸开始，与4-磷酸赤藓糖合成的三羟基芳香族中间产物。是各种芳香族化合物的来源，也是一些次生代谢产物的重要原料。莽草酸是一种有机酸，分子式为c7h10o5，分子量为174.15，化学名为3,4,5三羟基1环己烯1乙酸。白色精细粉末,在水中的溶解度为18g/100ml，难溶于氯仿、苯和石油醚，易溶于水、甲醇、乙醇等大极性溶剂。熔点185191 ，旋光度-180，气味辛酸。图1：莽草酸分子式二 莽草酸的用途（一） 抗菌抗肿瘤作用早在1978年, ganem就开始对莽草酸的用 途进行了研究。但对莽草酸衍生物药理作用的研究则是在发现了具有生物活性的乙二醛酶i抑 制剂和二噁霉素等含有莽草酸类母核的天 然产物后才兴起的。1987年jung研究发现,莽草酸甲酯合成的乙二醛酶抑制剂类似物对海拉细 胞株和埃希利腹水癌有明显的抑制作用,并能延 长接种白血病细胞l1210的小鼠的存活时间,且 毒性相对较低。进一步研究认为,其抑制作用主 要与硫氢化物反应有关。孙快麟等于1988年合成了一种类似于二噁霉素的莽草酸衍生物,并证明此化合物具有与二噁霉素类似的药理活性, 在体外能抑制白血病细胞l1210。近年来, zhang 等报道了以莽草酸为原初产物可合成锡兰白雪花酮(聚氧合环己烷类物质) ,该衍生物可明显抑制埃希利腹水癌细胞内核苷酸的传输,对体外 培养的癌细胞具有毒性。（二） 抗血栓及脑缺血通过小鼠试验,发现莽草酸有明显的抗血栓作用,可抑制动、静脉血栓及脑血栓的形成。进一步研究表明,莽草酸抗血栓作用与抑制 血小板聚集有关。莽草酸可通过影响花生四烯酸 代谢来抑制血小板聚集和凝血系统,从而发挥抗血栓的作用。莽草酸及其衍生物还具有抗脑缺血作用。主要表现在缩小大鼠局灶性脑缺血后脑梗死体积、降低神经功能评分、减轻脑水肿程度和增加缺血区脑血流量等指标。钟兆忠等研究表明三乙酰莽草酸(tsa)能够降低脑缺血后红细胞聚集程度,并抑制血小板的聚集,有利于脑的微循 环。tsa还可通过影响p2选择素的表达,抑制脑缺血再灌注和凝血酶引起的血小板和中性粒细胞 粘附,从而起到抗脑缺血的作用。孙文燕等对大脑中动脉缺血再灌注大鼠的研究发现,异亚丙基莽草酸(isa)可改善脑组织能量代谢,增加脑组织能荷值,提高脑组织na+ 2k+ 2atp 酶和脊髓过氧化物酶(mpo)活力, 减轻脑组织自由基损伤,从而保护受缺血性损伤的脑组织。另外,isa 还明显地抑制脂质过氧化产物mda 的生成,并 显著提高抗氧化系统t2sod, cn2zn2sod和gsh2 px的活性。以上研究结果表明, isa可通过调节自由基的代谢保护局灶性脑缺血的损伤。（三） 抗炎作用邢建峰等通过小鼠实验研究认为, isa能抑制二甲苯所导致的小鼠耳廓肿胀、角叉菜胶所致的大鼠足跖肿胀和棉球肉芽肿,揭示该药物既可抑制炎症早期的渗出和水肿,又可抑制炎症晚 期组织的增生及肉芽组织的形成,具有明显的抗炎作用。（四） 抗禽流感作用禽流感疫情在全球范围内的快速蔓延严重危 害着人类健康及社会安定。目前,瑞士罗氏公司生产的抗禽流感专利药物“达菲”是唯一一种能 在临床上对禽流感病毒有疗效的药物, 它对 h5n1型禽流感具有明显的抑制作用。“达菲”中 的抗病毒成分奥司他韦是进一步改造莽草酸结构 而得的一种衍生物。达菲是一种神经氨抑制剂, 是奥司他韦羧酸盐的乙基酯化前体药物,奥司他 韦羧酸盐则是一种对流感病毒a和b 神经氨酸苷酶(na) (唾液酸酶)有强力选择性的抑制剂, 可在肝内转化为它的活性代谢物后遍布全身而发挥药效。在体外实验中,它对所有流感a和b毒 株(包括新近在香港感染人类的h5n1及h9n2) 均有强力的抗病毒活性。体内和体外实验均证 明,奥司他韦羧酸盐对预防和治疗流感a和b的感染都有效,且有很好的耐受性。通过与禽流感 抑制剂金刚烷胺及金刚乙胺进行比较发现,奥斯 他韦具有更加宽阔的抗病毒谱,比金刚烷胺更轻 的副作用,且造成可遗传抗药毒株的倾向性更小。无论药理和药物动力学研究,还是临床用法及疗效方面的研究,结果都表明,莽草酸衍生物奥斯他韦对预防和治疗流感具有重要作用17-21。三 莽草酸的合成方法（一） 生物合成糖酵解产生的磷酸烯醇式丙酮酸（pep）和戊糖磷酸途径产生的d-赤藓糖-4-磷酸作用形成中间产物3-脱氧-d-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸，进一步环化成重要中间产物莽草酸。莽草酸再与pep作用，形成3-烯醇丙酮酸莽草酸-5-磷酸，脱去pi，形成分支酸。分支酸是莽草酸途径的重要枢纽物质，它以后的去向分为两个分支：一个分支走向色氨酸，另一个分支是先形成预苯酸，经过arogenicacid，然后再分支：一是形成苯丙氨酸，另一是形成酪氨酸。广谱除草剂草甘磷之所以能除草，就是因为它能抑制催化莽草酸与pep合成3-烯醇丙酮酸莽草酸-5-磷酸的酶。本途径存在于高等植物、真菌和细菌中，而动物则无，所以动物不能合成苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸这3种芳香族氨基酸，必须从食物中补充。（二） 植物提取法植物提取法是获得莽草酸的主要途径之一。其原料主要为八角茴香,其提取工艺随着制药工艺的发展也在不断地改进。adam s等利用索 氏提取器从八角茴香中提取了莽草酸,并用阴离子活性炭交换柱纯化八角茴香,其得率可达7% (每100 g 八角茴香产7 g 莽草酸) 。richard 等采用脱色炭( decolorizing cha rcoa l)缩短提取时间,也能达到相同的效果。林海路等对传统的提取工艺进行了改进,利用微波辅助法进行提取,大大提高了莽草酸的提取效率。但由于八角茴香在世界范围内分布极少(仅产于中国和越南,在中国也仅存在于四个省份)且生长周期长(只在3月和5月收获) , 鉴于原料的制约,加之提取工艺繁琐复杂、成本高,严重限制了莽草酸的产量和利用率。（三） 化学合成法莽草酸及其类似物也可通过化学方法合成。其中,逆diels2alder合成法以环戊二烯和苯醌为原初物质合成莽草酸,其总收率最高可达41% (以碳源为基础) 。碳氢化合物转化法以 手性结构单元(1r, 5r, 7s) 272 (二甲基叔丁基硅 氧基)甲基 26, 82二氧二环 3. 2. 1 辛232烯222酮和乙烯溴化镁经一系列氧化还原反应最终水解生成莽草酸,其总收率可达7. 8%左右。奎宁酸转化法则以奎宁酸衍生物和2, 22二甲基丙烷作为 原初物质进行合成,其总收率最高可62%。化学合成法虽然在产率及纯度上有着明显的优势, 但由于原料来源有限、化学废弃物处理等问题使该法没有得到广泛的生产应用。（四） 代谢合成法自然界生物体代谢产生莽草酸的莽草酸循环途径,是微生物和植物所共有的代谢循环途径。近年来利用代谢合成法生产莽草酸逐渐受到重视。该法以经改造的工程菌株作为材料,通过微生物的代谢来生产莽草酸。该方法具有原料来源广泛、细菌代谢繁殖快、生产材料可反复利用、可塑空间大等优点,已经成为生产莽草酸的一条新兴之路。四 展望莽草酸因其可作为抗禽流感特效药的原料而受到广泛的关注和应用,其衍生物在医药领域其他方面的作用也逐渐为科学界所认识。目前,国内外众多科研机构正致力于如何提高莽草酸产量的研究,以满足社会对其日益急增的需求。由于传统的植物提取法和化学合成法自身的弊端,其产量已远远无法满足社会需求,因此发展前景狭窄。利用更加经济、高效的微生物代谢合成法生产莽草酸成为当前该领域研究的热点。通过缺失大肠杆菌的莽草酸激酶这一方法来积累莽草酸已经应用于实际生产,但仍存在需提高莽草酸纯度的问题。目前在减少奎尼酸副产物的问题上已有一定进展,但脱氢莽草酸的去除仍无法有效解决。如何有效去除莽草酸生产过程中脱氢莽草酸等副产物、提高莽草酸纯度已成为莽草酸工程菌研究中亟待解决的关键问题。利用微生物代谢合成法生产莽草酸已经显示了广阔的前景,但莽草酸工程菌的构建工作仍有待进一步的研究和拓展,提高莽草酸的产量及纯度,促进其在医药及其他相关领域的广泛应用22。第二章 实验部分第一节 实验目的八角茴香(illicium verum hookf)是木兰科植物八角(illicium verumhookf)的干燥成熟果实。其昧辛、性温，有温阳散寒，理气止痛功效。用于寒疝腹痛，肾虚腰痛，胃寒呕吐，脘腹冷痛。19莽草酸是从八角属植物果实中提取的一种单体化合物，是多种具有生物活性的莽草酸衍生物的合成原料。现代药理学研究证明，莽草酸的衍生物在医药上用途广泛，具有抗炎、镇痛、抗肿瘤、抗血栓形成、抗脑缺血等作用。莽草酸还是合成抗禽流感药物“达菲”的关键原料。用化学合成法制备莽草酸的文献报道较多，但是从八角茴香中提取分离仍然是莽草酸最主要的来源。目前莽草酸的提取工艺有有机溶剂提取法、超声提取工艺、微波辅助提取工艺、离子交换吸附法、膜分离法、生物法等。本文研究了采用回流法提取八角茴香中莽草酸的可行性，并用正交实验设计，以莽草酸的提取率为指标，对影响莽草酸提取率的多个因素进行了考察，以期优选出回流法提取莽草酸的最佳工艺。其结果对莽草酸的大批量生产具有一定的参考意义23-25。第二节 实验装置图图2：实验装置图第三节 实验材料一 实验仪器表1 ：实验仪器仪器名称规格型号生产厂商循环水式多用真空泵电子天平全自动新型恒温干燥箱电子分析天平恒温加热磁力搅拌器紫外可见光分光光度计粉碎机40目筛索氏提取器量筒烧杯吸量管圆底烧瓶洗耳球容量瓶容量瓶shbb95ajj200zfd5250al104df101suv200050ml1250ml62ml1100ml1100ml110ml6郑州长城科工贸有限公司常熟市双杰试剂仪器厂上海智城分析仪器制造有限公司上海梅特勒托利多仪器有限公司巩义市予华仪器有限公司上海尤尼柯仪器有限公司二 实验材料与试剂所用的莽草酸标准品为98%的分析纯，所用的八角茴香为柳州市场采购表2：实验试剂试剂名称规格生产商无水亚硫酸钠氢氧化钠高碘酸钠高碘酸分析纯分析纯分析纯分析纯台山市粤侨试剂塑料有限公司西陇化工股份有限公司西陇化工股份有限公司天津市科密欧化学试剂有限公司第四节 实验方法一 实验原理莽草酸是一种有机酸，白色精细粉末,在水中的溶解度为18g/100ml，难溶于氯仿、苯和石油醚，易溶于水、甲醇、乙醇等大极性溶剂。熔点185191 ，旋光度-180，气味辛酸。25基本原理为：用高碘酸和高碘酸盐的试剂氧化莽草酸，加入强碱以产生有色基团，再加入亚硫酸盐稳定生色团，最后检测生色团的存在。具体为：高碘酸氧化莽草酸生成反式乌头酸和一个二醛，当通过加入足量的氢氧化钠去除多余的高碘酸以将ph值升至10以上时，会产生显著的的黄色基团，这种黄色是形成二醛的特征。已发现只有莽草酸、奎尼酸和色氨酸在用高碘酸处理后，在碱性条件下才会产生黄色的生色团。加入亚硫酸盐，以还原过量的高碘酸盐，稳定生色团，再于382nm处测定吸光度25-28。二 实验步骤（一） 取干燥的八角茴香，仔细将每一颗中的籽拨出，将籽装瓶。将果实水洗三遍，再置于烘箱中烘干，待其冷却后，粉碎，过四十目筛，将八角茴香粉装瓶，待用。（二） 每次实验前都准确配置0.5(质量/体积)的hio4 溶液、0.5(质量体积)的naio4 溶液、0.056 mol/l的na2so3 溶液和lmol/l的naoh溶液，待用。（三） 准确称取1.00g八角茴香粉，置于100ml圆底烧瓶中，按要求的温度、料液比、提取时间进行提取，待提取结束后，摇匀，准确量取0.2ml混合液，定容于100ml容量瓶，再从中准确量取2ml于10ml容量瓶中，与空白管一起加入 （二）中配置好的hio4 溶液、naio4 溶液各1.25ml，摇匀，置于37恒温水浴锅放置30min。配置2:3的na2so3 溶液、naoh溶液混合液。30min后，取出待其冷却，加入na2so3 溶液、naoh溶液混合液定容于刻度摇匀，于382nm处快速测其吸光度29,30。（四） 整理仪器，单次实验完毕。 第三章 结果与分析一 标准曲线的测定取98%的莽草酸标准品，烘干，准确配置0.2mm的莽草酸标准溶液100ml，在1-6号10ml容量瓶中加入莽草酸标准溶液0、0.2、0.6、1.0、1.2、1.4ml，加入hio4 溶液、naio4 溶液各1.25ml，摇匀，置于37恒温水浴锅放置30min。配置2:3的na2so3 溶液、naoh溶液混合液。30min后，取出待其冷却，加入na2so3 溶液、naoh溶液混合液定容于刻度摇匀，于382nm处快速测其吸光度。结果为：表3：标准曲线测定结果管号123456a00.1990.5970.9491.1201.129图3：标准曲线图结果分析：由标准曲线图可知，前五个数据呈线性关系较为明显，而到第六个数据时，则出现较为明显的偏差，增幅变小，该数据为可疑数据，可见当加入1.4ml的莽草酸标准品溶液后，生成的生色团并没有按之前的增幅增加，故改点舍去。r2=0.9831，符合要求，可以作为参考的标准。而有些点不稳定的原因可能是温度、仪器的稳定性和操作上的影响，很难避免。二 单因素实验（一） 时间取料液比1:30，提取温度80，分别提取0min、30min、60min、90min、120min、150min，再于382nm处测吸光度。结果为：表4：时间结果表时间(min)0306090120150a平行组a平均值提取率(%)0.3100.2950.3038.210.3730.3620.3689.970.3890.3780.38410.400.4010.3940.39810.780.3880.3830.38610.460.3860.3800.38310.39图4：时间单因素图结果分析：由时间单因素所得数据可知，吸光度在90min达到最大，在090min呈上升趋势，在90150min呈略微下降趋势。090min，由于提取时间的增加，提取率渐渐上升，并于90min达到最高。90150min，提取率略微下降，造成的原因是由于提取时间的过长，莽草酸分子渐渐分解，减少了莽草酸分子的量，而使吸光度值下降。在0min，由80水直接提取，提取率达到，可见在高温状态下，瞬时提取率也可以达到比较高的水准， 这对工业生产莽草酸的工艺设计有一定的参考价值。（二） 温度取料液比1:30，提取时间90min，分别在室温、50、60、70、80、90时提取，于382nm处测吸光度结果为表5：温度结果表温度()室温(28)5060708090a平行组a平均值提取率(%)0.3230.3200.3228.700.3570.3480.3539.560.3660.3620.3649.860.3790.3780.37910.270.3900.3840.38710.480.3750.3800.37810.24图5：温度单因素图表结果分析：由温度单因素所得数据可知，最佳提取温度为80，在室温28-80间提取率逐渐上升，而在100时则略有下降，造成的原因是温度过高，破坏了莽草酸分子，导致吸光度值的下降。在室温28，提取率达到8.70% ，比80时的提取率低1.25%，可见在室温提取时已比较高，原因是莽草酸易溶于水，而且八角茴香粉经过四十目筛后，颗粒很细。若取前五点，r2可达到0.9939，可见温度对提取率的影响是比较稳定的，这对工业生产时对温度的控制创造了有利条件。（三） 料液比取提取温度80，提取时间90min，分别以料液比为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35进行提取，于382nm处测吸光值。结果为：表6：料液比结果料液比1:101:151:201:251:301：35a提取率(%)0.9999.200.6939.520.5399.860.44510.080.38510.430.33010.40图6：料液比因素图表结果分析：从料液比单因素的数据可知，提取率与料液比成正比关系，直到1:30时达到最高，1:35与1:30时基本齐平，略微的差异可能是仪器或操作所引起。由数据可知，料液比的增大并不会使莽草酸分子分解，但料液比并不是越大越好，达到一定数值时，再加大料液比，提取率不会再增加。在工业生产中，为节约成本，料液比越小越好，这就为工业上的料液比的选择创造了一些难度，该如何使经济效益最大成为生产商所要注意的问题。三 超声法最优对照在提取时间90min、料液比1:30、提取温度80的条件下，进行超声提取，所得的吸光度为：0.284、0.272，可见超声提取与回流提取有很大的差异，超声时间过长破坏了一部分莽草酸分子。超声提取的工艺本实验未研究，故不能作出评论。四 正交实验单因素的轮换法，一般能达到一定效果，但当因素间有交互作用时，这种方法往往不能找到最佳的参数组合，有时辗转于各种单因素优化水平实验之中。因此，在单因素实验的基础上又设计了三因素三水平的正交实验l9（33）表头设计：表7：正交实验设计表头水平a时间（min）b温度（）c料液比12360901207080901:251:301:35所得结果为表8：正交实验设计结果与分析编号abc提取率/%123456789k1k2k3k1k2k3r11122233328.5029.4828.669.509.839.550.9812312312328.6930.2027.759.5610.079.252.4512323131227.9428.9929.719.319.669.901.779.1410.029.349.7410.569.189.819.629.23结果分析：由于a因素列：k2k3k1，b因素列：k2k1k3，c因素列：k3k2k1，所以，优方案为a2b2c3，即提取时间90min，提取温度80，料液比1:35。由于rbrcra，所以影响提取率的因素的主次关系为：温度料液比时间。温度对提取率的影响最大，这从单因素实验中就能看出，所以在工业生产中必须严格控制温度，否则会对提取结果造成较大的影响。与单因素实验相对照，在最佳料液比上不一样，但因料液比达到1:30时，再增大料液比提取率便不会再增加，因此要选1:30作为最佳的料液比。故得出最佳方案为：提取温度90min，提取温度80，料液比1:30。第四章 结论由单因素实验得出的最优工艺为：提取时间90min、提取温度80、料液比1:30，但单因素实验由于有因素间的交互作用，仅能作为一个参考，并不能真正确定出提取莽草酸的最佳工艺。由正交实验l9（33）得出的最优工艺为：提取时间90min，提取温度80，料液比1:35。与单因素实验得出的最优工艺在料液比上有差异，但置于工业投产中，因为要顾虑成本和效益，则要有选择性地选取料液比在理论研究中得出的最佳方案并不一定适合于工业生产，因为工业生产时要兼顾到成本与效益的关系。在三个因素中，影响提取率最明显的是，故在投产时要特别注意对 的控制。本实验中莽草酸的提取率最低为8.21%，最高达到10.78%，符合八角茴香中含莽草酸312%的标准，提取率也较高，可见本次实验中所用八角茴香的质量较佳，也可见莽草酸的提取率在简单的提取时便能达到较好的效果，这为工业上的大批量生产创造了有利条件。本实验中要注意的一些要点：因为高碘酸溶液见光会分解，氢氧化钠溶液会和空气中的二氧化碳起反应，为保证实验的准确性，每次实验时都要重新配置试剂；注意控制恒温水浴锅搅拌的速率，选在一个较合适的转速，且每次实验时的搅拌转速应相差不大；必须认真清洗仪器，因为仪器上的有色物质或残余试剂都会对实验造成很大的影响，甚至直接导致实验失败；为减小误差，每一次都使用相同的仪器。做提取类的实验，细心、耐心很重要，往往因为其中的一点小错误而导致实验的失败，本次实验在最初之际摸索了很久，也失败很多次，但最终还是找到了解决的方案，最终完成了该实验。但由于时间的较为仓促，实验的内容偏少，料液比的平行组实验也没有做，故本实验会有偏差，请老师指出及指导。致谢经过毕业论文阶段的训练，我进一步的了解巩固了大学期间所学的知识，将所学知识应用到试验中，掌握了实验方案的设计方法、提高了试验的动手能力、获得了实验的综合控制的能力、锻炼了科学的思维方式，提高了科技论文写作能力及文献的检索能力，综合素质能力得到了很大提高，在此，向给予我支持与帮助的人们致以我最诚恳的谢意！本论文是在蒋世云老师老师的精心指导下顺利完成的。蒋老师在科研上严谨的作风、工作上精益求精的态度、以及为人处世上认真负责的原则都让我受益匪浅。在此，谨向尊敬的蒋老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢。同时，也要感谢在试验期间给了我很大帮助的傅凤鸣老师，感谢他们对我们实验的帮助和支持，我还要感谢同组组员雷鹏，在同甘共苦相处的这几个月里，感谢他的陪伴、指导和多次有益的讨论和帮助。他们不仅为我们提供良好的实验条件和悉心的实验指导，还培