蕨菜中槲皮素的提取工艺初步研究正.doc

学科分类号: 082702 本科学生毕业论文题目（中文）： 蕨菜中槲皮素的提取工艺初步研究 （英文）：Preliminary Study on the Extraction Technology of Quercetin from Bracken 姓 名 李文祺 学 号 200907003204 院 （系） 生命科学与化学工程系 专业、年级 2009级食品质量与安全 指导教师 尹爱武 2013年 4 月 26 日目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题理论与实际意义11.1.1 蕨菜11.1.2 黄酮类化合物11.1.3 槲皮素11.1.4 蕨菜与槲皮素21.2 本选题的研究动态与研究意义2第2章 实验部分42.1 实验准备42.2 试验方法42.2.1 试验过程42.2.2 正交试验条件选择42.2.3 正交试验52.2.4 样品的测定62.2.5 高效液相色谱测定条件62.2.6 样品的计算6第3章 结果与讨论73.1 槲皮素标准品谱图73.2 样品的测定结果73.2.1 精密度与重复性试验73.3 正交表直观分析83.4 试验得率结果，最佳试验组谱图93.5 其他数据分析与讨论103.5.1 讨论各组目标峰、总杂质峰与总峰面积比较103.5.2 讨论11第4章 结论13参考文献14致谢16蕨菜中槲皮素的提取工艺初步研究摘 要拟建立以高效液相色谱测定的蕨菜中槲皮素提取工艺。以乙醇为溶剂，超声波辅助提取对蕨菜中的槲皮素进行提取，以25%盐酸回流水解进入高效液相色谱仪测定。通过查阅大量文献与预备实验，对已有的单因素试验进行总结优选出三因素三水平进行正交试验，进一步优选最佳试验组合。得到最优组合为乙醇浓度80%，超声时间60min，回流温度85，在最优条件下槲皮素得率为得到64.25g/g。.【关键词】蕨菜；槲皮素；提取工艺Preliminary Study on the Extraction Technology of Quercetin from BrackenAbstractTo identify the extraction technology of quercetin from bracken by High Performance Liquid Chromatography. Ethanol as solvent, ultrasonic wave as extraction, 25 hydrochloric acid as hydrolysis solution to prepare into HPLC .The single-factor test and the orthogonal test were taken to study the extraction conditions of the quercetin from the bracken.The optimum conditions: 80% ethanol, ultrasonic time 60min, the reflux temperature 85 , under optimal conditions, quercetin was 64.25g/g.Keywords Bracken;Quercetin;Extraction technologyI第1章 绪论1.1 选题理论与实际意义1.1.1 蕨菜蕨类植物又称羊齿植物，属维管植物中较古老原始的类群，介于苔藓植物和种子植物之间，既是高等的孢子植物，又是原始的维管植物。我国蕨类植物种类及资源丰富，有2600余种，其中可供药用的有48科108属396种1。它是采自蕨科蕨属中的蕨(Pteridium aquilinum var. latiusculum)的幼嫩叶。作为药用，蕨菜具有清热滑肠，降气化痰，利水安神，降压等功效2。蕨菜不但营养价值高，而且还含有萜类、黄酮类和甾(体)多糖类等多种生物活性物质，尤其富含多种黄酮类化合物成分，有报道称，蕨菜干粉中总黄酮含量达到7.283。湖南省气候条件优越，蕨类植物种类丰富，相当部分种类的蕴藏量大，但已被开发利用的只是极少的一部分，绝大多数种类有待于进一步研究和开发利用4。1.1.2 黄酮类化合物黄酮类化合物属于植物在长期自然选择过程中产生的一些次级代谢产物5，天然的黄酮类几乎都有取代基(一般是羟基、甲氧基等)，在植物内多与糖结合成苷，在很多植物中存在6。黄酮类化合物具有利尿和调节血管渗透性的类似维生素P的作用，在医药上用于预防血液类疾病，治疗冠状动脉硬化、心绞痛、高血压、哮喘以及脑血管供血不足所致的疾病；具有抗菌消炎作用，对革兰氏阳性和阴性细菌具有很强的抑制作用，清除体内的自由基，延缓衰老，抑制肿瘤，防护紫外线损伤等7。1.1.3 槲皮素人类膳食除了提供人体需要的营养素外。还含有大量的类黄酮化合物(Flavonoids)。槲皮素 (Quercetin)是膳食中最常见的类黄酮化合物之一，属类黄酮化合物中的黄酮醇8。槲皮素( Quercetin; 3, 3, 4, 5, 5, 7- Pen-tahydroxy flavone) ，属黄酮类化合物，存在于许多植物的花、叶、果实中, 多以甙的形式存在，如芦丁(芸香甙) 、槲皮甙、金丝桃甙等，经酸水解可得到槲皮素9。研究表明槲皮素具有祛痰、止咳、平喘、抗炎、抗过敏、解痉、强心、降血压、扩张冠脉、降血脂、抗心律失常、抗血小板聚集、抗氧化、抗肿瘤、抗突变等广泛的药理作用10-13。1.1.4 蕨菜与槲皮素研究表明，有学者对蕨菜进行化学成分分析时，得到了槲皮素。陶永元等人14和陈乃富等人2均在分析蕨类植物化学成分时，得出蕨类植物中含有槲皮素等成分，而田圣梅15在对蕨类植物化学成分的研究时，也从蕨类植物中分离出槲皮素。亦有研究者分别从星蕨与毛蕨中分离得到槲皮素及衍生物16-18。1.2 本选题的研究动态与研究意义近年来人们对蕨菜的常规营养成分及其采摘加工甚至人工栽培等方面都有了不少的研究，但是有关蕨菜黄酮类物质的研究却鲜见报道2。从本世纪初直到最近，国内外学者对槲皮素的提取、纯制、结构测定、理化性质、合成衍生物、药理与临床都进行了大量的研究工作8,19。曾有学者对蕨菜进行化学成分分析时，得出含有槲皮素的结论，也曾有学者尝试从蕨菜中提取总黄酮。黄酮类化合物相关内容的探索已成为了热点。黄酮类化合物的含量测定主要采用分光光度法、衍生气相色谱法及酸或酶水解的高效液相色谱法等。比色法由于花青素等酚类物质的干扰，方法的专属性及准确度受到限制，一般用作半定量分析；衍生气相色谱法及酶水解法存在干扰多或分析时间长等缺点，实际应用较少；通过测定样品酸水解后的甙元槲皮素含量的高效液相色谱法，以其专属性强、重现性好、快速等优点得到广泛认可20。高效液相色谱法通常测定干物质中的槲皮素含量，而对于新鲜植物中的槲皮素含量测定的研究较少。蕨类含有大量黄酮化合物，常见的紫外可见分光光度法使用芦丁作为对照品测定样品中的总黄酮，但芸香甙（芦丁）与槲皮苷的结构有所不同，吸收波长也有差异，不能正确反映原料的内在品质。关于反映蕨菜内在品质与含量测定的报道鲜少见到。高效液相色谱仪对于单一组分的含量测定具有速度快，灵敏度高，重复性好等明显优势。使用高效液相色谱法测定蕨菜中槲皮素的提取方法的研究鲜少，关于湖南永州本地蕨菜的研究更少。对于蕨菜中黄酮的提取工艺研究较少，大部分仅限于总黄酮的提取，通常都以芦丁作为标准品，以索氏提取法或溶剂浸提法提取，通过紫外可见分光光度计测定其含量，时间较长，且其精确度有待考量18,21-22。超声波提取黄酮具有其优越性。该方法提取速度快，提取率高，省溶剂，节约能耗，是一种理想方法。关于超声波辅助提取其他材料如银杏、山楂叶、紫苏叶等的提取工艺则较为成熟23-27。本试验则是结合了蕨菜中黄酮含量测定的紫外分光光度计法的前处理方法及其他植物中槲皮素含量测定的高效液相色谱法的前处理方法对蕨菜中槲皮素的提取工艺进行初步探索。选用高效液相色谱法，采用超声提取，以槲皮甙甙元槲皮素为指标，建立蕨菜含量测定方法。试验以槲皮素为考察指标，对本地蕨菜进行考察，具有一定的科学性，以期对蕨菜相关的食品药品的质量控制提供理论基础，对蕨菜中槲皮素成分的提取与分析研究，为蕨菜的合理开发、深度加工与保健功能的研究提供更多的科学依据。15第2章 实验部分2.1 实验准备实验材料：永州本地野生蕨菜（采集地点：湖南科技学院西山）仪器用具：岛津LC10ATVP、SPD-10ATVP检测器、粉粹机、分析天平、水浴锅、超声提取仪、定性滤纸、微孔滤膜、注射器、离心管、具赛三角瓶、漏斗等。试剂：乙醇、浓盐酸、蒸馏水、槲皮素标准物质95.9%，国家标准物质中心。2.2 试验方法2.2.1 试验过程取蕨菜样品经风干后，由70烘箱烘干4h，粉碎机粉碎，过20目筛制成粉状试样，用千分之一天平准确称取0.500g，加入10mL溶剂，通过超声提取一段时间，加入甲醇25HCl 4mL于一定温度水浴锅上回流2h，期间不断振摇，冷却，静置10min，过滤，风干定容至10mL，过微孔滤膜，最后入高效液相色谱仪进行检测。2.2.2 正交试验条件选择根据文献当中各主要的实验条件并进行预实验来选择关键条件进行正交试验。1） 乙醇体积分数查得文献及预实验可得，提取总黄酮、槲皮素的浓度为60、70、80较好22,25。2）料液比在本实验中料液比的影响程度比较平缓，在1:1至1:20的比例增长情况下，提取率随着溶剂比例增大而增大，通过预实验得知但是当溶剂比例大于原料20倍及以上时，提取率没有明显变化，另外从经济条件考虑，我们选择1:20的比例23,26。3）超声时间超声波提取方法是现在研究中可行性最强的方法，因其时间短、渗透强、提取率高而被现代试验广泛使用。通过查文献及预实验可得，超声时间为40min、50min、60min中选择最佳时间25,28。4）水解温度徐静等人29和王远兴等人30研究时，水解温度为90；陶永元等人14研究时，水解温度为80；另有研究此类的文献中31,32都是只提到水浴回流水解，未提到温度，则本文将此条件也作为试验条件之一。5）水解时间通过查阅文献可知，水解时间为2小时最佳。选择2小时作为实验条件。2.2.3 正交试验通过单因素结果确定以下正交试验条件：A(乙醇浓度)：1(60)、2(70)、3(80)， B(超声时间)： 1(40min)、2(50min)、3(60min)，C(回流温度)： 1(80)、2(85)、3(90)。表2.1 三乘三L9(34)正交表处理号列号1（乙醇浓度）2（超声时间）3（水解温度）4（空列）1111121222313334212352231623127313283213933212.2.4 样品的测定精密吸取对照品溶液和供试品溶液各10L， 注入高效液相色谱仪， 按色谱条件进行测定，记录色谱图，每个样品重复测定三次。2.2.5 高效液相色谱测定条件岛津 LC-10AT 型高效液相色谱仪，SPD-10A 紫外检测器，7725i 手动进样阀；色谱柱：ODS C18柱（4.6mm250mm）；检测波长：360nm；流速：1.0mL/min-1；流动相：甲醇-0.4% 磷酸溶液（5050）；进样10L32。2.2.6 样品的计算样品浓度是由：其中C为样品浓度(30g/mL)，C0为标准品浓度(g/mL)，A为样品峰面积，A0为标准品峰面积。目标物占原料含量计算：，其中x为目标物占原料含量(g/g)，C为样品浓度(g/mL)。相对标准偏差ST：，第3章 结果与讨论3.1 槲皮素标准品谱图槲皮素标准品在与样品同样检测条件下进行检测。图3.1 槲皮素标准品谱图3.2 样品的测定结果下表3.1为直观结果与浓度换算结果，对照品为标样进样三次后的平均值，样品以此按照上述的正交试验设计所列的试验条件分别试验后的结果平均值。3.2.1 精密度与重复性试验取槲皮素标准品溶液，连续进样三次，每次10L，测定其峰面积的RSD为1.32%。其精密度良好。另取样液一份，连续进样三次，每次10L，测定其峰面积的RSD为1.67%，其重复性良好。表3.1 样品直观结果与浓度换算结果处理号平均峰面积平均目标物占原料含量(g/g)平行样品标准差相对标准偏差()对照品723799.45133020.727.37284.263815.57242825.935.50090.39981.1333826931.72341.08143.41460810.350.40923.03606.02551860.8542.99050.45831.07654760.6545.3941.32732.92762751.3552.01822.81225.41858607.548.58327.846716.15977511.764.25404.01696.253.3 正交表直观分析表3.2 正交试验直观分析处理号列号A：乙醇浓度（%）B：超声时间（min）C：水解温度（）空列平均含量（g/g）RSD：相对标准偏差()11（60）1（40）1（80）127.372815.5721（60）2（50）2（85）235.50091.1331（60）3（60）3（90）331.72343.4142（70）1（40）2（85）350.40926.0252（70）2（50）3（90）142.05991.0762（70）3（60）1（80）245.39432.9273（80）1（40）3（90）252.01825.4183（80）2（50）1（80）348.583216.1593（80）3（60）2（85）164.25406.251j94.5971129.8003121.3503133.68672j137.8634126.1440150.1641132.91353j164.8555141.371125.8016130.71581j31.532343.266740.450144.56222j45.954442.048050.054744.30453j54.951847.123941.933843.5719Rj23.41945.07599.60460.9902计算结果分析得A3B3C2的组合最佳，即当乙醇浓度为80%、超声时间为60min、水解温度为85时提取率最高，为64.2540g/g。且用极差分析表明因素对指标的影响程度依次是：乙醇浓度水解温度超声时间，且影响程度均远大于空列，因此这三个影响因素均是重要因素。图3.2、3.3、3.4分别为乙醇浓度、超声时间、水解温度影响提取率的趋势图。图3.2乙醇浓度影响平均提取率趋势图图3.3 超声时间影响平均提取率趋势图图3.4 水解温度影响平均提取率趋势图3.4 试验得率结果，最佳试验组谱图以下是正交试验得出的得率结果和最佳组合试验号9（A3B3C2）的样品谱图：图3.5、图3.6。图3.5正交试验得出的得率结果 图3.6最佳组合A3B3C2谱图3.5 其他数据分析与讨论3.5.1 讨论各组目标峰、总杂质峰与总峰面积比较表3.3各组目标峰比例、总杂质峰比例试验号目标峰比例(%)杂质峰比例(%)14.1695.8325.9394.0633.7496.2547.0692.9356.9893.0166.0493.9677.4792.5285.6094.4099.2990.711）由上表可知，组9即正交试验最佳组合的目标峰比例在本试验中最高、杂质峰比例最低，说明此组合代表着的三个因素的水平组合使杂质峰降低到最低。2）从上表可知，杂质峰比例最小的为9，杂质峰比例最大的为3。下图3.7分别为9（右）、3（左）的杂质峰放大图。图3.8为目标峰9（右）、3（左）放大图。 图3.7 9（右）、3（左）的杂质峰放大图 图3.8 9（右）、3（左）的目标峰峰放大图由以上两幅图比较，很明显，9的峰型相对3的峰型要更加规则、突出，不拖尾。证明9号组的条件更使提取物的物质更好的分离开来，并且目标物提取率更高。3）由表3.3统计可得，平均目标峰比例最高的四组为9号与7号，其共同点为乙醇浓度80；平均目标峰比例最低的四组为1号与3号，其共同点为乙醇浓度60。我们可以提出假设，乙醇浓度的高低是影响目标物提纯除杂的关键因素。3.5.2 讨论与他人的实验研究比较，本试验的优点在于：不使用时间长的浸提法，转而运用超声波提取，时间更短、渗透力更加明显。以及采用专属性强、重现性好、快速高效液相色谱测定，本试验方法操作简单、转移步骤少，拟为本地蕨菜的槲皮素提取建立一个快速可行的提取方法。不足之处在于：选择条件偏少，仅能代表所列条件的选择。实验过程当中，有平行样品的标准差偏大的情况，可能的原因是实验操作出现不规范引起。本试验得出的结论为每克蕨菜干粉中含有槲皮素27.372864.2540g/g(即0.0027%0.0064%)，陶永元14等人使用高效液相色谱法测定的几种蕨类的总黄酮含量为21.53328.6g/g不等，可能的原因为采集的蕨种类不同、样品的预处理方法不一样所导致的。张志美33等人对香鳞毛蕨中槲皮素的含量的研究表明蕨类地上部分槲皮素的含量为0.0022%0.0112%，低于其他蕨类含量，虽然与本试验的实验材料有所差异，但是我们可以通过比较可得，本试验得出的提取率也偏低。李海丽34采用高效液相色谱(HPLC)法测得蕨菜中游离槲皮素的含量为0.11，李航35等人的HPLC法测定青城山野生蕨菜中总黄酮的含量提到其槲皮素含量高于本文所测数据，其与本试验最大的不同在于样品预处理除杂，提取试剂使用的是甲醇，杂质可能对槲皮素的提取和样液的检测有影响。第4章 结论蕨菜是我们日常生活常见的一种野菜，本文通过对蕨菜中槲皮素的提取试验工艺研究，得出以下结论：(1) 广泛应用于银杏提取物的一般高效液相色谱法也可以运用到新鲜的蕨类植物当中来。(2) 提取总黄酮的紫外可见分光光度法与高效液相色谱法的前处理可以结合使用，并且成功运用到新鲜蕨类植物中槲皮素的提取。(3) 本试验以槲皮素提取率为指标，通过正交试验得出的最优试验条件为乙醇浓度为80%、超声时间为60min、水解温度为85，提取率为64.2540g/g。(4) 乙醇浓度对于本试验中杂质的去除可能有关键性作用，且乙醇浓度较大对除杂更有帮助。参考文献1 秦仁昌.中国植物志(第二卷) M.北京: 科学出版社,，1959.2 陈乃富，张莉.蕨菜黄酮类化合物的提取与分析J.中国林副特产，2004,(6):14.3 肖崇厚.中药提取鉴定原理M. 上海科技出版社，1983:3339.4 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