茶皂素的两级泡沫分离3

1、茶皂素的两级泡沫分离 两级泡沫分离分离茶皂素所引文献都用，标点符号都改为中文状态的严谨，吴兆亮，赵艳丽，蒋长锁 河北工业大学化学工程学院，天津市红桥区光荣道8号路，300130摘要 本文对两级泡沫分离回收茶皂素进行了研究。本文对温度、初始pH值、装液量和表观气速对两级泡沫分离的影响进行了研究。结果表明，在第一级泡沫分离过程中pH值为2.06，装液量为250mL，表观气速为150mL/min和温度为65.0，富集比和回收率分别为3.47和45.1%，并且残液可以作为第二级泡沫分离的进料液。当第二级的条件是温度为30.0和表观气速为200mL/min,回收率为65.2%，同时，消泡液可作为进料液加

2、入到第一级泡沫分离过程中。通过两级泡沫分离技术茶皂素的总回收率可达到80.1%。关键词: 泡沫分离 茶皂素 富集比 回收率 温度1引言茶籽可用来生产茶籽油，它在食品工业和健康养生方面具有重大作用。在茶籽油生产过程中会产生大量茶籽饼，这些物质常被作为废物而浪费。然而残留物包含大量茶皂素，它是一种五环三萜1，其结构如图1所示。茶皂素是一种新的商业皂素的来源，它已广泛应用于食品、化工、农药、建材、头发护理等领域中(2 - 4)，它是一种天然的表面活性剂，具有表面乳化、分散、润湿作用,也有许多生物活性，如抗菌、抗炎、抗氧化、抗过敏药等5 - 8。所以从茶籽饼中提取茶皂素是非常重要的工艺。目前，从茶籽饼

3、中分离茶皂素的工艺主要由萃取和提纯组成(9、10)。其中萃取包括水萃取、乙醇萃取和水乙醇萃取。它的提纯方法包括沉淀、树脂吸附和膜分离。然而这些方法有低产量、高成本和投资大等缺点。所以需要探索具有高收益、低成本、投资小,、后面的也是，仔细看看标点符号，该加逗号的加逗号，有的句子都连一起了无污染等特点的新工艺。泡沫分离技术有许多优点,如操作简单、投资小、能耗低和无污染，因此吸引了许多研究人员的注意。在20世纪初，它一直用于冶金工业。在生化领域的工程中，用于离子11,分子12等的分离。然后,应用范围扩大到提取蛋白质(13 - 15)，酶(16、17)，发酵产品18和中国传统药物的活性成分。茶皂素的分

4、子结构决定它的表面活性，使其具有良好的起泡性,奠定了泡沫分离应用的基础。在泡沫分离过程中温度的影响是非常重要的，因为茶皂素水溶液中产生的泡沫具有良好的稳定性。在室温下,茶皂素水溶液具有较高的粘性，从而增加流动阻力在泡沫层的气泡间隙。所以泡沫排液速度是缓慢的，这不利于泡沫相中的间隙液回流到进料液中 19。因此，消泡液体积增加、富集比减少。如果操作温度在泡沫分离茶皂素时增加，进料液粘度会降低、泡沫排液将增强。然后泡沫相的泡沫聚并增强。由于气泡在泡沫层的聚并，使泡沫排液提高了。，所以消泡液体积会减少。因此,为了提高茶皂素的富集比，我们首先研究了温度对泡沫分离效果的影响。然后研究初始pH值，装液量和表

5、观气速对泡沫分离性能的影响。此外，我们建立了两级泡沫分离技术。第一级泡沫分离是使茶皂素的富集比尽可能高，第二级泡沫分离是使茶皂素的回收率尽可能高。所以两级泡沫分离技术既可以提高茶皂素的富集比又可以提高回收率。图1茶皂素的结构2材料和方法2.1材料和试剂茶籽饼和茶皂素(纯度90%)是从浙江东方茶叶有限公司(中国)购买。乙酸从天津英达西归有限公司(中国)购买。高氯酸从天津化学试剂厂(中国)购买和香兰素从天津伯帝化工有限公司(中国)购买。他们都是化学试剂级，所有上述材料使用前未经纯化。在所有实验中应使用蒸馏水。2.2仪器设备图2显示了实验装置的原理图。分离柱由有机玻璃制成，长为125mm和内径为33

6、.0mm。气体分布器安装到塔底部，它的高度为10.0mm直径为15.0mm。分离柱由乳胶管缠绕连接到一个501 超级恒温器(上海实验乐器厂有限公司,中国)来控制温度。分离柱的顶部有一个收集出口，泡沫流经这个出口进入泡沫收集器。空气经空气压缩机(ac0 - 318,广东海利集团有限公司,中国)被输入分离柱中。转子流量计(LZB-3WB 30 - 300mL/min武汉仪器厂,，中国天津)控制气流速度。一个PHS-25酸度计和721分光光度计(上海精密科学仪器有限公司有限公司,中国)被用于调节溶液的pH值和确定茶皂素的浓度。图2泡沫分馏的实验仪器2.3茶皂素的浸取茶皂素的萃取过程如下。首先,茶籽饼

7、用研钵磨成粉，将9.00 g粉末用800mm蒸馏水溶解。之后,把溶液在恒温水浴锅(北京中兴伟业仪器有限公司，中国)中浸取，先在35.0水浴3 h，再在80.0 水浴2 h之后，冷却到室温。最后，茶皂素的萃取液通过多功能水循环真空泵(郑州长城科学工业和贸易有限公司，有限公司，中国)获得。实验通过改变料液比来获得不同浓度的茶皂素的浸提液。2.4茶皂素浓度的测定茶皂素是多糖萜类化合物，浸提液中茶皂素的浓度是由比色法测定。5%高氯酸是一种常见的显色试剂。反应机理是茶皂素在强氧化剂存在的情况下进行脱氢，之后会与香兰素发生附加反应。以茶皂素的样品作为对照在最大吸收波长为545纳米下测定吸光值，绘制茶皂素的

8、标准曲线。在茶皂素含量分别为2.00,4.00,6.00,8.00,10.0,12.0、14.0和16.0 g / L,吸光度为k = 545下确定。吸光度和茶皂素浓度之间的数学关系经最小二乘法拟合。拟合方程式为A= 0.04382 c -0.01097,R = 0.99918，A和C分别为吸光度值和茶皂素的浓度，R为线性相关系数。2.5泡沫分离的性能参数泡沫分离的性能参数为富集比(E)和回收率(R)。E = CfCf/C0/ Co （1）R = CfVf /CoVo * 100% （2） Co是C数字0不是字母o和Cf分别为茶皂素(忽略其分子结构变化)进料液和消泡液的浓度。Vo和Vf分别为进

9、料液和消泡液的体积。3结果与讨论3.1温度对泡沫分离效果的影响为研究温度对泡沫分离过程的影响，使温度在45到65范围内变化。当温度低于45.0时，例如在30.0，茶皂素水溶液几乎成为消泡液，在泡沫分离过程中，使富集比接近1时泡沫分离毫无意义。当温度高于65.0，对于空气压缩机提供热空气很困难。以茶皂素的浸提液作为泡沫分离的进料液，其中茶皂素的浓度为3.56 g / L，在表观气速，液体体积,初始pH值分别固定在150mL/min,200mm和5.01的条件下进行泡沫分离茶皂素。结果如图3所示。如图3所示，随着温度从45.0增加到65.0,富集比增加,回收率下降。在温度为65.0，最高富集比为3

10、.18。为了解释这种趋势，我们研究了温度对茶皂素溶液的粘度及其中泡沫性能的影响。用厄布洛德粘度计(20)测量温度分别为30.0、45.0、53.0和30.0 茶皂素的粘度，其中茶皂素溶液的浓度、pH、相对湿度分别为1.87g/L、5.07、58.1%。与此同时，用Ross-Miles方法21测量泡沫特性,起泡性和泡沫稳定性可以分别表达泡沫高度和时间1/21/2为下标。结果显示在表格1中。图3温度对富集比和回收率的影响从表1可以看出,随着温度的增加，溶液粘度降低了。粘度是流动性的一个指标，它所代表流体分子之间的阻力。因为在液体的分子之间有相互作用力，需要克服分子间引力保证液体流动。当温度上升时，

11、分子的热运动增强,引力降低，动能增强，因此粘度下降。根据表1可以得出，随着温度的增加，茶皂素的起泡性增加，泡沫稳定性下降。当温度增加时，分子的热运动增强，动能能量增加。茶皂素的分子很容易聚集在膜表面，因此表面张力降低，起泡性增强。与此同时，溶液的粘度降低从而加速泡沫排液，泡沫稳定性下降(22、23)。随着温度增加，溶液粘度降低加速泡沫排液，从而提高了泡沫聚并。有助于提高富集比24。由于这些因素，富集比由1.52增加到3.18，而回收率由58.5下降到49.3。表1 温度对粘度的影响和泡沫性能的茶皂素3.2初始pH值对泡沫分离效果的影响pH值在影响富集比和回收率的过程中是一个重要的参数，由于它对

12、分子静电荷和分子间斥力都有影响(25、26)。所以初始pH值对茶皂素富集比和回收率的影响发生的条件为表观气速 装液量和温度分别固定在150mL/min,200mm和65.0 ，茶皂素提取液的初始pH值在酸性范围内，为了研究泡沫分离的影响使变化范围为2.06到7.14。结果如图4所示。如图4所示,随着初始pH值从2.06增加到7.14,茶皂素的富集比从3.47下降到2.84，然而回收率从45.1增加到51.1。最大的富集比3.47在pH为2.06时得到。为了解释这种趋势，我们研究了pH值对茶皂素泡沫特性的影响。茶皂素的溶液是在浓度为2.08 g / L温度为30.0，相对湿度62.0%的条件下准

13、备的，酸度计同时用于测量pH，Ross-Miles方法也用于测量起泡性和泡沫稳定性。结果如表2所示。从表2可以看出，pH值从6.87降低到1.21，溶液的起泡性和泡沫稳定性均下降。如图1所示，茶皂素分子有一个羧基和两个酯健。所以考虑pH值影响分子的电荷是有意义的。随着pH值从1.21增加到6.87，羧基集团和酯健被分离，因此茶皂素的分子电荷增加了。负电荷可以提高分子净电荷之间的排斥力，在分子间形成双电层，对膜剂的稳定性具有重大贡献，从而泡沫稳定性提高27。然而,随着净电荷斥力的增加，形成双电层的厚度也增加了，不利于泡沫排液27。溶液的pH值增加导致了持液量增加。此外，泡沫稳定性由于高pH值使泡

14、沫聚并困难。因此，泡沫体积增加带电的列。此外,pH值提高增加了茶皂素的溶解度28。茶皂素倾向存在于水溶液，而不是吸附在气液界面。因此，茶皂素的吸附量降低了。总之，随着初始pH值从2.06增加至7.14茶皂素的富集比降低了，回收率增加了。表2 pH值对茶皂素的泡沫性能的影响图4初始pH值对富集比和回收率的影响3.3装液量对泡沫分离的影响如果泡沫分馏柱的高度是固定的，装液量的比率和泡沫层高度、散装液体层高度是变化的，然后吸附的目标分子在气液界面和泡沫排液时影响泡沫分离性能(29、30)。所以初始的茶皂素含量为3.56 g / L，装液量对泡沫分离的影响是使温度、初始pH值和表观气速分别固定在65.

15、0 , 2.06和150mL/min。装液量从200mm到400mm内变化。结果如图5所示。如图5所示，装液量从400减少到200mm,茶皂素的富集比从2.60增加到3.47，回收率从52.0降到45.1。如果泡沫分馏柱的高度和表观气速是固定的，装液量减少降低了气体留在散装液层。这无疑减少了气液界面的大部分区域液体层和茶皂素吸附数量的单位时间。此外，装液量的减少使得散装液体中的气泡停留时间也变短，降低了茶皂素在每个区域的吸附数量(30、31)。所以茶皂素吸附的总数量在气液界面是减少的。因此残留的皂苷溶液浓度再低载荷作用下液体体积比高载荷装载量更高。因此，低负荷液体容量使回收率降低 。此外，由于

16、高度是固定的,消泡液逐渐得到更高的装液量，所以消泡液的停留时间在泡沫层变得更长，有利于泡沫聚并和泡沫排液32。这导致了较低的含水量和更高的茶皂素浓度，然后富集比增加。根据图5所示,在装液量为200mm时获得的最大富集比为3.47。图5装载液体体积对富集比和回收率的影响3.4在温度为65时表观气速对泡沫分离效果的影响以前的研究已经表明，气流速度影响泡沫分离速率以及泡沫气泡大小和停留时间33。表观气速对富集比和回收率的影响也进行了研究，在此设备的基础上,气流速率范围从150到300mL/min内变化。其他操作参数是温度65.0，pH值2.06,装液量200mm和初始茶皂素含量3.56 g / L。

17、结果如图6所示。如图6所示，表观气速从150增加到300mL/min，茶皂素的富集比从3.47降低到2.38和回收率从45.1增加到52.4。根据史蒂文森“水动力理论上升的泡沫” 34，表观气速对液体的溢流率具有重大影响。给定一个水溶液表面活性物质的系统属性，表观气速的增加有利于液体溢流率的增加。此外，表观气速的增加也增强了泡沫的形成率，因此消泡液体积增加带电的柱。表面的气流速度降低时，上升泡沫的速率是相对减慢的，泡沫在泡沫层的停留时间增长。液膜变薄提高泡沫聚并和加速泡沫排液，富集比增大32。因此，随着表观气速的增加，富集比降低而回收率增加。根据图6所示,在表观气速为150mL/min，最大的

18、富集比是3.47，消泡液的浓度和残留液的浓度分别是是12.4 g / L和2.19 g / L。3.5温度为30.0时表观气速对泡沫分离的影响 温度为30.0时泡沫分离第一级的残留液作为第二级的进料液，浓度大约为2.19g/L，表观气速对茶皂素的富集比和回收率的影响是在温度、初始pH值和装载液体体积分别固定在30.0，2.17和170L的条件下研究的，表观气速从150到300mL/min范围内变化。结果如表3所示。表3 表面的气流速度对浓缩比和复苏的影响比例30.0图6表观气速在65.0时对富集比和回收率的影响如表3所示，随着表观气速从150增加到300mL/min，茶皂素的富集比降低，回收率

19、增加。这种适于在温度65.0 时研究表观气速对泡沫分离的影响，根据表3所示，在表观气速200mL/min，茶皂素在泡沫分离第二级的泡沫浓度实现与第一级残留液浓度相同的值，富集比和回收率分别为1.63和65.2%。3.6两极泡沫分离工艺的设计根据上面的研究，仅仅通过一级泡沫分离同时提高茶皂素的富集比和回收率是不可能的。也就是说，如果富集比增加那么回收率就降低。在一般情况下，富集比的提高比回收率的提高更困难，所以操作温度越高越有利于提高富集比。然而,它导致了低的回收率。因此，使用多级泡沫分离技术来同时提高富集比和回收率是必要的。在本文中，两级泡沫分离技术是用来同时提高茶皂素的富集比和回收率的。两级

20、泡沫分离示意图如图7所示。注意两级泡沫分离过程不是连续进行。也就是说，残留液从泡沫分离第一级获得不是不断地添加并混合到第二级。至于第二级的起泡，也不是不断增加并混合到第一级的液体层而是作为第一级的进料液。在第一阶段，作为分离茶皂素的条件分别为浓度(C01)3.56 g / L，初始pH值2.06，装载液体体积(V01)这些小问题，改正，该是下标的改成下标，看仔细点。200mm温度65.0，表面的气流速度(G1)150mL/min。茶皂素浓度)和残留液液浓度(Cr1)分别为12.4和2.19 g / L。最大的富集比3.47.在第二级泡沫分离过程中，第一级的残留液作为进料。泡沫分离茶皂素的浓度（

21、co2)2.19 g / L，初始pH值2.17，装载液体体积(V02)170mm,温度30.0，表面的气流速度(G2)200mL/min。茶皂素浓度(Cf2)约为3.60 g / L，初始浓度接近茶皂素。因此，它可以作为进料液添加到第一级。两级泡沫分离技术分离茶皂素使富集比超过80.1%，在第二级泡沫分离的残留液含量较低的茶皂素为1.31 g / L。与一级泡沫分离相比，两级泡沫分离技术在很大程度上增加了茶皂素的富集比。两级泡沫分离技术不仅使富集比提高回收率也增加了。因此，两级泡沫分离技术适用于茶皂素的分离。图7两级泡沫分离茶皂素的原理图图表的标题要和图表在同一页。 4结论实验表明，温度、初

22、始pH值、装液量和表观气速对茶皂素的泡沫分离有重要影响。随着温度从45.0增加到65.0,茶皂素的富集比增加而回收率降低了。与此同时，随着初始pH值的删去从2.06增加到7.14，装液量从200mm到400mm和表面气流速率从150到单位300mL/min,茶皂素的富集比下降而回收率增加。在这些因素的影响下,两级泡沫分离技术得到了发展在研究这些因素的基础上，我们建立了两级泡沫分离技术。泡沫分离第一级的条件为温度、初始pH值、装载液体体积和表面的气流速率分别固定在65.0、2.06、200150mL/min？和，最大富集比3.47。泡沫分离第二级的条件是温度30.0 和表观温度是 表观气速是气速

23、200mL/min，通过两级泡沫分离技术总加，回收率可达80.1%。因此，两级泡沫分离技术既增加茶皂素的富集比又增加回收率。结果表明,小问题太多了，看仔细点，静下心来好好改一遍。两级泡沫分离可以改善泡沫分离的性能，因此，这对于茶皂素的分离是一个有效的方法。致谢这项工作财务支持主要是由天津自该课题主要受中国天津自然科学基金会和中国河北自然科学基金会赞助。然科学，中国(No.08JCZDJC25200)和河北自然科学基金会，中国(No.B2011202056)的支持。参考文献1 Y. Lu, U. Tatsuya, A. Yagi, K. Sakata, T. Chaudhuri, D.K. Ga

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