绿色溶剂提取典型天然产物的研究
文献类型:学位论文
作者 | PHONGPHAT PRAWANG |
答辩日期 | 2022-07-01 |
文献子类 | 博士 |
授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
导师 | 王慧 |
关键词 | 青蒿素,迷迭香,绿色介质,提取,可生物降解离子液体 |
英文摘要 | 天然产物广泛应用于食品、化妆品、医药等领域,与人们的日常生活息息相关。从植物中提取天然活性物质是工业生产天然产物的重要途径,其中提取阶段多以挥发性、易燃易爆有机溶剂为媒介,易造成环境污染,存在安全隐患,不符合可持续发展的战略要求。开发可替代传统溶剂的绿色介质可从根本上解决天然产物生产中存在的上述问题,是该领域一直追求的目标。本文以典型天然产物青蒿素、迷迭香酸为研究对象,以聚乙二醇、离子液体溶液为介质,开发了青蒿素、迷迭香酸提取分离新工艺。获得了提取过程工艺参数对提取效率的影响规律,通过FTIR、SEM和模拟计算的方法揭示了上述介质强化天然产物提取的微观机制,阐明了提取过程动力学规律,提出树脂吸附-溶剂洗脱回收天然提取物的方法,实现目标产物与溶剂的分离。主要研究结论和创新性成果总结如下:1. 以聚乙二醇(PEG)代替传统有机溶剂,如石油醚、乙醚等,并耦合超声外场强化,实现了黄花蒿中青蒿素的高效提取。对比了不同分子量聚乙二醇(200-600 g/mol)的提取效果,发现提取效率随PEG分子量的增加而下降,主要与溶剂粘度以及可与青蒿素相互作用的位点数有关。与常规水浴加热相比,超声辅射的空化作用使得该过程具有更高的提取效率。在单因素优化实验的基础上,采用响应面法研究了超声功率、物料比、提取温度、时间等对提取过程的影响,最优条件下,即超声功率为100 W、PEG/黄花蒿比例为20 mL/g、温度为50 °C、时间为1 h时,从1克黄花蒿中可提取青蒿素的量为15.8 mg,略高于以石油醚为溶剂的索氏提取过程(14.9 mg/g),且前者的提取时间可缩短至1 h(索氏提取12 h)。反应动力学和光谱表征揭示了PEG介质耦合超声外场强化青蒿素提取的微观机理,超声辐射加速了黄花蒿叶的破碎(SEM),促进了青蒿素从植物腺体剥离,而青蒿素中C=O可与PEG末端羟基形成氢键,利于青蒿素快速溶于该绿色介质。溶剂与目标物质之间的强相互作用耦合超声空化效应强化了青蒿素提取过程。2. 提出了大孔树脂吸附-有机溶剂洗脱分离青蒿素与提取液的方法。不同性质树脂吸附青蒿素的效果各异,吸附效率按如下顺序降低:D101 > H103 > AB-8 > D201 > D152,结合吸附树脂的性质可知,具有大比表面积、较小孔道结构树脂的吸附效果最优,青蒿素吸附率可达95%。随后以乙醇或乙酸乙酯为溶剂可将青蒿素从树脂中洗脱出,其中乙酸乙酯的洗脱效果优于乙醇,洗脱率可达100%。研究中获得了吸附脱附过程中料液比例等参数对吸附率、脱附率的影响规律。3. 以生物相容性离子液体为添加剂,强化了乙醇提取迷迭香酸的过程。离子液体的阴阳离子均可影响提取效率,其中乙醇胺乳酸盐([HEA][La])强化该提取过程的效果最优。通过响应曲面法(RSM)优化了提取过程工艺参数,其中提取时间对该过程的影响最显著,获得了最佳提取条件为:溶剂/迷迭香比例20 mL/g、提取时间48 min,、超声波功率175 W、提取温度35°C,在此条件下,从每克迷迭香中可以提取20.88 mg迷迭香酸,优于乙醇提取过程(无离子液体添加剂的条件,提取量为13.3mg迷迭香酸/g迷迭香)。此外,通过模拟计算分析了不同离子液体可与迷迭香酸产生相互作用的位点,[HEA][La]作用位点最多(5个氢键供点、2个氢键受点),可与迷迭香酸形成作用最强,因此该离子液体强化提取过程的效果最优。红外光谱分析表明,迷迭香与[HEA][La]/乙醇溶液可形成多重氢键作用,进而强化了提取过程,提高了提取效率。采用大孔树脂吸附-溶剂洗脱法亦可回收提取液中的迷迭香酸,以H103为树脂可回收89%的迷迭香酸。4. 提出液-液萃取分离提取液中迷迭香酸的方法,对比分析了不同有机溶剂的萃取效果,其中乙酸乙酯的萃取效果最佳。乙酸乙酯相(萃取相)和提取液相(萃余相)的比例可影响萃取效果,随着比例的增加,萃取至乙酸乙酯中的迷迭香酸量增加,经过三级萃取,提取液中70.16%的迷迭香酸可被萃取至乙酸乙酯相。奎宁酸、熊果酸、桃金丝桃酚B、玫瑰酚、芫花素等杂质也可被萃取至乙酸乙酯中,分析表明萃取相中迷迭香酸的含量远远高于杂质含量,可进一步通过结晶的方式实现迷迭香酸的纯化,为从提取液中分离迷迭香酸提供了一种可行路径。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60919] ![]() |
推荐引用方式 GB/T 7714 | PHONGPHAT PRAWANG. 绿色溶剂提取典型天然产物的研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2022. |
入库方式: OAI收割
来源:过程工程研究所
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