林业中药资源杜仲高效利用的生态工艺研究

发布时间：2020-08-03 14:02

【摘要】：杜仲为我国特有植物,在我国被广泛种植。但是,目前对杜仲资源的并没有被完全开发,造成了资源的浪费和环境污染。本论文以杜仲的可再生资源杜仲皮为实验原料,对目标成分的分离工艺进行创新,并建立了资源综合利用的工艺路线,达到高效、环保、资源多级利用的目的。采用茶皂素协同循环超声提取技术提取杜仲皮中的4种活性成分;以高速逆流色谱技术对提取的活性成分进行富集纯化;应用柠檬烯作为提取溶剂,从活性成分剩余物中提取杜仲胶;对杜仲皮多糖进行分级纯化,并对杜仲皮多糖组分的糖基结构进行分析;制备硅胶固载酸性离子液体催化剂催化杜仲皮半纤维素生成糠醛,并对催化剂的理化特性及其催化活性进行表征;以杜仲皮次级剩余物为原料制备磺化炭催化橄榄苦苷转化为羟基酪醇,并对磺化炭的理化特性及其催化活性进行表征。本研究实现了杜仲资源的综合利用,为杜仲资源的生态工艺研究提供了理论和数据的支撑,主要内容如下:采用茶皂素协同循环超声法提取杜仲皮中的4种活性成分(京尼平苷酸、京尼平、京尼平苷和松脂醇二葡萄糖苷)。茶皂素作为天然的非离子型表面活性剂具有无毒、可降解、可增加目标化合物溶解性等特点,循环超声增加了提取溶剂的流动性,促进细胞破裂。应用单因素实验和Box-behnken设计优化得到最佳工艺:0.3%茶皂素浓度、提取温度49℃、液料比10 mL/g、超声功率490 W、超声时间21 min、搅拌速度1000 r/min。在最佳条件下,杜仲皮中目标化合物的总得率为6.62±3.15 mg/g,与索氏提取法在提取动力学和环境影响方面进行对比。这一方法通过检索国内外文献,无相同报道。采用大孔树脂-高速逆流色谱对提取的杜仲皮中4种活性成分进行制备,在优选范围内优选出HPD-417为优选树脂,优化出该树脂的动态吸附、洗脱条件为上样流速2 BV/h,上样量13 BV,洗脱剂的乙醇体积分数40%和洗脱流速3 BV/h。对高速逆流色谱的溶剂系统进行筛选,最终筛选出的溶剂系统为:两相溶剂系统乙酸乙酯-正丁醇-水(0.7:1.1:2,v/v)和乙酸乙酯-正丁醇-水(1:4:5,v/v)用于制备4种活性成分。同时,优化的高速逆流色谱的制备条件为流动相流速1.5 mL/min、线圈转速1000 r/min和系统温度为35℃。最终得到4种活性成分的纯度分别为京尼平苷酸(94.53%土 1.05%)、松脂醇二葡萄糖苷(91.24%±1.23%)、京尼平苷(92.14%±2.15%)和京尼平(91.46%±3.24%)并通过HPLC-MS和1H-NMR对组分进行结构鉴定,对制备产生的废液进行生态化处理,通过精馏回收溶剂达到循环使用的目的。然后采用柠檬烯作为提取溶剂从提取剩余物中提取杜仲胶。应用单因素实验和Box-behnken设计优化得到最佳工艺:液料比25 mL/g、提取温度83OC、加热时间1 h和浸泡时间4 h。通过上述优化后的提取条件进行验证试验,得到杜仲胶实际的得率为80.46±2.55 mg/g。分别对石油醚和柠檬烯提取的杜仲胶进行理化特性表征,包括GPC、FTIR、1H-NMR、TG、DSC分析,并建立动力学曲线,柠檬烯提取达到平衡点所消耗的时间要远远少于石油醚提取,因此,柠檬烯作为提取杜仲胶的溶剂要优于石油醚。对回收的柠檬烯进行可重复利用实验,在6次循环使用过程中,杜仲胶的平均得率为80±4 mg/g,证明回收的柠檬烯具有良好的稳定性并可重复使用提取杜仲胶。经查阅国内外文献,无相同报道。采用木瓜蛋白酶结合Sevage试剂萃取对杜仲皮多糖进行脱蛋白,然后采用DEAE-纤维素离子和葡聚糖凝胶柱层析进行分级纯化,得到杜仲皮多糖1、杜仲皮多糖2和杜仲皮多糖3。采用高效凝胶渗透色谱对其纯度和分子量进行分析。对获得的高纯度多糖组分进行水解、柱前衍生化,HPLC分析其糖基构成。最后,采用UV、FTIR和NMR对多糖组分的结构进行初步分析解析。经查阅国内外文献,杜仲皮多糖的糖基构成未见报道,为今后杜仲多糖的纯化、高级结构分析及活性研究奠定了一定的基础。通过制备硅胶固载酸性离子液体催化剂催化杜仲皮初级剩余物半纤维素制备糠醛,并对合成的催化剂进行红外光谱、热重、扫描电镜、能谱等理化特性分析,通过酸水解和柱前衍生化,对杜仲皮半纤维素进行糖基结构分析。采用超声微波协同反应萃取仪作为催化剂催化杜仲皮半纤维素制备糠醛的反应装置,优化的催化剂制备糠醛的反应条件为微波辐射功率500 W、微波辐射时间40 min、反应温度140℃、超声辐射功率50 W和催化剂加入量400 mg,在优化条件下获得糠醛得率为581.94±28.32 mg/g。催化剂重复回收使用6次制备糠醛的得率为首次使用的87.09%土 3.9%。因此,回收的催化剂具有良好的稳定性并可重复使用制备糠醛。应用杜仲皮次级剩余物为原料制备磺化炭,并对合成的磺化炭及炭化样品进行红外光谱、热重、扫描电镜和光电子能谱等理化特性分析,采用微波协同萃取仪作为橄榄苦苷转化羟基酪醇的反应装置,优化出磺化炭催化橄榄苦苷转化羟基酪醇的反应条件为微波辐射功率500 W、微波辐射时间30 min和磺化炭加入量9%,在优化条件下羟基酪醇的转化率为0.32±0.015 mg/mg。对杜仲皮磺化炭进行可重复性分析,磺化炭重复回收使用6次转化羟基酪醇的得率为首次使用的89.37%±3.66%。说明回收的磺化炭具有良好的稳定性并可重复使用。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ914.1
【图文】：

糠醛的合成主要原料是木质纤维素中的半纤维素，半纤维素是一种多糖，主要为五逡逑碳糖的聚合物，也叫戊聚糖，戊聚糖在一定条件下水解为戊糖，戊糖在催化剂的催化下逡逑生成糠醛，如图１－２所示为戊聚糖生成糠醛的反应式和示意图。逡逑ｄ０逦0邋ＣＨＯＨ—ＣＨＯＨ逦－邋３ｎ，Ｈ？0＾邋｜逦｜逡逑0邋0＂逦ＣＨ２０Ｈ邋ＣＨＯＨ－ＣＨＯ逦ｋ0＞ＣＨＯ逡逑戊聚糖逦戊糖逦糠胳逡逑半纤维家逦？戊狱逦？中问休逦？蚀

本文编号：2779733