柑橘落果活性成分含量及萃取方法研究

论文摘要

在柑橘果实发育过程中，会产生大量的生理落果。湖南是我国柑橘生产的主要省份，每年产生的柑橘落果。目前，对于这些落果的开发利用十分不足。超临界流体萃取技术虽然具有诸多优点，但是因其高压操作，萃取效率相对较低等问题，限制了它的广泛应用。本论文以极具开发价值的柑橘落果活性成分为提取对象，采用超声强化超临界CO2萃取技术对柑橘落果进行提取研究。在对柑橘落果中的活性成分进行分析研究的基础上，对超临界流体萃取法和超声强化超临界流体萃取法提取落果活性成分的影响因素及超声强化的效果进行了详细的研究，对两种方法提取的工艺参数进行了优化，构建了超声强化超临界流体萃取落果活性成分过程的数学模型，并进一步研究了超声强化超临界流体萃取的机理。通过研究表明：（1）温州蜜柑、哈姆林甜橙、冰糖橙、脐橙、椪柑落果中的活性成分以辛弗林与橙皮苷为主，辛弗林含量范围为0．47％～1．83％，平均含量为0．93％；橙皮苷含量范围为9．02％～13．60％，平均含量为11．33％；辛弗林含量相对标准偏差（36．47％）高于橙皮苷相对标准偏差（11．58％）；柑橘落果中橙皮苷、辛弗林含量均随着粒径的增大减少；相关分析表明，辛弗林、橙皮苷含量无线性相关关系；柑橘落果中活性成分含量随产地、品种变化较大，多元对应分析可以直观地描述活性成分含量与产地、品种之间的规律；柑橘落果可作为提取橙皮苷、辛弗林的优质原料。（2）对超声强化超临界流体萃取装置进行了改进，借助于计算机辅助分析设计了高性能的超声系统核心部件变幅杆。由超声波换能器、变幅杆和超声波发生器组成的超声强化装置与超临界萃取装置合理组装构成超声强化超临界流体萃取装置。经实际操作，该系统运行稳定，强化效果好。（3）以乙醇作为夹带剂的超临界CO2萃取与超声强化超临界CO2萃取能够提取出柑橘落果中的活性成分辛弗林，但不能萃取出橙皮苷等黄酮类物质；两者提取物中辛弗林的含量（44．7％、51．2％）远高于溶剂提取物（4．6％）。（4）萃取温度、萃取压力、物料颗粒度、流体流量、夹带剂含量、超声功率等因素对超临界CO2萃取及超声强化超临界CO2萃取过程产生影响。实验条件下，随着物料颗粒度、萃取温度、萃取压力、流体流量、夹带剂量、超声功率的适量增加，辛弗林提取率提高。采用正交设计对超临界萃取过程进行了工艺优化，优化后的工艺参数为：萃取温度50℃、萃取压力30MPa、流体流量12 L·h-1、夹带剂含量为12％，此条件下辛弗林提取率可达35．8％。各因素对于超临界CO2萃取柑橘落果活性成分影响程度为：萃取温度>萃取压力>流体流量>夹带剂。采用均匀设计对超声强化超临界CO2萃取过程进行了优化，优化后的工艺参数为：超声功率250W、萃取温度45℃、萃取压力20MPa、流体流量9L·h-1、夹带剂含量12％、萃取时间4．5h。以上述条件进行验证试验，辛弗林提取率达到43．9％。超声强化超临界CO2萃取过程，降低了萃取系统的压力、温度以及夹带剂用量和萃取时间，而且萃取率也明显提高。超声场的加入没有改变超临界CO2对活性成分的选择性，对提取物的分析也表明超声强化对于活性成分的结构没有影响。对于均匀设计的试验结果进行回归分析，构建了超声强化超临界流体萃取过程的数学模型：y=-87．1944+3．1964x2+2．0832x4+19．6721x6-0．0315x22-0．1566x42-1．7800x62+0．0020x1·x4-0．0760x2·x6+0．0328x4·x5该模型的预测结果与实验数据拟合较好，能够反映萃取的实际过程，并能通过对其进行响应面分析研究两因素对于辛弗林提取率的综合影响。（5）显微观察显示，超声对超临界流体中的原料产生一定的破坏作用；在超声强化超临界状态下铝箔被腐蚀，证明存在超声波的空化效应；空化强度随着距声源距离加大而逐渐减小；随着超声处理时间的增加而逐渐增加。超声强化超临界流体萃取的机理可能是超声空化、机械波动效应与热效应的共同作用结果，并能使原料细胞破碎，从而强化分离过程。由于这些效应，超声可有效地减小内扩散阻力，加速内扩散，强化物料内部的传质；同时，超声对颗粒外部的流体造成湍动作用，破坏颗粒表面滞留层，减薄传质边界层，提高传质系数，促进颗粒外部的传质；另外，超声能的传递可使溶质活化，降低过程的能垒，增大溶质分子的运动，加速其溶解，从而对SFE过程产生强化效应。本论文对柑橘落果中的活性成分进行了研究，并将新兴的超声技术与超临界流体技术结合起来，协同提取其中的活性成分，为柑橘落果资源的充分利用提供了新的思路，对于超声技术与超临界流体技术的结合与应用也具有重要的理论意义与实际意义。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 柑橘活性成分研究进展
• 1.1 药用柑果枳实枳壳
• 1.2 柑橘果实中的主要活性成分
• 2 植物活性成分提取方法研究进展
• 2.1 植物活性成分的传统提取方法
• 2.2 植物活性成分提取新技术
• 3 超临界流体萃取技术研究进展
• 3.1 超临界流体萃取技术发展概况
• 3.2 超临界流体萃取原理
• 3.3 超临界流体萃取在植物活性成分提取方面的应用
• 3.4 超临界流体萃取的主要特点
• 3.5 超临界流体萃取的强化
• 4 本研究的意义与主要内容
• 4.1 研究的意义
• 4.2 主要研究内容
• 第二章 柑橘落果活性成分研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验仪器
• 1.3 主要试剂
• 1.4 试验方法
• 1.5 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 柑橘落果大小与重量的测定
• 2.2 柑橘落果主要活性成分研究
• 3 讨论
• 4 本章小结
• 2萃取装置的设计与应用'>第三章 超声强化超临界CO₂萃取装置的设计与应用
• 2萃取装置的设计与安装'>1 超声强化超临界CO₂萃取装置的设计与安装
• 1.1 超声换能器结构的确定
• 1.2 变幅杆的设计
• 1.3 超声发生器的选择
• 2萃取装置的安装'>1.4 超声强化超临界CO₂萃取装置的安装
• 2萃取装置的试验流程'>1.5 超声强化超临界CO₂萃取装置的试验流程
• 2萃取装置的应用'>2 超声强化超临界CO₂萃取装置的应用
• 2萃取过程中的温度、压力变化'>2.1 超声强化超临界CO₂萃取过程中的温度、压力变化
• 2.2 超声强化装置的工作稳定性
• 2.3 不同设计变幅杆的强化效果比较
• 3 本章小结
• 2萃取柑橘落果活性成分研究'>第四章 超声强化超临界CO₂萃取柑橘落果活性成分研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验仪器
• 1.3 主要试剂
• 1.4 试验方法
• 1.5 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 SFE与USFE提取柑橘落果活性成分的预备试验
• 2.2 SFE与USFE提取柑橘落果活性成分的单因素试验
• 2.3 SFE的工艺优化
• 2.4 USFE的工艺优化
• 2.5 USFE、SFE与SE提取物中活性成分的比较
• 2.6 辛弗林的纯化
• 3讨论
• 4 本章小结
• 2萃取机理研究'>第五章 超声强化超临界CO₂萃取机理研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 仪器与装置
• 1.3 试验方法
• 2 结果与分析
• 2萃取原料结构的显微观察'>2.1 超声强化超临界CO₂萃取原料结构的显微观察
• 2中空化现象的观察'>2.2 超声强化超临界CO₂中空化现象的观察
• 2中空化强度的测定'>2.3 超声强化超临界CO₂中空化强度的测定
• 2萃取机理的探讨'>3 超声强化超临界CO₂萃取机理的探讨
• 2萃取过程中的空化效应'>3.1 超声强化超临界CO₂萃取过程中的空化效应
• 2萃取过程中的其它强化效应'>3.2 超声强化超临界CO₂萃取过程中的其它强化效应
• 4 本章小结
• 全文结论、创新点与展望
• 1 全文结论
• 2 主要创新点
• 3 展望
• 参考文献
• 缩略词表
• 致谢
• 作者简介