单向阀—无氧微波法及其在植物挥发油提取中的应用

论文摘要

植物挥发油的提取是天然产物提取的一个重要组成部分，不同的提取方法提取同一植物的挥发油可以得到不同的结果，挥发油的一个十分重要的现代提取技术是微波辅助提取法。1986年，加拿大的Gedye研究发现微波加热可促进有机化学反应，其研究证明微波可以极大的缩短反应时间，提高产品的收率，减少副产物的生成。然而微波在有机合成中体现出的这些优点却是提取天然产物原始成分的弊端，挥发油成分复杂、热敏性较强，在提取的过程中易发生化学反应而遭到破坏。因此，在如何充分利用微波提取的高效快速的基础上，减少提取成分的复杂性及热稳定差的不足对研究植物精油十分重要。单向阀-无氧微波提取法（check valve&non-oxygen microwave assistedextraction, CVNO-MAE）是在低压和无氧条件下利用微波能加快目标物溶出从而提高提取效率的萃取分离方法，利用单向阀保持提取系统处于减压和无氧状态，使溶剂在较一般提取低的温度下保持回流，从而有利于避免热敏性和易氧化的化合物在提取的过程中被氧化、水解、重排、酯化和化合。本论文设计研制了CVNO-MAE提取装置，并展开了单向阀-无氧微波法提取天然产物中挥发油的研究。将CVNO-MAE法、常压MAE和其它传统提取方法进行对比，CVNO-MAE法在提取新鲜迷迭香、青花椒、艾叶和青蒿的挥发油中，显现出明显的优势。主要研究内容如下：1.建立了单向阀-无氧微波提取-气相色谱-质谱联用（CVNO-MAE/GC-MS）测定干芫荽籽中挥发油的分析方法。以水为提取溶剂，采用三水平正交设计优化影响CVNO-MAE的因素，优化的最佳提取条件为：微波功率为800W，60%功率档，初始相对真空度为-95KPa，提取时间为90min。实验最终测得芫荽籽挥发油的最大提取率为0.46%。CVNO-MAE法获得的挥发油单萜类的化合物含量较高，如-蒎烯、间-百里香素、-萜品烯的含量均比其他两种方法高，MAHD和HD获得的挥发油单萜含氧化合物-芳樟醇和乙酸香叶酯、乙酸桃金娘酯、乙酸橙花酯等酯类的含量较高。三种方法获得的肉桂挥发油的主要成分差异不是特别明显，这是因为提取干燥植物时使用了大量的水，且肉桂挥发油的相对密度比水大，从而一定程度上减少了氧气与植物中活性成分的有效接触，另一方面，新鲜植物在干燥的过程中，由于处理不当，高温的干燥环境可能已经造成挥发油成分的变化。2.选取新鲜迷迭香为研究对象，采用单因素实验优选新鲜植物挥发油CVNO-MAE的最佳微波功率为800W，60%功率档，最佳的提取时间为40min，优化后的最大提取率为1.45%。比较CVNO-MAE、SFME和HD法提取的迷迭香挥发油的主要成分，CVNO-MAE得到的、β-蒎烯、丁香烯最多，而马鞭草烯酮、菊油环酮、松油酮、松樟酮、樟脑、反式香叶醇、1-萜品-4-醇、-萜品醇、丁香烯氧化物、甲酸芳樟醇酯、乙酸龙脑酯等含氧化合物的量少；CVNO-MAE的结果与SFME的相反；HD的结果介于两者之间。另外，三种方法提取的迷迭香挥发油都含23%的C10H18O单萜含氧化合物，但是它们的组成却是不同，CVNO-MAE和HD含更高的桉油素，而SFME中芳樟醇的含量更高。3.采用CVNO-MAE、SFME和HD法对新鲜植物青花椒、艾叶、青蒿挥发油的提取进行了系统地研究。青花椒的最大提取率为1.45%，艾叶为0.57%，青蒿为0.88%。对比CVNO-MAE、SFME和HD三种方法提取的挥发油的成分，实验结果表明，CVNO-MAE法的低温低氧环境能够有效的避免或削弱单萜及倍半萜类化合物在提取过程中发生的氧化、重排、水解、酯化、化合等反应，是一种准确、快速、绿色的挥发油微波提取新方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 植物挥发油研究进展
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 植物挥发油的组成
• 1.1.3 挥发油的提取方法
• 1.2 微波辅助提取技术
• 1.2.1 微波辅助提取技术原理
• 1.2.2 微波辅助提取的研究进展
• 1.2.3 微波辅助提取的特点及存在的问题
• 1.3 真空微波提取技术
• 1.3.1 真空提取技术
• 1.3.2 真空微波提取技术
• 1.4 本论文的研究意义
• 2 单向阀-无氧微波提取法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 CVNO-MAE 提取装置的研制
• 2.3 负压变化与时间的关系
• 2.4 初始相对真空度对提取率的影响
• 2.5 本章小结
• 3 CVNO-MAE 法提取干芫荽籽、肉桂挥发油的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 挥发油的提取
• 3.2.3 芫荽籽挥发油提取条件优化
• 3.2.4 挥发油的 GC-MS 条件
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 芫荽籽挥发油最佳提取条件
• 3.3.2 芫荽籽挥发油的化学成分及分析
• 3.3.3 肉桂挥发油的化学成分及分析
• 3.4 本章小结
• 4 CVNO-MAE 法提取新鲜迷迭香挥发油的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 迷迭香挥发油的提取
• 4.2.3 迷迭香挥发油的 GC-MS 条件
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 CVNO-MAE 法中微波功率对提取率的影响
• 4.3.2 CVNO-MAE、SFME 和 HD 法提取率时间曲线
• 4.3.3 迷迭香挥发油的化学成分及分析
• 4.4 本章小结
• 5 CVNO-MAE 法提取新鲜青花椒、艾叶和青蒿挥发油
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器与试剂
• 5.2.2 挥发油的提取
• 5.2.3 挥发油的 GC-MS 条件
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 青花椒挥发油的化学成分及分析
• 5.3.2 艾叶挥发油的化学成分及分析
• 5.3.3 青蒿挥发油的化学成分及分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录