全 文 :第7卷第6期
2009年11月
生 物 加 工 过 程
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.7No.6
Nov.2009
doi:10.3969/j.issn.1762-3678.2009.06.011
收稿日期:2008-07-31
基金项目:江苏省高技术研究计划资助项目(BG2007049)
作者简介:陈育如(1965—),男,江西丰城人,副教授,博士,研究方向:生物化工,Email:chenyuru@njnu.edu.cn
烟草废料中绿原酸的提取工艺研究
陈育如1,唐 刚1,刘 虎1,韦 萍2
(1南京师范大学 生命科学学院,江苏省微生物资源产业化工程技术研究中心,南京 210046;
2南京工业大学 制药与生命科学学院,南京 210009)
摘 要:讨论了从烟草废料中提取绿原酸的优势和甲醇、乙醇、丙酮、水等不同溶剂经超声波辅助提取绿原酸的效果。
研究结果表明,用体积分数40%的甲醇得到的浸提液中,绿原酸质量浓度为211mg/mL,比以水为溶剂时高出近
50%。不同浓度的甲醇溶液中,体积分数50%的甲醇提取绿原酸的浓度最高。对树脂的吸附动力学分析表明,大孔
树脂CN 101对烟草浸提液中绿原酸的吸附遵循Freundlich等温方程,吸附和解析分离所得的绿原酸收率为876%。
在超声辅助条件下,利用甲醇等有机溶剂提取烟草中的绿原酸,进而用大孔树脂进行吸附分离的方法可行。
关键词:绿原酸;提取;大孔树脂;烟草
中图分类号:Q55 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2009)06-0055-04
Extractionandseparationprocessofchlorogenicacidfromtobaccoresidue
CHENYUru1,TANGGang1,LIUHu1,WeiPing2
(1.ColegeofLifeScience,EngineeringandTechnologyResearchCenterforMicrobiology
ResourceProductofJiangsuProvince,NanjingNormalUniversity,Nanjing210046,China;
2.ColegeofBiotechnologyandPharmaceuticalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)
Abstract:Ultrasoundassistedextractionofchlorogenicacidfromtobaccoresiduebyvarioussolventsand
thepurificationprocesswerediscussed.Mixturesofmethanol,ethanol,acetone,andwaterassolvents
weretested.Byusing40% methanolwaterasasolvent,theconcentrationofchlorogenicacidwas211
mg/mLanditwas50% higherthantheprocessbyusingpurewaterasasolvent.Whereasintheultra
soundassistedextractionprocess,50% methanolcouldextractthehighestconcentrationofchlorogenic
acid.TheadsorptionkineticsofchlorogenicacidoncommercialmacroporousresinCN101folowedFreun
dlichisothermequation.Thestepyieldofchlorogenicacidwas876% aftertheseparationbytheresin.
Keywords:chlorogenicacid;extraction;macroporousresin;tobacco
绿原酸是一种重要的生理活性物质,早在1950
年,Barnes等[1-2]即利用咖啡豆进行分离并研究了
其结构,后来人们又从苹果中分离到绿原酸,我国
传统中药金银花和杜仲叶中富含绿原酸。绿原酸
是200多种中成药的主要活性成分之一,除抗菌和
抗病毒的功能外,还有增高白血球、保肝利胆、抗肿
瘤、降血压、降血脂、清除自由基和兴奋中枢神经系
统等作用[3]。
作为具有多种功能的生物活性物质和重要的
生化试剂,绿原酸的研究及生产受到人们的极大关
注[4-8]。然而价高量少的原料与产品的巨大需求反
差迫使人们开始寻求更加广泛的原料。实际上烟
草中以绿原酸为代表的多酚含量较高,烟草行业的
烟草废弃物产生量也较大(约30%),一个大中型卷
烟厂产生的烟草废料每年有几千吨之多[9],烟草原
料中烟碱的存在使烟草废料成为需特殊处理的有
害物,因此,利用烟草废料生产绿原酸和烟碱不仅
可以大幅度降低绿原酸与烟碱生产的原料成本,还
可变废为宝,符合废弃物处理的减量化、无害化和
资源化方向[10]。
各种植物有效成分的提取方法中,超声波、微
波辅助溶剂提取法因速度快、综合成本低等优势成
为近年来工业化应用的开发热点;大孔树脂吸附等
分离介质因选择性好、方便快速等优点也备受关
注[11]。本工作结合超声波辅助处理和大孔树脂吸
附进行烟草废料绿原酸的分离纯化。
1 材料与方法
11 实验材料
烟草废料,来自蚌埠卷烟厂,粉碎干燥备用。
甲醇、乙醇、丙酮等均为国产分析纯试剂。
12 实验仪器
KQ 100E型超声波清洗器,昆山市超声仪器
有限公司;RE 52AA旋转真空蒸发器,上海亚荣生
化仪器厂;Agilent1100高效液相色谱,Agilent公司。
13 实验方法与计算
提取方法:称取一定量烟草废料,超声波辅助
处理提取,提取液经旋转蒸发浓缩,除杂,用 HPLC
测定绿原酸含量,利用树脂对绿原酸进行吸附分离。
绿原酸HPLC色谱分析:C18色谱柱(250mm×
46mm,5μm);流动相为磷酸氢二钠缓冲溶液与甲
醇。流速10mL/min;柱温30℃;进样体积20μL;
检测波长为326nm。
吸附量(mg/g)=吸附液体积 ×(初始质量浓
度-最终质量浓度)/树脂质量;
吸附率(%)=(初始质量浓度 -最终质量浓
度)/初始质量浓度×100%;
解吸率(%)=绿原酸解吸量/树脂对绿原酸的
吸附量×100%;
绿原酸收率(%)=绿原酸提取量/投料的烟草
中绿原酸量×100%。
2 结果与讨论
21 溶剂对提取效果的影响
考察甲醇、乙醇、丙酮和水等不同溶剂对超声
辅助处理的工艺的影响,结果如图1所示。
图1 溶剂从烟草原料中提取绿原酸的效果
Fig.1 Efectsofchlorogenicacidextractionfrom
tobaccoresiduesbydiferentsolvents
从图1可见,以体积分数40%甲醇、40%乙醇、
V(丙酮)∶V(水)=1∶2的混合溶剂为浸提溶剂,采用超
声辅助处理时,50℃条件下,体积分数40%甲醇浸提液
中绿原酸质量浓度为211mg/mL,比以水为溶剂时高
出近50%,主要原因为绿原酸分解酶在水溶液中的作
用可能比有机相更大,另外有机溶剂应对绿原酸的溶
出有促进作用。鉴于甲醇溶剂效果较好,进而对不同
的甲醇体积分数对提取效率的影响进行探讨(图2)。
图2 不同体积分数甲醇溶液的提取效果
Fig.2 Efectsofextractionbydiferent
volumeratioofmethanol
由图2可见,在50℃超声辅助提取的条件下,
50%体积分数的甲醇溶液所提取得到的绿原酸质量
浓度最高(255mg/mL)。用 HPLC分析绿原酸浸
提液,结果如图 3所示(经与标准品相比较,5220
处出峰为绿原酸)。
22 绿原酸的分离
在植物提取物的分离纯化中,大孔吸附树脂是
常用的高分子吸附剂,它具有选择性好、机械强度
高、再生方便、吸附速度快、操作简单等优点,特别
适合于分离水溶性化合物[11]。
实验选择不同型号的树脂对烟草提取液中的
65 生 物 加 工 过 程 第7卷
图3 绿原酸提取液HPLC图
Fig.3 HPLCgraphofthechlorogenicacid
extractionsample
绿原酸进行吸附,不同树脂的吸附量、吸附率和解
吸率结果如表1所示。
表1 不同树脂对绿原酸的吸附和解吸
Table1 Adsorptionanddesorptionofchlorogenic
acidusingresins
树脂型号
吸附量/
(mg·g-1)
吸附率/
%
解析率/
%
SL 201 302 215 501
DS 701 674 479 170
CN 101 1172 834 692
CN 102 568 404 456
DN 301 1351 961 099
IonⅣ 076 180 332
IonⅤ 383 908 81
从绿原酸的吸附量和解吸率2个方面综合考
察,大孔树脂 CN 101显示出较优的综合性能,虽
然吸附量比 DN 301略低,但洗脱性能优异得多,
因此,选用CN 101树脂用于烟草提取液中绿原酸
的分离。
23 树脂的吸附动力学
精密称取定量的CN 101树脂于三角瓶中,定
量加入绿原酸浸提液,在150r/min进行吸附,定时
取样测定绿原酸量,对吸附动力学进行分析。
分析结果表明,大孔树脂 CN 101对烟草浸提
液中绿原酸的吸附遵循 Freundlich等温吸附方程
(图4),拟合回归整理得到
Q=04·ρ1/311
式中:Q为树脂吸附量,mg/g;ρ为吸附平衡时溶液
中绿原酸质量浓度,mg/mL。
图4 大孔树脂CN 101吸附绿原酸的拟合曲线
Fig.4 Fitingcurveofchlorogenicacidadsorptionby
macroporousresinCN101
经乙醇溶液对吸附饱和的大孔树脂 CN 101
进行洗脱,发现洗脱峰集中,实验重复性较好,洗脱
曲线如图 5所示。绿原酸最高质量浓度达到 61
mg/mL,收率为876%。从上述结果可见,采用大孔
树脂吸附分离烟草浸提液中绿原酸的方法可行。
图5 大孔树脂CN 101对绿原酸的洗脱曲线
Fig.5 Desorptioncurveofchlorogenicacidby
macroporousresinCN101
24 提取工艺
在分析传统工艺[12]的基础上,针对烟草物料的
特点对传统的以杜仲叶或金银花为原料的提取工
艺进行了改进,改进后的流程如图6所示。
图6 以烟草废料为原料提取绿原酸的工艺
Fig.6 Processofextractingchlorogenicacidfrom
tobaccoresidues
图6中的溶剂为有机溶剂的水溶液,如果利用
75 第6期 陈育如等:烟草废料中绿原酸的提取工艺研究
水作为溶剂提取绿原酸时溶剂成本较低,但绿原酸
水解酶在提取过程中对绿原酸量的水解与多量的
水溶性杂质进入提取液是不利因素[13],而在有机溶
剂中绿原酸水解酶会受到抑制,因此采用有机溶剂
是比较合适的方法[14]。上述工艺中的固液分离与
除杂工序是为分离固体颗粒和溶液中的其他杂质,
进而浓缩真空干燥脱水得到产品。
3 结 论
1)绿原酸是重要的生理活性物质,烟草是有潜力
替代金银花、杜仲叶等生产绿原酸的生物质资源,以烟
草废料提取绿原酸有望降低成本和扩大原料来源。
2)甲醇、乙醇、丙酮与水的混合溶剂对烟草废
料中绿原酸提取的结果表明,一定浓度的有机溶剂
水混合溶剂的提取效果较好,其中40%的甲醇浸提
液中绿原酸的质量浓度为211mg/mL,比以水为溶
剂时高出近50%;用不同浓度的甲醇溶液进行提取
的结果表明,以体积分数50%甲醇提取的绿原酸质
量浓度最高(255mg/mL),提取效果最好,但甲醇
的毒性是生产中必须注意的问题。
3)吸附动力学分析表明,大孔树脂CN 101对
烟草浸提液中绿原酸的吸附遵循 Freundlich等温吸
附方程,经大孔树脂CN 101吸附分离后绿原酸的收
率为876%,因而用大孔树脂吸附分离的方法具有可
行性,选用吸附分离性能更为优良的大孔树脂以进一
步提高绿原酸收率对工业生产具有重要的意义。
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