乙醇超聲法提取二氫槲皮素工藝優化

馬春慧 李 偉 孫 震 黃金明 楊 磊 祖元剛 黃曉麗

(1.東北林業大學森林植物生態學教育部重點實驗室,黑龍江哈爾濱,150040;2.東北林業大學材料科學與工程學院,黑龍江哈爾濱,150040)

乙醇超聲法提取二氫槲皮素工藝優化

馬春慧1李 偉2孫 震1黃金明1楊 磊1祖元剛1黃曉麗2

(1.東北林業大學森林植物生態學教育部重點實驗室,黑龍江哈爾濱,150040;2.東北林業大學材料科學與工程學院,黑龍江哈爾濱,150040)

將乙醇超聲法用于落葉松制漿預處理以提取二氫槲皮素。通過優化實驗,得到二氫槲皮素最佳提取工藝條件:乙醇體積分數 53.0%、料液比 1∶10.6、提取次數 3次、超聲波時間 32.6 min、超聲波功率 180.2W。在最佳條件下,二氫槲皮素平均得率0.04%,浸膏得率1.3%,經乙醇超聲法預處理的落葉松硫酸鹽法制漿和高沸醇法制漿得率均高于未經預處理的,成紙性能也更優。

落葉松;制漿;二氫槲皮素;乙醇超聲法

二氫槲皮素又名紫杉葉素、雙氫櫟精,是自然界中存在的一種重要的二氫黃酮醇類化合物[1],具有許多重要的生物學活性,能夠抑制和激活多種酶,從而產生不同的生理效應。二氫槲皮素含有較多的酚羥基,具有抗氧化、抗輻射、抗病毒和抗腫瘤[2]的作用。在落葉松制漿過程中,二氫槲皮素不僅破壞蒸煮藥液,而且會被氧化成櫟精,使漿料發黃。本實驗將乙醇超聲法用于落葉松制漿預處理以提取二氫槲皮素,在單因素實驗的基礎上對各因素采用響應面法進行優化,獲得最佳提取工藝條件,為規模生產提供了有價值的工藝參數。

1 實 驗

1.1 原料及試劑

落葉松木片購于黑龍江省大興安嶺地區加格達奇市;二氫槲皮素對照品購自 Fluka試劑公司 (批號1257117-20607065);乙腈、冰醋酸為色譜純,購自J&K ChemicalLtd.,色譜分析用去離子水,其他試劑為國產分析純。

1.2 儀器

KQ-250DB型臺式數控超聲波清洗器、717型自動進樣高效液相色譜儀、2487型紫外光檢測器、ZQS1型電熱蒸煮鍋、T25FYX型高壓反應釜、FDK型高壓釜控制器、ZQS-PFI型立式磨漿機、QJ1-B-Ⅱ型紙頁成形器。

1.3 實驗方法

1.3.1 二氫槲皮素得率和浸膏得率的測定

將乙醇超聲法預處理后的落葉松木片提取液稀釋至適宜的檢測濃度后離心 (20℃,10 min,速度12000 r/min);取上清液進行高效液相色譜法(HPLC)檢測,HPLC檢測條件:色譜柱 HiQ sil-C18W (4.6 mm ×250 mm,5μm),流動相中 V(乙腈 )∶V(水 )∶V(冰醋酸 )=82∶18∶0.1, 等度洗脫 , 洗脫流速 1.0 mL/min,檢測波長 294 nm,柱溫 25℃,進樣體積 10μL;重復進樣 3次;依式 (1)計算二氫槲皮素得率;將提取液濃縮后干燥,稱質量,依式 (2)計算浸膏得率 (浸膏得率可體現雜質的溶出情況)。

式中,Y為二氫槲皮素得率,%;P為浸膏得率,%;c為提取液濃度,mg/mL;V為提取液體積,mL;M為落葉松木片絕干質量,g;m為浸膏質量,g。

1.3.2 單因素及優化實驗

準確稱取 100 g(絕干)落葉松木片,在多種條件下提取二氫槲皮素,以確定乙醇體積分數、超聲波時間、超聲波功率和料液比的適宜值。將提取液過濾,減壓回收溶劑并于 60℃減壓干燥,計算二氫槲皮素得率和浸膏得率。

在單因素實驗的基礎上,采用 Design Expert7.0統計分析軟件的響應面分析法安排實驗,以獲取提取二氫槲皮素的最佳工藝參數。實驗因素水平見表1。

表1 實驗因素水平編碼表

1.4 制漿工藝條件及紙張抄造、物理性能的測定

硫酸鹽法 液比 1∶3.5、用堿量 20%、硫化度25%;升溫到 140℃,壓力 0.4 kPa時,進行小放氣3 min,繼續升溫至最高溫度 170℃,壓力 0.8 kPa,保溫 60 min后,大放氣。漿料經水洗后打漿抄片。

高沸醇法[3]溶劑為體積分數 80%的乙醇溶液,體積分數 10%醋酸作為催化劑,反應溫度 200℃,壓力 1.3 MPa,反應時間 6 h。漿料經水洗后打漿抄片。

按國家標準方法測定漿料的卡伯值和所抄紙張的物理性能。

2 結果與討論

2.1 各因素對二氫槲皮素提取效果的影響

分別就乙醇體積分數、超聲波時間、超聲波功率、料液比和提取次數進行單因素實驗。由單因素實驗結果可知,乙醇體積分數 50%～70%、超聲波時間 30～50 min、超聲波功率 175～225W、料液比 1∶9～1∶11為待優化范圍。

考慮到增加提取次數會增加溶劑的用量、成本高,提取次數選擇 3次較合理。規模生產時亦可考慮將最后 1次的提取液作為下一批次的提取溶劑使用,以降低成本。

在單因素實驗的基礎上,經過 Box-Behnken設計優化提取條件,得到最佳的提取工藝參數為:乙醇體積分數為 53.0%、料液比為 1∶10.6、超聲波時間和功率分別為 32.6 min和 180.2W,此時二氫槲皮素得率理論值可達到 0.04%;浸膏得率理論值可達到1.3%。在最佳提取工藝條件下進行驗證實驗可知,二氫槲皮素平均得率 0.04%,浸膏得率 1.3%。

2.2 制漿工藝的比較

不同制漿工藝所得漿料性能的比較見表2。由表2可知,無論是硫酸鹽法制漿還是高沸醇法制漿,乙醇超聲法預處理 (最佳條件下)后的漿料,得率較未預處理的有所提高且卡伯值降低。乙醇超聲法預處理后可獲得高附加值的二氫槲皮素,不但可以改善漿料性能還創造了經濟效益。此外,二氫槲皮素的脫除為后續漿料漂白創造了條件。高沸醇制漿得率比硫酸鹽法制漿得率略高,這是由于醇溶劑法制漿對于針葉材來說是不完全脫木素的。也正是由于高沸醇法制漿中木素殘余量較硫酸鹽法多,表現為成漿卡伯值比硫酸鹽漿高近 2倍,但高沸醇法制漿還是具有其天然的優勢,溶劑可回收利用,克服了堿法制漿黑液回收能量消耗大、污染環境等缺點。

表2 漿料性能的比較

表3 紙張物理性能的比較

2.3 紙張物理性能的比較

紙張物理性能的比較見表3。由表3可以看出,經乙醇超聲法預處理后所得漿料的撕裂指數較未預處理的有比較明顯的改善,耐破指數、耐折度和抗張指數保持不變。其原因在于乙醇超聲法預處理將二氫槲皮素和單寧、水溶性阿拉伯糖-半乳聚糖等成漿有害成分提取出來,更多的堿液用于木素的脫除,減少了副反應的發生。

3 結 論

采用乙醇超聲法在單因素實驗的基礎上對落葉松二氫槲皮素提取過程中各因素進行優化,得到最佳工藝條件:乙醇體積分數 53.0%、料液比為 1∶10.6、超聲波時間和功率分別為 32.6min和 180.2W。在最佳條件下進行驗證實驗表明,二氫槲皮素得率可達到0.04%,浸膏得率可達到 1.3%。經乙醇超聲法預處理后的落葉松硫酸鹽法制漿和高沸醇法制漿的得率均高于未預處理的,成紙性能也優于未處理的。

[1] 喬 華,謝 鑒,張曉云.花旗松素的生物活性及其應用[J].中草藥,2003,34(8):15.

[2] Maroziene A,Kliukiene R,Sarlquskas J. Inhibition of phthalocyanine-sensilized photohemolysis of human erythrocytes polyphenolic antioxidants:description of quantitives structure-activity relationships[J].CancerLett.,2000,157(1):39.

[3] 陳云平,程賢甦,方華書,等.高沸醇溶劑法制備松木紙漿和木質素[J].纖維素科學與技術,2003(3):19.

Optim izing Extraction Technology of D ihyroquercetin from LarchW ood by Ethanol Pretreat ment before Pulp ing

MA Chun-hui1L IWei2SUN Zhen1HUANG Jin-ming1YANGLei1ZU Yuan-gang1,＊HUANG Xiao-li2(1.Key Laboratory of Forest Plant Ecology,M inistry of Education,Northeast Forestry University,Harbin,Heilongjiang Province,150040;2.M aterial Science and Engineering College,Northeast Forestry University,Harbin,Heilongjiang Province,150040)

Extraction of dihyroquercetin from larch wood by ethanol ultrasonic pretreatment before pulping was studied.Base on the singlefactor experiments,a four-factor-three-level experiment design developed byBox-Behnken experiment design method was applied.The optimized conditionswere as follows:extraction time 32.6 minutes for each,the ratio of solid to liquid 1∶10.6,the volume fraction of ethanol 53.0%,ultrasonic power 180.2W and the times of extraction is 3.The opt imized model by RS M accordswith practice.Under these conditions,the yields of dihyroquercetin and extract are 0.04%and 1.3%respectively.The yields of Kraft Pulping and HBS Pulping after pretreatment of larch wood chips are higher than that of untreated and the resultant paper characters are also better than that of the paper from untreated larch wood.

larch wood;pulping;dihyroquercetin;extraction by ultrasonic

TQ460.6

A

0254-508X(2010)02-0078-03

馬春慧女士,在讀碩士研究生;主要研究方向:天然產物提取分離和應用。

(＊E-mail:zygorl@vip.hl.cn)

2009-08-13(修改稿)

國家科技支撐計劃項目 (2006BAD18B04);東北林業大學研究生科技創新基金資助項目。

(責任編輯:陳麗卿)