微波辅助提取石蒜生物碱的热力学机理研究-中山大学化学与化学工程.doc

微波辅助提取石蒜生物碱的热力学机理研究 林广欣 范华均 李攻科* 中山大学，化学与化学工程学院，广东，广州，5101275 摘 要：本文研究了石蒜中石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏在不同因素影响下的微波辅助提取（MAE）的提取行为。结果表明提取时间和温度、样品颗粒度、提取剂用量以及搅拌速度等对提取过程和效率都有明显的影响。并且计算了3种石蒜生物碱的热力学函数：石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的MAE法提取焓变△Hθ分别为31.3、109和 47.4 kJ/mol，熵变△Sθ分别为100、336和149 J/mol，3种生物碱在所研究温度范围内的自由能变化△Gθ0。与传统溶剂回流法(SRE)相比，MAE法的△Hθ和△Sθ更大，在相同温度下MAE法的△Gθ更小，表明在微波辐射下进行溶剂提取能够提高提取体系的热能利用率，促进溶剂及细胞中的热量传递。采用电子扫描显微镜对不同提取方法提取过的石蒜样品进行扫描，电镜图谱显示，经MAE法和SRE法处理过的石蒜细胞均完整，没有观察到明显的孔洞，说明没有细胞破壁现象，但MAE提取过石蒜却比SRE提取后的样品细胞收缩变形更加明显。应用MAE技术提取3种石蒜生物碱的含量测定表明：MAE法具有较高的提取效率，所需时间仅为SRE法的1/3。 关键词：微波辅助提取；机理；石蒜；石蒜碱；力可拉敏；加兰他敏 前言 微波辅助提取（microwave-assisted extraction, MAE）是一种利用微波能强化溶剂提取效率，使目标提取物与基体快速分离的一种新型提取技术。微波能是一种非离子化的电磁能，它利用离子迁移和偶极子转动引发分子运动，但其能量并不足以破坏化学碱。与传统的溶剂回流提取法相比，MAE具有加热均匀快速、节能、省溶剂、环境友好等特点，在有机分析试样前处理方面有很好的发展潜力和应用前景。自1986年，Ganzler[1]首次用MAE提取了植物中的油脂、棉籽酚等成分以来，MAE在植物有效成分提取方面的应用越来越受到科技工作者的重视，有关MAE用于植物特别是中草药有效成分提取的报道不断出现[2~5]，但对于MAE的提取机理研究还很少。Pare等[2]曾提出假设，Pare的破壁假设持反对意见，郝金玉等[3] 通过对新鲜银杏叶微波辅助提取后微观结构的变化观察发现，，(G2000026302), 国家自然科学基金，广东省科技计划项(A301020301) ，中山大学化学与化学工程学院创新基金。 其和传统加热回流提取法（SRE）所得结果相比较，探讨MAE过程中生物碱结构、提取时间和 温度、样品颗粒度、提取剂用量、搅拌速度以及微波功率等各种因素的影响，提出MAE法提取石蒜生物碱的机理。 实验部分 2.1 主要仪器和试剂 密闭式的MARS- X微波炉为(美国CEM 公司产品)；LC-2010C高效液相色谱仪（带自动进样器）、CLASS-VP 6.12 SP4工作站（日本岛津公司）均为日本岛津公司产品。XL-30型扫描电镜（荷兰PHILIPS公司）；R201旋转蒸发仪（上海申科机械研究所）将石蒜粉碎，过筛，用的溶解，用氯仿提取3，用调节pH值再用氯仿提取3，合并氯仿层，旋转蒸发，250(4.60mm Luna 5 (m C18(2) 100A (美国 phenomenex公司)；检测波长：232 nm和289 nm双波长检测；柱温：40(C；流动相：三乙胺水溶液（A）：乙腈（B）：甲醇（C）；流速：1 mL/min；进样量：10 (L，4 min后UV检测器开始检测。 梯度洗脱程序：0—20 min，VA/VB：85/15—80/20；20—40 min，VA/VB/VC：80/20/0—70/15/15；40—50 min，VB：100。 2.2.2 溶剂回流提取法（SRE）称取另一份石蒜样品2.0 g于圆底烧瓶中，加入30 mL 95%的乙醇，在设定温度下回流提取。提取后的提取液处理和测定方法和微波辅助提取法相同。 3 结果与讨论 3.1 MAE和SRE热力学函数的比较 本文所研究的密闭式微波辅助提取石蒜生物碱过程是一个等压过程，在一定的温度范围内，提取焓变△Hθ、熵变△Sθ是一个常数，自由能变△Gθ仅随温度变化。根据热力学等温式，提取平衡常数K和温度T的关系为： lnK=－△Hθ/RT + C (常数) （1） 其中－△Hθ为提取焓，C为常数。 由已知提取平衡常数K，根据下式可求得实验温度下的自由能变△Gθ： △Gθ ＝－RTlnK （2） 提取熵变△Sθ可由下式求得： △Sθ ＝（－△Hθ－△Gθ）/T （3） 针对所研究的石蒜生物碱