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牡丹籽化学成分分析与牡丹籽油提取工艺研究

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第1章 绪 论

1.1 前言

1.2 牡丹及牡丹籽概述

1.2.1 牡丹资源概况

1.2.2 牡丹的化学成分与功能

1.3 植物油脂提取技术研究概况

1.3.1 压榨法

1.3.2 溶剂浸出法

1.3.3 水代法

1.3.4 超声波辅助提取法

1.3.5 微波辅助提取法

1.3.6 超临界二氧化碳萃取法

1.4 牡丹籽研究存在问题及解决方法

1.5 研究的主要内容

第2章 牡丹籽化学成分研究

2.1 前言

2.2 试验材料与设备

2.2.1 仪器和设备

2.2.2 试验材料

2.3 试验方法

2.3.1 牡丹籽的前处理

2.3.2 系统分离流程图

2.3.3 工艺流程

2.3.4 牡丹籽油甲酯化

2.3.5 GC-MS联用仪器工作条件

2.4 牡丹籽化学成分结构鉴定

2.4.1 牡丹籽非油部分化合物结构鉴定

2.4.2 化合物理化常数与波谱数据

2.4.3 牡丹籽油成分分析

2.5 讨论

2.5.1 牡丹籽非油部分化合物的活性作用

2.5.2 牡丹籽油的活性作用

2.6 本章小结

第3章 超声波辅助提取牡丹籽油的试验研究

3.1 前言

3.2 试验材料与设备

3.2.1 试验仪器与试剂

3.2.2 试验材料

3.3 试验方法

3.3.1 牡丹籽油超声波辅助提取方法

3.3.2 牡丹籽油得率

3.3.3 牡丹籽油甲酯化

3.3.4 GC-MS联用仪器工作条件

3.3.5 试验设计方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 浸提溶剂的选择

3.4.2 单因素试验

3.4.3 超声波辅助浸提牡丹籽油工艺条件优化

3.4.4 牡丹籽油的GC-MS分析结果

3.5 本章小结

第4章 微波辅助提取牡丹籽油的试验研究

4.1 前言

4.2 试验材料与设备

4.2.1 试验仪器与试剂

4.2.2 试验材料

4.3 试验方法

4.3.1 牡丹籽油微波辅助提取方法

4.3.2 牡丹籽油得率

4.3.3 牡丹籽油甲酯化

4.3.4 GC-MS联用仪器工作条件

4.3.5 试验设计方法

4.4 结果与讨论

4.4.1 微波提取溶剂的选择

4.4.2 单因素试验结果与分析

4.4.3 CCD实验设计结果与响应面分析

4.4.4 牡丹籽油的GC-MS分析结果

4.5 本章小结

第5章 超临界二氧化碳萃取牡丹籽油的试验研究

5.1 前言

5.2 试验材料与设备

5.2.1 试验仪器与设备

5.2.2 试验材料

5.3 试验方法

5.3.1 牡丹籽油超临界CO2萃取方法

5.3.2 牡丹籽油得率

5.3.3 牡丹籽油甲酯化

5.3.4 GC-MS联用仪器工作条件

5.3.5 试验设计方法

5.3.6 牡丹籽油的主要理化指标测定

5.4 结果与分析

5.4.1 单因素试验

5.4.2 CCD试验设计结果与响应面分析

5.4.3 提取工艺条件的确定

5.4.4 牡丹籽油的GC-MS分析结果

5.4.5 同提取方法的比较

5.5 本章小结

第6章 超临界二氧化碳萃取牡丹籽油的动力学模型研究

6.1 前言

6.1.1 超临界二氧化碳萃取机理

6.1.2 超临界二氧化碳萃取动力学模型

6.2 超临界CO2萃取牡丹籽油动力学模型的建立

6.2.1 基本假设

6.2.2 模型的建立

6.2.3 模型的求解

6.3 模型参数的测量和计算

6.3.1 牡丹籽颗粒当量直径

6.3.2 牡丹籽颗粒的比表面积

6.3.3 牡丹籽颗粒密度

6.3.4 床层孔隙率

6.3.5 牡丹籽含油率

6.3.6 牡丹籽含水率

6.3.7 牡丹籽油分子量

6.3.8 牡丹籽油在SC-CO2中的平衡浓度

6.3.9 SC-CO2的密度

6.3.10 SC-CO2的质量流量

6.4 最佳工艺条件下的拟合及参数的确定

6.4.1 萃取过程的拟合及参数的确定

6.4.2 拟合结果的检验分析

6.5 模型的检验

6.6 本章小结

第7章 牡丹籽油的毒理学研究

7.1 前言

7.2 试验材料与设备

7.3 试验方法

7.3.1 小鼠急性毒性试验

7.3.2 小鼠精子畸形的遗传毒性试验

7.3.3 大鼠30天喂养试验

7.3.4 统计学分析

7.4 毒理试验结果

7.4.1 急性毒性试验结果

7.4.2 小鼠精子畸形的遗传毒性

7.4.3 大鼠30天喂养试验

7.5 讨论

7.6 本章小结

第8章 结 论

8.1 主要研究结论

8.2 工作展望

8.3 本论文创新点

参考文献

附录A

附录B

致谢

在学期间发表的论文

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摘要

研究天然植物中的活性成分成为当前应用生物学、生物化学、天然药物化学研究的热点。中草药作为重要的天然资源受到举世瞩目和重视,中药及天然药物是一个宝贵的化合物文库资源,常常蕴藏着化学合成难以实现的新颖结构,因此有效成分研究对中药现代化起决定作用。分离提取植物有效成分是进行合理组方、药效研究、结构鉴定等研究的必要前提,加强天然产物的提取分离的基础研究,开发高效、廉价、简便、优质的分离提取技术,改变我国天然产物开发层次低、粗放、落后的生产方式,这对加速我国中药现代化的进程具有重要意义。
   牡丹(Paeonia suffruticosa Andr.)的根皮经干燥后是一种常用的中草药(丹皮),具有清热凉血、活血化瘀的功效。现有文献表明,对牡丹中药用成分研究主要集中在丹皮中的丹皮酚和芍药苷等成分,而对牡丹其它部位的研究较少,影响了牡丹资源的综合利用和开发。牡丹籽研究多集中在其油脂的化学成分测定,而对牡丹籽的其它化学成分研究较少。牡丹籽油的提取方法多为压榨法和溶剂浸出法,而其它提取工艺及其过程模拟、动力学模型等方面的研究尚无报道。
   本文将对牡丹籽中非油脂部分的化学成分进行研究,并对牡丹籽油进行了超声波辅助提取、微波辅助提取和超临界CO2萃取3种方法的提取工艺研究,通过试验研究工艺参数对牡丹籽油得率的影响,确定最佳工艺条件,建立提取过程的多元回归数学模型;并拟对牡丹籽油进行GC-MS分析和质量评价研究,为牡丹籽油的产品开发提供依据;同时用质量守恒动力学模型模拟超临界CO2萃取牡丹籽油过程,建立萃取过程的数学模型,以期为牡丹籽的深度开发利用奠定基础。
   本文主要做了以下研究:
   (1)对牡丹籽的化学成分进行了全面分析。利用硅胶柱层析对牡丹籽甲醇提取物进行分离,通过化合物理化性质、核磁共振谱、质谱等分析手段鉴定得到了13个化合物。所有化合物均首次从该植物的种子部位中得到。并通过GC-MS分析了牡丹籽所含油脂的脂肪酸组成。
   (2)采用超声波辅助提取技术、微波辅助提取技术和超临界CO2萃取技术对牡丹籽油进行提取,选择了合适浸提溶剂,通过单因素试验和Box-Behnken试验设计以及响应面分析对提取工艺进行优化,得出了较优工艺条件,并得到牡丹籽油得率与提取工艺参数的二次回归方程数学模型。
   (3)采用溶剂提取法、机械压榨法、超声提取法、微波提取法和超临界C02萃取法对牡丹籽油进行提取,比较了各种提取方法得到的牡丹籽油的性状和理化指标。综合考虑牡丹籽油得率、不饱和脂肪酸含量以及油脂品质等因素,超声提取法、微波提取法和超临界CO2萃取法提取牡丹籽油优于溶剂提取法和机械压榨法。
   (4)根据破碎和完整晶型理论,在基于微分的质量守恒基础上,建立了超临界C02萃取牡丹籽油的动力学模型,此模型可以非常好的描述在不同工艺条件下超临界CO2萃取牡丹籽油的萃取过程,具有广泛的应用性。根据本研究中所建立的模型,可以准确估计在不同萃取条件下,萃取釜出口处超临界CO2中牡丹籽油浓度的变化,可作为确定串联操作起始时间以及超临界CO2流量的调整的依据,以提高萃取效率并降低生产费用,因而具有较好的应用价值。
   (5)通过小鼠的急性毒性试验、精子畸形遗传毒性试验和大鼠30天喂养等毒理学试验,结果表明牡丹籽油属无毒级,无遗传毒性,具有较高的食用安全性。
   本文所得的研究结果具有较高的社会价值、经济价值和应用前景,为深度开发牡丹籽药用成分和特种保健油脂提供物质基础理论数据,有助于更好的利用牡丹籽资源,加强牡丹的综合开发利用。

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