油樟精油的高效分离及剩余物多级利用的研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:woyaoqian115
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油樟叶片中富含精油,因此其在四川宜宾地区被当作经济树种广泛种植。现今,油樟叶精油的分离主要采用的是传统水蒸馏法,该法具有耗时、耗能以及效率低等缺点。对油樟资源的利用也主要是集中在精油中主要组分桉叶油素(含量高达60%以上)上,其他成分较少涉及。因此,本研究以油樟叶片为原料,建立了油樟叶资源的多级利用工艺路线。采用无溶剂微波提取法提取油樟精油,在此基础上设计了原料处理量为100 kg/h的连续微波辅助-水蒸气蒸馏提取精油产业化设备并进行了油樟精油提取放大试验;采用熔融结晶法及精馏法分离油樟精油中的主要单体组分;研究油樟精油及其主要组分(桉叶油素、α-萜品醇以及桧烯)对能够引起干腐病、根腐病以及恶苗病等植物病害的三个镰刀菌致病菌株(拟枝孢镰孢、燕麦镰刀菌以及黄色镰刀菌)抑制活性。脱油油樟叶进一步提取获得到油樟原花色素,采用液相色谱-质联用技术(LC-MS/MS)对油樟原花色素的酸降解产物进行鉴定以分析原花色素的化学结构,将得到的油樟原花色素分级为低聚部分和高聚部分,评价了低聚原花色素对抑制消化酶活性。超声辅助反溶剂微粉化法用于制备高聚原花色素纳米颗粒并对微粒的理化性质加以表征,分析了高聚原花色素微粉化处理前后体外抗氧化活性;油樟叶二次提取剩余物制备得到磺化炭,对油樟磺化炭结构及催化活性加以分析。响应面法优化得出无溶剂微波法提取油樟精油的最佳提取条件为:油樟叶片的含水率为62%,微波辅助时间为19 min以及辐照功率为420 W。在上述条件下,油樟精油提取率为52.08 ± 2.15 mg/g。分析无溶剂微波法以及传统水蒸馏法的提取动力学过程以及对环境的影响,发现将微波辐照作用运用于油樟精油的提取过程具有高效、省时、节能及环境友好等优点。设计出中试级连续式微波辅助-水蒸气蒸馏装置提取油樟精油,获得了较好的实验结果。气相色谱法分析油樟精油的组成,得出通过无溶剂微波法和连续式微波辅助-水蒸气蒸馏法获得的油樟精油组成相同且各组分百分含量差异较小。油樟叶精油中主要的组分为桉叶油素,还有小部分的烃类和醇类等。上述结果表明,连续式微波辅助-水蒸气蒸馏法能够用于工业化提取油樟叶精油甚至其他植物精油。油樟精油对三种镰刀菌的抑制活性研究表明,油樟精油对拟丝孢镰孢、燕麦镰刀菌以及黄色镰刀菌表现出较强的抑制作用。采用熔融结晶法分离出油樟精油中最主要的组分桉叶油素,同时采用精馏法分离得到了 α-萜品醇及桧烯。单因素实验得出熔融结晶法分离桉叶油素条件为:降温速度4 ℃/h,结晶终止温度-30 ℃,发汗速度4 ℃/h,发汗终止温度-19 ℃。在上述条件下,桉叶油素的得率为22.24 ±1.02%。上述条件下,纯度为84.78 ±3.23%。研究了油樟精油的主要组分桉叶油素、α-萜品醇以及桧烯抑制镰刀菌的活性,得出油樟精油具有较强抑制镰刀菌活性主要归因于其所含的多组分协同作用,并不仅仅依赖于桉叶油素。以上研究结果表明,油樟精油在农业上对于防治由上述三种镰刀菌引起的植物病害具有潜在的应用价值。回流法提取油樟原花色素得率为9.37 ± 0.32 mg/g,以间苯三酚为亲核试剂对其进行酸解降,LC-MS/MS分析降解产物发现油樟原花色素延伸单元为儿茶素、表儿茶素以及表儿茶素没食子酸酯,而末端单元为儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素及表儿茶素没食子酸酯。计算出油樟低聚原花色素和高聚原花色素平均聚合度分别为2.34和12.09。油樟低聚原花色素对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶以及胰脂肪酶活性抑制作用研究表明,油樟低聚原花色素具有较强的抑制消化酶活性作用且明显高于阳性对照阿卡波糖和奥利司他对消化酶抑制作用,进而推断油樟具有成为天然消化酶活性抑制剂来源的潜力。高聚原花色素采用超声波辅助反溶剂法制备纳米颗粒。通过Plackett-Burman设计和Box-Behnken设计优化得出油樟高聚原花色素微粒的最佳条件为:样品浓度为0.3 mg/mL,反溶剂和溶剂的体积比为5,样品溶液滴加速度为4 mL/min,沉淀温度为10 ℃,超声处理时间14 min,超声波功率620 W,搅拌速度为760 r/min,在该条件下制备得到的高聚原花色素纳米颗粒平均直径为96 ± 2 nm。对制备得到的油樟高聚原花色素微粒的物理化学性质进行了表征。扫描电子显微镜(SEM)观察到,经过超声波辅助反溶剂法制备得到的高聚原花色素微粉化颗粒呈球状且匀称分布,样品的颗粒度明显比未处理样品的颗粒度小。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,超声辅助反溶剂法微粉化过程对高聚原花色素的化学结构没有造成显著的影响。热重分析(TG)结果表明,油樟高聚原花色素微粒在150 ℃到800 ℃升温过程中质量损失较未处理样品明显偏高,推测是因为制备得到的油樟高聚原花色素微粒具有较大的比表面积而使其分解能降低;X-射线衍射(XRD)分析表明油樟高聚原花色素经过微粉化处理后是无定形态。溶解度测试表明超声辅助反溶剂法微粉化处理提高了油樟高聚原花色素的溶解能力;高聚原花色素微粉化颗粒的抗氧化活性也明显高于微粉化前。因此,将微粉化后的油樟高聚原花色素作为天然抗氧化剂在医药保健品行业具有一定的应用前景。油樟叶片二次提取剩余物通过热化学转化以及磺化处理制备得到了磺化炭。XRD结果表明制备得到的磺化炭是无定形炭。FTIR、元素分析以及X射线光电子能谱分析结果都表明,磺化炭上成功引入了磺酸基团(-S03H)。TG分析可知,制备得到的油樟磺化炭在250 ℃以下使用时具有良好的热稳定性。将制备得到的磺化炭用以催化油樟叶片中的水解单宁水解转化生成没食子酸,展示出较强的催化活性且可重复利用性强。本研究充分利用了油樟叶片资源,从油樟叶中分别提取得到了油樟精油和原花色素,对其生物活性进行了初步评价,制备得到了油樟磺化炭。本研究实现了对油樟叶片资源的高效利用,为油樟叶资源的综合利用提供了重要的数据支撑和理论依据。
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