茶多酚的提取实验设计

1茶多酚的提取实验设计（单因素设计）一、实验目的和要求掌握超声波萃取和微波萃取的一般方法，应用茶多酚含量测定实验的方法测定不同方法提取液茶多酚含量，选取各因素最优化的提取工艺，为正交实验打下基础。二、实验原理1.超声波提取技术超声波是指频率为20千赫～50兆赫左右的电磁波，它是一种机械波，需要能量载体—介质—来进行传播。超声波在传递过程中存在着的正负压强交变周期，在正相位时，对介质分子产生挤压，增加介质原来的密度；负相位时，介质分子稀疏、离散，介质密度减小。也就是说，超声波并不能使样品内的分子产生极化，而是在溶剂和样品之间产生声波空化作用，导致溶液内气泡的形成、增长和爆破压缩，从而使固体样品分散，增大样品与萃取溶剂之间的接触面积，提高目标物从固相转移到液相的传质速率。在工业应用方面，利用超声波进行清洗、干燥、杀菌、雾化及无损检测等，是一种非常成熟且有广泛应用的技术。2.超声波萃取的原理超声波萃取中药材的优越性，是基于超声波的特殊物理性质。主要是主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固--液萃取分离。（1）加速介质质点运动。（2）空化作用。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上，使其中药材成分物质被“轰击”逸出，并使得药材基体被不断剥蚀，其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。（3）超声波的振动匀化（Sonication）使样品介质内各点受到的作用一致，使整个样品萃取更均匀。3..超声波萃取的特点适用于中药材有效成份的萃取，是中药制药彻底改变传统的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工艺。与水煮、醇沉工艺相比，超声波萃取具有如下突出特点：（1）无需高温。在40℃－50℃水温F超声波强化萃取，无水煮高温，不破坏中药材中某些具有热不稳定，易水解或氧化特性的药效成份。（2）常压萃取，安全性好，操作简单易行，维护保养方便。（3）萃取效率高。超声波强化萃取20～40分钟即可获最佳提取率（4）具有广谱性。适用性广，绝大多数的中药材各类成份均可超声萃取。（5）超声波萃取对溶剂和目标萃取物的性质（如极性）关系不大。（6）减少能耗。由于超声萃取无需加热或加热温度低，萃取时间短，因此大大降低能耗。（7）药材原料处理量大，成倍或数倍提高，且杂质少，有效成分易于分离、净化。（8）萃取工艺成本低，综合经济效益显著。微波萃取机理微波萃取的机理可从两方面考虑，一方面微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质，到达物料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能，细胞内部温度迅速上升，使其细胞内部压力超过细胞壁膨胀承受能力，细胞破裂。细胞内有效成分自由流出，在较低的温度条件下萃取介质捕获并溶解。通过进一步过滤和分离，便获得萃取物料。另一方面，微波所产生的电磁场加速被萃取部分成分向萃取溶剂界面扩散速率，用水作溶剂时，在微波场下，水分子高速转动成为激发态，这是一种高能量不稳定状态，或者水分子汽化，加强萃取组分的驱动力；或者水分子本身释放能量回到基态，所释放的能量传递给其他物质分子，加速其热运动，缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间，从而使萃取速率提高数倍，同时还降低了萃取温度，最大限度保证萃取的质量。微波萃取优点传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行，而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热。传统热萃取和传统热萃取相比，微波萃取具有以下特点：ａ、质量高，可有效地保护食品、药品以及其他化工物料中的功能成分；ｂ、产量大；ｃ、对萃取物具有高选择性；ｄ、省时，可节省50％～90％的时间；ｅ、溶剂用量少（可较常规方法少50％～90％）；ｆ、低耗能。微波辐射技术在食品萃取工业和化学工业上的应用研究虽然起步只有短短几年的时间，但已有的研究成果和应用成果已足以显示其以下优越性：ａ、反应或萃取快；ｂ、产率高，产品质量好；ｃ、后处理方便；ｄ、安全；ｅ、无污染，属于绿色工程；f、生产线组成简单，节省投资；微波萃取技术是食品和中药有效成分提取的一项新技术。本实验利用超声波清洗机和微波萃取茶多酚，设计单因素实验，通过溶剂萃取所得的萃取液中茶多酚含量的测定，并对实验数据进行分析，选择一组优化的提取方法，为进一步实验做好准备。三、实验器材与试剂（一）器材超声波清洗机2台微波炉1台粉碎机1台托盘天平3台离心机（50ml离心管）1台离心管（50ml，具盖）9个/组超声波细胞粉碎机1台吸水纸3卷置物篮2个小烧杯（100ml）9个/组量筒7个/组漏斗（滤纸）3个/组25ml容量瓶9个/组吸量管0.2ml1个/组5ml2个/组具塞试管20ml19个/组15*150试管19个/组滴管2个/组分光光度计（比色皿5付）（二）试剂茶叶150g；酒石酸亚铁溶液600ml；缓冲液1800ml；蒸馏水450ml提取液：30%~80%乙醇；10%~60%丙酮各组自配。每种浓度约150ml，（70%乙醇，40丙酮约500ml）（注：各种试剂多备30%左右）四、操作方法（一）材料准备取一定量的茶叶，用粉碎机粉碎，备用。（二）超声波和微波萃取单因素实验1.称取1g粉碎后的茶叶（每组先称取1g/份*18），于50ml离心管，加入适量溶剂，称重放入超声波清洗机或微波炉，按下表具体操作，每个处理重复3次。2.过滤收集上清液，（每组得滤液2到3ml即可）。4.以酒石酸亚铁分光光度法测定上清液中茶多酚含量，按下式技术茶多酚的提取收率，结果记录于试验表中。茶多酚提取收率=（提取液中茶多酚含量*加入溶剂体积）/茶叶总质量*100%5.数据分析，判断最优化条件及各因素的影响。找出相对优化的条件。单因素实验数据表格序列号123456123平均实验设计方案：四人一组，一到五组超声波提取，六组不同机器处理。（每梯度重复三次，三梯度9管同时进行。）一组料液比1：20；提取时间10*2min；0%和30%~70%乙醇六个梯度。二组料液比1：20；提取时间10*2min；0%和20%~60%丙酮六个梯度。三组70%乙醇料液比1：20提取时间10*2min20*2min30*2min（注：第四组提取液为40%丙酮，其余和第三组相同）三四组，20min提取的，放置一小时后，再次测定茶多酚含量（与前处理同），检验放置时间对茶多酚的影响。五组70%乙醇料液比1：10提取时间10*2min1：201：3040%丙酮料液比1：10提取时间10*2min1：201：30六组超声波清洗机；超声波细胞粉碎机分别按如下处理：水料液比1:2050%乙醇时间3min40%丙酮微波提取：（用100ml三角烧瓶处理,此步提取我做。）料液比1:20水50%乙醇时间3min40%丙酮（注：第6组实验数据记录和处理有些难度。）各组长提前20min到实验室，先称好18份茶叶和配一组空白液作为对照，离心管贴写上组别。建议四人分工，一人负责配提取液和过滤，一人负责定容，一人测定，一人打杂。（提取液浓度，高浓度等体积稀释，或两相邻浓度等体积混合即可。）各组测定后数据给老师，各大组数据共享。一实验目的1.1学习生物碱的提取方法；1.2了解咖啡因的性质；1.3学习脂肪提取器的作用和使用方法。二实验要求重点掌握茶叶中咖啡因的提取和纯化。三实验原理茶叶中含有咖啡因，约占1~5%，另外还含有11~12%的丹宁酸（鞣酸），0.6%的色素、纤维素、蛋白质等。为了提取茶叶中的咖啡因，可用适当的溶剂（如乙醇等）在脂肪提取器中连续萃取，然后蒸去溶剂，即得粗咖啡因。粗咖啡因中还含有其它一些生物碱和杂质（如单宁酸）等，可利用升华法进一步提纯。实验装置如下：1.提管2.通气管3.虹吸管4.小烧瓶5.冷凝管四实验仪器和试剂试剂：茶叶95%乙醇生石灰仪器：索氏提取器50mL），烧杯，干燥器，脱脂滤纸，镊子，分析天平，烘箱，恒温水浴，脱脂棉。五实验内容和步骤5.1粗提：a、仪器安装：索氏提取器（50mL），烧杯，干燥器，脱脂滤纸，镊子，分析天平，烘箱，恒温水浴，脱脂棉。b、连续萃取：称取10g茶叶，研细，用滤纸包好，放入脂肪提取器的套筒中，用75mL95%乙醇水浴加热连续萃取2~3h。c、蒸馏浓缩：待刚好发生虹吸后，把装置改为蒸馏装置，蒸出大部分乙醇。d、加碱中和：趁热将残余物倾入蒸发皿中，拌入3~4g生石灰，使成糊状。蒸气浴加热，不断搅拌下蒸干。e、焙炒除水：将蒸发皿放在石棉网上，压碎块状物，小火焙炒，除尽水分。5.2纯化：a、仪器安装：安装升华装置。用滤纸罩在蒸发皿上，并在滤纸上扎一些小孔，再罩上口径合适的玻璃漏斗。b、初次升华：220℃砂浴升华。刮下咖啡因。C、再次升华：残渣经拌和后升高砂浴温度升华。合并咖啡因。5.3检验：称重后测定熔点。纯净咖啡因熔点为234.5℃。六实验注意事项1、脂肪提取器是利用溶剂回流和虹吸原理，使固体物质连续不断地为纯溶剂所萃取的仪器。溶剂沸腾时，其蒸气通过侧管上升，被冷凝管冷凝成液体，滴入套筒中，浸润固体物质，使之溶于溶剂中，当套筒内溶剂液面超过虹吸管的最高处时，即发生虹吸，流入烧瓶中。通过反复的回流和虹吸，从而将固体物质富集在烧瓶中。脂肪提取器为配套仪器，其任一部件损坏将会导致整套仪器的报废，特别是虹吸管极易折断，所以在安装仪器和实验过程中须特别小心。2、用滤纸包茶叶末时要严实，防止茶叶末漏出堵塞虹吸管；滤纸包大小要合适，既能紧贴套管内壁，又能方便取放，且其高度不能超出虹吸管高度。3、若套筒内萃取液色浅，即可停止萃取。4、浓缩萃取液时不可蒸得太干，以防转移损失。否则因残液很粘而难于转移，造成损失。5、拌入生石灰要均匀，生石灰的作用除吸水外，还可中和除去部分酸性杂质（如鞣酸）。6、升华过程中要控制好温度。若温度太低，升华速度较慢，若温度太高，会使产物发黄（分解）。7、刮下咖啡因时要小心操作，防止混入杂质。七实验成败关键方法一为焙炒和升华时温度的控制；方法二为有机相脱水干燥过滤时的速度。