毕业设计（论文）超声技术提取车前草中可溶性膳食纤维研究.doc

目 录目 录1摘 要3Abstract4前 言51.1 实验的目的与意义51.2 国内外研究现状51.2.1车前草简介61.2.2膳食纤维简介8第一章 实验部分91.1 仪器与材料91.1.1仪器91.1.2材料91.1.3药品91.2 实验原理101.2.1原料的预处理101.2.2粗可溶性膳食纤维提取101.2.3去蛋白101.3 实验地点101.4 测定方法111.5 实验方法121.5.1单因素实验法121.5.2 正交实验法13第二章 结果与分析142.1 单因素实验结果分析142.1.1固液比对可溶性膳食纤维的提取的影响142.1.2提取时间对可溶性膳食纤维的提取的影响142.1.3 PH值对可溶性膳食纤维的提取的影响152.2正交实验结果分析15结 论16参考文献17附 图18致 谢19摘 要车前草为车前科车前属多年生草本植物,种子和全草皆可入药。车前草可溶性膳食纤维(SDF)含量较高, 膳食纤维是人体所必需的营养素之一 ，其本身不能直接被机体所吸收利用，但对胃肠道功能及多种营养元素的吸收都有一定的影响。车前草作为我国的一味传统中药,在我国资源丰富、分布广泛，有着十分广阔的开发前景。我国在膳食纤维的研究与开发上起步较晚, 尤其是膳食纤维的分析方法相对国外发达国家尚处于较低水平。超声技术已广泛应用于中草药成分的提取,超声提取过程无需加热,提取率高,时间短,能耗低,整个提取过程是个物理过程保证了提取组分不发生化学变化。本文采用超声技术提取车前草中可溶性膳食纤维，通过单因素及L9 (34)正交实验获得提取最佳工艺,即用固液比1: 30, pH为5.8的0. 2 M乙酸乙酸钠缓冲液提取,提取时间为20 min，可溶性膳食纤维的提取率为6.07%。关键词:车前草；可溶性膳食纤维；超声技术；正交实验 ABSTRACTPlantain for the vehicle is a perennial herb Plantago criminal record, seeds and whole plant can be used as medicine. Plantain soluble dietary fiber (SDF) high content of dietary fiber. The fiber itself can not be directly absorbed and utilized by the body，but it has some effects on gastrointestinal tract function and absorption of many nutrients. Plantain blindly as traditional Chinese medicine in China, rich in our country, widely distributed, has a very broad development prospects. Research and development of dietary fiber on the late start, especially the analysis of dietary fiber in developed countries is still at a relatively low level. Ultrasound technology has been widely used in Chinese herbal medicine ingredients extraction, ultrasonic extraction process without heating, extraction rate, time is short, low energy consumption, the whole extraction process is a physical process to ensure that the extraction of chemical composition does not change.Soluble dietary fiber was extracted by hot water from Plantago asiatica L. and prepared by ultrasonic technique. The optimal conditions were obtained by a series of mono-factor experiments and L9 (34 ) orthogonal test. The experiments showed that the optimal conditions were using 0. 2M acetic acid-acetic acid sodium buffering agent, pH 4 to distill; the liquid-solid ratio was 1: 30; the extraction time was 20 min,The extraction rate was 6.07%.Key words: Plantago asiatica L. ; soluble dietary fiber; ultrasonic technique前 言1.1 实验的目的与意义车前草为车前科(Plantaginaceae)车前属(Plantago)多年生草本植物,种子和全草皆可入药1。车前草可溶性膳食纤维(SDF)含量较高,膳食纤维通常用来治疗便秘和结肠癌。膳食纤维是一种复杂的混合物,按其常用特性, 可分为可溶性和不可溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化,但可溶于温、热水且其水溶液又能被乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。而不可溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分纤维。可溶性膳食食纤维有更强的生理功能。可溶性膳食纤维指不能被人体消化酶消化分解，可溶于热水，其成分主要是一些胶类物质，如果胶、瓜尔豆胶、卡拉胶、黄原胶、甘露糖、葡聚糖、海藻酸钠、真菌多糖等2。大量研究表明：可溶性膳食纤维对人体具有多种生理功能，能降低血液中的胆固醇含量，预防心脏病、高血压和动脉硬化；控制血糖含量，预防糖尿病；促进肠胃蠕动，预防便秘；清除体内自由基，抗氧化，防衰老；清除体内有害金属离子等3 。我国在膳食纤维的研究与开发上起步较晚, 尤其是膳食纤维的分析方法相对国外发达国家尚处于较低水平。但车前草作为我国的一味传统中药,在我国资源丰富、分布广泛数，有着十分广阔的开发前景4。因此研究用提取车前草可溶性膳食纤维对充分利用此资源有很重要的作用。本文采用单因素及L9(34)正交试验,研究了用超声法5提取车前草的可溶性膳食纤维的最佳条件组合。1.2 国内外研究现状膳食纤维是一种复杂的混合物6,按其常用特性,可分为可溶性和不可溶性膳食纤维。目前国内已经用很多种方法对车前草膳食纤维进行了提取，其中包括用磷酸盐缓冲液7做提取液提取，酶解法，超声提取法等。1.2.1车前草简介车前科植物全世界有3属，约270种，车前属约有265种，我国仅有车前属一属，有17种2变种1变型5，按根系类型可将其分为直根系和须根系两大类。车前(Plantago asiaticaL)和大车前(P.major L)属于须根系；平车前（P.depressaL.)属于直根系。在全国各地均有分布。车前子，从外形上看，多呈椭圆形或三角状长圆形，稍扁，长约2mm，宽lmm，表面棕色或黑棕色，脐凹，表面纹理较细，由于品种不同外观形态差异较大。质地坚硬，切断面灰白色、气微、味淡、嚼之粘液性，遇水粘滑稍膨胀。目前，我国车前草主要开发药用的是车前、平车前和大车前3种。黑龙江省主要品种为平车前，也有少量车前。1车前的形态特征多年生草本。根状茎短粗，须根。基生叶外展，叶片卵形至宽卵形，顶端钝，基部楔形。全缘或有波状浅齿，两面无毛或有短柔毛。 花葶数个，直立，穗状花序，绿白色疏生花。 绿色龙骨状突起。蒴果椭圆形，周裂，基部有不脱落的花萼。种子56个，长圆形，长15mm 。花期48月，果熟期79月。2车前的生活习性车前草适应性强，在温暖、潮湿、向阳、沙质沃土上能生长良好。2024种子发芽较快，528范围内茎叶能正常生长，气温超过32，则地上部的幼嫩部分首先凋萎枯死，叶片逐渐枯萎直至整株死亡。车前草苗期喜欢潮湿环境，耐涝，抗旱性强，进入抽穗期因根系吸收功能旺盛，受渍后容易枯死。土壤以微酸性的沙质冲积土壤较好。3车前的价值（1）食用价值 车前嫩叶可食用，每100 g嫩叶、芽中含碳水化合物10.0 g、蛋白质4.0 g、脂肪1.0 g、粗纤维3.3 g、钙309 mg、磷175 mg、铁25.3 mg、胡萝卜素5.85 mg、维生素C 23 mg及其他矿物质和维生素等。（2）药用价值车前全草和种子均可入药。车前草味甘，性寒，归肝、肾、肺、小肠经，具有清热利尿，祛痰，凉血，解毒功能，用于水肿，尿少，热淋涩痛，暑湿泻痢，痰热咳嗽，吐血，痈肿疮毒。车前子味甘，性微寒，归肝、肾、肺、小肠经，具有清热利尿，渗湿通淋，明目，祛痰功能，用于水肿胀痛，热淋涩痛，暑湿泄泻，目赤肿痛，痰热咳嗽等症8。种子入药称为“车前子”，车前子味具有利水通淋、清肝明目的功效，用于治疗小便不利、水肿等；全株入药则称“车前草”，具有清热解毒、利尿的功效，用于治疗尿路感染、暑热泄泻、痰多咳嗽、热毒痛肿等症状。邱静帆总结了车前的药理作用如下： 对泌尿系统的影响：车前草及车前子有利尿作用，能增加尿素、尿酸及氯化钠的排泄。 镇咳、平喘、祛痰作用：车前草及车前子煎剂具有较强的镇咳作用。车前草煎剂具有平喘作用，可使兔气管分泌液量明显增加。有祛痰作用 车前苷有一定镇咳作用。 抗病原微生物作用：体外抑菌试验表明车前草水浸剂对同心性毛癣菌、羊毛状小芽孢癣菌、星形奴卡氏菌等有不同程度的抑制作用，且金黄色葡萄球菌对本品高度敏感。其醇提取物可杀灭钩端螺旋体。 对动物关节囊的作用：5% 车前子浸液注入家兔膝关节腔内，有促使家兔关节囊膜结缔组织增生作用。 对心血管系统作用：小剂量车前苷能使家兔心跳变慢，振幅加大，血压升高，大剂量可引起心脏麻痹，血压降低。 抗炎作用9：车前子水提醇沉液给小鼠灌胃，对二甲苯致耳壳肿胀蛋清致足跖肿胀有明显的抑制作用，能降低皮肤及腹腔毛细血管的通透性及红细胞膜的通透性。表明车前子具有一定的抗炎作用。抗衰老作用：车前子提取液给小鼠灌胃，能明显延长小鼠游泳时间、常压缺氧存活是间及亚硝酸钠中毒性组织缺氧存活时间10，能明显增加SOD的活性，减少过氧化脂质LPO的生成，延绥衰老的进程。缓泻作用：可用于老年人、体弱、孕妇便秘者的治疗。 降低眼压作用：家兔灌服车前子煎剂25gkg给药36天，可使家兔限压轻微下降，但不能阻止水负荷所致的兔眼压升高，对家兔瞳孔无明显影响。车前子能促使肝脏丢失胆固醇11。具有增强消胆胺降低仓鼠胆固醇的作用。近年来研究还发现车前子能提取一种高级宇航润滑油和植物胶。车前子的浸提液可制作夏季降暑的上品饮料。国内外把它作为容积性泻药12、避孕药载体及工业原料。1.2.2膳食纤维简介1.膳食纤维的分类膳食纤维是一种复杂的混合物13, 按其常用特性, 可分为可溶性和不可溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化, 但可溶于温、热水且其水溶液又能被乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。而不可溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分纤维。可溶性膳食食纤维有更强的生理功能。2膳食纤维的功能膳食纤维(Dietary Fiber，DF)在预防人体胃肠道疾病、维护胃肠道健康方面有一定的积极作用。虽然目前关于膳食纤维的准确作用机制仍然难以确定，但有充分的证据表明，摄人膳食纤维含量充足的食物，无论是在预防糖尿病、防治冠心病、治疗肥胖症14、预防高血压15、预防结肠癌 等方面都有显著效果。另外。膳食纤维能够延缓和减少人体对重金属等有害物质的吸收，有减少和预防有害化学物质对人体毒害的作用16第一章 实验部分1.1 仪器与材料1.1.1仪器FA1604电子天平 （上海天平仪器厂）SSY电热恒温水浴锅 （北京泰克仪器有限责任公司）T6新悦可见分光光度计 （北京普析通用仪器有限责任公司）TGL-16C台式离心机 （上海安亭科学仪器厂）SK2200H型数控超声清洗器 （上海科导超声仪器有限公司）容量瓶 玻璃棒 吸量管 研钵 烧杯 研钵1.1.2材料实验所用的车前草为校园第一食堂正门两侧草坪内自然生长的平车前。1.1.3药品无水乙醇 分析纯 （浙江湖州食品化工联合公司）浓硫酸 分析纯 （哈尔滨市化工试剂厂）正丁醇 分析纯 （天津市化学试剂厂）氯仿 分析纯 （哈尔滨市化工试剂厂）乙酸 分析纯 （天津市药华化学试剂公司）乙酸钠 分析纯 （天津市化学试剂厂）葡萄糖 分析纯 （浙江湖州食品化工联合公司）蒽酮 分析纯 （天津市药华化学试剂公司）1.2 实验原理1.2.1原料的预处理先将车前草洗净，然后用干燥箱60烘干3h，将其研磨至粉末状。1.2.2粗可溶性膳食纤维提取（1）工艺流程：将干粉以一定液料比加乙酸乙酸钠缓冲液,置超声仪上恒温提取,真空抽滤,取滤液，在水浴锅中高温蒸发0.5h后，加入等体乙醇积的无水乙醇进行醇沉,大约静置5min,4000r/min，离心15min。沉淀物用80乙醇溶液洗涤3次，干燥后即得粗可溶性膳食纤维。（2）操作要点17:真空抽滤时要趁热，速度快，效果好，避免样液残留。浓缩时注意温度不能过高，否则可能会破坏多糖的结构，使之分解，最终结果会偏低。在离心过程中，要避免转移过程中容器上的残留损失。用80乙醇溶液洗涤沉淀，去除残留还原性糖。1.2.3去蛋白 采用Sevag法去蛋白车前草粗可溶性膳食纤维加入50ml水溶解，加入4:1混合的氯仿和正丁醇30ml，充分振荡，离心分离，取上清液，重复上述操作至无蛋白质沉淀，再用4倍体积的无水乙醇沉淀，离心沉淀，再将沉淀物干燥，可得可溶性膳食纤维18。1.3 实验地点哈尔滨学院植物生理学实验室、东北林业大学细胞学实验室。 1.4 测定方法车前草可溶性膳食纤维的测定 蒽酮 硫酸法（1）标准曲线制作19: 准确称取0.1g葡萄糖，溶解并用蒸馏水定容至100ml后，取1ml,2ml,3ml,4ml,5ml分别加入到50ml的容量瓶中，用蒸馏水定容到50ml,配成浓度分别为10ug/ml,20ug/ml,30ug/ml,40ug/ml,50ug/ml,各取1ml于试管中，再加入3ml的蒽酮试剂，迅速浸入冰水中冷却，待几支试管均匀加完后，一起浸入100恒温水浴箱中，为防止水分蒸发，应在试管口上加盖一个玻璃球或者加一个塞子，自温度重新升至100起计时，准确保温10min后取出，用流动水冷却，然后，于室温中平衡片刻（约10min左右），在分光光度计上，波长620nm处，用0.5cm厚度的比色杯，以空白管做对照空白（此处的空白是指不加葡萄糖的蒽酮试剂，其他反应条件都一致），进行比色，经线性回归分析得葡萄糖标准曲线的回归方程： y=214x-1.4 式中： y 葡萄糖浓度，ug /ml;x 吸光度值。表1-1葡萄糖浓度表编号123456体积(ml)012345度 （ug/ml）01020304050图1-1 葡萄糖标准曲线（2）车前草可溶性膳食纤维样液的制备用适量蒸馏水溶解去蛋白的车前草可溶性膳食纤维，并定容到10ml,备用。（3）车前草可溶性膳食纤维样液的提取率的测定如上述条件一致，即吸取4.0ml样液按上述方法进行测定，但要记得用除去蛋白质的样品溶液进行测定，否则会影响测定结果。样品含糖量计算： y×V2×50车前草可溶性膳食纤维含糖量（%）=-×100% W×V1×106其中y-根据标准曲线方程算出的糖含量（ug)V2-提取液总体积（ml）V1-测定时取用体积（ml）W-样品重量（g）106-样品重量单位g换算成ug的倍数注意事项：1.一定要注意温度要控制在1002.从100开始准确计时10min,然后迅速冷却，于室温中平衡10min.3.蒽酮要注意避光保存。配置好的蒽酮试剂也应注意避光，当天配制好的当天使用。4.试管要保证干燥清洁，无残留水滴。1.5 实验方法1.5.1单因素实验法（1）固液比对可溶性膳食纤维的提取的影响精确称取2.0g样品4份，分别以固液比1：10,1:20,1:30，1:40（g/ml）添加pH为4的0. 2 M乙酸乙酸钠缓冲液提取,提取时间为10 min进行提取。用上述方法处理并测定处理后样液吸光度，重复3次，分析固液比对提取的影响。（2）提取时间对可溶性膳食纤维的提取的影响精确称取2.0g样品4份，以（1）确定的最佳固液比添加pH为4的0. 2 M乙酸乙酸钠缓冲液，提取时间分别为10min,20min,30min,40min。用上述方法处理并测定处理后样液吸光度，重复3次，分析提取时间对提取的影响。 （3）乙酸乙酸钠缓冲液PH值对可溶性膳食纤维的提取的影响精确称取2.0g样品4份，以（1）确定的最佳固液比分别添加pH为3，4，5,5.8的0. 2 M乙酸乙酸钠缓冲液，以（2）确定的提取时间进行提取。用上述方法处理并测定处理后样液吸光度，重复3次，分析PH值对提取的影响。1.5.2 正交实验法在单因素试验结果的基础上，选择超声提取法影响膳食纤维提取率的主要因素固液比、提取时间、提取液PH值、空白做四因素三水平正交实验，以确定此方法的最优生产工艺条件。见表1-2。表1-2 L9(34)正交实验表格列号管号A（固液比）B(提取时间)C（PH值）D（空白）11（1:20）1（10min）1(PH=4)1212(20min)2(PH=5)2313（30min)3(PH=5.8)342（1：30）123522316231273（1:40）1328321393321按照以上设计好的L9(34)正交实验表格进行不同因素的9组实验，后将提取好的可溶性膳食纤维进行干燥，后按测定方法进行测定所提取的可溶性膳食纤维的含量。第二章 结果与分析2.1 单因素实验结果分析2.1.1固液比对可溶性膳食纤维的提取的影响图2-1 固液比对可溶性膳食纤维提取的影响由上图2-1分析可得，在一定范围内随着固液比的增加，提取效果在增强，当达到1:30后效果就不明显了，从提取效果和降低浓缩负荷两方面考虑选用1:30。2.1.2提取时间对可溶性膳食纤维的提取的影响 图2-2 提取时间对可溶性膳食纤维提取的影响由图2分析，提取时间对提取效果有一定的影响。在10min,20min,30min,40min这四个水平之间，20min的提取效率最高。2.1.3 PH值对可溶性膳食纤维的提取的影响 图2-3 PH值对可溶性膳食纤维提取到的影响 由图3分析可得，乙酸乙酸钠缓冲液PH值对可溶性膳食纤维的提取的影响特别大，在PH值为4时，提取效率最高。2.2 正交实验结果分析表2.1正交实验结果与实验分析试验号固液比A/(g/ml)提取时间B(min)PH值C空白D吸光度/Abs提取率/%11:2010413.7194.9721:2020523.6734.9031:20305.833.8865.1941:3010533.4544.6151:30205.814.5476.0761:3030424.0975.4771:40105.824.0005.3481:4020433.9095.2291:4030513.4524.60K15.024.975.22K25.385.394.70K35.055.085.53R0.360.420.83 由表2.1可得出，影响的大小因素为C>B>A，即提取时乙酸乙酸钠缓冲液的PH值的影响最大，固液比影响最小，超声提取法提取车前草膳食纤维的最佳工艺组合为：A2B2C3，即固液比为1:30，提取时间为20min，PH值为5.8，可溶性膳食纤维的提取率为6.07%。结 论超声技术与其他方法相比,超声提取过程无需加热,提取率高,时间短,能耗低,整个提取过程是个物理过程保证了提取组分不发生化学变化，已广泛应用于中草药成分的提取。本实验采用单因素实验法和正交实验法对其进行研究探讨，优化用超声法从车前草中提取可溶性膳食纤维最佳条件为固液比1:30，提取时间20min，提取缓冲液PH值5.8，其提取率高达6.07%。参考文献1 李敏，程敏：中药车前草化学成份与药理研究的新进展，2005年。2 莫刘基，等几种中药材输尿管结石排石机理的研究J新中医，1985，18(2)：133137。3王劭华,罗光明,曾金祥,朱玉野,吴波：“中药车前子的化学成分及药理学研究进展”亚太传统医药第133-144页，2008年第9期。4 陈志强，等单味中药提取液预防肾结石形成的实验研J中华泌尿外科杂志，1993，14(2)：155157。5 付全意，刘冬，李坚斌,等：膳食纤维的提取方法J，食品科技，2007，(2)：225-227。6 Bach Knudsen K.E. 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