豆渣异黄酮提取工艺的响应曲面优化法毕业论文.doc
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1、 学生毕业论文题 目豆渣异黄酮提取工艺的响应曲面优化法作 者 院 (系)化学与化工学院专 业化学工程与工艺指导教师 答辩日期2013 年 5 月 26 日榆 林 学 院毕业设计(论文)诚信责任书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文),是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计(论文)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计(论文)与资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。 论文作
2、者签名: 2013年5月25日摘 要大豆异黄酮是从大豆中提取出来的一类微量活性物质,具有多种重要的生理功能。本论文以豆渣为实验材料,研究了大豆异黄酮的提取工艺。有机溶剂萃取法或浸泡提取法是提取大豆异黄酮的一种常用的提取方法。本实验以乙醇为溶剂,大豆豆渣为原料,研究了大豆异黄酮的提取工艺,选取了浓度、提取时间、液料比、温度四个变量对大豆异黄酮提取工艺的影响,并进行了响应曲面法优化分析,建立了相关数学模型。研究结果表明,乙醇浓度、温度、提取时间、液料比对豆渣中大豆异黄酮的提取均产生不同程度的影响。从实验结果得知,乙醇浓度对豆渣异黄酮提取量的影响最大,提取时间对大豆异黄酮提取量的影响最小。通过响应曲
3、面法得出大豆异黄酮提取的最佳工艺条件,乙醇浓度70%、温度60、提取时间5h、液料比16mL/g。此时提取量可达7.72mg/10g,与实验值7.68mg/10g基本吻合。因此,该实验方案具有一定的可行性,该模型具有一定的理论价值,可为相关工业生产提供一定的理论依据。关键词:大豆异黄酮 豆渣 提取率 响应曲面法优化Optimization of isoflavones extraction from soybean dregs using response surface methodologyABSTRACTSoybean isoflavones from soybean extracted
4、 trace active substances,has many important physiological functions.Bean dregs as experimental material,this paper studied the soybean isoflavone extraction technology.Organic solvent extraction or soaking extraction is a king of commonly used to extract soybean isoflavone extraction method.This exp
5、eriment with ethanol as solvent,soy bean dregs as raw material,soybean isoflavone extraction technology was studied and selected the concentration,extraction time and solid-liquid ratio,temperature four variables impact on soybean isoflavone extraction technology,and has carried on the response surf
6、ace method optimization analysis,the relevant mathematical model is established.The research results show that ethanol concentration,temperature,extraction time and solid-liquid ratio on bean dregs in the extraction of soybean isoflavones are varying degress of impact.From the experiment results ind
7、icate that the ethanol concentration affects the quantity of bean dregs isoflavone extraction,the largest amount of time for extracting soybean isoflavines minimal impact. By response surface method for optimum process condition of soybean isoflavones extract,ethanod concentration 70%,5h temperature
8、 60, extraction time, liquid than 16 ml/g. Extract the quantity at this time can be up to 7.72 mg/g, with the experimental value of 7.68 mg / 10 g. This experiment scheme has certain feasibility, therefore, has certain theory value, the model can provide certain theoretical basis for related industr
9、ial production.Keywords: soybean isoflavone; bean dregs; extraction yield; response surface methodoloy目 录摘 要IAbstractII目 录III1.绪 论11.1大豆异黄酮研究概况11.1.1大豆异黄酮的简要概述11.1.2大豆异黄酮的成分及分布11.1.3豆渣异黄酮测定方法31.1.4豆渣异黄酮提取工艺的研究状况41.2选题意义及研究内容52.实验部分62.1实验仪器、材料和试剂62.1.1实验仪器62.1.2实验材料62.1.3 实验试剂62.2实验内容72.2.1 豆渣异黄酮提取工艺
10、流程72.3实验方法72.3.1原料预处理72.3.2豆渣脱脂72.3.3干燥82.3.3加热浸提82.3.4料液过滤82.3.5异黄酮的含量测定方法83结果与分析103.1单因素试验法103.1.1乙醇浓度对大豆异黄酮提取的影响103.1.2温度对大豆异黄酮提取量的影响113.1.3提取时间对大豆异黄酮提取量的影响113.1.4料液比对大豆异黄酮提取量的影响123.2豆渣异黄酮的响应曲面优化法133.2.1中心组合(CCD)试验设计133.2.2模型的建立及其显著性检验153.2.3豆渣异黄酮提取的响应曲面分析与优化16结 论21参考文献22致 谢231.绪 论1.1大豆异黄酮研究概况1.1
11、.1大豆异黄酮的简要概述豆渣是豆腐、豆浆等豆类生产行业的剩余产物,这些年来基本上都被当作利润小的饲料或肥料处理掉,有些甚至被直接丢弃,不仅经济效益差,而且造成资源浪费,同时也对环境造成了严重的污染1。大豆异黄酮是黄酮类化合物中的一种,主要存在于豆科植物中,异黄酮是大豆生长过程中形成的一种次级代谢产物,主要包括染料木黄酮、大豆苷元、黄豆黄素等。由于从豆科植物中提取而来,它与雌激素的结构相似,所以大豆异黄酮又叫作植物雌激素。现代医药学研究表明,大豆异黄酮的生理活性有着极其重要的功能,比如它能够改善妇女更年期症状的作用,预防骨质疏松症,而且对前列腺癌、乳腺癌等有明显的治疗效果,还具有抗癌、肿瘤、保护
12、心血管系统的作用,另外还能有效抑制结肠癌、白血病、胃癌、肺癌等的发生,并开始应用于食品和医药等热门行业2-4。如果把豆渣中的大豆异黄酮提取出来加以利用的话,不仅降低了大豆资源的浪费,而且在环境保护中扮演着非常重要的角色。最近几年,研究人员致力于从豆渣中提取大豆异黄酮的研究工作,并研究出了酸解法5、沉淀法6、超声波法7、微波法8和有机溶剂萃取法9-10等提取工艺,从某种意义上说,这些方法能够满足很多工艺要求。本论文采用有机溶剂萃取法,以乙醇为溶剂,将豆渣浸泡在乙醇溶液中,对其进行提取。实验使用单因素试验和响应曲面法优化,对豆渣中大豆异黄酮的提取工艺条件进行优化,从而挑选出提取豆渣中异黄酮的最佳工
13、艺条件。1.1.2大豆异黄酮的成分及分布大豆异黄酮是豆科类植物生长过程中形成的一种次生代谢产物,早在国外就对它进行过研究,它的种类主要有三种,即染木黄酮、黄豆苷元,还有一种发现的时间比较晚,它就是含量比较少的大豆黄素。在大豆籽粒中,这三种异黄酮中大部分是以-葡萄糖苷的形式而存在,只有少量以游离形式存在。在葡萄糖苷中,丙二酰基取代了部分葡萄糖上的C6羟基,另外,乙酰基取代了部分葡萄糖上的C6羟基,根据有关人士推测,这有可能是提取过程中丙二酰基异黄酮葡萄糖苷脱羧产生的降解产物11。在19世纪30年代初就有关于大豆异黄酮的最初报道,沃尔兹等用90%的甲醇从豆奶中首次提取出了5,7,4-三羟基异黄酮-
14、7-葡萄糖苷,并且发现它经过水解后能分解成染料木黄酮和葡萄糖12。到目前为止,研究人员已经从大豆中分离出3种相应的糖苷配基(即游离异黄酮)和9种异黄酮葡萄糖苷,并使用紫外光谱、质谱、核磁共振谱检测确定这些组分的结构。大豆异黄酮主要存在于豆科植物中,其含量在大豆中最高,所以我们称之为为大豆异黄酮。它的分布范围相当广泛,例如在大豆的胚轴、种皮和子叶中都含有,它在不同位置的含量有所不同。异黄酮在胚轴中的含量是子叶的30到60倍,其含量占大豆异黄酮含量的30%-50%13。大豆中异黄酮含量受大豆产地、生产年份、品种的影响。表1-1 大豆异黄酮在大豆粒子中的分布情况14大豆胚珠a大豆子叶a大豆胚珠b大豆
15、子叶b染料木黄酮(%)18.462.112.951大豆黄素(%)38.842.939.738黄豆黄素(%)42.8047.410.9总异黄酮含量(%)21.8539.623.6224.04游离异黄酮(%)6.325.52.82.5异黄酮葡萄苷(%)42.231.688.471.9异黄酮乙酰基葡萄苷(%)5.20.87.810.6异黄酮丙二酰基葡萄苷(%)46.347.21根据上表可知,大豆胚根和胚芽中异黄酮的百分比含量约为子叶中异黄酮含量的六倍,但由于大豆中子叶占的质量较大,因此大豆子叶中异黄酮的绝对含量远远大于胚轴。1.1.3豆渣异黄酮测定方法豆渣异黄酮的测定方法目前主要有气相色谱法、比色法
16、、高效液相色谱法、薄层色谱法等。其中比色法具有方法简便、重现性好等重要优点,但是它的特异性比较差。高效液相色谱法是到目前为止测定大豆异黄酮的研究工作中应用最为广泛的一种方法,该方法具有测定试样范围广、成本低、样品制备步骤少、灵敏度好、分离效果好、测定结果准确等一系列特点,并且还有多种检测器可以选择。而薄层扫描法取样的量少,操作简便,且分离效果好等优点,但是其薄层显色剂的用量难以准确控制,人为的误差较大。然后,气相色谱法具有较高的敏感性、进样量较少、选择性高、特异性高等明显优点。然而在测定大豆黄色素和金雀异黄素的时候需要制备一定的衍生物,样品的制备步骤较多,消耗时间长而且仪器较为昂贵,所以限制了
17、这种方法的拓展及推广应用。使用分光光度法在测定豆渣异黄酮的过程中与其他方法相比既简便又快捷,而且对仪器和设备的要求不高,尤其是当使用一种标样时,在测定同时含有许多种成分的异黄酮的混合液时,其测定结果往往误差比较大。使用HPLC法可以对豆渣异黄酮苷元和糖苷准确的定量,但是这需要多种标样,要是在提取工艺过程中大量多次的测定豆渣异黄酮的含量,则其运行费用太高。使用紫外分光光度法测定豆渣异黄酮时,我们可以采用单波长法和双波长法,其中单波长法操作快捷而又简单,但是由于豆渣异黄酮所含的成分比较复杂,其中各种组分的紫外吸收能力之间存在一定的差别,所以这只适用于对其精度要求不高的情况。然而双波长法和单波长法的
18、操作步骤的差别不是很大,但是这种方法能有效的消除色素、豆油等干扰物对实验结果的影响,这与单波长法相比较,其结果更具有可行性。使用紫外分光光度法,只能测定豆渣异黄酮的总含量,包括豆渣异黄酮糖苷的含量及苷元的含量,无法测定出豆渣异黄酮各个单体的含量。例如黄豆苷、燃料木苷、黄豆苷元和染料木黄酮。本实验的结果表明,校正后的紫外分光光度法测定的结果表明比HPLC的测定结果稍微偏高,但两者的结果基本上接近。1.1.4豆渣异黄酮提取工艺的研究状况到目前为止,报道的不同原料中豆渣异黄酮的提取方法中最主要的是有机溶剂法,我们常用的提取溶剂包括乙醇、热水、甲醇、丙酮、乙酸乙酯以及其水溶液等。根据植物中的各种成分在
19、溶剂中的溶解性质的不同,选择对有效成分的溶解度小的溶剂,把有效成分从植物中溶出。在本实验我们选择了乙醇作为溶剂对豆渣异黄酮进行提取的工艺,用乙醇作为浸提剂,不仅环保又清洁,不会造成环境的污染,也不会对人造成伤害。而且一定浓度的乙醇溶液,不仅可以对豆渣异黄酮与蛋白质、多糖等物质之间相互缔合形成的疏水键和氢键具有一定的断裂的作用,而且对豆渣异黄酮有着比较高的溶解性,但对多糖、蛋白质和其他成分的溶解性就比较低,所以乙醇溶液是提取豆渣异黄酮的一种较为理想的溶剂。据我们所知,植物中有效成分的提取方法有好多种,比如热浸提、回流、超声提取等方法,这些方法有其自身的优点,也有不足之处。就其缺点而言,对于热浸提
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