基于绿色化学理念下的油樟叶资源多级利用研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:slhulala
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油樟是我国四川宜宾地区的主要经济作物,现今对油樟资源的研究主要集于在采用传统的水蒸气蒸馏技术提取油樟精油上,水蒸气蒸馏提取技术具有能耗高、时间长、效率低等弊端。对油樟叶主要活性成分的利用主要集于在精油主要成分1,8-桉叶素,关于油樟叶资源其它活性成分的报道较少,特别是关于油樟叶的绿色化学可持续综合利用方面。因此本文以油樟叶为原料,对油樟叶资源主要活性成分进行了工艺创新性提取,包括油樟叶精油和油樟叶原花色素的方法创新性提取,精油和原花色素活性成分的创新性应用,以及对油樟叶精油提取剩余物利用,建立了绿色化学理念下的油樟叶资源多级综合利用工艺路线。提出了油樟精油新型提取方法,高固体系酶解预处理油樟精油微波制备方法(HSEMHD),根据酸水解和柱前衍生化分析油樟叶细胞壁多糖的糖基结构,结合酶活力大小,确定了高固体系混合酶组成为0.25%果胶酶+0.65%纤维素酶+0.05%半纤维素酶+1.05%木聚糖酶;通过响应面法优化得出了 HSEMHD最佳提取条件为:酶解体系高固含量为14%,茶皂素添加量为6 g/L,pH为5,酶解温度为323.15 K,酶解时间为6h,液料比为24.45 mL/g,微波辐照时间为27.41 min,微波辐照功率为540 W,该实验条件下,油樟精油得率为73.21±2.32 mg/g;对油樟精油GC-MS分析,发现HSEMHD提取油樟精油的主成成分1,8-桉叶素含量较高,具有较高的商业价值;高固体系酶解预处理油樟叶过程,水资源消耗量较少,符合当今社会绿色可持续发展理念。以天然高分子聚合物杜仲胶为新型壁材,以油樟精油为芯材,采用挤压法制备了两种杜仲胶-油樟精油缓释颗粒,包括挤出机3 mm挤出孔径制备所得的缓释颗粒(3-SRP)和7mm孔径制备所得缓释颗粒(7-SRP)。分析了 3-SRP和7-SRP外观形态,表观密度、载药量、包封率、热稳定性等;随时间变化,杜仲胶-油樟精油缓释颗粒的油樟精油累积释放率变化过程符合Avrami’s方程;在低温条件下(277.15 K和293.15 K),缓释颗粒的精油释放过程为扩散-限制释放和一级动力学释放相结合的释放过程,在高温条件下(333.15 K)为一级动力学释放过程;将缓释颗粒应用于西红柿储藏过程,对西红柿的品质特性进行动态监测,包括果实硬度和果肉硬度,可溶性果胶含量和非可溶性果胶含量,果胶甲脂酶(PME)活性和聚半乳糖醛酸酶(PG)活性,发现缓释颗粒的加入有效的延缓了西红柿的品质下降趋势;经实验证明,缓释颗粒化油樟精油后,油樟精油的稳定性大大提高;以天然高聚物杜仲胶为植物精油新型环保可降解壁材,制备所得精油缓释颗粒对精油具有较好的控释性,控释长效性,因此,天然高分子聚合物杜仲胶可广泛推广用作其它植物精油缓释颗粒的制备壁材。通过氯化氢催化法和置换反应制备了绿色溶剂甘氨酸乙酯硝酸盐([GlyC2]NO3)离子液体,以新型绿色安全[GlyC2]NO3离子液体为提取溶剂,采用微波辅助法同时提取了油樟叶低聚和高聚原花色素。对制备[GlyC2]NO3离子液体进行了 FTIR、DSC、1H-NMR分析;制备[GlyC2]NO3离子液体方法简单,操作性强,产物的收率和纯度较高;以2%[GlyC2]NO3离子液体用作油樟叶原花色素提取溶剂,当液料比为20 mL/g,微波功率为540 W,辐照时间为30 min,油樟叶低聚原花色素(OPC)和高聚原花色素(PPC)总得率为11.37±0.44 mg/g,提取液分级、纯化后,分离PPC和OPC的回收率分别为59.98%和40.02%,平均聚合度分别为2.49和12.48;70%乙醇与2%[GlyC2]NO3溶剂微波辅助提取油樟叶原花色素传质过程相似,因此[GlyC2]NO3离子液体有潜力作为乙醇的替代溶剂或助溶剂用于植物活性成分提取过程。以油樟叶低聚原花色素(OPC)为植物源有机还原剂,采用超声场连续流动微管反应装置制备纳米钯(PdNP)。确定了超声场连续流动微管反应制备PdNP的最佳方法:当OPC和Pd2+体积比为60:40,流速为1 mL/min,超声频率为45 kHz,功率为200 W,温度为333.15 K时,Pd2+转化量高达89.39%;制备所得PdNP结晶性良好,呈现不规则多面体形态,粒径为202.86±24.99 nm,纯度为80.94%;制备所得PdNP吸收和存储氢能力较强,对光催化降解染料甲基橙(MO)和次甲基蓝(MB)效果较好;以油樟叶OPC为植物源有机还原剂,采用超声场连续流动微管反应制备PdNP,制备过程连续可控,还原条件温和,无需添加其它还原剂,纳米颗粒稳定性好,制备PdNP纯度较高,有机还原制备PdNP光催化降解染料性能良好,经查阅国内外文献,无相同报道。分析油樟叶高聚原花色素(PPC)对染料的吸附行为。对影响PPC吸附的实验因素,以及吸附过程的吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学进行分析,结果表明孔雀石绿(MG)初始浓度越高,温度越高,PPC对MG的单位平衡吸附量Qe越大;吸附过程为单层化学吸附,为自发的、吸热的、混乱程度增大的吸附过程;FTIR分析表明MG吸附于PPC表面主要依靠静电力(1586 cm-1)和氢键(3390 cm-1)作用;油樟叶PPC是一种良好的环境污染物吸附剂,该研究有效的拓展了油樟叶资源的高效多级综合利用领域。制备磁性修饰油樟叶提取剩余物多孔微粒(Fe3O4@CLR),并讨论了其在静态和动态条件下对染料的吸附行为。采用浸泡预处理结合化学共沉淀法制备磁性吸附剂Fe3O4@CLR,表征分析结果表明Fe3O4@CLR具有较好的热稳定性,强大的磁场响应能力,较大孔隙率和比表面积;Fe3O4@CLR磁性粒子对MG的吸附过程为单层化学吸附,为自发的吸热的混乱程度增大的吸附过程;以N2-MG水溶液-Fe3O4@CLR磁性粒子为三相体系,采用气液固磁稳定流化床(MSFB)分析Fe3O4@CLR对染料的动态吸附行为,当MG上样浓度为500 mg/L,上样流速为8mL/min,Fe3O4@CLR磁性粒子的上样量为20 g,磁场强度为42.87 Oe,平衡时,Fe3O4@CLR对MG的吸附量可达201.07±10.05 mg/g;Fe3O4@CLR磁性微粒回收并重复使用多次后,仍对MG具有较好的吸附效果;磁性多孔结构吸附剂制备方法简单,易于操作,可广泛推广应用于其它种类生物质酶解剩余物资源利用;吸附过程结合MSFB,在磁场中磁性吸附剂吸附后可实现较易分离,吸附剂可回收和再利用。本研究在油樟资源的应用领域率先强化了油樟叶资源的绿色化学应用,以化学过程和终端低排放、低污染为目标,实现了油樟叶中目标活性成分的高效分离及绿色化学应用,为油樟叶的高效多级综合利用提供了理论研究依据及技术支撑。
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