纤维素酶法提取竹叶黄酮的机理研究

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竹叶黄酮具有抗自由基、抗氧化活性及降血脂能力,对人体无害、无刺激、无毒副作用,还具有抑菌、抗炎及防腐的作用。本文采用纤维素酶法提取竹叶中的黄酮类物质,研究了酶的种类及用量、竹叶特征尺寸L、提取温度T、转速n、液固比SS和pH值等工艺参数对竹叶黄酮提取的影响,采用正交试验法对提取工艺进行优化。结果表明,纤维素酶使竹叶黄酮的提取速率加快,达平衡时间te缩短,但不改变黄酮的平衡提取率ηe;减小竹叶尺寸L,黄酮的提取速率加快,但ηe不变;T升高,黄酮的提取速率和平衡提取率ηe均增大;转速n对竹叶黄酮的提取几乎没有影响;随着SS增大,提取液中黄酮的平衡浓度逐渐减小,ηe增大;不调pH时,无论水提还是酶提,黄酮的η均最大。酶法提取竹叶黄酮的较佳工艺条件是:不调pH,保持液固比为20g·g-1,加入100U·g-1纤维素酶,在55℃下提取。1.5h时,竹叶黄酮的提取率η为50.11%,比直接水提时的η提高了12.7%。用So提出的三段式动力学模型(洗涤阶段、快扩散阶段和慢扩散阶段)描述酶提过程,发现三段式模型能够很好地描述竹叶黄酮的提取动力学。其中,洗涤阶段极快,该阶段的竹叶黄酮平衡提取率ηeW占黄酮总平衡提取率ηe的12.6-17.9%;快扩散阶段黄酮的平衡提取率ηed1占ηe的64.3-76.4%;慢扩散阶段黄酮的平衡提取率ηed2只占ηe的7.4-18.1%,且黄酮进行慢扩散的时间是快扩散阶段的7-35倍。黄酮的快扩散阶段符合平板型Fick第二定律,主要受内扩散控制,推导出适用于本体系的表观速率常数为用扫描电镜观察了水提和酶提取后样品的细胞结构变化,用高效液相色谱考察了纤维素酶对竹叶黄酮提取的影响。结果表明,纤维素酶不改变传质动力学机理,也不分解黄酮,它只破坏细胞壁,从而降低扩散阻力使溶质的传质速率和表观扩散系数D’提高。得到了快扩散提取阶段的表观扩散系数Dd1’与提取温度、竹叶尺寸之间的关系。酶提时,ln D’d1=-24.9436-1190.48/T+128.8851(L/δ)-3.5,在30-60℃范围内,Dd1’为2.93×10m-9.14×10m m2·s-1;水提时,1n D’d1=-23.8648-1591.59/T+124.1911(L/δ)-3.5,在30-60℃范围内,Dd1’为2.30×10-13~7.84×10-13m2.s-1。酶提时快扩散提取阶段的活化能Ead1为9.898kJ·mol-1,比水提时降低了25.20%。热力学计算结果表明,水提和纤维素酶辅助提取竹叶黄酮的焓变⊿Hθ和熵变⊿Sθ均为正值、Gibbs自由能变⊿Gθ为负值,提取为吸热熵增、自发进行的过程。
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