太湖蓝藻中天然色素提取技术的研究

论文摘要

太湖蓝藻水华暴发越来越频繁,蓝藻打捞技术和脱水技术已成熟,将蓝藻资源化利用日趋受到重视。蓝藻中含有大量的天然色素如类胡萝卜素、叶绿素-α等,可应用于食品、医药、日用化学品等行业,因此提取利用蓝藻中的天然色素、变废为宝,将是治理太湖可持续发展的一项有效措施。本文以太湖蓝藻为原料,研究了超临界CO2萃取类胡萝卜素工艺,并对类胡萝卜素进行了分离、纯化和鉴定；进而对萃取类胡萝卜素后的残渣进行溶剂提取和超声.微波协同萃取叶绿素-α的工艺研究,并进行了叶绿素铜钠盐的制备工艺以及叶绿素铜钠盐的结构分析鉴定和稳定性研究。以喷雾干燥后的蓝藻为原料,类胡萝卜素萃取得率为指标,对超临界CO2萃取类胡萝卜素的工艺进行了研究。采用单因素和Box-Benhnken优化试验,获得了最佳萃取工艺条件：萃取温度52℃,萃取压力25 MPa,萃取时间76 min,CO2流量18 Kg/h,类胡萝卜素萃取得率为0.621±0.009 mg/g；萃取物经皂化、硅胶柱分离及结晶得到一种类胡萝卜素,并通过UV、LC/MS和NMR等图谱的解析,确定该类胡萝卜素为β-胡萝卜素。以超临界CO2萃取后的残渣为原料,叶绿素-α提取得率为指标,对提取叶绿素-α的工艺进行了研究。采用单因素和Box-Benhnken优化试验,获得了溶剂提取叶绿素-α的最佳工艺条件：乙醇浓度86%,温度69℃,时间6.6 min,液固比为20：1,萃取2次,叶绿素-α提取得率为3.216±0.013 mg/g；同时采用了单因素和中心组合设计优化试验,获得了超声-微波协同萃取叶绿素-α的最佳工艺条件：超声50 w,微波功率250 w,乙醇浓度85%,萃取时间为156 s,液固比为15：1,萃取2次,叶绿素-α萃取得率为3.315±0.067 mg/g。叶绿素铜钠盐的制备工艺研究表明：皂化温度60℃、时间40 min以上时皂化较彻底；酸化置铜pH 1-2以及温度50℃、时间60 min以上时铜化较彻底,再经成盐结晶得到叶绿素铜钠盐,其得率为1.91%；利用UV、HPLC、LC/MS等方法,对叶绿素铜钠盐进行了分析测试和结构鉴定,确定了该工艺制备的叶绿素铜钠盐主要成分为Cuchlorin p6,并根据其分子结构和产生的分子离子峰碎片,对其电离机理进行了推测分析。叶绿素铜钠盐稳定性研究结果表明：叶绿素铜钠盐热降解遵循零级反应动力学规律,反应活化能Ea为56.35 kJ/mol,其热降解速率随温度升高而加快,半衰期随温度升高而降低；叶绿素铜钠盐适合在碱性条件下保存,而且氧化剂H2O2和还原剂Na2SO3对其影响不大；金属离子对叶绿素铜钠盐有一定的影响,其中加入Fe2+后溶液变为黄绿色,吸光度呈增大趋势,加入Zn2+、Co2+、Mg2+吸光度呈现下降趋势,同时金属离子浓度越大,叶绿素铜钠盐降解程度越明显；常用食品添加剂麦芽糖、葡萄糖和蔗糖对叶绿素铜钠盐的稳定性无不良影响,同时可以与低浓度NaCl共存。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 太湖蓝藻污染和治理概况
• 1.2 蓝藻综合利用研究现状
• 1.2.1 能源化利用
• 1.2.2 藻胆蛋白的利用
• 1.2.3 胞外多糖的利用
• 1.2.4 其他方面的利用
• 1.3 天然色素的研究进展
• 1.3.1 天然色素的种类及特点
• 1.3.2 天然色素的提取方法
• 1.3.3 天然色素的精制
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原材料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 蓝藻中色素的测定方法
• 2萃取类胡萝卜素实验研究'>2.2.2 超临界CO₂萃取类胡萝卜素实验研究
• 2.2.3 类胡萝卜素分离纯化及结构鉴定
• 2.2.4 溶剂提取叶绿素-α实验研究
• 2.2.5 超声-微波协同萃取叶绿素-α实验研究
• 2.2.6 叶绿素铜钠盐的制备工艺
• 2.2.7 叶绿素铜钠盐的分析检测
• 2.2.8 叶绿素铜钠盐的稳定性研究
• 第三章 结果与讨论
• 2萃取类胡萝卜素工艺研究'>3.1 超临界CO₂萃取类胡萝卜素工艺研究
• 3.1.1 萃取时间的选择
• 3.1.2 萃取温度和压力的选择
• 3.1.3 响应面法优化类胡萝卜素萃取工艺
• 3.1.4 总类胡萝卜素的萃取动力学研究
• 3.2 类胡萝卜素分离纯化及结构鉴定
• 3.2.1 类胡萝卜素的HPLC检测
• 3.2.2 类胡萝卜素的特征吸收峰
• 3.2.3 类胡萝卜素的化学反应定性分析
• 3.2.4 类胡萝卜素的LC-MS分析
• 3.2.5 类胡萝卜素的NMR分析
• 3.3 溶剂提取叶绿素-α工艺研究
• 3.3.1 提取溶剂的选择
• 3.3.2 溶剂浓度的选择
• 3.3.3 提取时间的选择
• 3.3.4 提取温度的选择
• 3.3.5 溶剂液固比的选择
• 3.3.6 提取次数的选择
• 3.3.7 响应面设计法优化溶剂提取蓝藻中叶绿素-α提取工艺
• 3.4 超声-微波协同萃取叶绿素-α工艺研究
• 3.4.1 萃取溶剂的选择
• 3.4.2 溶剂浓度的选择
• 3.4.3 萃取时间的选择
• 3.4.4 萃取功率的选择
• 3.4.5 液固比的选择
• 3.4.6 萃取次数的选择
• 3.4.7 超声微波协同萃取叶绿素-α工艺条件优化
• 3.5 萃取叶绿素-α比较实验
• 3.5.1 萃取方式对叶绿素-α得率的影响
• 3.5.2 蓝藻干燥方式对叶绿素-α萃取得率的影响
• 3.6 叶绿素铜钠盐的制备工艺
• 3.6.1 皂化工艺条件的选择
• 3.6.2 萃取
• 3.6.3 酸化铜化工艺条件的选择
• 3.6.4 成盐
• 3.7 叶绿素铜钠盐的分析检测
• 3.7.1 叶绿素铜钠盐特征吸收峰
• 3.7.2 叶绿素铜钠盐HPLC及质谱图
• 3.8 叶绿素铜钠盐的成品检测
• 3.9 叶绿素铜钠盐稳定性研究
• 3.9.1 叶绿素铜钠盐热稳定性分析及动力学模型
• 3.9.2 pH对叶绿素铜钠盐稳定性的影响
• 3.9.3 还原剂、氧化剂对叶绿素铜钠盐稳定性的影响
• 3.9.4 金属离子对叶绿素铜钠盐稳定性的影响
• 3.9.5 食品添加剂对叶绿素铜钠盐稳定性的影响
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文