壳聚糖聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究毕业设计论文.docx

壳聚糖聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究毕业设计论文.docx

《壳聚糖聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《壳聚糖聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究毕业设计论文.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

壳聚糖聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究毕业设计论文

壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶末中茶多酚的吸附性能研究

福建师范大学福清分校海洋与生化工程学院应用化学专业

118652012008刘飞翔指导老师薛丽群

[摘要]本文研究了壳聚糖-聚丙烯对茶末中茶多酚吸附分离条件，并采用HPLC分析吸附分离效果。

该实验结果表明对25.00mL茶汤（质量浓度为0.985mg/mL），较好的吸附条件为壳聚糖-聚丙烯酸微球加入量0.3g、吸附时间为2h、茶汤pH为7.00、温度30℃时，震荡速率110r/min，茶多酚的吸附率可达到73.20%。

[关键词]壳聚糖-聚丙烯酸微球；吸附；绿茶；茶多酚

1前言

茶多酚（tea-polyphenols,简称TP）作为茶叶中一类主要成分具有独特的药理作用，具有抗氧化性、能预防癌变、肿瘤、心脑血管疾病等症状，在医学上有极好的前景。

它在茶叶中含量很高，性质相当活泼，能在酶的作用下，发生酶促氧化，也能在湿热的作用下发生氧化作用，还能在常温常压下发生缓慢氧化[1]。

茶多酚主要成分为儿茶素类化合物（黄烷醇类）、黄酮及黄酮醇类、花色素类和酚酸及缩酚酸类多酚化合物的复合体，其中儿茶素类属黄烷醇类，约占茶多酚总量的80%，主要包括：

表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、表没食子儿茶素（EGC）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）、表儿茶素（EC）、儿茶素（C）、没食子酸（GA）[2]。

自古以来中国是产茶大国.明朝李时珍在《本草纲目》中记载说:

“茶苦而寒,最能降火,火为百病之因,火降则百病清也”.茶由古代的药到后来的饮料,现在又回归到药,是现代生物技术和现代医学科技的成果.茶多酚是从绿茶中提取出来的最主要、最精华、对人体最有益的成分,是由茶叶中的黄烷醇类、黄酮、黄酮醇类、花青素类、茶白素类和酚酸及缩酚酸类组成的化合物,主要成分是黄烷-3-醇衍生物,俗称儿茶素.它们的结构除酚及缩合酚类外,均具有a-苯基苯骈二氢吡喃（黄烷）为主体的C6-C3-C6基本碳架.所以“其结构决定了茶多酚的性质及其作用”[3]。

茶叶资源非常丰富，主要加工产品为茶叶，但在茶叶生产过程中产生的大量茶末和滞销的粗老茶，目前在中国，没有什么利用价值，几乎是都当作废料处理了。

因此开展茶多酚提取和其生物学活性的研究，研发出能防治防癌变、肿瘤、心脑血管疾病等一系列具有医疗保健效果的饮料、食品、化妆品、药品，不仅为保障人民健康作出贡献，而且还可以创造出巨大的经济效益[4]。

目前茶多酚的提取方法有：

溶剂提取法、金属离子沉淀法、树脂吸附法、超临界流体萃取法、超声波浸提法等方法[5]。

但是由于茶多酚本身不稳定，容易被氧化等各种原因使溶剂提取法过程中茶多酚损失较多。

有研究表明[6-8]，采用乙醇、氯仿等作为提取溶剂，可以延缓茶多酚（尤其是儿茶素）的氧化，但溶剂提取法过程中茶多酚损失较多。

金属离子法常用的金属离子有Al3+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Zn2+等，其中Zn2+、Al3+是较适宜的弱酸性沉淀剂。

余兆祥等[9]采用Zn2+和Al3+的复合沉淀剂提取低档绿茶中的茶多酚,提取率为10.4%，较单一沉淀剂高约1%。

金属离子沉淀法的选择性和产品纯度均较高,但在稀酸转溶过程中茶多酚损失较大，且金属离子有一定的毒性。

CO2是最常用的超临界流体，具有萃取温度低、选择性高、无毒等优点，茶多酚在超临界萃取过程中不易氧化，产品纯度高。

但由于茶多酚在超临界CO2中的溶解度小，加入极性改性剂后的一次提取率仍很低，限制了方法的应用。

目前超声提取方法多限于单频超声，而复频超声除基频外，还出现倍频波、和频波及差频波，使产生的声场更加均匀。

曹雁平等[10]用双频复合超声来提取绿茶中的茶多酚，在浓度、提取率和提取速率方面都优于单频超声法。

用微球吸附法分离提取茶多酚，能有效的解决以上的问题而且工艺简单、成本低、能耗较低，有助于实现大规模生产

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物,是一种可降解的天然高分子。

由于具有良好的生物相容性、无毒和粘性等优点,在医药、生物工程等领域展示出美好的应用前景[11]其含有游离氨基，能与稀酸结合生成胺盐而溶于稀酸。

由于分子中Ｃ2位上的氨基反应活性大于·ＯＨ基，易发生化学反应，使壳聚糖可在较温和的条件下进行多种化学修饰。

壳聚糖与丙烯酸通过戊二醛进行接枝共聚制得表面具有两性基团（-COOH和-NH2）的壳聚糖-聚丙烯酸微球[12]。

本文用壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附分离茶汤中茶多酚，讨论了壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的条件，并对其吸附动力学进行初步的探讨。

2实验部分

2.1实验仪器和药品

2.1.1药品和试剂

甲醇（色谱纯），国药集团化学试剂有限公司；壳聚糖，上海阿拉丁生化科技有限公司；乙腈：

上海阿拉丁生化科技有限公司，色谱级，》99.9%；三蒸水；蒸馏水；盐酸，乙酸，硫酸，乙二胺四乙酸，过硫酸铵，氢氧化钠，无水碳酸钠，戊二醛50%，碱式乙酸铅，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG），抗坏血酸，福林酚，咖啡因，丙烯酸，无水乙醇，等均为市售分析纯。

2.1.2仪器

7200型分光光度计：

尤尼柯（上海）仪器有限公司；电磁力搅拌器；H.H.S型电热恒温鼓风干燥箱：

上海精宏实验设备有限公司；TH2-C台式恒温振荡器：

太仓市华美生化仪光厂；HH-4型恒温水浴锅：

上海君竺仪器制造有限公司；TG328A型电光分析天平：

上海天平仪器厂；prostar-210高效液相色谱仪：

美国瓦里安；SHZ-D循环水式真空泵：

巩义市予华仪器有限责任公司，智能型傅立叶红外光谱仪，pHS-3C型精密酸度计：

上海虹益仪器仪表有限公司；TG1850-W5型高速离心机：

上海卢湘仪离心机仪器有限公司。

2.2.1壳聚糖-聚丙烯酸微球的制备

称取0.1g壳聚糖至于100mL烧杯中去，取50mL1%乙酸溶液，然后磁力搅拌30min使其完全溶解，加入于10mL20%丙烯酸溶液，2mL1g/L的过硫酸铵在单颈烧瓶中混合均匀，在70℃条件下回流反应直至出现乳白色后再回流45min，之后倒入100mL烧杯中，冷却后加入4mL50%戊二醛在磁力搅拌器下搅拌20min，完成后放入抽滤机中抽滤用乙醇清洗，放入40摄氏度烘箱中烘干。

得壳聚糖-聚丙烯酸微球。

2.2.2茶多酚的定量检测方法

按GB/T8313-2008方法检测茶汤中茶多酚的含量。

式中：

A——样品测试液吸光度；

V——样品提取液体积，10mL；

d——稀释因子（1mL稀释25mL）；

——没食子酸标准曲线的斜率；

m——样品干物质含量，%；

——样品质量，单位为克（g）

式中：

a——吸附前的茶多酚吸光度；

b——吸附后的茶多酚吸光度；

d——稀释因子（1mL稀释25mL）；

——没食子酸标准曲线的斜率；

m——样品干物质含量，%；

——样品质量，单位为克（g）

2.2.3高效液相色谱（HPLC）检测条件

按GB/T8313-2008方法使用液相色谱仪检测。

色谱条件：

色谱柱：

C18色谱柱（粒径5um，250mm

4.6mm）；

流动相A:

分别将90mL乙腈，2mLEDTA，20mL乙酸加入1000Ml容量瓶中，用三蒸水定容至刻度，充分摇匀。

溶液需过0.45um膜；

流动相B:

分别将800mL乙腈，2mLEDTA20mL乙酸加入1000Ml容量瓶中，用三蒸水定容至刻度，充分摇匀。

溶液需过0.45um膜；

流动相总流速1mL/min；

柱温：

35摄氏度

紫外检测器：

λ=278nm；

梯度条件：

100%流动相A保持10min→15min内由100%A相转为68%A相，32%B相→68%A相，32%B相保持10分钟→100%A→；

进样量：

10μL。

原茶汤，吸附后茶汤，解析后茶汤,茶多酚标准液（用表没食子儿茶素没食子酸酯（简称EGCG））都在此色谱条件下检测。

3.结果与讨论

3.1恒温振荡器的震荡速率对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响

平行取三份0.30g壳聚糖-聚丙烯酸微球于100mL干燥锥形瓶中，加入25.00mL相同浓度的茶汤，分别置于30r/min、110r/min、220r/min恒温震荡器（30℃）中震荡2h后取出在经离心机（12000r/min）离心10min后取上清液于25mL干燥烧杯中。

测定壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。

实验结果如图所示，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率随着转速的提高而增大，在220r/min时最大吸附率为61.48%，考虑转速太快对机器负担较大，所以实验采用的是110r/min。

图1震荡速率对吸附率的影响

3.2-聚丙烯酸微球用量对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响

用移液管分别移取壳聚糖-聚丙烯酸微球0.10g、0.20g、0.30g、0.40g、0.50g、0.60g、0.70g、0.80g于100mL干燥锥形瓶中，分别加入25.00mL相同浓度的茶汤。

置于30℃恒温振荡器（110r/min）中震荡2h后取出，在经离心机（12000r/min）离心10min后取上清液于25mL干燥烧杯中。

测定壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。

实验结果如图所示，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率随壳聚糖-聚丙烯酸微球的增加先快速上升，后缓慢上升的趋势，当壳聚糖-聚丙烯酸微球的用量为0.3g时，吸附率基本不再增加，壳聚糖-聚丙烯酸微球用量为0.3g时对茶多酚的吸附率达为63.40%，因此对于25.00mL（吸光度为0.306，质量浓度为1.049mg/mL）的茶汤，所取壳聚糖-聚丙烯酸微球0.30g时吸附最佳。

图2壳聚糖-聚丙烯酸微球用量对吸附率的影响

3.3温度-时间对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响

平行取25.00m茶汤27份，分别加入0.30g壳聚糖-聚丙烯酸微球，分成三批置于20℃、30℃、40℃温振荡器（110r/min）中，吸附不同时间（0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、4h、5h、6h）后，在经离心机（12000r/min）离心10min后取上清液于25mL干燥烧杯中。

分别测定壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。

结果如图所示。

不同温度下的吸附率都随时间的增长逐渐增大，但在吸附2h后吸附率的增加开始减缓，当吸附时间超过3h后，吸附基本达到平衡，吸附率都基本不再增加，最佳吸附率是40℃下吸附6h为71.07%。

随着温度的增加，吸附率基本上也是随着增加的，但增加不是很显，表明在一般温度条件下，壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚受温度影响不大。

因为茶多酚在空气中容易被氧化，所以在壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的过程中，温度为30℃提取时间为2h较好。

图3附时间和吸附温度对吸附率的影响

3.1.3pH对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响

将煮好的茶汤分5份移取于100mL锥形瓶中用0.1（mol/mL）HCl和10（mol/mL）NaOH调节pH分别为3、4、5、6、7、8、9，分别测得茶多酚的吸光度，再准确吸取25.00mL于上述锥形瓶中，在分别加入0.3g壳聚糖-聚丙烯酸微球置于30℃，110r/min的恒温水浴振荡器中吸附2h后取出，在经离心机（12000r/min）离心10min后取上清液于25mL干燥烧杯中。

测定壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率。

结果如图所示，在pH=3.00至7.00范围内，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率比较高，说明酸性条件下有利于壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附；但当pH>7.00后，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚吸附率随着pH增大而逐渐减小，这是、由于茶多酚在碱性的条件下不稳定，容易发生氧化反应，当溶液碱性增强，茶多酚氧化越多。

因此壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚，较佳的提取pH值为pH=7.00。

图4PH值对吸附率的影响

3.1.4茶汤浓度对壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附茶多酚的影响

用4g茶末配置出茶汤，用蒸馏水稀释分别稀释成20%、40%、60%、80%、100%的茶汤，分别测得茶多酚含量，再准确吸取25.00mL于锥形瓶中，加入0.3g壳聚糖-聚丙烯酸微球，置于20℃，30℃，40℃，110r/min的恒温水浴振荡器中吸附2h。

取出，测壳聚糖-聚丙烯酸微球

对茶多酚的吸附率。

如图所示，在不同的温度下随茶汤溶度的升高，壳聚糖-聚丙烯酸微球对茶多酚的吸附率逐渐降低，但从吸附的量来看还是100％时吸附的最多。

图5浓度和温度对吸附率的影响

3.2壳聚糖-聚丙烯酸微吸附前后茶汤的HPLC对比分析

图6EGCG的色谱图

图7CAF的色谱图

图8GA的色谱图

图9原茶汤的色谱图

图10吸附后的色谱图

图11吸附后+EGCG的色谱图

图12脱附后的色谱图

图13脱附后+EGCG的色谱图

按照3.2，壳聚糖-聚丙烯酸微球吸附前后的茶汤溶液进行HPLC分析，并进行谱图对比分析，结果见图8、图9、图10。

由图8和参考文献[13]可知，6种儿茶素类物质和2种生物碱（咖啡因、可可碱THEO）得到了一定的分离，但基线部分有重叠。

8种化合物的保留时间分别为GA3.501min、THEO3.903min、EGC4.529min、C5.883min、EGCG10.048min、CAF10.642min、EC16.261min、ECG25.832min。

由图8和图9对比分析可知，EGCG峰吸附后比吸附前小很多，说明EGCG有效地被吸附，而CAF的峰吸附前后变化不大，说明CAF大部分残留在吸附后的溶液中而被除去。

所以可说明，壳聚糖-沸石膜对茶多酚和咖啡因具有选择性吸附特性，特别是对EGCG有选择性吸附。

4结论

壳聚糖由于表面含有丰富的-NH2、-OH等功能基团,可通过氢键作用吸附茶多酚。

本实验制备了壳聚糖-聚丙烯酸微球，用其进行吸附分离茶多酚，实验结果表明，对25.00mL质量浓度为1.049mg/mL的茶汤，较佳的吸附条件为0.3g壳聚糖-聚丙烯酸微球、吸附时间2h、茶汤pH7.00、温度30℃，吸附率可达到76.36%，单位吸附量可达171.24mg/g；壳聚糖-沸石膜对茶多酚和咖啡因具有选择性吸附特性，特别是对EGCG有选择性吸附。

由于壳聚糖是自然界中来源仅次于纤维素的天然高分子，且具有无毒、良好的生物相容性、生物可降解性、易成形加工等优点，使壳聚糖膜在茶多酚的吸附分离中必将具有美好的应用前景。

5致谢

非常感谢薛丽群老师、薛丽群老师在我大学的最后学习阶段——毕业实验阶段给自己的指导，从最初的定题，到后面的实验的处理过程中，她们给了我耐心的指导和无私的帮助。

为了指导我们的毕业实验，她们放弃了很多自己的休息时间，在此我向她们表示我诚挚的谢意。

同时，也要感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，在此向他们表示我由衷的感谢，并祝所有的老师能够培养出越来越多的优秀人才!

参考文献：

[1]陈镱文.茶多酚粗品的精制及儿茶素单体分离的工艺研究[D].西北大学.2005:

6-7.

[2]盛丽,任爱梅.天然抗氧剂茶多酚[J].化学教育,2004,11:

8.

[3]王栋，康健。

茶多酚的功效，提取和应用前景[D]，1000-2839（2007）02-0217-05

[4]胥佰涛,徐平,沈生荣.茶多酚提取方法研究进展[J].茶叶,2007（3）:

43-46.

[5]郭宇姝,张沂,朱新生.茶多酚的提取分离与含量测定方法进展[J].解放军药学学报,2007,23

（2）:

121-124.

[6]董文宾,胡英,周玲.有机溶剂法制备茶多酚的工艺研究[J].食品工业科技,2002,23（9）:

44.

[7]罗晓明,周春山,钟世安.茶多酚浸提工艺研究[J].食品工业科技,2002,23（3）:

41.

[8]KyungHR,YinzheJ.RecoveryofcatechincompoundsfromKoreanteabysolventextraction[J].BioresourceTechnology,2006,97（5）:

790.

[9]余兆祥,王筱平.复合型沉淀剂提取茶多酚的研究[J].食品工业科技,2001,22（3）:

32.

[10]曹雁平,李建宇,朱桂清,等.绿茶茶多酚的双频超声浸取研究[J].食品科学,2004,25（10）:

139.

[11]代昭,孙多先,郭瑶.[J].现代化工,2002,22（10）:

22-25.

[12]贺宝元，王学川。

壳聚糖-明胶微球对活性染料吸附净洗性能研究[D]。

陕西科技大学，2012,11

Chitosan-polyacrylicacidmicrospheresofteapolyphenolsinteadustadsorptionperformanceresearch

SchoolofOceanScienceandBiochemistryEngineeringMajorinAppliedChemistry

118652012008liufeixiangGuideTeacher:

LiqunXue

【Abstract】Thispaperstudiesthechitosan-polypropyleneofteapolyphenolsinteadustadsorptionseparationconditions,andUSEStheHPLCanalysisofadsorptionseparationeffect.Theexperimentalresultsshowthatthe25.00mLbeverage（massconcentrationof0.985mg/mL）,betteradsorptionconditionsofchitosan-0.3gfortheamountofpolyacrylicacidmicrospheres,adsorptiontimefor2h,thebeveragepH7.00,thetemperature30℃,volatilespeed110r/min,teapolyphenolsadsorptionratecanreach73.20%.

【keywords】chitosan-polyacrylicacid;Adsorption;Greentea.Teapolyphenols