生化制药毕业论文提取咖啡因的方法研究.docx
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生化制药毕业论文提取咖啡因的方法研究
毕业论文
提取咖啡因的方法研究
学生姓名
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答辩日期
----------------------学院
2010年12月
第一章绪论……………………………………………………………………………4
1.1咖啡因概述……………………………………………………4
1.2咖啡因的来源.…………………………………………………………5
1.3提取咖啡因方法………………………………………………………5
1.3.1溶剂萃取法………………………………………………………5
1.3.2升华法……………………………………………………………5
第二章基本试验过程及方法……………………………………………………6
2.1试验原料和试剂……………………………………………………………6
2.2试验仪器及设备……………………………………………………………6
2.3实验装置图……………………………………………………………6
2.4试验过程……………………………………………………………………………6
2.4.1提取………………………………………………………………………6
2.4.2过滤……………………………………………………………………7
2.4.3蒸发…………………………………………………………………7
2.4.4升华………………………………………………………………………7
2.5注意事项……………………………………………………………………………7.
第三章改变条件产品比较…………………………………………………………………8
3.1条件改变试验……………………………………………………………………8
3.1.1水提取法……………………………………………………………8
3.1.2乙醇提取法…………………………………………………………………8
3.1.3丙酮提取法………………………………………………………………8.
3.2试验结果…………………………………………………………………………………9
3.2.1加热方式对产量的影响…………………………………………………9
3.2.2提取剂对产量的影响…………………………………………………9
3.2.3煮沸时间对产量的影响……………………………………………………9
第四章结论………………………………………………………………………………………10
4.1加热仪器对实验结果的影响………………………………………………10
4.2提取剂种类对实验结果的影响…………………………………………………10
4.3煮沸时间对产量的影响…………………………………………………………10
参考文献…………………………………………………………………………………………………11
致谢………………………………………………………………………………………………………12
提取咖啡因的方法研究
摘要
咖啡因是一种黄嘌呤生物碱化合物，是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时的驱走睡意并恢复精力。
有咖啡因成分的咖啡、茶、软饮料及能量饮料十分畅销，因此，咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神药品。
在北美，90%成年人每天都使用咖啡因。
很多咖啡因的自然来源也含有多种其他的黄嘌呤生物碱，包括强心剂茶碱和可可碱以及其他物质例如单宁酸。
咖啡因可能是世界上使用最广泛的神经兴奋剂，但不可思议的是，人们对其分子机制却知之甚少。
现在，对老鼠所做的目标突变研究表明，蛋白质DARPP-32的磷酸化和去磷酸化是咖啡因发生作用的关键。
腺苷A2A 受体是咖啡因的作用目标之一，它与该物质结合并使其失去活性。
正是这些A2A受体，再加上DARPP-32越来越多的磷酸化和环状AMP-依赖型蛋白激酶的抑制，似乎造成了咖啡因的刺激效应
本文通过对咖啡因提取方法的比较，主要证实提取方法对实验结果的影响。
结果证实用电热套加热，煮沸时间相同10min，用含水乙醇（1∶1）提取产量最高，经济效益最佳。
为了节约乙醇，乙醇应回收再利用。
关键词：
茶叶，咖啡因，升华法，萃取法，加热器
第一章绪论
1.1咖啡因概述
咖啡因的其他名称：
三甲基黄嘌呤、三甲基黄嘌呤、咖啡碱、茶毒、马黛因、瓜拉纳因子、甲基可可碱
分子式：
C8H10N4O2
SMILES：
O=C1C2=C（N=CN2C）N（C（=O）N1C）C
摩尔质量：
194.19gmol−1
咖啡因的理化性质：
外观：
无嗅，白色针状或粉状固体
CAS号：
[58-08-2]
密度和相态：
1.2g/cm³,固体
水中溶解性：
微溶
其他溶剂：
乙酸乙酯、氯仿、嘧啶、吡咯、四氢呋喃中可溶；酒精和丙酮中一般可溶；石油醚、醚及苯中微溶
熔点：
237°C
沸点：
178°C（升华）
酸度系数：
（pKa）10.4（40°C）
主要危害吸入、吞咽及皮肤吸收均可能致命[1]。
闪点：
N/A
药理学：
咖啡因开始能使中枢神经系统兴奋，因此能够增加警觉度，使人警醒，有快速而清晰的思维，增加注意力和保持较好的身体状态。
最后进入脊髓并保持一个较高的剂量。
1.2咖啡因的来源
世界上最主要的咖啡因来源是咖啡豆（咖啡树的种子），同时咖啡豆也是咖啡的原料。
咖啡中的咖啡因含量极大程度上依赖于咖啡豆的品种和咖啡的制作方法，甚至同一棵树上的咖啡豆中的咖啡因含量都有很大的区别。
一般来说一杯咖啡中咖啡因的含量从阿拉伯浓缩咖啡中的40毫克到浓咖啡中的100毫克。
深焙咖啡一般比浅焙咖啡的咖啡因含量少，因为烘焙能减少咖啡豆里的咖啡因含量。
阿拉伯咖啡的咖啡因含量通常比中果咖啡低。
咖啡也含有痕量的茶碱，但不含可可碱。
茶是另外一个咖啡因的重要来源，每杯茶的咖啡因含量一般只有每杯咖啡的一半，决定于制茶的强度。
特定品种的茶，例如红茶和乌龙茶，比其他茶的咖啡因含量高。
茶含有少量的可可碱以及比咖啡略高的茶碱。
茶的制作对于茶有很大影响，但是茶的颜色几乎不能指示咖啡因的含量。
日本绿茶的咖啡因含量就远远低于许多红茶，例如正山小种茶，几乎不含咖啡因。
1.3提取咖啡因方法
具有关资料报道，茶叶中咖啡因的质量分数约为1%～4%[1]。
多年来，一直有人用不同方法从茶叶中提取天然咖啡因，主要方法有溶剂萃取法和升华法两大类：
1.3.1溶剂萃取法
该法利用咖啡因易溶于水、乙醇、氯仿等溶剂的性质（溶解性：
1克溶于46ml水，5.5ml热水（80℃），1.5ml沸水，66ml乙醇，22ml热乙醇（60℃），5.5ml氯仿[2]），将其从茶叶中分离出来。
目前常用的工艺流程均经浸提、去杂、重结晶等几个主要的工艺流程，获得的咖啡因均为带一个结晶水的制品（C8H10N4O2•H2O）[3]。
1.3.2升华法
该法利用咖啡因在温度≥100℃是具有升华的性质，将之从茶叶或茶叶浸出物中分离出来。
升华法其实是在溶剂萃取法中加入升华过程，与浸提法联合使用。
目前常用的工艺流程主要分为两种：
a.升华→去杂→重结晶→一水咖啡因；b.浸提→去杂→升华→无水咖啡因[4]。
本实验利用升华法的第二种方法，即浸提→去杂→升华→无水咖啡因，采用绿茶、陈花茶（绿茶、花茶中咖啡因含量较高[5][6]）为原料，选择几种提取剂进行多次实验、比较、改进，以求找到一种成本低，步骤少，操作简单,产量高的提取方法，并对提取物进行鉴定和含量分析。
第二章基本试验过程及方法
2.1试验原料和试剂
试验原料和试剂：
茶叶末生石灰
乙醇（95％）丙酮蒸馏水
2.2试验仪器及设备
试验仪器及设备：
锥形瓶滤纸漏斗蒸发皿玻璃棒
电热套酒精灯
2.3实验装置图
2.4试验过程
2.4.1提取
将茶叶研碎成茶末，称取茶末5g，放入100ml锥形瓶中，再加入提取剂50ml，加热（用电热套时，水提取剂时不大于100V，其他提取剂不大于70V），煮沸。
2.4.2过滤
将小团棉花放在漏斗颈部，过滤，洗涤茶叶2次，的提取液。
2.4.3蒸发
将提取液转移至蒸发皿中，加入熟石灰2.4g[7],拌，蒸发浓缩至剩余少量液体，摇动蒸发皿，当液体均匀粘在蒸发皿内壁不流下时，小心加热或关闭加热套，用余热蒸干，温度不可过高，否则咖啡因升华。
2.4.4升华
用玻璃棒将成块固体压碎，最大颗粒直径不超过2mm。
将固体颗粒平铺于蒸发皿底部，盖上滤纸，上方再倒扣一口径略小于蒸发皿口径的漏斗。
100V，升华。
大约10min后，在漏斗内部出现大量白烟时，关闭加热套，自然冷却15min，小心拿走漏斗，慢慢取出滤纸（不要抖动滤纸），在滤纸下面有漂亮的白色针状晶体产生，收集产品并称量。
2.5注意事项
脂肪提取器中滤纸套的大小既要紧贴器壁，又要塞取方便，其高度不得超过虹吸管。
纸套上面折成凹形，以保证回流液均匀润湿被萃取物。
当提取液变得很淡且提取器内的液体刚被虹吸下去时，立即停止加热。
然后改成蒸馏装置，蒸馏回收提取液中的大部分乙醇。
再把残留液倾人蒸气皿中，拌入1.5~2g生石灰粉，在蒸气浴上蒸干乙醇，注意不断搅拌并压碎块状物。
最后将蒸发皿放在石棉网上，用小火焙炒片刻，务使水分全部除去，冷却后，擦去沾在边上的粉末，以免在升华时污染产物。
生石灰的作用
在萃取回流充分的情况下，升华操作的好坏是实验成败的关健。
在升华过程中，始终都必须用小火间接加热。
温度太高会便滤纸炭化变黑，并把一些有色物质烘出来，使产品不纯。
无水咖啡因的熔点为234~237℃。
咖啡因是弱碱性物质，可以通过制备咖啡因水杨酸盐（熔点137℃）进一步确认。
还可以通过红外光谱的测定与标准品进行比较。
第三章改变条件产品比较
3.1条件改变试验
3.1.1水提取法
表-1水提取法条件对比试验
加热仪器
提取剂体积（ml）
煮沸时间（min）
实验次数
酒精灯
50
10
9
电热套
50
10
1
电热套
60
30
2
注：
①用酒精灯加热蒸发浓缩至少量液体时，蒸发皿下垫一石棉网。
②只有用水提法
可以用酒精灯加热，一些方法都不用明火加热。
3.1.2乙醇提取
法表-2乙醇提取法条件对比试验
提取剂体积比（乙醇∶水）
煮沸时间（min）
实验次数
1∶0
30
1
1∶1
60
1
1∶1
30
2
1∶1
10
4
3.1.3丙酮提取法
表-3丙酮提取法条件对比试验
丙酮（ml）
水（ml）
煮沸时间（min）
实验次数
15
35
10
2
3.2试验结果
3.2.1加热方式对产量的影响
表-4加热方式对产量的影响结果
加热仪器
提取剂
煮沸时间（min）
产量（g）
酒精灯
水（P1）
10
0.0048
电热套
水
10
0.0058
3.2.2提取剂对产量的影响
表-5提取剂对产量的影响结果
加热仪器
提取剂
煮沸时间（min）
产量（g）
电热套
水（60ml）
30
0.0171,0.0154
电热套
纯乙醇（P2）
30
0.0431
电热套
含水乙醇（1∶1）
30
0.0324，0.0302
电热套
含水乙醇（1∶1）（P3）
10
0.0343,0.0444,0.0323,0.0313
3.2.3煮沸时间对产量的影响
响表-6煮沸时间对产量的影响结果
加热仪器
提取剂
煮沸时间（min）
产量（g）
电热套
水（60ml）
30
0.0171,0.0154
电热套
水
10
0.0058
电热套
含水乙醇（1∶1）
60
0.0247
电热套
含水乙醇（1∶1）
30
0.0324，0.0302
电热套
含水乙醇（1∶1）
10
0.0343,0.0444,0.0323,
注：
以上比例均指乙醇与水的体积比。
第四章结果与讨论
4.1.加热仪器对实验结果的影响
用电热套加热比用酒精灯加热产量稍高。
用酒精灯加热，温度不宜控制，且受热不均，蒸发时有部分咖啡因升华而损失，导致产量偏低。
用电热套加热，可以调节电压，控制加热温度，在不至于使咖啡因升华的温度（<100℃）下蒸发，减少损失。
4.2.提取剂种类对实验结果的影响
有机溶剂提取比用水提取产量高。
醇提法比用30%丙酮水溶液提取产量高。
醇提法中，纯乙醇和含水乙醇（1∶1）提取产量相差不多，随着提取剂中乙醇含量的减少，产量也逐渐减少，越来越接近水提法产量。
可见，用含水乙醇（1∶1）提取最佳。
进行大批量生产时，乙醇可以回收利用。
4.3.煮沸时间对产量的影响
对于水煮法，煮沸30min比煮沸10min产量增加进3倍，用这种方法提高产量耗时较长。
对于醇提法，煮沸时间越长，产量越低，最佳煮沸时间为10min。
本人采取非封闭式煮沸，乙醇有所挥发，若采用不锈钢加热釜或缩合双套管分离装置的改进装置[提取效果更佳，产量更高。
第五章结论
综上所述，用电热套加热，煮沸时间相同10min，用含水乙醇（1∶1）提取产量最高，经济效益最佳。
为了节约乙醇，乙醇应回收再利用。
早在石器时代，人类已经开始使用咖啡因。
早期的人们发现咀嚼特定植物的种子、树皮或树叶有减轻疲劳和提神的功效。
直到很多年以后，人们才发现使用热水泡这些植物能够增加咖啡因的效用。
许多文化都有关于远古时期的人们发现这些植物的神话。
现在，每年咖啡因的国际销量已达到120000吨，这个数字相当于每天每个人消耗一份咖啡饮品，这也使它成为了世界最流行的影响精神的物质。
通过对咖啡因提取方法的研究，我们可以更经济更快捷的得到纯度高的咖啡因。
参考文献
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长沙：
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（2）:
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（2）:
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徽州师专学报（自然科学报），1996,6（6）:
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[7]阿有梅、张爱岭、周友红、潘成学、孟庆芳、贾陆，茶叶中咖啡因的提取、鉴定和含量分析。
河南医科大学学报，Sep.2000,
（1）:
致谢
本论文是在李丽娟老师的精心指导下完成的，从论文的选题、实验现象的讨论到每一点成果的取得，无不凝聚着李老师的心血。
李老师高尚的人品、严谨的科学态度、渊博的知识、孜孜不倦的敬业精神和对事业执着的追求，不仅使我学到了丰富的专业知识，也学会了许多做人的道理。
李老师教导学生细心认真，生活上关心同学，在此，谨向李老师表示最诚挚的感谢!
在这期间也要感谢各位专业老师对我的悉心教导，让我学到了很多专业知识，而且在为人处事上也悉心指导，使我受益匪浅。
此外，我要特别感谢我的父母，感谢他们这么多年来对我的鼓励与支持，才使得我取得今天的成绩。
感谢我的辅导员老师三年来对我的悉心教导。
三年的大学生活即将结束，但这三年中的点点滴滴都将深深的刻在我的脑海之中！
成为最美好的回忆。
感谢各位老师百忙之中对本文的审阅和不吝赐教。
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