表面活性剂双水相萃取分离茶氨酸研究

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茶氨酸是国内外天然药物、天然保健品、功能饮料领域最具潜力的功能成分之一,但人体内不能合成。目前获得茶氨酸仅有化学合成和从茶叶中提取分离两种方法,化学合成法存在原料不易得、有污染、有毒和难提纯(D和L型)等缺点;从茶叶中提取茶氨酸,茶氨酸含量仅1%~2%,提取工艺复杂,生产成本高,又容易被Pb2+、Cu2+、S2-等污染。考虑到生产茶多酚的废液中含有部分茶氨酸,若能较低成本将其分离出来,不仅获得了利用价值极高的茶氨酸,而且可以很好的解决茶多酚生产厂家工业废液的出路问题。因此,安全有效地从茶多酚废液中获取茶氨酸具有重要的实际意义。近年来,双水相在生化领域中得到广泛应用。因为双水相系统既可以满足生物物质所要求的水环境,又易于使工艺过程放大。高分子双水相系统在生物分离技术中的作用已将这种优势初步展现出来。由于表面活性剂系统的双水相在某些方面具有比高分子系统的双水相更优越的特点,如表面活性剂的浓度低、选择性高、具有可调节性等,而且目前没有表面活性剂双水相系统萃取分离茶氨酸的研究,这是一个有待被研究开发的领域。本论文以生产茶多酚所得废液为原料,首先研究了茶多酚废液中茶氨酸的分析检测方法,并分析了茶多酚废液原料的主要成分,选出适合检测原料中茶氨酸的方法。其次选用阴离子表面活性剂(SDS)和阳离子表面活性剂(CTAB)配制双水相,探索该双水相的物理化学性质,并用该双水相萃取分离原料中的茶氨酸;最后制作PEG与硫酸铵的相图,探讨不同PEG分子量、浓度,不同硫酸铵浓度,不同温度下的双水相情况,并用该双水相萃取分离原料中的茶氨酸。主要研究结果如下:1.茶氨酸分析检测方法研究: HPLC法、TLC法、茚三酮显色法中的HPLC法更适合于原料中茶氨酸的分析检测,色谱条件为C18色谱柱,检测波长210nm,0.08%三氟乙酸水溶液做流动相。2.茶多酚废液原料成分分析:茶多酚废液中各成分含量:固体不溶物约8.4%,茶氨酸约2.3%,糖类约42.1%,蛋白质约4.3%,茶多酚约1.8%,剩余为无机盐、果胶及其他少量杂质;在萃取茶氨酸时,需要同时考虑主要成分糖类和蛋白质的分配情况。3.SDS/CTAB双水相萃取分离茶氨酸研究:(1)SDS/CTAB/H2O三元相图被分割为3类区域:①均相区,SDS/CTAB摩尔比从100/0至75/25以及25/75至0/100;②沉淀区,SDS/CTAB的摩尔比从67/33至33/67;③双水相区包含两部分:ATPSa区,SDS/CTAB摩尔比从74/26至68/32,总SAA浓度小于0.046mol/L时无法形成双水相;ATPSc区,SDS/CTAB摩尔比从32/68至26/74,总SAA浓度小于0.037mol/L时无法形成双水相。双水相区中相比R随CTAB摩尔含量的增大而增大,随着SAA总浓度的减小而减小。(2)SDS/CTAB混合系统中加NaBr或Na2SO4,能使分相时间缩短至不加盐时1/5左右,相界面更加稳定,且NaBr对于双水相成相时间的减少作用、相界面稳定及相区宽度均优于Na2SO4。所以萃取茶氨酸时向SDS/CTAB系统中加NaBr。(3)随着CTAB摩尔含量的减小,茶氨酸的分配系数由0.57减小到0.06,蛋白质在上下两相的分配系数最低为21.9,最高达111.5,糖类的分配系数也逐渐减小直到为0,所以CTAB的摩尔含量在成相的基础上越低越好。(4)在SDS/CTAB=2.8/7.2的条件下,增大茶多酚废液的浓度,茶氨酸与糖类的分配系数逐渐减小,蛋白质的分配系数逐渐增大,当茶多酚废液浓度为36mg/mL时,茶氨酸和糖类在下相的萃取率达100%,蛋白质及其他有颜色物质都在上相,能较好实现茶多酚废液原料中茶氨酸和糖类与蛋白质和其他有色物质的分离。4.PEG/硫酸铵双水相萃取分离茶氨酸研究:(1)PEG分子量越大,形成双水相所需的硫酸铵质量分数越小;PEG质量分数一定条件下,PEG分子量越大,需要的硫酸铵质量分数越低;在硫酸铵质量分数一定时,形成双水相所需不同分子量PEG的质量分数大小依次为:PEG1000>PEG4000> PEG6000> PEG10000;增大PEG分子量,可以缩短分相时间。综合评价后选PEG4000。(2)在成相范围内,增大PEG4000浓度不影响茶氨酸与蛋白质分配系数,但明显增大糖类的分配系数,综合考虑选择PEG4000质量分数为10%;增大硫酸铵浓度,茶氨酸与蛋白质的分配系数均减小,而糖类的分配系数增大,选择硫酸铵质量分数为15%。(3)升高温度,分相时间缩短,同时使茶氨酸、蛋白质、糖类的分配系数均减小。因此升高温度对茶氨酸的萃取分离没有作用,但可使分相时间明显缩短,选择萃取温度为30℃。(4)PEG/(NH4)2SO4双水相萃取分离茶多酚废液中的茶氨酸时,较佳的操作条件为:恒温30℃下PEG4000质量分数10%,硫酸铵质量分数15%,此时茶氨酸的分配系数K1 = 0.16、蛋白质的分配系数K2 = 0.28、糖类的分配系数K3 = 9.80,茶氨酸在下相的萃取率为89.5%,即此系统可将茶氨酸、蛋白质与糖类及其他有色物质分开。5.综合各研究结果得到:表面活性剂双水相萃取分离茶多酚废液中的茶氨酸,先后用本研究中的2个双水相系统(SDS/CTAB、PEG/硫酸铵)可以将茶氨酸与蛋白质、糖类都分开,即两个系统同时使用可将茶多酚废液原料中的茶氨酸萃取分离出来。
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