茶籽粕化学组成和茶皂苷纯化、衍生物合成及活性

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秦巴山区茶园面积大,茶果资源丰富,伴随着茶籽油生产规模扩大,茶籽粕产生量逐年增加。陕西茶籽粕产生量达8000~10000吨/年,但目前利用率低,深度加工可有效延伸产业链。现有的茶籽粕提取分离生产茶皂苷主要问题是原料中多糖、淀粉、蛋白等杂质大量存在,高温状态下的物料黏稠、过滤困难,色深,能耗大、成本高,产品纯度低并导致下游产品少、应用面窄等系列问题。本论文针对以上问题在对茶籽粕组成成分分析、鉴定的基础上,开发了二级连续泡沫初步富集串联固定床吸附精制纯化的新型、高效和经济的生产工艺,并对茶皂苷产品的皂苷元及其结构修饰形成新化合物进行了初步探索研究。主要研究结果如下:(1)研究了茶籽粕主要化学组成,80%甲醇超声冷浸提取后分级萃取后结合一系列纯化方法,共分离得到25个化合物。其中五环三萜皂苷类化合物4个,生物碱类化合物3个,多酚类化合物10个,黄酮类化合物5个,内酯类化合物1个,苯丙素类化合物1个,甾醇类化合物1个。构建了可靠的茶皂苷紫外光谱法、高效液相色谱法含量分析方法,秦巴山区茶籽粕样品中茶皂苷的含量在11.5%-15%之间,开发价值大。(2)茶皂苷溶液具有典型活性剂溶液的一般特征,适合泡沫分离工艺进行分离富集;对茶皂苷泡沫从产生到趋于稳定的过程是进行了观察和分析,对排液模型进行描述,茶皂苷泡沫层6h以内保持高度的稳定性,泡沫携带皂苷能力强,泡沫柱450倾斜角条件下,泡沫层排液速度最快,可以有效提升分离工艺的富集比E。以单因素实验此为基础选择气体流速、分布器孔径、溶液温度3个影响显著的因素,通过响应曲面设计组合实验进行优化。实验室茶皂苷单级泡沫分离最佳工艺:进料液浓度16.0mg.mL-1,装液量1000mL,泡沫柱高度150cm,溶液温度26℃,单次鼓泡25min,气体分布器孔径在0.53mm,开孔率60%,空气表观流速94.61mL·min-1,溶液液层高度35cm,工艺的富集比平均值为5.11,消泡液中茶皂苷平均浓度为81.76mg.mL-1。一级泡沫分离后的残液进入二级泡沫分离,操作参数条件与一级相同,平均富集比为5.49,平均回收率为57.77%。消泡液合并后,经喷雾干燥获得粗品,总回收率78.45%,平均茶皂苷浓度为65.55 mg.mL-1,平均富集比为4.09,达到了从提取液中富集的工艺目的。喷雾干燥粗品中茶皂苷的含量约为48.37%,比初始物料有了明显提升,达到洗涤剂添加、混凝土发泡剂等产品的纯度要求。(3)对茶皂苷固定床吸附纯化工艺进行了研究。筛选出D101C为操作用树脂,对溶液中茶皂苷的微观过程可以用Langmuir吸附等温线拟合,R2=0.9981,说明Langnuir分子吸附模型对于固体表面的吸附作用相当均匀,以单分子层吸附为主;吸附焓△H、吸附自由能△G的计算结果显示吸附过程是自发进行的,高温不利于吸附进行;拟一级吸附动力学模型显示整个的吸附过程在300min以后基本达到吸附平衡,t与ln(1-qt/qe)成直线关系,且截距不为零,说明在树脂吸附茶皂苷的吸附速率受液膜扩散和颗粒扩散两重影响;两种脂吸附茶皂苷的过程为物理过程,吸附过程伴随放热,高温不利于吸附进行,振荡有利于吸附进行。速度控制步骤为部分:(1)茶皂苷在树脂表面液膜中的扩散速度;(2)树脂内的扩散速度。经过优化的实验室茶皂苷固定床吸附纯化小试工艺为:选用D101C树脂吸附茶皂苷,床层高度35cm,控制进样浓度14.5mg.mL-1,料液流速2.0BV·h-1,保持溶液温度308K,pH6.5,吸附6h时达到平衡。以2.0%NaOH溶液3BV冲洗柱床,后经乙醇:水(V/V)=20:80溶剂4.5BV洗脱除去柱床中的色素、多糖等杂质;采用80%乙醇浓度作为洗脱剂,用量8.0BV,洗脱率达到94.7%,经喷雾干燥后产品纯度达到90.5%。粗品在75℃进行溶解,4.5倍体积用量,结晶温度为0℃,结晶12h,产品纯度达到了96.68%,收率85.14%。茶皂素结晶分别进行了扫描电镜观察,自制的茶皂苷结晶的熔点为223-226℃,通过红外光谱、紫外光谱、显色反应、热失重分析对其进行了分析和确认。(4)获得了日产纯度>95.0%茶皂苷50kg中试工艺设计与物料衡算,并与企业联合进行了中试试验,得到的产品纯度平均为96.68%,达到了预期纯度目标。(5)研究了茶皂苷苷元制备方法及3个皂苷元衍生物的合成工艺。以2.0mol·L-1盐酸乙醇溶液沸水浴中水解6h得到茶皂苷苷元混合物,通过半制备液相色谱分离纯化制备了两个化合物单体,皂苷元I纯度98.67%,皂苷元II纯度98.93%。茶籽皂苷元II为底物,以两个三氯乙酰亚胺基糖为供体,利用一锅法连续糖基化策略首次完成了从Makoni tea发现的具有良好抑制α-葡萄糖苷酶活性的双糖链齐墩果烷皂苷1-3的简便合成。化合物1表现出较强的α-葡糖苷和α-淀粉酶的抑制活性,化合物2和3显示出对α-葡糖苷酶和脂肪酶很强的抑制作用。α-L-吡喃鼠李糖基与糖基片段是有利于提高其皂苷对a-淀粉酶抑制活性,芹菜糖苷特定的立体化学可能对脂肪酶的抑制活动有促进作用。
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