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近年来微波辅助提取技术发展迅速,它具有快速、高效、污染小、溶剂用量少、能耗低等特点,在中药有效成分的提取中的应用越来越受到重视。本文采用密闭微波辅助提取(PMAE),研究了鳞茎药材石蒜中石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏以及木质药材虎杖中白藜芦醇和大黄素的提取方法,系统地探讨了微波辅助提取石蒜和虎杖中这些有效成分的热力学和动力学机理。本文共分为以下三个部分:
I.介绍了微波加热的原理和特点,综述了传统溶剂提取法在中药有效成分提取过程的基础研究,阐述了微波辅助提取中药有效成分的原理、装置及其机理研究的进展。
II.以石蒜和虎杖为研究对象,建立了石蒜中石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏以及虎杖中白藜芦醇和大黄素的提取分析方法,研究了微波辅助消解-石墨炉原子吸收光谱法测定石蒜中镉、铅和铬的分析方法。
1 建立了密闭微波辅助提取-高效液相色谱测定石蒜中石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的分析方法。用正交试验设计结合单因素试验优化了提取溶剂、固液比、样品颗粒度、提取温度、提取时间等提取条件,以三乙胺水溶液(pH=9。0)-乙腈-甲醇作为流动相进行分析,石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏的检出限分别为0.99、1.02和2.04 mg/L,它们的加标回收率和RSD分别在85.3~92.3%和2.2~5.7%之间。与传统的溶剂回流法(SRE)相比,该方法快速、高效。结合GC-MS分析研究了10个产地石蒜、水仙、葱莲和朱顶红等石蒜科植物中的生物碱。
2建立了微波辐射-溶剂回流提取(PMIRE)石蒜中石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏等生物碱的方法。研究了微波功率、辐射时间、样品颗粒度、样品加水量及提取溶剂等因素对石蒜生物碱提取率的影响。研究表明:石蒜样品经微 波辐射再回流提取,提取率明显提高。
3建立了密闭微波辅助提取一高效液相色谱测定虎杖中白藜芦醇和大黄素的分析方法。微波提取的优化条件为:微波功率300W,样品颗粒度80mesh,乙醇溶剂30 mL,提取温度80℃,提取时间2min。以甲醇一醋酸水溶液(pH =3.4)为流动相进行分析,白藜芦醇和大黄素的检出限、加标回收率和RSD分别为0.61和1.74 mg/L、90.6%和 95.3%、1.3%和3.4%。与传统的SRE法相比,该方法快速、高效。
4建立了微波辅助消解一石墨炉原子吸收光谱法测定石蒜中镉、铅和铬的分析方法,以NH<,4>H<,2>PO<,4>作为基体改进剂,方法的检出限分别为0.067、0.81和1.2 μg/L,它们的加标回收率和RSD分别在87.8~103%和1.2~3.1%之间。并用该方法分析了不同产地石蒜中镉、铬和铅的含量。
Ⅲ.从热力学、动力学和细胞微观结构角度,系统地研究了密闭微波辅助提取石蒜和虎杖中有效成分的机理。
1.研究了密闭微波辅助提取石蒜中石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏以及虎杖中自藜芦醇和大黄素提取的热力学机理。计算了各组分的热力学函数ΔH<0>、△S<0> 和△G<0>,讨论了它们的化学结构与热力学行为的关系,采用扫描电镜观察了PMAE和SRE提取后样品细胞结构的变化。结果表明:在PMAE和SRE提取过程中,石蒜和虎杖的提取均是一个吸热熵增的过程;但微波的作用引起 石蒜和虎杖细胞结构发生了显著变化,提取过程的热力学函数变化较大,有利于PMAE迅速达到提取平衡。
2.研究了密闭微波辅助提取石蒜中的石蒜碱、力可拉敏和加兰他敏以及虎杖中大黄素和白藜芦醇的动力学机理,采用扫描电镜观察了PMAE和SRE提取后样品细胞结构的变化。结果表明:由于石蒜和虎杖药材基质的差异,它们的PMAE过程表现出不同的动力学机理,石蒜的提取是基于内部扩散传质控制机制,而虎杖提取则属于细胞破壁引起的界面反应控制机制。与传统的SRE相比,PMAE降低了提取组分的表观活化能,表观速率常数明显增大,提高了传质扩散速率。
3.根据中药材提取的非稳态扩散过程,基于Fick第二定律建立了密闭微波辅助提取石蒜和虎杖中有效成分的动力学数学模型,通过实验验证了模型,该模型较好地反映了石蒜和虎杖的PMAE提取特征。计算了石蒜和虎杖各有效成分在PMAE提取过程中的扩散系数,并引入增强因子定量地表征了微波对溶质分子扩散传质的影响及其对不同基质药材作用的差异。