超声波辅助提取新技术及其分析应用研究

本文在详细综述了超声波辅助提取的机理和研究现状以及烟草、茶叶多酚提取分析方法的最新进展基础上，研究建立了基于超声波辅助提取新技术的一系列有实用价值、快速、高效的新方法。论文共有两部分组成。第一部分是烟草多酚提取净化研究，建立了动态超声波辅助提取以及同时过滤净化的新方法，以烟草多酚为研究对象分别合理地设计了提取系统和同时过滤净化系统的新装置，研究了过程的机理并成功地将建立的新方法应用于目标物的提取、过滤和净化中。第二部分是茶叶中儿茶酚和咖啡因分析研究。通过对动态超声波辅助提取系统的改进，强化了并完善了提取的效率，拓宽了该系统在植物样品提取分析中的应用范围。本文设计的新装置、建立的新方法对植物样品的制备、过程分析及品质评价具有广阔的应用前景。主要内容及研究成果归纳如下： 1．建立了超声波辅助动态提取（Dynamic ultrasound-assisted extraction，DUAE）的新方法。在动态提取过程中将超声波作为辅助能量施加到提取系统中，强化了目标物质转移的能力。设计了超声波辅助动态提取的新装置，调查分析了提取过程中影响目标物转移的因素，对转移的机理进行了分析。因为DUAE采用了动态封闭的提取模式，减少了时间和溶剂的消耗，同时降低了性质不稳定化合物的分解与氧化的可能性，因此非常适合此类化合物的提取分析。烟草多酚大多是多个羟基直接连接到苯环上，容易被氧化或分解，采用超声波辅助动态提取时，仅需要6 mL的无水甲醇和10 min的提取时间；提取溶液经过C18柱净化和浓缩后，采用HPLC-DAD能够进行准确的定量分析；回收实验和重复实验表明，回收率和相对标准偏差（RSD）分别达到了96-108％和2.0-4.6％。该方法与传统的静态超声波提取法比较，既节省了溶剂和时间，又获得了更高的回收率，因此有望取代传统的静态提取模式。 2．设计了同时过滤净化的新装置并将该装置应用到烟草多酚的同时过滤净化过程中；选择了有效的净化材料和适宜的淋洗溶剂，分析了过滤和净化过程中的机理；建立了简单有效的HPLC-DAD分析方法同时测定了烟草中的六种多酚，获得了分离分析的最佳条件。该研究为同时过滤净化烟草中多酚类化合物提供了理论依据和具体实践，同时对HPLC-DAD法分离分析多酚类物质也具有一定的参考价值。 3．考察了茶叶中儿茶酚和咖啡因的理化性质以及茶叶基质的性质，将DUAE法应用到儿茶酚和咖啡因的提取过程之中，由于DUAE的提取柱兼有过滤的功能，提取液不经过任何处理可以直接进样在HPLC-DAD上测定，提高了提取的效率并简化了整个分析的实验步骤。采用此方法分析绿茶和红茶中儿茶酚和咖啡因的含量时，线性范围、选择性、准确度、精密度和自动化程度均满足分析检测的要求，而提取的效率和速度远优于已有的化学提取法。通过本实验，拓宽了DUAE的应用范围。 4．建立了用HPLC-DAD灵敏快速分析茶叶中儿茶酚和咖啡因的新方法。确定目标物最佳吸收波长为205 nm，得到五种主要儿茶酚（EGCG，EGC，ECG，EC，+C）和咖啡因的测定限（LOD）为0.01-0.04μg·mL-1。选用C18短柱（150×4.6 mm，ID；5μm）作为分析柱对样品提取溶液进行分离，以乙腈和0.03％三氟乙酸溶液为流动相，在1 mL·min-1的流速下进行梯度洗脱，分析单个样品时色谱运行时间仅需15 min，克服了基线漂移、溶剂自身干扰等不利因素，目标物质的回收率在92-110％范围，相对标准偏差小于2.7％。该方法灵敏度高、稳定性好、速度快，适于儿茶酚和咖啡因含量很低样品（如红茶）的灵敏快速定量分析。