萝藦科三种能源植物脂溶性成分提取与转化利用研究

【摘要】近年来随着温室气体排放的增加和原油价格的高涨,世界许多国家开始高度重视发展生物燃料,将其视为解决环境问题和能源问题的重要途径。人们普遍认为以生物质能,尤其是以能源植物作为原料来发展生物燃料是较为理想的选择。我国是世界上植物资源最为丰富的国家之一,拥有极其丰富的具有开发生物燃料潜在价值的能源植物资源,筛选、开发、可持续地利用能源植物资源发展生物燃料,是我国发展新兴能源产业的需要,也是调整能源结构、增加农业收入的需要,对于改善生态环境、保障能源供给安全具有重要意义。本文筛选了我国北方常见的三种萝藦科植物(萝藦Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino、杠柳PeriplocasepiumBunge、地梢瓜Cynanchumthesioides(Freyn)K.Schum作为研究对象,以石油醚为溶剂,分析了不同提取方法对三种能源植物地上营养体中脂溶性成分提取得率的影响,优化了提取工艺条件,检测了脂溶性提取物的主要成分；着重探究了杠柳PeriplocasepiumBunge地上营养体水分和脂溶性成分含量的变化趋势,分析了杠柳PeriplocasepiumBunge脂溶性成分(油脂)的理化性质并研究了其转化为生物液体燃料(生物柴油)的工艺流程,测定了杠柳PeriplocasepiumBunge和萝藦Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino综纤维素和木质素含量。主要研究结果如下：(1)考察了超声波辅助提取法、闪式提取法对植物目的成分的提取工艺。在单因素试验的基础上,超声波辅助提取萝藦Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino脂溶性成分的优化工艺条件为超声波功率480W,提取时间52min,料液比1：12(g/mL),萝藦Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino脂溶性成分提取得率可达到8.4±0.13%；闪式提取法提取地梢瓜Cynanchumthesioides(Freyn)K.Schum脂溶性成分的优化工艺条件为提取电压145V,提取时间4min,料液比1：14(g/mL),地梢瓜Cynanchumthesioides(Freyn)K.Schum脂溶性成分提取得率可达到7.25±0.18%；超声波辅助提取杠柳PeriplocasepiumBunge脂溶性成分的优化工艺条件为提取时间70min,超声波功率730W,料液比1：10(g/mL),杠柳PeriplocasepiumBunge脂溶性成分的提取得率可达到6.14±0.28%。(2)经过气相色谱的检测,萝藦Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino植物体脂溶性提取物的成分主要为棕榈酸、亚油酸、亚麻酸、硬脂酸和烃类等；地梢瓜Cynanchumthesioides(Freyn)K.Schum植物体脂溶性提取物的成分主要为棕榈酸、亚麻酸、硬脂酸、油酸和烃类等；杠柳PeriplocasepiumBunge植物体脂溶性提取物的成分主要为亚油酸、棕榈酸和碳氢化合物等,可以作为制备生物液体燃料的原料。(3)杠柳PeriplocasepiumBunge植物体脂溶性成分和水分的含量与季节和气候有密切关系,根据脂溶性成分和水分含量变化趋势,采收杠柳PeriplocasepiumBunge的适宜时间为8—9月份。(4)通过对酸值、皂化值、过氧化值、碘价、相对密度、折光率、水分和杂质的测定,杠柳PeriplocasepiumBunge油脂的各项理化性质指标均在正常范围之内。(5)以杠柳PeriplocasepiumBunge油脂为原料,通过使用两步法制备脂肪酸甲酯(生物柴油),运用响应面分析法得到制备生物柴油的最优工艺条件：反应温度为60℃,磁力搅拌器转速为300r/min,反应时间为98min,醇油摩尔比为7：1,催化剂用量为1.1%。在此条件下,实际转化率可达到90.78±2.62%。通过两步法获得的脂肪酸甲酯总转化率为92.59%。气相色谱法检测杠柳PeriplocasepiumBunge油脂制备的脂肪酸甲酯主要成分为：亚油酸甲酯,棕榈酸甲酯,和少量的亚麻酸甲酯,油酸甲酯等。制备的脂肪酸甲酯(生物柴油)基本符合国家标准。通过精制纯化,副产物甘油的收率能达到预计值的40%,纯度可以达到90%左右。(6)杠柳PeriplocasepiumBunge综纤维素和木质素的含量分别为68.7%、13.1%,合计占总质量的81.8%；萝藦Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino综纤维素和木质素的含量分别为55.8%、4.9%,合计占总质量的60.7%。(7)基于能源植物利用现状和本文研究结果,从加强科学研究、开展综合管理、构建法律保障体系、完善政策体系、合理配置资源等方面提出我国能源植物资源可持续发展利用的建议。
【作者】金世超；
【导师】王建中；
【作者基本信息】北京林业大学，野生动植物保护与利用，2014，博士
【关键词】萝藦科；能源植物；脂溶性成分；提取；利用；

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