蠶豆莢甾醇的提取及其動力學(xué)研究和熱力學(xué)分析

楊旭 諸愛士 廖瑜晨

摘要：為了提高副產(chǎn)物老蠶豆莢的利用率，以乙醇水溶液為提取劑，研究了蠶豆莢甾醇的提取工藝，并對其提取過程進(jìn)行動力學(xué)研究和熱力學(xué)分析。通過單因素試驗(yàn)考察確定較優(yōu)的液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)及攪拌速度；于不同提取溫度下測得溶液中的甾醇濃度與提取時(shí)間的關(guān)系，選用一級動力學(xué)平板模型，對所得動力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；計(jì)算蠶豆莢甾醇提取過程的活化能、內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)、吉布斯自由能、焓和熵。結(jié)果表明，從蠶豆莢中成功提取了甾醇，甾醇收率可達(dá)6.2 mg/g；液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、攪拌速度、提取溫度、提取時(shí)間等對甾醇收率均有影響；適宜的提取工藝為液料比20∶1、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、攪拌速度200 r/min、提取時(shí)間1.0 h；一級動力學(xué)平板模型適用于描述甾醇提取過程；在考察溫度范圍內(nèi)，提取過程的活化能為22.50 kJ/mol；內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)值隨著提取溫度的升高從2.08×10-10 m2/min增大到4.95×10-10 m2/min；各提取溫度下提取過程的吉布斯自由能都小于0，顯示從老蠶豆莢中提取甾醇的過程是一個(gè)自發(fā)過程；蠶豆莢甾醇提取過程的焓為28.26 kJ/mol以及熵為102.26 J/（mol·K），表明蠶豆莢甾醇提取過程是一個(gè)吸熱、熵增的過程。研究所得結(jié)果可為蠶豆莢甾醇提取的規(guī)?；瘧?yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：蠶豆莢；甾醇；提??；模型；動力學(xué)；熱力學(xué)

中圖分類號：TQ645.98 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）11-0131-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.11.023 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

The extraction process of the sterols from faba pods and its kinetic investigation and thermodynamic analysis

YANG Xu1， ZHU Ai-shi2， LIAO Yu-chen2

（1.Zhejiang Wason Cold Chain Technology Co.， Ltd.， Hangzhou ?311121， China； 2.School of Biological and Chemical Engineering， Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou ?310023， China）

Abstract： In order to improve the utilization rate of the byproduct old faba pods， the extraction technology of the sterols from faba pods was studied with ethanol aqueous solution as the extraction agent， and the kinetic investigation and thermodynamic analysis of the extraction process were carried out. The optimal liquid-solid ratio， ethanol volume fraction and stirring rate were determined by single factor test investigation； the relationship between sterols concentration and extraction time was measured at different extraction temperatures， the first-order kinetic plate model was used to fit the experimental data； the activation energy， internal diffusion coefficient， Gibbs free energy， enthalpy and entropy of the extraction process of sterols from faba pods were calculated. The results showed that the sterols were successfully extracted from faba pods， and the yield of sterols was 6.2 mg/g. The liquid-solid ratio， ethanol volume fraction， stirring rate， extraction temperature and extraction time had effects on sterols yield. The suitable extraction process was the liquid-solid ratio of 20∶1， ethanol volume fraction of 80%， stirring rate of 200 r/min， and extraction time of 1.0 h. The first-order kinetic plate model was suitable for describing the extraction process of sterols. The activation energy of extraction was 22.50 kJ/mol in the range of temperatures examined. The internal diffusion coefficient increased from 2.08×10-10 m2/min to 4.95×10-10 m2/min with increasing extraction temperature. The Gibbs free energy of the extraction process was less than zero at all extraction temperatures， indicating that the extraction of sterol from old faba pods was a spontaneous process. The enthalpy and entropy of the extraction process of sterols from faba pods were 28.26 kJ/mol and 102.26 J/（mol·K）， which indicated that the extraction process of sterols from faba pods was endothermic and increased entropy. The results could provide reference for large-scale application of the extraction of faba pods sterols.

Key words： faba pod； sterols； exctraction； model； kinetics； thermodynamics

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年亞洲蠶豆（Vicia faba L.）產(chǎn)量占全球的88.5%，中國蠶豆種植面積占世界的36.68%，產(chǎn)量達(dá)1.11×104 kg/hm2，兩者均位列世界第一［1］。然而除去可食部分，剩余的青蠶豆莢一般用于加工飼料、堆肥或丟棄，老蠶豆莢用作燃料或就地焚燒，不僅用途單一、附加值低，造成資源的浪費(fèi)［2］，而且焚燒產(chǎn)生的煙塵、CO2也會對環(huán)境造成污染。據(jù)報(bào)道，蠶豆莢多糖含量高、木質(zhì)素含量低（分別為48.8%～56.5%和13.1%～14.4%），可用作替代資源開發(fā)利用［3］；Petersson等［4］研究了蠶豆莢中的生物質(zhì)在生物燃料-生物乙醇和沼氣生產(chǎn)中的潛力；Minajeva等［5］對蠶豆廢棄物用于球團(tuán)生產(chǎn)和能源轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，結(jié)果表明其可以被用作生物燃料；也有報(bào)道從蠶豆莢中提取了原花青素［6］；還有報(bào)道用蠶豆莢通過化學(xué)活化使其碳化合成硫磺和氮雙摻雜多孔碳材料，用作儲能裝置的電極材料［7］。這些研究均涉及農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，對環(huán)境的保護(hù)與改善亦具有積極作用。

植物甾醇是一種具有高生物活性的物質(zhì)，具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、降膽固醇、促生長等生理活性功能，被譽(yù)為“生命鑰匙”，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品、飼料、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)［8-10］。然而還鮮見文獻(xiàn)報(bào)道從蠶豆莢中提取甾醇，如果能將農(nóng)業(yè)廢棄物老蠶豆莢作為原料，從中提取較高含量的甾醇，就可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的循環(huán)利用，帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也能減少燃燒蠶豆莢時(shí)造成的環(huán)境污染，減少溫室氣體排放。已有文獻(xiàn)報(bào)道了從大豆莢中提取甾醇［11］，受其啟發(fā)，本研究用乙醇水溶液作為提取劑，探索從廢棄的老蠶豆莢中提取甾醇，先對提取工藝進(jìn)行單因素考察，然后在較優(yōu)的提取條件下進(jìn)行動力學(xué)試驗(yàn)，于不同提取溫度下測定溶液中甾醇的質(zhì)量濃度隨提取時(shí)間變化的規(guī)律，進(jìn)一步選用相關(guān)模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，求解提取過程的動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行提取過程的熱力學(xué)分析，以期為規(guī)?；瘧?yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：老蠶豆莢，采集于江西新余農(nóng)家。

試劑：豆甾醇標(biāo)準(zhǔn)品，廣州亮化化工有限公司；硫酸、無水乙醇，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；磷酸，浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司；氯化高鐵，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；以上均為分析純。

儀器：DK-S24型電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；T500Y型電子天平，常熟雙杰測試儀器廠；722E型可見分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司；800B型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理將老蠶豆莢去雜后在50 ℃烘箱中恒溫加熱烘干，直到質(zhì)量不再變化，進(jìn)行分裝，保存在干燥、鼠害不侵處。

1.2.2 甾醇質(zhì)量濃度的測定

1）繪制甾醇標(biāo)準(zhǔn)曲線：精密稱取豆甾醇標(biāo)準(zhǔn)樣品5.000 mg，溶于無水乙醇，定容至10 mL，豆甾醇質(zhì)量濃度至0.500 mg/mL，貯于棕色瓶中，低溫保存?zhèn)溆?。吸?.5 mL儲備液，用無水乙醇定容至25 mL，得到質(zhì)量濃度為50 μg/mL豆甾醇標(biāo)準(zhǔn)溶液［12，13］。

取6支20 mL具塞試管，分別編號，均添加4 mL磷硫鐵顯色劑，分別加入0、3、4、5、6、7 mL的50 μg/mL豆甾醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，并分別加入8、5、4、3、2、1 mL的無水乙醇，搖勻，顯色15 min，然后用分光光度計(jì)在520 nm波長處測定吸光度。以甾醇質(zhì)量濃度（X）為橫坐標(biāo)，以吸光度（A）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得到回歸方程：

A=0.001 7X-0.008 5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，X為甾醇質(zhì)量濃度（以豆甾醇計(jì)，μg/mL）；A為520 nm處的吸光度；相關(guān)系數(shù)R2=0.998 9，說明該方法線性良好。

2）蠶豆莢甾醇提取液質(zhì)量濃度測定：用移液管精確吸取離心后得到的蠶豆莢甾醇提取清液2.00 mL于10 mL具塞試管內(nèi)，加提取溶劑2.00 mL，再加磷硫鐵試劑2.00 mL，另取一支空管加入4.00 mL乙醇和2.00 mL磷硫鐵作對照?；靹?，靜置5 min，顯色10 min，冷水浴冷卻10 min，用分光光度計(jì)在520 nm波長處測定吸光度。

依照上述方法測定蠶豆莢甾醇的質(zhì)量濃度后，即可得到蠶豆莢甾醇的收率（單位質(zhì)量原料所提取得到的甾醇質(zhì)量）。蠶豆莢甾醇的收率計(jì)算公式如下：

[Y=XVB1 000M] ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，Y為蠶豆莢甾醇的收率（mg/g）；X為樣品的甾醇質(zhì)量濃度（μg/mL）；V為提取液定容體積（mL）；B為稀釋倍數(shù)；M為原料豆莢用量（g）。

1.2.3 甾醇提取 流程：設(shè)置恒溫水浴待其恒溫，稱原料樣投入三口燒瓶，加入乙醇水溶液，將燒瓶固定在恒溫水浴中，攪拌進(jìn)行提取，達(dá)到提取時(shí)間時(shí)取樣，離心，取上清液，測定濃度。

為確定各因素合適的條件，先進(jìn)行提取條件的單因素試驗(yàn)，原料采用蠶豆莢小片（2～3 mm），固定提取時(shí)間1.0 h、提取溫度70 ℃，分別研究液料比（提取溶劑體積與蠶豆莢質(zhì)量比，15∶1、20∶1、25∶1、 ? ? 30∶1、35∶1）、乙醇體積分?jǐn)?shù)（60%、70%、80%、90%、100%）、攪拌速度（50、100、150、200、250 r/min）對蠶豆莢甾醇提取效果的影響；然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動力學(xué)提取試驗(yàn)，于不同提取溫度下測得提取溶液中甾醇的質(zhì)量濃度隨提取時(shí)間變化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（可以觀察提取溫度和提取時(shí)間對收率的影響）。

1.2.4 動力學(xué)模型與參數(shù) 乙醇以較低的速度滲入蠶豆莢，甾醇溶解進(jìn)溶劑后以低速傳遞至固液界面，該過程對甾醇提取影響較大，是整個(gè)過程的限速控制步驟。蠶豆莢碎片基本是片狀，因此豆莢中甾醇成分的提取過程可以嘗試用一級動力學(xué)平板模型來描述。

對于片狀殼類物質(zhì)，可視為一維平板，擴(kuò)散在平板中心面的兩側(cè)對稱，分布在兩側(cè)的濃度任意時(shí)刻也必然對稱，所以物料內(nèi)部的有效濃度是均勻的。

一級動力學(xué)平板模型表示如下［14，15］：

[lnC∞C∞-C=kt+lnπC∞4C∞-C0] ? （3）

[k=π2Ds4L2] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中，t為提取時(shí)間（min）；k為提取速率常數(shù)（1/min）；Ds為內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)（m2/min）；L為距平板中心的距離（m）；C∞為提取平衡時(shí)溶液中甾醇的濃度（mg/mL）；C0為溶液中甾醇的初始濃度（mg/mL）； ? ? C為t時(shí)刻溶液中的甾醇濃度（mg/mL）。

繪制[lnC∞C∞-C]與t的關(guān)系圖，如果成線性，則說明一級動力學(xué)平板模型可以用來描述從老蠶豆莢中提取甾醇的過程，傳質(zhì)速率常數(shù)k可由直線斜率計(jì)算得到，C0、C∞可由直線截距計(jì)算，即可得到各提取溫度下的動力學(xué)方程。式（3）即可作為蠶豆莢甾醇提取的動力學(xué)模型，該模型可直觀反映出蠶豆莢的厚度、提取時(shí)間與蠶豆莢甾醇質(zhì)量濃度之間的函數(shù)關(guān)系。

由動力學(xué)基本知識可知，對低濃度下的擴(kuò)散過程，可用Arrhenius式將提取速率常數(shù)與提取溫度進(jìn)行關(guān)聯(lián)［16-18］：

lnk=lnA-Ea/RT ? ? ? ? ? ?（5）

式中，k為提取速度常數(shù)（1/min），由動力學(xué)模型擬合而得；A為指前因子（1/min）；R是氣體常數(shù)，為8.314 J/（mol·K）；T為提取溫度（K）；Ea為提取過程的表觀活化能（J/mol）。

利用所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)作lnk～1/T線性關(guān)系圖，就可由直線斜率和截距分別計(jì)算出活化能Ea和指前因子A。

根據(jù)式（4），提取速率常數(shù)k是內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)Ds、物料傳質(zhì)距離L（物料平板厚度的50%）的函數(shù)，根據(jù)各溫度下的速率常數(shù)k和已知的物料厚度，即可計(jì)算得各溫度下的內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)Ds。

1.2.5 熱力學(xué)分析 李亞峰等［16］對紅松松針甾醇提取過程進(jìn)行了熱力學(xué)分析，其中熱力學(xué)參數(shù)按照范德霍夫方程進(jìn)行估算：

[lnK=-ΔGRT=-ΔHRT+ΔSR] ? ? ? ? ?（6）

[K=YcYn≈C∞CT-C∞] ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

式中，K是平衡常數(shù)，無量綱；T是溫度（K）；R是氣體摩爾常數(shù)，為8.314 J/（mol·K）；ΔG為提取甾醇的自由能（kJ/mol）；ΔH為提取甾醇的焓（kJ/mol）；ΔS為提取甾醇的熵（J/（mol·K））。Yn是給定時(shí)間時(shí)原料中剩余的甾醇含量（mg/g）；Yc是給定時(shí)間時(shí)提取液中甾醇含量（mg/g）；CT為在考察的提取溫度范圍溶液中能達(dá)到的最高甾醇濃度（mg/mL）；C∞為各自溫度下提取平衡時(shí)溶液中甾醇濃度（mg/mL）。

根據(jù)式（6），以[lnC∞CT-C∞]對1/T作圖，由斜率可計(jì)算得ΔH，由截距計(jì)算得ΔS，再由ΔG=ΔH-TΔS可計(jì)算得ΔG［19， 20］。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取試驗(yàn)

2.1.1 單因素試驗(yàn)

1）液料比對甾醇收率的影響。在攪拌速度200 r/min、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%的條件下，考察蠶豆莢甾醇收率與液料比的關(guān)系，結(jié)果見圖1。由圖1可知，液料比的改變對甾醇收率有明顯的影響，當(dāng)液料比從15∶1 增加至20∶1時(shí)，對應(yīng)的甾醇收率發(fā)生了很大的提升，出現(xiàn)6.2 mg/g的最高值。這是因?yàn)橐毫媳鹊脑黾訒沟萌芤簼舛缺幌♂專瑐髻|(zhì)時(shí)的傳質(zhì)推動力增大，所以加快了傳遞速率。當(dāng)液料比大于20∶1時(shí)，甾醇收率卻開始不斷降低。造成此現(xiàn)象的原因可能是溶劑的增多使得試驗(yàn)過程中有更多的其他成分溶解萃出，從而影響目標(biāo)物的提取，并且這也導(dǎo)致后續(xù)的取樣、計(jì)量等操作時(shí)間的延長，增加了甾醇的降解與損失［11］。因此，選擇20∶1作為后續(xù)提取試驗(yàn)的適宜液料比。

2）乙醇體積分?jǐn)?shù)對甾醇收率的影響。在液料比20∶1、攪拌速度200 r/min的條件下考察蠶豆莢甾醇收率與乙醇體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，結(jié)果見圖2。由圖2可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)對甾醇收率的影響也很明顯。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，甾醇收率先隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，并且于乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)出現(xiàn)6.2 mg/g的最高值，隨后乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大對于收率的提高就造成了負(fù)面影響。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是甾醇是羥基類化合物，羥基具有活性并且能夠與乙醇和水形成氫鍵，所以甾醇在水中的溶解度和在有機(jī)溶劑中的溶解度有一定差異，而80%的乙醇溶液為最佳乙醇與水的配比，使得甾醇在此溶劑中溶解度最大。乙醇占比過高反而會影響其結(jié)合，且乙醇揮發(fā)性增大［11］。因此，選擇80%作為后續(xù)提取試驗(yàn)的適宜乙醇體積分?jǐn)?shù)。

3）攪拌速度對甾醇收率的影響。在液料比20∶1、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%的條件下考察蠶豆莢甾醇收率與攪拌速度的關(guān)系，結(jié)果見圖3。由圖3可知，攪拌速度對甾醇收率也存在一定的影響。在試驗(yàn)研究范圍內(nèi)，甾醇收率先隨著攪拌速度的加快而增加，這是由于攪拌能夠促進(jìn)物質(zhì)的傳遞與擴(kuò)散，加速原料含有的甾醇在溶劑中擴(kuò)散與溶出；甾醇收率在攪拌速度為200 r/min時(shí)達(dá)到最大值6.2 mg/g；之后甾醇收率反而隨攪拌速度的增加出現(xiàn)了下降，分析原因可能為過快的攪拌速度導(dǎo)致更多的蠶豆莢粉末飛濺并黏附于燒瓶壁面上，再加上早期溶解于溶劑的甾醇熱分解時(shí)間增長，從而使得甾醇收率有所下降［11］。因此，選擇200 r/min作為后續(xù)提取試驗(yàn)的攪拌速度。

2.1.2 動力學(xué)提取試驗(yàn) 用小片狀蠶豆莢，在液料比20∶1、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、攪拌速度200 r/min條件下，分別在323、333、343、353、363 K溫度下進(jìn)行提取試驗(yàn)，測定不同提取時(shí)間（t）下溶液中甾醇的濃度（Ct），兩者關(guān)系如圖4所示。由圖4可知，在同樣的時(shí)間點(diǎn)提取溫度越高，溶液中甾醇的濃度越大，并且甾醇濃度達(dá)到最高值所需的時(shí)間隨溫度的提升而縮短。原因是溫度越高，分子熱運(yùn)動越強(qiáng)，擴(kuò)散系數(shù)越大，加快了擴(kuò)散速度，甾醇能更快更多地從物料中溶入溶劑且從固體物料中進(jìn)入溶劑主體；同時(shí)溶液黏度隨溫度升高而降低，減少了傳質(zhì)阻力，使得提取速度加快；甾醇溶解度也隨溫度升高而增大，更多的甾醇被萃出，溶液濃度升高。但提取溫度過高、提取時(shí)間過長均會使已經(jīng)被萃出的甾醇熱分解，使溶液中的甾醇濃度下降［20］。

2.2 動力學(xué)

2.2.1 動力學(xué)模型擬合 將不同溫度下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以[lnC∞C∞-C]對t作圖，結(jié)果見圖5，模型擬合及參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。由表1可知，將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用一級動力學(xué)平板模型進(jìn)行線性擬合，R2均在0.98以上，說明5個(gè)提取溫度下試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合度均良好，從老蠶豆莢中提取甾醇的過程可以用此模型加以描述。同時(shí)，表1顯示提取溫度越高則提取速率常數(shù)k越大，這表明提取溫度越高，提取速率越大，其原因在于溫度升高，分子間的空隙增大、液體的黏度下降，致使分子的擴(kuò)散阻力減小、擴(kuò)散能力增大［20］。

2.2.2 表觀活化能 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和求得表1中的k值，作lnk～1/T圖，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，兩者可擬合成線性關(guān)系，回歸系數(shù)R2>0.95，線性較好，說明試驗(yàn)數(shù)據(jù)較好地符合Arrhenius方程，由此可以得出提取蠶豆莢甾醇過程在液料比20∶1、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、攪拌速度200 r/min等試驗(yàn)條件下的活化能Ea=2 706.4×8.314=22.50 kJ/mol，指前因子A=221.40 1/min。Ea>0，表明蠶豆莢甾醇的提取過程為吸熱過程，因此提高提取溫度有利于蠶豆莢甾醇的提取。兩者的關(guān)聯(lián)式為k=221.40e-2 706.4 1/T。

2.2.3 內(nèi)擴(kuò)散系數(shù) 經(jīng)測量，老蠶豆莢的厚度約為0.000 2 m，則傳質(zhì)距離L=0.000 1 m，根據(jù)k=π2Ds/4L2，代入各溫度下的提取速率常數(shù)k，可計(jì)算得各溫度下的內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)Ds，然后作Ds～T關(guān)系圖，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，兩者可擬合成指數(shù)函數(shù)，關(guān)系是Ds=3×10-20T7.886 3；回歸系數(shù)R2>0.95。隨著溫度的上升，內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)逐漸從2.08×10-10 m2/min增大到4.95×10-10 m2/min。這是因?yàn)闇囟仍礁撸肿訜徇\(yùn)動加強(qiáng)，溶液黏度下降，有利于溶質(zhì)的遷移，擴(kuò)散越快。

2.3 熱力學(xué)分析

在乙醇水溶液為溶劑的提取條件下，根據(jù)圖4可以看出，在提取溫度90 ℃下提取50 min時(shí)，提取達(dá)到平衡時(shí)所顯示的溶液體系中的甾醇濃度為最大，假設(shè)此時(shí)溶液中的甾醇濃度為老蠶豆莢中甾醇固有的質(zhì)量濃度CT。作[lnC∞CT-C∞]～1/T圖，結(jié)果如圖8所示。得到兩者間的線性方程關(guān)系式：[lnC∞CT-C∞=-3 399.5T+12.3]，依據(jù)該方程的斜率和截距計(jì)算得到焓ΔH、熵ΔS和吉布斯自由能ΔG的值，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在不同提取溫度下，ΔH為28.26 kJ/mol，ΔS為102.26 J/（mol·K），兩者數(shù)值都大于0，表明從老蠶豆莢中提取甾醇發(fā)生了吸熱、熵增，說明升高提取溫度有利于甾醇提??；由ΔG小于0可以判定甾醇提取能自發(fā)進(jìn)行，且可由ΔG值隨提取溫度升高而逐漸減小的現(xiàn)象推定提取溫度的升高會使得提取過程更容易進(jìn)行［20］。

3 小結(jié)

本試驗(yàn)用乙醇水溶液作溶劑，成功地從老蠶豆莢中提取了甾醇。碎片狀蠶豆莢在液料比20：1、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、攪拌速度200 r/min條件下提取甾醇能獲得較高的收率。在考察溫度范圍內(nèi)，溶液中的甾醇濃度隨提取溫度升高而增大，達(dá)到平衡所需時(shí)間隨提取溫度升高而縮短；但溫度不宜過高，時(shí)間不宜過長，否則提取的甾醇會熱降解；從老蠶豆莢中提取甾醇的過程可用一級動力學(xué)平板模型來描述；提取過程的表觀活化能為22.50 kJ/mol；內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)與提取溫度兩者關(guān)系為Ds=3×10-20T7.886 3；過程的焓為28.26 kJ/mol、熵為102.26 J/（mol·K），吉布斯自由能均小于0，說明乙醇水溶液提取蠶豆莢甾醇過程為自發(fā)、吸熱、熵增的過程；增加提取溫度，有利于實(shí)現(xiàn)從蠶豆莢中提取甾醇。

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