菠菜叶绿素的提取及叶绿素铜钠盐的制备.pdfVIP

泰山医学院学报 J OURNAL OF TAI S HAN MEDI C AL COL L EGE Vo 1 3 1 No 4 2 01 0 25 9 菠菜叶绿素的提取及叶绿素铜钠盐的制备 陈小全， 田坤新， 邵辉莹， 翟虎 ( 泰山医学院化学与化学工程学院 ， 山东 泰安2 7 1 0 0 0) 摘要： 目的 研究菠菜叶绿素的提取工艺并探讨其叶绿素铜钠盐的制备。方法 采用有机溶剂从菠菜 中提取 叶绿素， 对不同温度 、 不同时间下的色素提取率进行测试， 以确定最佳提取条件；同时在超声波作用下从菠菜 中提取 叶绿素， 以叶绿素的收率为指标， 运用正交法确定了乙醇超声提取菠菜叶绿素的最佳条件， 同时考察 了外在 因素对 叶绿素铜钠盐制备过程中的影响。结果 提取剂： 乙醇； 料液比 ： l ：5 ； 提取温度： 5 0 C； 提取时间： 6 0 m i n ； 超声波功 率： 2 0 0 W； 全过程叶绿素铜钠盐的收率可达 5 2 6 。结论本方法有助于菠菜叶绿素的提取及其叶绿素铜钠盐的 制备 。 关键词 ： 菠菜色素 ； 提取 ； 超声波 ； 制备 中图分 类号 ： T S 2 0 2 文献标识码 ： A文章编号 ： 1 0 0 4 - 7 1 1 5 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - 0 2 5 9 - 0 3 Ex t r a c t i on o f s pi n ac h pi g m e nt s by i mpr ov e d m e t h od a nd t h e pr e par a t i o n f o r s od i um c o pp e r c h l o r o ph yl l i n CHEN Xi ao q u a r t ，T I AN Ku n xi n， S HAO Hui y i n g， ZHAIHu ( C h e m i s t r y a n d C h e mi c a l E n n e e fi n g S c h o o l ，T a i s a n Me d i c a l U n i v e r s i t y ， T a ia n 2 7 1 0 0 0， C h i n a ) A b s t r a c t ： O b j e c t i v e ： T o s t u d y o n t h e e x t r a c t i o n p r o c e s s a n d i t s s t o r a g e c o n d i t i o n s o f s p i n a c h p i g me n t s M e t h o d s ： S p i n a c h p i g me n t w a s o b t a i n e d b y o r g a n i c s o l v e n t T h e e x t r a c t i v e r a t e a t d i ff e r e n t t e mp e r a t u r e s a n d t i me s w a s t e s t i f i e d t o d e t e r mi n e o p t i mum e x t r a c t i v e c o n di t i o n s At t he s a me t i me t h e t e c hn o l o g y o f s pi na c h e x t r a c t i o n wa s s t ud i e d by u s i n g y i e l d a s a n i n de x b y u l t r a s o n i ca s s i s t e d t e c h n i q u e T h e o p t i mu m e x t r a c t i o n c o n d i t i o n o f u l t r a s o n i ca s s i s t e d t e c h n i q u e a n d t h e p r e p a r a t i o n o f c o p p e r s o d i u m s a l t f r o m c h l o r o p h y l l we r e d e t e rm i n e d b y o r t h o g o n al e x p e rime n t Re s u l t s ：T e mp e r a t u r e w a s 5 0 ； T h e a mo u n t o f t h e s o l v e n t ( p e r 1 0 g p a p ri k a r e d p i g me n t )w a s 5 m l ，e x t r a c t i o n t i m e w a s 6 0 m i n u t e s ，u l t r a s o n i ca s s i s t e d t e c h n i q u e po we r wa s 2 0 0 W a nd y i e l d wa s 5 2 6 Co n c l u s i o n：Co mp a r e d wi t h t r a di t i o n a l e x t r a c t me t h o d，u l t r a s o n i ca s s i s t e d t e c h ni q ue c a n i mp r o v e t h e e x t r a c t i o n y i e l d Ke y wo r ds： s p i n a c h p i g me n t s；e x t r a c t i o n； Ul t r a s o ni c wa v e； s o di um c o pp e r c h l o r o p h y l l i n；p r e p a r a t i o n 食用色素是重要的食品添加剂 ， 分为合成色 素和天然色素两大类； 与合成色素相比， 天然色素最 大的优点是安全性较高 ， 色调柔和 、 自然 ， 且 不少具 有较高的营养价值和药理作用 ， 有利于人类 的健康 ， 但对光 、 热 、 p H及氧化还原剂 的敏感性较高 ， 溶解度 较小 ， 色素浓度较低 。叶绿素铜钠盐 是以富含 叶绿 素的天然植物为原料 ， 经过萃取精制加工所得 的叶 绿素的衍生物 。本 品为黄绿色至墨绿色粉末 ， 易溶 于水 ， 略溶于乙醇和氯仿 ， 溶液透明无沉淀。主要用 作 医药 、 F t 用化工 、 食 品、 除臭等工业的原料菠菜_ 2 中含有叶绿素 、 胡萝 b素 、 叶黄素等多种天然色素 。 叶绿素是植物进行光合作用所必需 的催化剂 ， 也是 食用绿色色素， 可用于糕点、 饮料水等中， 添加于胶 姆糖 中还可消除 口臭。胡萝 卜 素 的三种异构 体 中 B 胡萝 卜 素具有维生素 A的生理活性 ， 可代替维生 素 A使用 ， 也可以为食 品工业 的食用色素使用 ， 最 新研究报道 ， B 一 胡萝 卜 素还用防癌功能。由此可见 ， 菠菜色素有广泛 的用途 ， 对 于色素 的提取与分离就 具有现实意义。 超声波 。 辅助提取技术是近年来广泛应用于 天然植物提取领域 的一种最新的较为成熟 的手段 。 所 以， 超声波辅助提取菠菜色素具有很 高的研究价 基金项目： 泰山医学院青年科学基金 9 7 0 ， 泰安市大学生创新基金2 0 0 9 D 1 0 3 7 作者简介 ： 陈小全 ( 1 9 7 2一) ， 男， 山东宁阳人 ， 讲 师 ， 硕士 ， 主要 从事基础化学的教 学及天然产物 的提取与 分离工作 。 泰山医学院学报 J OURNAL OF T AI S HAN MEDI C AL C OLL EGE Vo 1 3 1 No 4 2 0 1 0 值 ， 本研究 目的是在不 同的提取 剂、 提取温度 、 提取 时间 、 料液比、 超声波辐射功率 、 辐射时间、 相同功耗 等条件下提取菠菜色素 ， 确定最佳的提取条件 ， 并研 究菠菜叶绿素铜钠盐的制备工艺。 1 仪器与试剂 溶剂 A、 溶剂 B、 氢氧化钠 、 硫酸铜 ， 乙醇 ， 丙酮 ， 石油醚 ， 四氯化碳 ， 正 丁醇 ， 苯 甲酸， 蔗糖 ， 均为 A R 级。7 3 2型可见分光光度计 ( 上海第三仪器厂 ) ， 比 色管 ， 超声波清洗器 ( D S 2 0 6 0型 、 Q - Z S O O B型 ) ， 分 析天平 ， 研钵 ， 移液管 ( 若干 ) ， 分液漏斗 ， 蒸馏设备 ， 胶头滴管( 若干) ， 玻璃棒 ， 烧杯 ( 若干) ， 锥形瓶 ( 若 干) ， 铁架台等。 2 实验 方 法 2 1 提取剂的选择 取乙醇 、 丙酮 、 石油醚 、 正丁醇各 5 0 m l 于锥形 瓶中， 分别 加入 5 O 0 g菠 菜叶 ， 在 室温条件 下 ， 用 D S 2 0 6 0型超声波清洗器处理 3 0 mi n 。取 0 5 m l 提 取液用乙醇稀释定容到 2 5 ml ， 在 h ma x= 4 3 0 n m处 用 7 3 2型可见分光光度计测其吸光度 A， 如表 1 所 不 n 表 1 提取 剂对提取 效果的影响(用 A值表 示，下 同) 从测量结果可以看出 ： 以乙醇的提取效果最好 ， 其余依次为丙酮 、 正丁醇 、 石油醚。但用丙酮或者正 丁醇作溶剂时 ， 延长提取时间或提高提取温度 ， 一样 能达到较好的提取效果 。考 虑溶剂 因素 ， 本研究选 用乙醇作浸提剂优化 。 2 2 料液 比的选择 称取 2 O 0 g ， 31 0 m m新鲜 、 干净 菠菜 叶于锥 形瓶中， 分别加入 6 m l 、 8 m l 、 1 0 m l 、 1 2 m l 、 1 4 m l 乙 醇 ， 在室温条件下 ， 用 K Q 一 2 5 0 D B型超声波清洗器处 理 3 0 rai n 。取 0 5 m l 提取液用 乙醇稀释定容到 2 5 ml ， 在 h ma x= 4 3 0 n m处用 7 3 2型可见分光光度计测 其吸光度 A， 如表 2所示。 表2 料液比对提取效果的影响 物料比 1 ：3 1 ：4 1 ：5 1 ：6 1 ：7 吸光度 A 0 2 6 3 0 2 9 2 0 6 2 5 、 0 4 8 2 0 4 6 5 由以上数据可知 ， 选择料液 比为 1 ：5 。 2 3 提取温度 的选择 取 2 O 0 g ， 31 0 m m新鲜 、 干净菠菜 叶于锥形 瓶中， 加入 l 0 ml 乙醇 ， 分别 在 3 O c c， 4 0 ， 5 O ， 6 0 C， 7 0 C， 8 0 C下 ， 用 K Q- Z S O O B型超声波清洗器 经过功率为 2 5 0 W 的超声波处理 3 0 m i n后 ， 取 0 5 m l 提取液用 乙醇稀释定容到 5 0 m l ， 在 h m a x= 4 3 0 n m处用 7 3 2型可见分光光度计测其吸光度 A， 如表 3所 示 。 表 3 温度 T ( ) 对提取剂提取效果 的影 响 温度 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 吸 光度 A 0 3 6 3 0 4 1 6 0 5 0 5 0 4 2 6 0 3 8 1 从数据可知 ， 随温度的增 大 ， 提取效果提高 ， 但 考虑到能耗 ， 选择 5 0 C为提取温度。 2 4 超声波提取时间的选择 称取 2 O 0 g ， 31 0 mm新鲜 、 干净菠菜 叶于锥 形瓶 中， 加人 1 0 m l 乙醇提取剂 ， 在 5 0 C处恒温 ， 用 K Q - 2 5 0 D B型超声波清洗器经过功率为 2 5 0 w 的超 声波 分别 处理 1 5 ra i n 、 3 0 rai n 、 4 5 rai n 、 6 0 m i n 、 7 5 ra i n 。取 0 5 m l 提取液用乙醇稀释定容到 2 5 m l ， 在 h m a x= 4 3 0 n m处用 7 3 2型可见分光光度计测其吸 光度 A， 如表 4所示 。 表 4 超 声波处理 时间 t ( m i n ) 对提取 效果 的影响 提取时间 mjn 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 吸光度 A 0 3 4 6 0 4 8 2 0 5 2 1 0 6 7 5 0 6 8 4 从 以上数据可知， 6 0 rai n的超声作用时间为宜。 2 5 超声波功率 的选择 称取 2 0 0 g ， 31 0 m m新鲜 、 干净菠菜叶于锥 形瓶中， 加入 1 0 ml 乙醇提取剂 ， 在 5 0 C处恒温 ， 用 K Q- Z S O O B型超声波清洗器 ( 额定功率为 2 5 0 W) 经 过功率分别为 1 5 0 W、 1 7 5 w、 2 0 0 W、 2 2 5 w、 2 5 0 W 的超声波处理 6 0 rai n后 ， 取 0 5 ml 提取液用乙醇稀 释定容到 2 5 m 1 ， 在 h m a x= 4 3 0 n m处用 7 3 2型可见 分光光度计测其吸光度 A， 如表 5所示。 表 5 超声波功率 P ( w) 对提取效果的影响 功率 W 1 5 0 1 7 5 2 0 0 2 2 5 2 5 0 吸光度 A 0 3 4 3 0 4 7 1 0 5 8 2 0 5 8 6 0 5 9 根据 吸光度 与功率 的数据 ， 考虑 到效率 ， 选择 2 0 0 W 为提取功率。 2 6 菠菜叶绿素铜钠盐 的制备 2 6 1 实验步骤和方法 叶绿素的提取及皂化过程 ： 通过正交试验探讨 皂化条件 ， 结果见表 6 。 表 6 皂 化反应的正交试验 影响 因素 比值 或数量 溶剂 总体积 m L 菠菜 叶重量 g 3 ：l 4 ：l 5 ：1 溶剂 A体积 m L 溶剂 B体积 ml 1 ：0 5 ：l l ：5 N a O H加入量 g 2 6 1 0 皂化温度 3 5 4 5 6 O 泰山医学院学报 J OURNAL OF TAI S HAN MEDI CAL COL L EGE Vo 1 3 1 No 4 2 01 0 在烧瓶 中加入提取 的叶绿素 ， 再按正交表 中的 配 比加 入溶 剂 A、 溶剂 B， 在 皂 化 温度 下 搅 拌 3 0 m i n ， 使叶绿素充分溶解 ， 滴入 N a O H溶液 ， 在 4 0 0 r m i n下搅拌反应 4 5 m i n 。反应结束后加入溶剂 A进 行萃取 ， 然后用溶剂 A洗涤 3次 。 根据正交试验 ， 得到最佳条件为 ： 溶剂总体积和 菠菜叶的重量 比为 4 ：1 ( m L g ) ， 溶剂 A体 积和 溶 剂 B体 积 比为 4： 1 ， 加碱 量 为 6 g ， 反 应 温度 为 4 5 “ C。铜代过程主要考察 了硫酸铜的加入量 ， 以及 铜代反应 的 p H值对反应 收率 的影响。硫酸铜的加 入量分别为理论量 的 1 1 、 1 0和 0 9倍 ； 碱铜代 时 p H=1 21 3 ， 酸铜代时 p H= 45 。铜代过程 ： 在洗 涤过的皂化液 中， 加入所需量的硫酸铜溶液 ， 分别在 4 5 、 搅拌转速 4 0 0 r mi n和碱性条件 ( p H=1 2 1 3 ) 或酸性条件 ( p H： 4 5 ) 下铜代反应 4 5 mi n 。反 应结束后 ， 冷却静置 ， 真空抽滤得到粗叶绿素铜钠盐 溶液 ， 结果见表 7 。 表7 铜代实验结果 酸化结 晶过程 ： 粗 叶绿素铜 钠盐溶 液 ， 用 H C 1 调 p H值至 2 2左右 ， 分别加入一定量 的结 晶诱导 剂 ， 搅拌 1 5 mi n ， 于 2 5 C静置 6 0 m i n ， 真 空抽滤 ， 得 到粗叶绿素铜酸 固体。若加入量少 ， 叶绿素不能完 全溶解 ， 对反应不利。至于两种溶剂 的体积 比， 因为 叶绿素在其中都能溶解 ， 所 以它对反应影 响小 。表 7表明碱性铜代优于酸性铜代 ， 所 以铜代工艺采用 碱性铜代方式 ， 在碱性铜代 中， 又以理论摩尔 比值的 0 9倍铜加入量为好。酸化结 晶过程铜代 反应结束 后 ， 产物实际上是 以叶绿素铜钠盐 的形式存在于铜 代液中 ， 酸化结 晶过程 主要 目的是通过酸化和结晶 的方法 ， 将产物 以叶绿素铜酸 ( 固体结晶 ) 的方式从 铜代液中析 出， 便于后面的产物精制 。过程的酸化 终点 p H值一般应控制在 2 0左 右， 否则产物 析出 不完全， 影 响得率 ； 但是 酸化终 点 p H值也 不能太 低 ， 本研究酸化终点 p H值控制在 2 0 2 2 ， 调节溶 液 的 p H后 ， 产物还不能顺利地从溶液 中析出 ， 还必 须加入结晶诱导剂 ， 促进产物析出， 结晶诱导剂的加 量对得率有一定 的影响。 3结 果与 结论 从实验结果可以看 出， 就菠菜叶绿素而言 ， 当超 声波辐射时间、 溶剂 、 物料 比一定 时， 辐射功率越高 ， 溶出的叶绿素越多； 而相同辐射功率的情况下， 辐射 时间的越多 ， 溶 出的红色素也越多。因此超声波的 使用能够降低叶绿素的提取时间并使提取效果有所 提高。考虑到色素的热稳定性及功耗 ， 辐射时 间及 功率也不是越大越好。超声波作用下菠菜叶绿素的 提取应 以乙醇为提取液 ， 料液比 l ：5、 辐射功率 2 0 0 W、 超声时间 6 0 m i n 、 提取温度 5 0 C的条件为宜 ； 而 整个过程叶绿素铜钠盐 的产率可达 5 2 6 。 参考文献 ：