（农业工程专业论文）万寿菊叶黄素提取皂化和超临界co2萃取参数优化试验.pdf

摘要 万寿菊属于菊科类植物，富含叶黄素。叶黄素因对人体有着重要的生理功能且具有很强的着 色效果而越来越受到人们的重视。因此，对万寿菊中叶黄素进行提取研究具有现实意义。 比较了乙醇、丙酮、石油醚、正己烷和四氢呋喃提取万寿菊叶黄素得至溶液的吸光度，得出 四氢呋喃适宜作为提取溶剂。通过试验对叶黄素的稳定性进行了研究，发现叶黄素对温度、光和 氧气都很敏感，极易被氧化。 以四氢呋喃为提取溶剂，在常温下对万寿菊叶黄素的同时提取皂化工艺进行了研究。通过单 因素和正交试验，分别考察了溶剂量、反应时间、k o h 乙醇溶液浓度对叶黄素提取率的影响， 确定了优化工艺参数为：溶剂量5 0m i g 、反应时间6h 、k o h 乙醇溶液质量浓度0 1 5 9 m l ，此 条件f 叶黄素提取率达到9 0 以上。分别利用高效液相色谱和质谱对叶黄豪标准品谱图和样品的 谱图进行比对鉴定，得出试验提取的叶黄素产品与标准品为同种物质。 采用超临界c 0 2 工艺对万寿菊叶黄素萃取工艺进行了研究，考察了夹带剂乙醇的不同质量分 数、萃取时间、萃取压力和温度对萃取物得率和萃取物中叶黄素含量的影响。结果表明：质培分 数5 为最佳的乙醇夹带剂添加最，2 5h 为最佳萃取时间、4 0m p a 为最佳萃取压力、4 0 为最佳 萃取温度。 关键词；万寿菊，叶黄素，提取，皂化，超临界c 0 2 萃取 a b s t r a c t m a r i g o l df l o w e r s ( t a g e t e se r e c t al ) ，w h i c ha r e ar i c hs o u r c eo fh i t e i n ，b e l o n gt oc o m p o s i t a e f a m i l y l u t e i ni sp h y s i o l o g i c a l l yf u n c t i o n a lt oh u m a nb o d ya n do fs t r o n gp i g m e n t a t i o n t h e r e f o r e ，i ti s s i g n i f i c a n t l yi m p o r t a n tt os t u d yt h ee x t r a c t i n gt e c h n o l o g yo fl u t e i nf r o mm a r i g o l d 。 u s i n ge t h a n o l ，a c e t o n e ，p e t r o l e u me t h e r , n - h e x a n ea n dt e t r a h y d r o f u r a na se x t r a c t i n gs o l v e n t so f l u t e i nf r o mm a r i g o l da n dt h e i rd i f f e r e n c ei nt h ea b s o r b e n c yo fx a n t h o p h y u st h e r e o fh a v eb e e ns t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt e t r a h y d r o f u r a nw a sa p p r o p r i a t et ob ee x t r a c t i n gs o l v e n t t h es t u d yo fl u t e i n s t a b i l i t yw a sa l s oc a r r i e do u ti no u re x p e r i m e n t sa n dt h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tl u t e i ai ss u s e e p t i b l et ob e o x i d i z e du n d e rt h ec o n d i t i o no fh e a t ，l i g h ta n do x y g e n ，w h i c hi st h es a m ea st h a ti nt h el i t e r a t u r e u s i n gt e t r a h y d r o f u r a n ( t h f ) a se x t r a c t i n gs o l v e n t ，s i m u l t a n e o u s l ye x t r a c t i n ga n ds a p o n i f y i n g t e c h n o l o g yf r o mm a r i g o l dw a ss t u d i e da tr o o mt e m p e r a t u r e t h ee x t r a c t i o ne f f e c t so ft h fv o l u m e ， r e a c t i o nt i m ea n dc o n c e n t r a t i o no fp o t a s s i u mh y d r o x i d ei ne t h a n o lo nt h ey i e l do fh i t e i nw e r ee x a m i n e d 1 1 1 er e s u l t ss h o wt h a tt h fv o l u m e ，r e a c t i o nt i m eh a v ear e m a r k 曲l ee f f e c to nt h ee x t r a c f i o ny i e l do f l u t e i n b a s e do nt h ee x p e r i m e n t s ，t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g nw a sa d o p t e di nt h ep r o c e s so f e x t r a c t i o n t h ee f f e c t so f 唧v o l u m e r e a c t i o nt i m e a n dc o n c e n t r a t i o no fp o t a s s i u mh y d r o x i d ei n e t h a n e lo nt h ee x t r a c t i o ny i e l do fl u t e i na n dt h el u t e i nd e t e c t i o nc o n t e n tw i t hh p l cm e t h o dw e r e i n v e s t i g a t e db yt h eo r t h o g n n a le x p e r i m e n t so fl “3 ，w h i c hs u g g e s t sa l lo p t i m u me x t r a c t i n gt e c h n o l o g y t h a tt h fv o l u m ew a s5 0m j g ，r e a c t i o nt i m ew a s6h ，a n dc o n c e n t r a t i o no fp o t a s s i u mh y d r o x i d ei n e t h a n o lw a s0 1 5g m l t h el u t e i ny i e l dw a sl n o r et h a n9 0 u s i n gt h eo p t i m i z e dt e c h n o l o g y , t h i sp a p e rs t u d i e st h ee x t r a c t i o no fx a n t h o p h y l l sf r o mm a r i g o l db ys u p e r e r i t i c a lc 0 2t e c h n o l o g y ( s f e ) a s w e l l t h ee f f e c t s o f d i f f e r e n t m a s sc o n c e n t r a t i o n o f e t h a n o l m o d i f i e r a n de x t r a c t i n g t i m eo n t h e y i e l do fe x t r a c ta n dt h ec o n t e n to fx a n t h o p h y l l sw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h eo p t i m u m m a s sc e n c e n t r a t i o no fe t h a n o lw a s5 a n de x t r a c l i n gt i m ew a s2 5h b a s e do nt h ee x p e r i m e n t s t o o p t i m i z es f ef o rx a n t h o p h y u s ，t h ef r a e t o r i a le x p e r i m e n td e s i g nw a sc o n d u c t e d t h ef a c t o r s t ob e a s s e s s e di n c l u d e dt h ep r e s s u r eo ft h ee x t r a c t i o nf l u i da n dt h et e m p e r a t u t eo ft h es a m p l ec h a m p e r , r e s u l t s u g g e s t st h a tt h e i re f f e c t so nt h ee x t r a c ty i e l da r en o ts i g n i f i c a n t ，w h i l es i g n i f i c a n to nt h ec o n t e n to f x a n t h o p h y l l s t h ef r a c t o r i a le x p e r i m e n ts u g g e s t st h eo p t i m u me x t r a c t i n gp a r a m e t e r se a ub eo b t a i n e d w i t h5 o fe t h a n 0 1 6ho fe x t r a c t i n gt i m e 4 0m p ao fp r e s s u r ea n d4 0 c o m p a r i s o n so fs t a n d a r d h i t e i nw i t hl u t e i np r o d u c e db yo u r s e l v e sb yi - i p i cc h r o m a t o g r a ma n dm sh a v eb e e nm a d ea n dt h e r e s u l t ss h o wt h a tt h es t a n d a r da n dt h ee x t r a c t e dw e r et b es a i i 砖 k e yw o r d s ：m a r i g o l d ；l u t e i n ；x a n t h o p h y l l s ；e x t r a c t ；s e p o n i f i c a l i o n ；s f ec 0 2 i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：t 够 时间： 汩年月。日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：曼振 时间：2 一衫年月，2 日 导师签名：4 棒隹 时间：”f 年占月温日 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 1 1 1 类胡萝l 、素 第一章绪论 类胡萝h 素( c a r o t e n o i d s ) 属于类萜化合物，是胡萝h 素( c a r o t e n e ) 和叶黄素( x a n t h o p h y l l s ) 两大类色素的总称。类胡萝h 素按其化学结构可分为两类，分子中不含氧原子的碳氢族类胡萝h 素被称为胡萝h 素族：分子中含氧功能团( 如羟基、环氧基、甲氧基、酮基、羧酸等) 的衍生物 及其酯类则被称为叶黄索族( 惠伯棣，2 0 0 5 ) 。胡萝h 素和叶黄素具有共同的化学结构特征，分 子中心都是多烯键的聚异戊二烯长链，以此为基础，通过末端的环化、氧的加入或键的旋转及异 构化等方式产生出很多衍生物。目前，已知的类胡萝h 素的成员大概有6 0 0 多种，其中具有重要 生物学功能的约5 0 多种( 范立梅，2 0 0 1 ) 。 类胡萝h 素的分类： 1 ，胡萝h 索类( c a r o t e n e s ) ：为共轭烯烃，包括：胡萝h 素、p 一胡萝h 素、y 胡萝h 素和番茄 红素，分子式均为c 沮5 6 ，、b 、7 - 胡萝h 素具有维生素a 前体功能，在自然界分布很广， 如动物、植物、微生物体内均有存在，但主要存在于水果、蔬菜中；番茄红素( 1 y c o p e n e ) ， 不具维生素a 前体功能，但具有强抗氧化消除自由基功能，主要存在丁番茄、西瓜、紫色柚 中( 王业勤，1 9 9 7 ) 。 2 叶黄素类( x a n t h o p h y l l s ) ：为共轭多烯烃含氧衍生物，可以醇、醛、酮、羧酸形式存在( j o h n s o n ， 2 0 0 4 ) 。叶黄素类物质存在于各种蔬菜和水果中( 见表1 - 1 ；a i r e s ，2 0 0 4 ) 。叶黄素类主要包 表1 1 各种蔬菜、水果和花卉中叶黄素含量 t a b l e l - 1 x a n t h o p h y l l sc o n t e n t o f v a r i o u sv e g e t a b l e s f m i t sa n d f l o w e r s 夔苤堕重童! ! 鲤坠! 花椰菜2 , 4 4 5 洋白菜1 3 1 0 胡罗i -3 5 8 玉米884 绿豆6 4 0 万寿菊8 0 0 0 0 甘蓝3 9 5 5 0 散叶莴苣2 6 3 5 橙子1 8 7 木瓜7 5 大豆1 3 5 0 菠菜1 1 _ 9 3 8 冬瓜3 8 南瓜 2 , 1 2 5 两红柿1 3 0 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 括；玉米黄质( z e a x a m h i n ) ，分子式c 4 0 h s 6 0 2 ，主要存在于玉米、辣椒、桃、柑桔、蘑姑中；隐 黄素( c r y p t o x a n t h i n ) ，分子式c 4 0 h 5 6 0 ，主要存在丁_ 番小瓜、南瓜、辣椒、黄玉米中；叶黄素( 1 u t e i n ) ， 分子式c 4 0 h 5 6 0 2 ，又叫黄体索，主要存在于万寿菊( 金盏花) 、甘蓝、菠菜等植物中；辣椒红素 ( c a p s a n t h i n ) ，分子式c 4 0 h 5 6 0 s ，主要存在辣椒中。 1 1 2 叶黄素 1 ，1 2 1 叶黄素的结构与性质 叶黄素( l u t e i n ) 是一种无维生素a 活性的类胡萝b 素醇分子量为5 6 8 8 5 。纯叶黄素为棱 格状黄色晶体，有金属光泽，熔点1 8 3 c 1 9 0 c 。纯度较高的叶黄素为橙黄色粉末，有弱的干草 气味，难溶于水、甲醇等极性较高的溶剂，易溶于四氢呋喃、乙酸乙酯、石油醚等极性较低的有 机溶剂中( 见表1 2 ) 。( 凌关庭2 0 0 2 ) 。 表1 - 2叶黄素在不同溶剂中的溶解度 t a b l e1 - 2s o l u b i l i t yo f l u t e i ni nd i f f e r e n ts o l v e n t s 溶剂溶解度mgl 差 丙酮 乙 赌 氯仿 乙 醇 乙醚 己 烷 甲醇 甲苯 环己烷 环己酮 异丙醇 二氯甲烷 乙酸乙醋 四氢呋哺 叔丁酸甲酯 二甲基甲酰胺 叶黄素的稳定性受物理、化学及生物因素包括光辐射、高温、酸、碱、游离卤素、水分状况 等的影响较大，但氧是影响其稳定性的最主要因素，特别是纯的结晶产品更易被氧化破坏。网而 需密闭真空或充入惰性气体包装，避免光照并且低温( 2 0 ) 保存。 人们最初仅在水果和蔬菜中发现单一结构的叶黄素，后来又相继在人的血液和海洋生物中发 现了多种叶黄素的立体异构体，如玉米黄质( z e a x a n t h i n ) 、叶黄素b 、1 3 z 叶黄素、1 3 z 叶黄素、 9 z - 叶黄素、9 z - p t 黄素、1 3 7 - , - 玉米黄质和9 z - 玉米黄质等。图1 - 1 为叶黄素、玉米黄质及其异构 体( e m e n h i s e r ，1 9 9 6 ；m e r c a d a n t e ，1 9 9 9 ) 2 鲫栅m枷舢枷铷砌枷咖啪舢舢 中国农业人学硕士学位论文第一章绪论 ? j & u 稍“ z e a x a n t l l i n 。# p 、 1 3 z l a t e l n 围1 - 1叶黄素、玉米黄质及其异构体 f i g 1 - 1l u t e , i n ，z e a x a n t h i na n dt h e i ri s o m e r s 3 v 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 2 叶黄素的功能 在自然界中，叶黄素( 1 u t e i n ) 中的羟基基团是其区别于其他类胡萝h 素的特征，与p - 胡萝 h 素和番茄红素等碳氢类胡萝h 素相比，叶黄素与玉米黄质分子两端各有一个羟基基团，据分析 这两个羟基基团对叶黄素生物活性功能起着决定性作用( j o h n s o n ，2 0 0 2 ) 。 在植物体中，叶黄素起着抗氧化剂的作用并可以阻止由光引起的自由基破坏。蓝光是能量最 高的可见光，据称它可产生活性种类氧( r o s ) 从而对植物产生光氧化破坏作用。叶黄素在可见 光范围内4 4 6n m 处存在吸收峰，可去除蓝光同时允许其他光进行光台作用。在绿色叶状蔬菜中 由于叶绿素的遮蔽效果，叶黄素尽管没有明显地表现出来，但经过纯化的晶状叶黄素会发山黄橙 色的光( b a t o l l ，2 0 0 0 ) 。 ( 1 ) 叶黄素与眼部健康 叶黄素对服部健康的作用是独一无二的，被称为“眼睛营养保护素”，这个美誉是通过对叶黄 素功能全面研究而获得的。在体外试验中，叶黄素和玉米黄质对眼睛健康的作用己建立起明确的 生物学机理。在眼部组织中，眼部斑点和晶状体对视力起着重要的作用，存在于饮食和札液中的 类胡萝h 素，仅有叶黄素和玉米黄质存在于这两个重要的人体器官中( y e u m ，1 9 9 9 ) 。b e a t t y ( 1 9 9 9 ) 和l a n d m m ( 2 0 0 1 ) 等研究发现位于视网膜中心后部的黄斑点具有高浓度叶黄素和玉米黄质，它 们可以增加眼部中心视力和增强分辨清晰度。研究显示叶黄素摄取量与眼科疾病的发生率成反 比，人类增补叶黄素会增加眼睛中叶黄素沉积量，甚至会改善某些眼科疾病患者的视力水平 ( j o i m s o n ，2 0 0 2 ) 。 ( 2 ) 叶黄素与和老年性黄斑退化疾病 1 9 9 2 年n e w c o m b 等人研究发现老年性黄斑退化( a g e - r e l a t e dm a c u l a rd e g e n e r a t i o n ，a m d ) 是目前6 5 岁以上的老人至盲的主要原因( n e w c o m b ，1 9 9 2 ) 。人的视网膜中总类胡萝b 素含最在 2 0 - 2 5r a g 之间，在视网膜中心的后部高浓度的叶黄素和玉米黄质可发挥过滤蓝色光的作用，并可 淬灭单线态氧，防止光诱导的氧化作用对视网膜的损伤。目前在美国，6 5 岁以上的老人中有1 3 0 0 万人患老年性黄斑退化病( s n o d d e r l y ，1 9 9 5 ) 。通过闪烁光度法测定视网膜光密度研究发现：食 用富含叶黄素的食物或纯化的叶黄素补充剂均能在8 个星期内使视黄斑色素明显增加。哈佛医学 院的l i s a c t 等跟踪调查了年龄在4 5 7 1 岁之间的7 6 1 7 6 2 人在1 2 年内的饮食情况，发现叶黄索 与玉米黄质摄入量高的人群患白内障的危险性比一般人群低2 2 。s n o d d e r l y 指出，血液中类胡 萝b 素水平较高的人患白内障的危险几率较小( s n o d d e r l y ，1 9 9 5 ) 。 ( 3 ) 叶黄素与抗癌作用( g r a n a d o ，2 0 0 3 ) 最新的研究成果表明，叶黄素对多种癌症有抑制作用，如乳腺癌、前列腺癌、直肠癌、结肠 癌、皮肤癌等。根据纽约大学药物学院最近的研究，乳腺癌的发病率与叶黄素摄入量之间有很紧 密的关系，调查发现叶黄素摄入量低的试验组乳腺癌发病率是摄入量高组的2 0 8 2 2 1 倍。s l a t t 等研究表明叶黄素能降低结肠癌的发病率，他们研究了食用一胡萝h 素、b - 胡萝h 素、番茄红素、 叶黄素、玉米黄质和p - 隐黄质对缩肠癌发病率的影响，发现叶黄素能明显降低结肠癌的发病率。 4 中国农业丈学硕士学位论文 第一章绪论 在动物试验中，给两组小鼠的腹腔内注入乳腺癌细胞，其中一组喂饲o 0 2 o 4 叶黄素含量的 食物，在接种后5 0d 未喂饲组中有7 0 发生了乳腺癌肿，而喂饲o 0 2 0 4 叶黄素含量组的肿 瘤发生率只有2 0 3 7 。对肿瘤大小、肝脾重量等指标进行综合研究发现叶黄素具有抗肿瘤的 作用。 ( 4 ) 叶黄素与治疗。血管疾病 低密度脂蛋白( l o wd c l l s i t y “p o p r o t e i n ，l d l ) 的氧化修饰是动脉粥样硬化的重要病因之一。 s t e i n b e r g ( 1 9 9 5 ) 的研究表明，叶黄素和玉米黄质水平低时，患动脉粥样硬化的可能性就大，血 液低密度脂蛋白( l d l ) 的氧化是导致动脉粥样硬化的重要原因之一。最近研究表明，叶黄豢对 早期的动脉硬化进程有延缓作用。d w y e r ( 2 0 0 1 ) 等研究了颈动脉主干道血管中层内膜厚度的变 化与血液中叶黄素含最之间的关系，经1 8 个月试验周期，血液中叶黄素含量较高组的受试者颈 动脉主干道的血管壁厚度几乎没变，而血液中叶黄素含量较低组的血管壁厚度则显著上升；动物 试验发现喂饲含叶黄素饲料组中小鼠动脉中的动脉栓塞与未喂饲组相比有显著降低。j o h n s o n 等 进行的流行病学研究体外试验和动物模型研究结果都表明，增加叶黄素的摄入能防i 动脉粥样硬 化的发生( j o h n s o n ，2 0 0 4 ) 。 ( 5 ) 叶黄素的着色功能( 周良娟，2 0 0 2 ) 叶黄素呈鲜艳黄色，着色力强，能作为色剂广泛用于糕点、糖果、调料、酱菜及饲料中。我 国己在饲料添加剂中将其作为天然着色剂使用。j u l i u s z l ( 等研究叶黄素类物质在肉鸡体内代谢机 制时发现饲料中的叶黄素以醇的形式存在，在肠道内溶物中酶的作用下能转化成酯，然后叶黄素 以被动扩散形式被吸收。吸收后血清中9 6 的叶黄素转化为醇，即血液以游离态形式输送叶黄素， 当血液中叶黄素含量过高时，便储存于肝脏中。n e l s o n 研究表明，积累在肉鸡皮f 脂肪及蛋黄脂 类物质中的叶黄素主要是叶黄素和玉米黄质。由于绝大多数动物( 包括鸡在内) 都不能自身合成 叶黄素，所以存在于鸡皮和蛋黄内的叶黄素都来源于饲料。这些存在于饲料里的叶黄素在经过动 物体内的消化、吸收、转移和酯化以后，最终沉积于鸡的爪、皮下脂肪及鸡蛋蛋黄的脂类物质中， 从而提高家禽肉质和蛋的品质。 1 1 _ 3 万寿菊 万寿菊( t a g 咖e r l t a l ) 又名臭芙蓉、万盏灯、蜂窝菊等，属菊科一年生草本花卉。株高 在2 5 4 0c m 之问，单生茎顶，头状花序。万寿菊属热带高原植物，性喜温暖湿润，耐暑热，耐 旱，少见病虫害( 凌关庭，2 0 0 2 ) 。不i 司种类的万寿菊花瓣显现不同颜色，有黄色、红色、橙色、 深桔色和桔黄色等，花瓣丰满重叠，直径5 1 0 c m ，花期长，一般夏、秋采摘。万寿菊原产墨西 哥，由于其适应性较强，现己广泛种植于世界各地，我国南北均有栽培，资源极为丰富。万寿菊 花性凉、味苦微辛，其挥发油成分有抑制细菌、镇静、解痉、扩张支气管和抗炎之功效。 叶黄素是万寿菊中主要色素，占万寿菊中总类胡萝b 素的6 0 。万寿菊中的类胡萝h 素酯叶黄索 达7 0 9 0 ，玉米黄质占1 0 2 5 ，另有少量的b 隐黄质。迄今为止，在万寿菊中至少发现 1 7 种化合物，除了叶黄素、玉米黄质和b 隐黄质外，其他的物质含量较少( 见表1 - 3 ) ( s o w b h a g y a 等，2 0 0 4 ) 。 5 中国农业大学硕士学位论文 第。章绪论 表1 - 3万寿菊中类胡萝i 、素的构成 t a b l e1 - 3c a t o t e n o i d so f m a r i 9 0 1 d 类胡萝b 素种类所含比例， 叶黄素 玉米黄质 六氧番茄烃 八氢番茄红素 a 隐黄质 新黄质 b 一胡萝b 素 a 玉米胡萝b 索 b 隐黄质 花药黄质 a 胡萝h 素 1 1 4 研究的目的和意义 近年来，随着人们对合成色素毒性闯题的认识以及各国对使用合成色素种类的限制增多，消 费者对天然色素的需求急剧增加。人们的关注点己从以前的合成色素转移到如何提取天然色素的 开发和应用上。我国食用天然色素工业发展迅速，但是与经济发达国家相比，在晶种数量和产量 上都落后于他们，远不能满足日益发展的食品工业的需要。万寿菊在我国各地均有栽培，资源极 为丰富，其花瓣的色素物质主要为叶黄素，而叶黄素众多生理功能又符合色素工业发展的新趋势。 园此研究万寿菊叶黄素对食品、化妆品及医药等行业将具有着重要的现实意义。 提取分离是天然植物中色素商业化开发与应用的重要环节，提取分离及其工艺不仅直接对天 然色素的得率、纯度和成本产生直接和重要的影响，而且对下游产品的功能和品质也具有重要的 影响，已成为影响产品科技竞争力的关键技术之一。传统的有机溶剂提取分离色素技术存在着时 间长、溶剂用量大、有机溶剂残留量大，不适用于易氧化色素产品。因此，应用高得率、有机溶 剂残留低的现代提取分离技术，深入开展万寿菊中叶黄素提取工艺研究，对于提高资源利用效率 和效益，提高产品附加值和促进产业升级、产品换代，改变原料资源长期廉价外流的局面，具有 十分重要的现实意义。 1 2 国内外相关研究现状分析 叶黄素具有3 个属性中心，8 种立体异构体( 实际上自然界只存在一种异构体) 。阑为工艺太 复杂，通过化学人工合成的单一异构体叶黄素因为没有活性至今尚未得到利用，目前只有从天然 植物中提取的叶黄素才含有呈抗氧化作用的生物活性物质( k h a c h i l 【，2 0 0 1 ) 。万寿菊中含有丰富 的类胡萝h 素物质，其中含量较高且具有生物活性的是叶黄素和玉米黄质，含量最高的是叶黄素 ( 1 u t e i n ) ，而叶黄索和玉米黄质互为结构同分异构体，它们分别是q 胡萝b 素和b 胡萝 素的3 ， 3 一二羧基衍生物，多成酯类存在丁花瓣中。基于叶黄素所具有的结构和性质，从万寿菊中提取叶 黄素的传统方法是极性较低的有机溶剂提取法。其优点为操作简便，对工艺、设备的要求不高， 应用较为广泛。但它们同时也存在一些缺点，如：提取时间长，提取液中含杂质较多，产晶有机 6 m m弘瞄蚴嘶叫 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 物残留量较多，给下一步精制带米不便。目前，随着新技术在天然植物色素成分提取分离方面的 广泛研究和应用，对叶黄素提取方法的研究也越加深入，从万寿菊中提取分离叶黄素的新方法和 新技术也不断出现，如超声法、超临界萃取法和微波辅助提取法等。这些方法较传统的提取方法 而言，效率更高、方法更加简便。 1 2 1 溶剂提取法 常用于提取万寿菊中叶黄素的有机溶剂有乙醇、丙酮、石油醚、正己烷等。万寿菊中黄色素 在中性条件下难溶于水，但在乙醇中，其溶解度增加较多。丁家兴( 2 0 0 3 ) 选用乙醇作溶剂在碱 性条件下进行提取。提取液呈棕黄色，经减压蒸馏、浓缩、沉淀、干燥得到褐色固体。 k h a c h i k 等( 1 9 9 3 ) 利用可食用的甘油三酸酯作为提取溶剂，从万寿菊和富含叶黄素的蔬菜、 水果中提取叶黄素，对提取出的叶黄素在各种溶剂中的溶解度进行了研究。提取液经过滤分离后 得到富含叶黄素酯的残留物。为去除酵溶性杂质，将残留物溶解于体积比为1 ：2 3 的醇水( 醇可 以为乙醇、甲醇或异丙醇) 溶剂中。经过滤操作后，得到的残留物溶于体积比为1 ：1 的二元有 机溶剂中，此二元溶剂中一种溶剂为卤化有机溶剂( 二氯甲烷、氯仿或二氯乙烷) ，叶黄素晶体 在此溶剂中有很高的溶解度；另一种溶剂为直链烃溶剂，叶黄素在其中微溶。将溶有叶黄素的二 元混合溶液降温至1 0 2 0 之间，在此温度下静置2 3h ，溶液中的叶黄素结晶析出，重复上 述操作2 3 次，析出的晶体经5 0 ( 2 真空干燥后，得到叶黄素产品。 a u s i c h 等( 1 9 9 7 ) 分离万寿菊提取物得到叶黄素晶体。首先将叶黄素酯与丙二醇混合加热到 5 5 * ( 2 使之成为均相溶液。在上述溶液中缓慢加入氢氧化钾或氢氧化钠溶液，7 0 。c 温度下反应1 0h ， 混合溶液中各物质的质量比为：叶黄素酯醇碱一水= 4 4 1 1 。在反应的过程中，叶黄素晶体逐渐 析出。将析出的晶体经去离子水在7 0 高温下淋洗后进行冷冻干燥，结果可得纯度为7 3 6 的叶 黄素。a u s i c h ( 1 9 9 9 ) 还利用上述提取万寿菊中叶黄素酯的方法从菌类细胞、酵母和真菌细胞、 植物细胞和番茄中提取过番茄红素的研究。 l c v y 等( 2 0 0 1 ) 利用戊烷、己烷和庚烷以及它们之间的二元混合溶剂对万寿菊中叶黄素的提 取进行研究。利用上述溶剂分别充分提取万寿菊花瓣，然后经过滤操作去掉不参与反应的杂物， 浓缩提取液，得到叶黄素酯的粗品。在室温下将粗品与乙醇混合，经过滤操作除掉醇溶性杂质和 乙醇溶剂，得到较纯的叶黄素酯。k h a c h i k ( 2 0 0 1 ) 等人以四氢呋哺为提取溶剂从万寿菊和甘蓝 中提取叶黄素和玉米黄质研究。将干燥的万寿菊花瓣或甘蓝粉碎至颗粒状，同时加入四氢呋喃提 取溶剂和碱性皂化溶液( 氢氧化钾或氢氧化钠溶液) ，调节p h 值到1 2 ，室温下放置2h 后经过滤 去掉未反应的残留物，得到的提取液经真空浓缩至膏状，此膏状固体主要含有叶黄素或玉米黄质。 利用沸点在7 5 1 2 0 之间的一种醇溶剂( 包括乙醇、1 丁醇、2 一丁醇、2 一甲基一1 丙醇、1 一丙醇和 2 一丙醇) 淋洗此膏状固体，经重结晶、干燥后得到叶黄素或玉米黄质晶体。如果提取原料为万寿 菊，则此晶体中叶黄素纯度可达9 3 ；如原料是甘蓝，晶体中玉米黄质的纯度可达9 1 。 杜桂彩、滕大为( 2 0 0 1 ) 等在1 5g 万寿菊提取物中加入3 0m l 正丁醇，在5 50 cf 密封搅拌 均匀，加入3 0 m l 浓度为2 0 的n a o h 水溶液，在7 0 1 2 下反应7h ；皂化物中加入3 0 0 m l 水， 搅拌均匀，过滤，然后依次用3 0 m l 乙醇和5 0 m l 正己烷冲洗，得到纯度为7 1 2 的叶黄素。在 7 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 此试验中确定了一种利用液相测定叫黄素的方法，其流动相为v ( c h 2 c l 2 ) ：v ( c hs o h ) ：v ( c h ，c n ) ：v ( h 2 0 ) = 3 2 ：3 8 ：2 9 ：1 ，得到具有叶黄素和另外1 5 种叶黄素酯峰的h p l c 色 谱图，叶黄素的保留时间为3 6 8 1m i n ，叶黄素酯的保留时间分布在4 5 1 2 ，0 m i n 范围| = | ；以流 动相为溶剂溶解叶黄素标准品，其最人吸收波长为4 5 4 n m ，标准曲线的线性范围为0 1 1 0 1 x g ， 相关系数达0 9 9 9 8 。 m a d h a v i 等( 2 0 0 2 ) 以k o h 的异丙醇溶液为皂化溶剂，进行了万寿菊油树脂分离游离时黄 素盼研究。结果表明，将获得的叶黄素通过进一步重结晶纯化，真空冷冻干燥后，得到粉末状的 叶黄素晶体产品，该产品中正己烷残留率0 2 2p p m ，异丙醇残留率为o 5 3p p m ，适合人类作为营 养添加剂或食品添加剂消费。 高宾生( 2 0 0 2 ) 对提取分离万寿菊中叶黄素进行了研究。他首先对万寿菊进行分选处理，以 除去杂物。然后在压力为0 ，1m p a 、温度为5 5 c 条件下，分别利用己烷、乙醇和丙酮等溶剂进行 回流提取，提取液通过过滤、离心脱脂和微孔膜过滤操作后，在压力为0 1m p a 、温度为5 5 。c 条 件下进行浓缩，当溶液浓缩到初始体积的2 0 3 0 时，将其置于7 1 5 c 的冷冻干燥机中，在 此低温条件下，提取液中的蜡质析出后凝结，通过过滤使植物蜡分离出来。用此方法提取万寿菊 中叶黄素，其质量分数可达9 0 以上，产品可用于食品、医药和工业色着色剂等方面。 宋昊等人( 2 0 0 3 ) 研究了叶黄素在四氢呋喃、石油醚、正己烷和丙酮以及这些溶剂与乙醇： 元混台溶剂中的溶解规律结果发现，适当比例的二元混合溶剂比一元溶剂溶解叶黄素的效果要 盘j ：。在二元混合溶剂中，叶黄素的溶解度与溶液的极性( 反映在溶剂配比上) 呈抛物线的关系。 在其它试验条件均相同时，利用超声波振荡和升高温度的方法可以将叶黄素的溶解效率提高3 6 倍，另外还得出原料颗粒越小，溶解效率越高的结论。 赵文恩、孙晓萍( 2 0 0 3 ) 等在常温下采用乙醇或己烷提取细棒状颗粒万寿菊，提取原料采用 的料液比分别为1 ：5 、1 ：1 0 和1 ：2 0 ，所得提取液经减压浓缩后对提取物进行皂化处理，皂 化体系中n a o h 溶液的质量浓度分别为1 6 7 、3 3 3 、5 0 0 、6 6 7 与8 3 3 。在常温卜皂化2 h 。试验结果为：当料液比为1 ：5n a o h 质量浓度为3 3 3 5 时，得到的叶黄素质量较多，且 纯度也较高：当n a o h 浓度增人时，得到的叶黄素质量减少，纯度也偏低；当n a o h 浓度低于 3 3 3 时，叶黄素酯未皂化完全，结晶效率差，难以回收到叶黄素晶体；当采用1 ：1 0 与1 ：2 0 的料液比同样皂化时，得到叶黄素的质量较少。 总结上述参考文献可以发现，从万寿菊中提取叶黄素大都采用非极性或极性很小的有机溶 剂，分离时采用碱性溶液通过皂化叶黄素酯而得到游离态叶黄素。 1 2 2 超临界流体萃取法 超临界流体萃取法( s f e ) 是利用超临界状态下的流体为萃取剂，从液体或同体中萃取目标 成分并进行分离的方法。其原理是利用流体( 溶剂) 在临界点附近某区域( 超临界区) 内与待分 离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而 在相当宽的范围 勾变动，利用这种l 临界状态流体作溶剂，可以从多种液态或固态混合物中萃取目 标成分。它具有与气体相当的高渗透能力和低粘度，又具有与液体相近的密度和对物质优良的溶 8 中国农业大学硕上学位论文第一。章绪论 解能力。该技术具有操作简便、快速、得率高，产品不含有害物质、无污染、活性成分和热不稳 定成分不易被分解破坏等优点。同时还可以通过控制临界温度和压力的变化，来达到选择性提取 和分离纯化一步完成。因此，在当今人们渴望回归大自然的潮流中，该提取方法倍受青睐，在天 然植物有效成分的提取尤其是天然色素的提取和天然保健品的制备和生产方面更显示出独特的 优势。 f a v a t i 等学者( 1 9 8 8 ) 进行了超临界c 0 2 萃取叶蛋白中胡萝h 素和叶黄素的研究。萃取条件 为：压力范围1 0 7 0 m p a 、温度4 0 c 、c 0 2 流量5 6 m l j m i n ，结果表明：在3 0 m p a 压力下， 叶蛋向中9 0 的胡萝h 素被萃取出来而要萃取出7 0 的叶黄素则需要更高的压力和更大的c 0 2 流景。 s p a n o s 等( 1 9 9 3 ) 研究了用超临界c 0 2 萃取甜土豆中b 胡萝r 素的工艺条件，结果表明原 料的含水率和干燥方式对胡萝h 素的提取率有很大的影响。利用超i 临界c 0 2 萃取装置分别萃取冷 冻干燥、烘干和新鲜三种甜土豆样品中的b 胡萝h 素，结果显示在温度为4 8 ( 2 压力为4 1 4m p a 的最佳萃取条件下，冷冻干燥的甜土豆样品的b 一胡萝h 素得率分别为烘干样品的3 倍和新鲜样品 的5 倍；研究中还比较了有机溶剂萃取物和超临界c 0 2 萃取物的h p l c 色谱图，发现有机溶剂萃 取物中含9 8 8 反式p - 胡萝h 素，而超临界c 0 2 萃取物中除了含有7 5 左右的反式p 胡萝h 素外， 还含有1 5 左右的1 3 一顺式b - 胡萝h 素和1 0 9 - 顺式b 胡萝h 素。 b a r t h 等( 1 9 9 5 ) 采用析因设计的方法对胡萝h 中类胡萝h 素进行了超临界c o ：萃取研究， 所得的优化工艺为：萃取温度5 0 ( 2 、压力3 0 0a r m 、乙醇夹带剂的质量分数1 0 。研究同时发现 利用超临界萃取工艺得到的a - 胡萝h 素和b - 胡萝 素的活性大于常规溶剂提取的活性，而所需的 萃取时间是常规溶剂萃取六分之一。 孙庆杰等( 1 9 9 7 ) 采用超临界c 0 2 萃取技术从番茄加工副产品番茄皮中提取出番茄红素。考 察了不同压力、温度、流量和萃取时间对萃取率的影响。当萃取压力在1 5 2 5m p a 之间，温度 在4 0 5 0 c 之间，流景为2 0 k g h 时，萃取1 2h ，可将番茄皮中9 0 以上的番茄红素萃取出来。 臧志清等( 1 9 9 9 ) 以水、乙醇和丙酮为夹带剂利用超临界c 0 2 萃取装置进行了红辣椒中辣椒 红素的研究。研究提出了定量评价夹带剂效应的两个参数：增大系数和选择性。研究表明，三种 夹带剂对辣椒红色素的萃取都有不同程度的夹带增大效应。以水为夹带剂能提高辣椒红色索的选 择性，有利于分离，而以乙醇或丙酮为夹带剂，不利于分离。 姜炜等( 2 0 0 2 ) 进行了超临界c 0 2 萃取技术提纯辣椒红色素的研究。通过改变萃取压力、萃 取温度、萃取时间和流速等参数，确定最佳工艺条件为：萃取温度4 0 。c ，萃取压力3 0mp a ，萃 取时间2h ，萃取流速2 5k g h 。在此条件下，辣椒红色素萃取率达到7 5 ，色价达1 5 0 以上，且 杂质含量符合国家标准， 候相林等人( 2 0 0 2 ) 申请了利用超临界c 0 2 萃取工艺从万寿菊中提取叶黄素的专利。利用此 工艺获得了水溶性的叶黄素食用色素，其纯度为1 7 ，色价2 1 2 。2 0 0 4 年莫彬彬( 莫彬彬，2 0 0 4 ) 等人发明了一种使用夹带剂提高超临界c 0 2 萃取植物有效成分效率的方法，他将粉碎原料直接与 夹带剂混合，静态放置后直接萃取，此方法不需再另安置输送夹带剂的泵。 9 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 n a r a n j o 等学者( 2 0 0 0 ) 测定了万寿菊油脂成分在超临界c 0 2 流体中的溶解度，同时考察了 各种夹带剂对万寿菊油脂在超临界c 0 2 流体中溶解度。结果发现温度和压强对叶黄素酯在超临界 c o ：流体中的溶解度有显著的影响：可以通过添加夹带剂方式改变c 0 2 溶剂的极性，当夹带剂的 极性参数l o gp 0 2 4 时可增加叶黄素酯在临界状态的c 0 2 中的溶解度。 印度学者r a o ( 2 0 0 3 ) 对超临界萃取叶黄素酯的上艺进行了综合分析。总结认为超临界萃取 过程应该是一个连续的操作过程，葶取和分离应同时进行，用超临界c 0 2 萃取得到的产物不需要 进一步处理；萃取时间最短只需要1 5h ，萃取率可达8 5 9 0 ：超临界萃取对环境不会造成污 染，而且萃取完的万寿菊花瓣残渣是一种很好的有机肥。 李晶( 2 0 0 4 ) 系统地进行了超临界流体技术从玉米蛋白粉中提取玉米黄质的研究。考察了温 度、压力、时间、夹带剂等工艺条件。得出最佳萃取条件为萃取温度4 0 、萃取压力2 0m p a 、 萃取时间1 2 0m i n 、夹带剂为质量分数2 0 的无水乙醇。该工艺比常规化学溶剂提取玉米蛋白粉 中玉米黄质的得率提高了2 , 2 倍。 c r o m b i e 等( 2 0 0 4