从万寿菊中提取叶黄素工艺的研究.docx

分类号p蝗5牡级公 =j|=UDC编号图箍学力式学位论文从万寿菊中提取叶黄素工艺的研究薛永强幅导教师姓名 所延景 学衔、职务 教援甲请学位级别理学砸土 学科专业及方句尊虮熊掌7纛然蔗甥论丈提交日期；吨i壬周目 论文答辩目期；?j年月=1睾位艘予单位和日期黑龙江大学2005年Id 日答辩委员会主席毒悉燕评阅人i王南德钧瞎善掘Y 77和鲴中文摘要中文摘要本文介绍了用萃取的方法从万寿菊干花颗粒中萃取叶黄素油的试验 过程，其中对萃取液进行了筛选，对萃取的最佳温度、最佳粒度、最佳 挥发量、溶剂残留最小量、萃取时间等因素进行了详细的研究，测定了 正己烷及其它溶剂从万寿菊干花颗粒中萃取叶黄素油的效率，筛选出了 最佳的溶剂以及最佳的工艺条件。通过对皂化反应中碱浓度、皂化反应 时间、溶剂提取次数进行考察，确定了从万寿菊中提取叶黄素的最佳皂 化条件。关键词：叶黄素 正己烷 萃取 皂化AbstractThis paper was based on a lot of documentsThe best solvement for也e extration of lutein from marigold flower dry grains was chosen by a series of experiments，the oVimum extration process was studied，and the optimumsolvent flow，extraction time，and extration temperature were confirmedAt the same time，saponification experiments were done by examining the effects ofalkaline solution concentration 0n the yield，saponification time on the访eld，extration time of solvents on the yield，thc山e optimumsaponification were confirmedKeyword：luteinn-hexane extraction saponificationU，第1章绪论第1章绪论1。1课题来源及研究意义叶黄素LUTEIN又名“植物黄体素”，是一种广泛存在于蔬菜、花卉、 水果与某些藻类生物中的天然色素。叶黄素属于“类胡萝b素”族物质， 是构成玉米、蔬菜、水果、花卉等植物色素的主要组分。据国外研究物 叶黄素在甘蓝、羽衣甘蓝、菠菜等深绿色叶菜以及金盏花、万寿菊等花 卉中含量最高。其次，南瓜、桃子、辣椒、芒果、柑橘中则含丰富的“叶 黄素酯”，它是叶黄素的前体，当食用了这些食物之后，叶黄素油就会水 解形成叶黄素并被人体吸收。早在上世纪80年代中期，西方医学研究人员即发现植物所含的天然 叶黄素是一种性能优异的抗氧化剂。将一定量的叶黄素加入到食品中， 可防止人体因器官衰老引起的一系列疾病。国外研究证实叶黄素可预防 老年性眼球视网膜黄斑退化引起的视力下降与失明。每年全世界均有数 百万65岁以上的老人因黄斑退化症引起视力模糊和失明，如能及时在其 食物中补充咔黄素，即可延缓因黄斑退化引起的视力退化和失明症。叶 黄素的另外一些功能包括预防细胞衰老和机体器官衰老，这是因为叶黄 素与称作“玉米黄质”的类胡萝h素一样，具有抵御游离基在人体内造成 细胞与器官损伤的功效，从而可防止机体衰老引发的心血管硬化、冠心 病和肿瘤疾病【21。在I临床医学中发现，多食用富含叶黄素的食物，可以 大大的减少癌症的发病率。另外，叶黄素还可以作为一种天然的色素添 加到鸡饲料中，来提高蛋黄和鸡皮的颜色。美国凯明食品公司(KEMINFOODCO)率先发明了生产叶黄素的新黑龙江大学硕士学位论文工艺使叶黄素成为一种新型保健食品添加剂。浚公司从美国南北各地大 量野生的金盏花中提取出叶黄素成品结晶叶黄素在金盏花中含量最高， 羽衣甘蓝含量次之。科学家对叶黄素化学结构的研究表明，它具有3个 手性中心，故有8种立体异构体。实际上自然界只存在一种异构体。因 为工艺太复杂，人工合成单一异构体的叶黄素迄今尚未成功。故目前只 有羽衣甘蓝或金盏花等天然植物中提取的叶黄素才含真正具有抗氧化作 用的活性物质。其他公司也在探索新的叶黄素生产途径。如南美洲 HENKLE公司己从资源丰富的南瓜和榨汁后的橘渣中提取出“叶黄素酯” 的商品名为XANGOLD医学专家早已证实叶黄素酯在人体内可自动转 化成为“叶黄素”，故叶黄素酯与叶黄素一样均能作为新型食品添加剂使 用。叶黄素醅的提取成功大大拓展了叶黄索的来源。叶黄素又称“植物 黄素体”，是一种天然的类胡萝b素，是一种广泛存在于蔬菜、花卉、水 果与菜些藻类生物中的天然色素。人类社会已经逐渐步入老龄社会，预计到2050年，65岁以上的老 人将达到现今的两倍，因此预防肌体器官的衰老已经成为了一项重要的 公共卫生问题。由于叶黄素是一种天然无公害的营养物质，并且具有预 防人体细胞和器官衰老的功能，因此它在国外市场上特别畅销31。目前国内人士也看好此项目，通过大面积种植万寿菊，可大大提高 农民的收入，叶黄素油是一种高附加值的出口产品，因此从万寿菊干花 颗粒中提取叶黄素油的项目无疑具有重要意义。在国内，以饲料为主导产业的民营企业新希望集团在四川凉山彝族 地区大力开展扶贫工作，走共同发展、共同富裕的道路。该公司从1996 年引进种子、种植技术，用当地农民大面积种植万寿菊花，鲜花经粗加 工以后出口，在国外提取出叶黄素油。近几年由于农民种植万寿菊的积极性逐年的提高，因此国内研究此第1章绪论项技术也有所增加，目前用超临界二氧化碳从万寿菊花中提取叶黄素油 的方法，由中科院山西煤炭研究所研究，此种方法因设备投资较大、工 艺复杂。青岛大学科技教育开发公司食品科学研究所，采用石油醚提取，提 取液加热蒸发提到叶黄素油的半成品，蒸汽经冷却得到再生石油醚的方 法。此研究采用石油醚作原料，目前对食品业的应用方面还存在争议，因此尚无工业化的报导。 国外开发和研究此项目比较早，美国凯明食品公司率先发明了生产叶黄素油的新工艺，使叶黄素油成为一种新型的保健食品添加嗣。该公 司从美国各地大量野生金盏花中提取出叶黄素油。万寿菊花是金盏花中 的一类，目前该公司正在计划生产一种为人体补充叶黄素油的功能食品， 以猕猴桃为基础的所谓“超视力饮料”即将推出，该产品的效益和前景 非常被看好。美国采用的技术主要是利用萃取的方法。用正己烷做萃取溶荆，在 合适的温度下经萃取、皂化、精制、重结晶得到叶黄素油及叶黄素的结 晶。据资料报导，此项技术工艺简单、投资小、萃取液在食品中残留在25ppm以下，对环境无污染，目前此方法己实现工业化。12从万寿菊中提取叶黄素的方法概述叶黄素又称“植物黄素体“，是一种天然的类胡萝b素，是一种广 泛存在于蔬菜、花卉、水果与某些藻类生物中的天然色素。叶黄素的分 子式是c 40H5602，结构如下：黑龙江大学颈学位论文iiii宣iiiiiiiiiiiiiiiiiiiii宣iiiiiii宣iiiiii宣iiiiiiiiiii声iiii它有三个不对称中心分别在c一3，C3，C6，叶黄素在食物和人体 血浆中以及淋巴中绝大多数以3R，3R，6R的结构存在，它的一种同分 异构体称为叶黄索A，但在人体血浆和淋巴中还存在非常少量的另一种异构体3r,3鬣6R计黄素称为叶黄素B。叶黄素不溶于水，溶于某些有机溶剂，如氯仿、二氯甲烷、正己烷等。叶黄素在偏酸溶液、弱光黎低温 下比较稳定，在偏碱性条件下较不稳定，在弱酸性、弱碱性条件下，发 生颜色可逆变化，在强碱、强光或高温条件下被破坏。叶黄素是一种黄橘黄色的色素，存在于水果中，如桔子、桃、木瓜、 洋李和芒果。叶黄素还存在于花和蔬菜中。尤其是在万寿菊的花瓣中大 量存在。长期以来，干燥粉碎的万寿菊花用作动物饲料使用。除此之外， 从万寿菊中用溶剂提取的含油酯在近几年也广泛用作实用色素。近年来的科学研究报道叶黄素与降低由氧化损害视网膜黄斑区弓I起 年龄相关黄斑变性(AMD)的危险性有关【41，并且叶黄素可有效预防动 脉硬化、自内障，还可抑制癌的发生等。因此时黄素作为保健食品和蓓 食增补剂的应用是意料之中的。 旱在上世纪八十年代中期，西方医学研究人员发现；植物中所含的 天然叶黄素是一种优良的抗氧化剂，它通过一个自由基氧化反应的链终 止，能够防止细胞被氧化。将一定量的叶黄素添加到食品中，可防止人 体因器官衰老而引起的一系列疾病。经研究证实：叶黄素可预防老年性 眼球视网膜黄斑退化引起的势力下降与失明“，可以预防因肌体衰老而 引发的一tL,血管硬化和肿瘤疾病。在临床医学中发现，多食用富台时黄素第1罩绪论的食物，可以大大的减少癌症的发病率【7l。另外，叶黄素还可以作为一 种天然的色素添加到鸡饲料中，来提高蛋黄和鸡皮的颜色。人类社会已经逐渐步入老龄社会，预计到2050年，65岁以上的老 人将达到现今的两倍，因此预防肌体器官的衰老已经成为了一项重要的 公共卫生问题。由于叶黄素是一种天然无公害的营养物须，并且具有预 防人体细胞和器官衰老的功能，因此它在国外市场上特别是美国市场十 分畅销，但是在国内尚未引起食品工业世界的重视。美国凯明食品公司率先发明了生产叶黄素的新工艺，使叶黄素成为 一种新型的保健食品添加剂。该公司从美国各地大量野生金盏花中提取 出叶黄素形成结晶。万寿菊花是金盏花中的一类，它是一种非常好的叶 黄素来源，这是因为万寿菊中的叶黄素含量较高，而且叶黄素的含量远 远大于其它的类胡萝b索，这一点非常有利于叶黄素的提纯。目前该公 司正在计划生产一种为人体补充叶黄素的功能食品，以猕猴桃为基础的 所谓“超视力饮料”即将推出，该产品的效益和前景非常被看好。在国内，以饲料为主导产业的民营企业新希望集团在四川凉山彝族 地区大力开展扶贫工作，走共同发展、共同富裕的道路。该公司从1996 年引进种子、种植技术，有当地农民大面积种植万寿菊花，鲜花经粗加 工以后出口，在国外提取出叶黄素、天然香料和药用物质。国际市场畅 销不衰，价格稳定，效益良好。尽管绿色植物和一些水果中大量存在叶黄素，但是从这些原料中提 取叶黄素并不是非常经济的，这个过程需要耗费大量的资金和时间而且 工艺相当复杂。因此获得高纯度的叶黄素产品的最好的方法是从万寿菊、 金盏花等花卉的花瓣中萃取、皂化、分离、和精制的方法。由于叶黄素在万寿菊中以酯的形式存在，因此需要加入金属强碱使 叶黄素直链脂肪酸酯皂化而形成叶黄素晶体。黑龙江大学硕士学位论文许多方法适合于从天然资源中提取和分离叶黄素。例如，philip公开 了一种在乙醇介质中纯化叶黄素的方法，Tyczhowski (PoultSci70(3)：65154)报导了通过不同溶剂结晶从皂化万寿菊花瓣提 取物中分离和春化叶黄素；Khachik报导了通过醇水混合物在低温下洗 涤，然后也在低温下用几种二元混合溶剂结晶从皂化万寿菊花瓣提取物 中分离和纯化叶黄素。最近，Khachik(W09920587)公开了用KOHNaoH 的醇溶液皂化，并用THF和水来提取并结晶叶黄素，从集中植物提取物 中分离和纯化叶黄素。用该方法，从类胡萝h素中分离存在于原料中的 叶黄素。Hills描述了一种同时分离胡萝h素，四吡咯的方法，尤其在藻 类中。以万寿菊为原料提取叶黄素油，国内现有技术紧限于生产膏状酯， 如青岛大学科技教育开发公司食品科学研究所开发了从万寿菊花中提取 叶黄素酯的方法，该方法将采摘的万寿菊花经发酵、干燥、粉碎后用石 油醚提取，提取液经加热蒸发得到半成品，再经脱臭和部分皂化得到叶 黄素油成品。用这种方法提取叶黄素油提取率为115一145，产品纯度 为11一135。国外已有从万寿菊中提取、分离、提纯叶黄素结晶的文 献报道，但所述工艺若运用于实际生产时，存在着叶黄素结晶分离困难， 有机溶剂使用量大，回收困难等问题。如美国专利U，S5,382，714vl，皂 化的有机溶剂用量大、叶黄素分离难度大、产品含量低，重结晶使用有 毒的二氯甲烷甲醇混合溶剂，不利于产品在食品和药品中的应用。美国 专利uS5，648，564 BOl用45碱的丙二醇溶液皂化，由于丙二醇粘度高因 而同样存在分离难的问题，而且废液中的丙二醇难以回收利用，容易对环 境造成污染。而美国专利US6，262，284 运用四氢呋喃与碱醇溶液在室 温下同时进行萃取、皂化，最后回收有机溶剂，但有机溶剂量过大，导 致能量和溶剂消耗太大，又出于在碱性条件下，高级脂肪酸盐与醇易发第】章绪论生酯化反应，生成高级脂肪酸胶粒与叶黄素一起析出，故叶黄素结晶也 难以分离和提纯。采用正己烷萃取法可以克服以上缺陷，是一种溶剂毒性低，用量小 且易于回收，分离过程简单，极易实现工业化，而且提取率高，产品纯 度高的从万寿菊中提取叶黄素的方法。121正己烷萃取法2】利用正己烷作为溶剂萃取叶黄素月旨肪酸酯。 萃取 将万寿菊花瓣干燥脱水后研碎制成片状固体。用60正己烷浸泡1小时，真空加热使溶剂挥发，重复操作810次，得到叶黄素酯。 皂化 将叶黄素酯加入1,2丙二醇中搅拌使其混合均匀，加热到55C，在30分钟内缓慢加入45的KOH水溶液，反应自然升温至70C，保持此 温度10小时，连续缓慢搅拌。向混合液中加入70(2蒸馏水降低黏度， 搅拌均匀。采用离心分离或过滤的方法得到叶黄素固体结晶。精制用85蒸馏水大面积洗涤结晶以去除残留KOH和其它水溶性物质。 真空下干燥，20保持48小时，得到叶黄素产品。经紫外可见光谱分 析叶黄素纯度可达70122 THF萃取法THF萃取法是指采用THF和乙醇作为溶剂，同时进行萃取及皂化一 步获得叶黄素结晶粗产品的方法。该方法的特点就是一步完成粗产品的 制备。黑龙江大学硕士学位论文首先将需要加工的万寿菊花瓣研磨成细小的粉末以利于溶剂浸润， 将研磨好的花瓣加入到THF、乙醇与KOH混合液中，不断的搅拌，使 固液混合均匀。加热溶液以利于提高反应速度，用冷凝器冷凝蒸发的溶 剂使之回流到混合提取器中，保持搅拌的8001000rpm，溶液的PH值保 持在12。提取反应2个小时后，将固液两相分离，液相经蒸发除去THF、乙 醇得到固体的粗产品。该固体物用THF洗涤浸泡，然后在40。C温度下减 压蒸发至干燥。室温下用1：1的水和乙醇混合系统浸泡洗涤lO分钟，离 心分离混合物，除去乙醇和水。室温下干燥后就得到叶黄素晶体。采用 该方法制得的叶黄素结晶产品经过重结晶可获得纯度较高的叶黄素结晶产品。 该过程中必须注意以下几个方面：第一，采用的为70万寿菊花瓣应是叶黄素含量较高的品种。在对花瓣进行研磨时应尽量研细，否则延长 混合时间才能达到预期效果；第二，混合提取过程中须严格控制温度、 PH值及搅拌速度等条件，否则，得到的叶黄素酯无法皂化，而在后面的 制备过程中被溶剂所带走，另外，碱性过强或温度过高还会导致叶黄素 脂的性质发生改变而得不到目标产品；第三，在脱出THF和乙醇的时候 温度不可以过高，否则产品品质会被破坏；第四，在处理第一步得到的 固体物质的时候，THF和乙醇的用量一定要适量，过多会使产品被携带， 过少则达不到提纯产品的目的。以上方面也限制了该法在工业上的应用。123石油醚萃取石油醚萃取法就是采用石油醚做溶剂提取叶黄素酯，再进一步皂化 制得叶黄素结晶的方法。第l章绪论该方法首先要对采摘的万寿菊花进行发酵处理。将新鲜的花瓣清洗 后装入发酵池避光发酵，然后干燥脱水、粉碎，将粉碎后的万寿菊花加 入到提取罐中，再加入石油醚作为提取剂。加热、搅拌，使之充分混合。 保持在一定的温度，萃取12个小时。过滤得到台浊溶液。分离出的固 体物经过脱溶剂处理可用作家畜饲料。将台油溶液真空加热，回收蒸出的石油醚用于再次提取，经过脱除溶剂后得到的叶黄素可进行下一步的皂化精制。用乙醇和氢氧化钾处理得到的叶黄素酯，将物料混合搅拌并加热。 处理时间为12个小时，经过处理的叶黄素会部分皂化，使产品的纯度 有所提高。用热水洗涤得到的混合物除去其中的乙醇和KOH及其它水溶性杂 质，然后将产品真空干燥，得到最终产品。该方法得到的产品，叶黄素的含量可达到135。124溶剂油萃取法该方法是采取食用油脂提取溶荆油提取万寿菊中叶黄素酯，然后， 再用丙酮等溶剂浓缩提纯的方法。首先，原料所用的万寿菊需经发酵处理，干燥粉碎后，在提取缺勤 中与溶剂油混合，浸泡12个小时，反复浸泡68次，然后将分离出 的含油溶剂油真空加热回收溶剂油，得到浓缩的粗产品。接下来将粗产品与丙酮混合、加热溶解后，慢慢冷却至20，过滤 得到溶液，减压蒸发，蒸出丙酮，然后加入正丁醇，加热到45，放置16个小时。晰出固体滤出后用乙醇洗涤，室温下过滤然后真空干燥除去 残留溶剂。该方法得到的产品，叶黄素酯含量可达到85以上。上述方法得到的产品在乙醇中用浓度为45的KOH进行皂化10个黑龙江大学硕士学位论文小时，然后分离洗涤，重结晶，可获得含量为98左右的高纯度叶黄素 结晶。125超临界萃取早在18791880年，Hannay和Hogarthll41已发现了超临界乙醇流体 对无机盐固体有显著溶解能力，但超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，缩写为SFE)作为一种新型分离技术却是在最近30多年才迅 速发展起来。SFE技术较早地应用于香料、香辛料的提取，如自花中提 取天然香料，从胡椒、肉桂中提取香事成分等。近年来，国内外针对中 药西制又将其逐渐应用于植物药有效成分的提取分离。超I临界C02(SCC02)流体萃取技术具有流程简单、步骤少、节能、 传质速率快、穿透能力强、萃取效率高、操作温度低等特点，这种环保型 绿色分离技术现己成为获得高品质精油的有效手段之一【t5-18l。我国对超 临界流体萃取技术的应用研究起步较晚，与发达国家相tE，尚有一定差距。 用超临界二氧化碳从万寿菊中提取叶黄素的方法，是将万寿菊鲜花 经发酵、干燥、粉碎后做原料，用超临界的二氧化碳以乙醇做夹带剂提 取万寿菊花浸膏，将万寿菊花浸膏用氢氧化钾皂化得到水溶性天然食用色素叶黄素酯。其制备方法包括如下步骤： (1)将采摘的万寿菊鲜花，装入发酵窑发酵； (2)将发酵好的万寿菊花在温度60。C避光的条件下干燥： (3)干燥后粉碎至10-40目； (4)粉碎后的物料装入摹取器，从萃取器底部通入以乙醇为夹带剂的二氧化碳气，在20-40Mpa，3060。C条件下，超临界萃取110小时；(5)从萃取器上部流出的二氧化碳气，在分离温度30一65，进行减压分离，得到萃取液；第1章绪论(6)提取液在温度为4570C，真空为540720mmHg的条件下减 压蒸馏，得到万寿菊花浸膏；(7)用浓度为3050wt氢氧化钾乙醇溶液，在温度为30一65对万寿菊花浸膏进行皂化2060分钟，得到叶黄素。126叶黄素酯皂化此方法是利用工业上由万寿菊生产出来的叶黄素酯为原料，进一步 皂化和精制而得到叶黄素。(1)皂化 将原料与45的KOH水溶液混合并搅拌，升温至6570，使造化反应进行35分钟直到98以上的叶黄素从脂肪酸酯中游离出来，分离 得到含叶黄素的固体物质。(2)精制 用23：1的水和乙醇混合溶液充分浸泡固体物质，降低温度为510*C，保持30分钟得到叶黄素晶体沉淀。将沉淀物用蒸馏水洗涤直到滤 液接近无色且PH值接近7。用05口乙醇连续冲洗，然后用己烷冲洗。 待己烷自然蒸干后利用分光光度法测得产品纯度为70。(3)重结晶用含有1-乙胺的二氯甲烷和己烷混合系统溶解叶黄素晶体。将 温度降至2010*C时开始析出结晶，在此温度范围内结晶过程会在23小时内完成。过滤后用己烷洗涤，真空干燥，50。C条件下保持三天。 此方法生产出的叶黄素利用紫外可见分光光度法测量其纯度可达90或97以上；利用液相色谱法分析产品中含有9479的叶黄素，303的同分异构体和218的其它种类的类胡萝h素杂质。利用核磁共 振光谱分析产品中没有剩余的溶剂和其它非类胡萝h索类物质存在。黑龙江大学硕士学位论文综上所述，从万寿菊中提取叶黄素的方法很多，但每种方法都有其 缺点。要想获得一种更有效的工艺方法，就必须总结和比较每种工艺方 法的优缺点，然后确定研究方向。超临界二氧化碳提取法使用的高纯度C02及30Mpa的工作压力在工 业实现起来成本较高，只适用于小规模实验室加工，因此具有较大的局 限性。THF萃取法由于萃取皂化同时进行，对反应条件的控制及原料质量 要求较高，并且在反应过程中会有大量的副反应发生，目标产品在反应 体系中含量非常低，分离困难。石油醚萃取法萃取加工万寿菊得到的叶黄素酯存在着收率低、纯度 低的特点，如经过进一步的提纯深加工，势必会带来更多的损耗。溶剂油萃取法最大的缺点在于溶剂油与产品的分离，因为溶剂油的 成份较复杂，有些成份还会与叶黄素酯中的成份发生反应，因此分离困 难。经过精制后的产品纯度可以达到较高的水平，但收率很低，成本极 高。文献报道的正己烷萃取法虽然能够解决上述问题，但也存在着溶剂 用品大、能耗高的问题。因此，开发一种新的正已烷萃取工艺，应当是 改善时黄素提取效果的最佳途径咿J。经综合比较，最终我们确定的工艺路线是采用正已烷作溶剂的工艺 路线。在原料的处理上，我们采用了发酵法，这样可以使万寿菊花瓣的细 胞结构发生变化，有利于叶黄素的析出。提取过程，我们采用新鲜的正 已烷与回收的J下已烷混合，连续流过万寿菊床层提取的方法。我们在提 取装置上安装了冷凝器，这样可以大大减少溶剂的损耗，加外，在含油 溶液的脱溶剂过程，我们分成了两步，这样就可以改变因叶黄素酯粘度第1罩绪论大不易流动的缺点，而使整个工艺流程更容易实现工业化。 具体实施方法为：在提取装置中加入经发酵、干燥的万寿菊干花，用正己烷连续通过干花床层，回收提取液中的F已烷并回流到提取装置。 保持提取段温度恒温提取。将浓缩的提取液转移到脱溶剂装置脱除溶剂 得到产品，将产品进一步精制得到叶黄素酯。13萃取试验主要原料及产物的性质131万寿菊万寿菊又名臭芙蓉，为菊科万寿菊属植物。万寿菊花色鲜艳，开花 繁多，花期又长，栽培容易，是园林中常见的草本花卉。目前，国际上 对万寿菊的需求量不断增加，品种更新快，花朵越来越大，观赏性越来 越好，栽培周期越来越短。其中美国沃勒公司规模化生产万寿菊系列盆 花而闻名美洲。英国汤普森摩根公司以盛产万寿菊而著名。美国戈德史 密斯种子公司、泛美种子公司和荷兰的斯拉斯格鲁特(SluisGroot)种 子公司每年都要推出万寿菊新品种，为万寿菊的广泛应用做了不少工作。 目前，万寿菊在美国盆花和花坛植物生产中占有重要的位置，在美国、 加拿大到处可见。在欧洲，德国、法国、英国、比利时、荷兰、丹麦等 国，均有规模性生产，主要供本国使用，出口不多。同样，不同季节中 万寿菊在欧洲各国广泛用于室内外布置。万寿菊系菊科类一年生草本植物，其花瓣富含类胡萝h素的自由态 天然叶黄素，它色泽鲜艳，抗氧化性强、稳定性好，无毒、安全性高，可广泛 用于食品着色、化妆品、医药及禽类饲料中 。万寿菊是提取类胡萝h素(叶黄素)的主要原料。万寿菊提取的叶 黄素是无公害的天然黄色素，色泽鲜艳，着色效果好，可以独立使用，黑龙江大学硕士学位论文或与其它色素配合使用。与合成色素相比，其成本低，更安全可靠。 目前在我国黑龙江、内蒙古、山西、吉林有大面积种植，发展种植的省份规模不是十分平衡，产量也参差不齐。132叶黄素化学名称：3，3二羟基d胡萝h素 分子式：C40H5602结构式：OH H分子量：5689 溶解性：不溶于水，溶于某些有机溶剂，如氯仿、二氯甲烷、正己烷等。 在偏酸溶液、弱光和低温下比较稳定，在偏碱性条件下较不稳定，在弱 酸性、弱碱性条件下，发生颜色可逆变化，在强碱、强光或高温条件下 被破坏【”I。万寿菊叶黄素是由万寿菊属植物金盏花(亦称万寿菊，Taget seerecta) 的花在常温下用己烷浸提而得的叶黄素类(Xanthophylls)混合物，包括 叶黄素(1utein)、叶黄素的二棕榈酸酯(helenien)以及其他胡萝h素的 羟基化衍生物和环氧化衍生物。作为着色剂使用的商品尚可含有抽提时 带出的原料中原有的油脂和蜡质及抽提后加入的植物油。叶黄 素(Xanthophylls)是类胡萝h素(carotenoids)中的一大类。类胡萝h 素为萜类化合物的衍生物，根据化学结构可分为胡萝h(carotene)和叶黄第1罩绪论素(Xanthophylls)两大类。根据生物特性可分为：(1)具有维生素A(VA) 功能的非色素类胡萝h素，如“z胡萝h素，B2胡萝h素；(2)无VA功能 的非色素类胡萝h素，立Dviolaxanthin，番茄红素(1ycopene)；(3)色 素类胡萝h素，如隐黄质(crytoxanthin)、叶黄索(1utein)、玉米黄 质(zeaxanthin)、辣椒红素(capsanthin)和辣椒玉红素(capsorubin)等121懈1。 美国凯明食品公司率先发明了生产叶黄素的新工艺，使叶黄素成为一种新型保健食品添加剂。该公司从美国南北各地大量野生的金盏花中 提取出叶黄素成品结晶(叶黄素在金盏花中含量最高，羽衣甘蓝含量次 之)。科学家对叶黄素化学结构的研究表明：它具有3个手性中心，故有8种立体异构体(实际上自然界只存在一种异构体)。因为工艺太复杂， 人工合成单一异构体的叶黄素迄今尚未成功。故目前只有羽衣甘蓝或金 盏花等天然植物中提取的叶黄索才含真正具有抗氧化作用的活性物质。 其他公司也在探索新的叶黄素生产途径。如南美洲公司己从资源丰富的 南瓜和榨汁后的撬渣中提取出“叶黄素酯”，医学专家早已证实：叶黄 素酯在人体内可自动转化成为“叶黄索”，故叶黄素酯与叶黄素一样均 能作为新型食品添加剂使用】f241。叶黄素酯的提取成功大大拓展了叶黄 素的来源。据了解，美国食品与药物管理局早在1899年即已批准叶黄素 作为食品补充荆用于食品饮料，以求高养价值。叶黄素可与维生素、赖 氨酸等常用食品添加剂一样直接添加到食品中，因它耐热性能较好，营 养、无害，对预防人体衰老有良好的效果，故叶黄素及叶黄素酯在美国 市场上十分畅销。叶黄素的应用在我国尚未引起食品工业界的重视。开 发国产叶黄素及各种含叶黄素的保健食品，将在本世纪的保健食品市场 上占有一席之地2”。黑龙江大学硕士学位论文133萃取溶剂及其物性数据表1 1萃取溶剂及物性数据1第2章材料与方法第2章材料与方法21试验原材料211万寿菊本试验采用我省延寿县种植的万寿菊干花颗粒为原料，其制备方法如下：(1)万寿菊将采摘的万寿菊鲜花，装入发酵窑发酵； (2)将发酵好的万寿菊花在温度60C光的条件下干燥； (3)干燥后粉碎至1040目；212萃取用溶剂本试验所采用萃取用溶剂如下表： 表21萃取用溶剂黑龙江大学硕士学位论文22试验装置及流程221萃取装置1冷凝2抽提3温厦4水浴5热源45图21萃取装置222脱溶剂装置空271温度计2水浴3蒸馏头4玲擞器5弯头6锥形瓶7热源图22脱溶剂装置1 8一第2章材料与方法223溶剂蒸发量测定装置气781温庹计2球形漏斗3蒸馏头-4冷凝器5弯头6锥形瓶7水浴&热擐图23溶剂蒸发量测定装置224粕中溶剂脱除装置气781温度计2搅拌系统3|蒸馏头4岭凝器5弯头6，锥形瓶7水浴8热辑9物料图24粕中溶剂脱除装置黑龙江大学硕士学位论文23试验仪器设备HHS11-l型恒温水浴槽北京长安科学仪器厂 色谱柱 大孔径石英毛细管柱50mx053ram15mm GC一8810气相色谱仪氢火焰离子化检测器722型紫外分光光度计 上海分析仪器有限公司2X2型旋片式真空泵 南京真空泵厂24试验方法241萃取过程27-29I称量1009万寿菊干花颗粒置于抽提器中，将实验装置安装好检查气 密性，加热水浴至温度60，迅速加入320mL溶剂至三口烧瓶中并将瓶 口塞严，记录，继续加热水浴至70左右恒温，记录，每隔半小时左右 观察现象并记录。结束后关闭热源，将水浴中的水置换至60以下，将抽提器中多余 溶剂倾出到烧瓶中，抽提器中的粕收集在广口瓶中待用。242脱溶剂过程将溶剂与叶黄素油的混合物置于烧瓶中，安装好装置检查气密性， 接通真空系统，加热水浴温度至30开始抽真空并调节真空度至O07O08MPa稳定，记录，缓慢提高水浴温度使溶液开始蒸发，记录， 控制不暴沸的前提下提高水浴温度，记录。经过一段时间的蒸发溶液量变少蒸发速度会下降，待没有溶剂蒸出 后再蒸馏一段时间。回收蒸出溶剂。第2章材料与方法243粕脱溶剂过程经过溶剂抽提的万寿菊颗粒中含有大量的钱余溶剂，我们可以将粕 中的溶剂予以脱除将一定量粕的置于烧瓶中，安装装置检查气密性，加 热水浴温度至70。C以上恒温，记录，开始搅拌使物料翻动同时蒸出溶剂， 记录，待没有溶剂蒸出后停止，记录，称量物料失重纪录，回收蒸出溶 剂。黑龙江大学硕士学位论文第3章实验结果31提取溶剂的筛选311各种溶剂萃取效果的比较称取等量的万寿菊干花颗粒，分别用同等体积的溶剂正己烷、丙酮、 乙酸乙酯、六号溶剂油、工业正己烷、石油醚、二氯甲烷、氯仿等常温 条件下进行避光萃取24小时，测定在445nm下所取得提取液的吸光度， 其结果如下表：表31不同溶剂的提取效果溶剂 吸光度 正己烷 0796 石油醚 0784六号溶剂油 0780 四氢呋喃 0687 丙酮 O612 二氯甲烷 0599 氯仿 0542 乙酸乙酯 0538由上表可以看出光，吸光度随正己烷、石油醚、六号溶剂油、丙酮 顺序依次呈现下降，从而证明了万寿菊干花颗粒中的叶黄素更容易溶解 于非极性的溶剂中。其中以F己烷的吸光度最大，所以本试验选用正己 烷作为提取用的溶剂。第3章实验结果312几种溶剂蒸发量与温差的关系(测定蒸发速率)确定试验过程中溶剂在一定的温差下的蒸发速度，可以通过理论计 算获得。但最好的办法是通过实验测定得到。因此我们进行了溶剂蒸发 量与温差关系的测定。首先将同量的溶剂加入三口烧瓶中，安装装置并检查气密性。加热 升温水浴与并且控制水浴与烧瓶中的温差，通过滴液漏斗加补充溶剂保 持烧瓶液位的稳定。按一定的时间间隔称量蒸出的溶剂量，记录温差， 蒸出量，时间。通过考察蒸发量与温差的关系变化，给我们在提取试验 中确定溶剂的回流量起指导作用。3121正己烷的蒸发量与温差关系m 湖 瑚 喜i包掣1lII)哪描糠 啪mo温差图3 l正己烷的蒸发量与温差关系黑龙江大学硕士学位论文3122工业正己烷的蒸发量与温差关系旦土V删 剿 挂510 15 20温差图32工业正己烷的蒸发量与温差关系3123六号溶剂油的蒸发量与温差关系700600500卫 三400目删 300描撼 200100O图3|3六号溶剂油的蒸发量与温差关系第3章实验结果32提取工艺条件的考察321含叶黄素油的溶剂蒸发曲线(工业正己烷)3211含3克叶黄素油1000800 o衄600 删赫400200 Lo05图34含3212含5克叶黄素油1000800删600 划糍400200010 15 2025温差含5克叶黄素油溶剂蒸发曲线黑龙江大学硕士学位论文321，3含8克叶黄素油510 15 20温差图36含8克叶黄素油溶剂蒸发曲线3214含10克叶黄素油删糕摧 lllll。1。卜ll，510 15 20 25 30温差图37含10克叶黄素油溶剂蒸发曲线第3章实验结果3215含13克叶黄素油1000800埘600挺糯4002000一一一一o510 15 20温差图38含13克叶黄素油溶剂蒸发曲线321。6时黄素油含量于溶剂蒸发速率(斜率)关系图嘶 曲：； 鲫*靖蜒摊幕嚣I 蛄 蚰拈113579ll 13 i 6叶黄素油含量图39叶黄素油含量于溶剂蒸发速率(斜率)关系图 由图可以看出：叶黄素油含量增加，溶剂蒸发速度加快。黑龙江大学硕士学位论文322溶剂流量对收率的影响(正己烷)实验测定相同温度(63)、相同时间(45h)、相同物料颗粒(正 常)情况下，不同流量正己烷萃取收率得到下图：图310溶剂流量对收率的影响 从图中可以看出，上述条件下随着温差(即溶剂流量)的提高收率也会有所提高，但达到一定数值后收率提高速度会变慢，因此存在一个 最佳的流量点，实验测定该流量值在10L(hkg)左右。即每小时、每千克 物料10升溶剂的流量。323萃取时间对收率的影响(正己烷)实验测定相同温度(63。C)、相同流量(10L(hk曲)、相同物料颗粒 (正常)情况下提取时间不同的收率情况。得到下图：第3章实验结果1614邑12 料基i081237894萃取时5间(h)6萃取时间(h)图31l萃取时间对收率豹影响 从图中可以看出，上述条件下随着提取时间的延长，收率会有所提高，但同样收率的提高速度也随时间的延长下降，因此实验可以测定存 在一个最佳的提取时间，从实验的数据分析看来最佳时间在55小时左 右。324萃取温度对收率的影响(正己烷)实验测定相同流量(10L(hkg)、相同时间(45h)、相同物料颗粒 (正常)的情况下。不同提取温度对收率的影响。得到下图：4 543 5一*一牌娶32 545 50 55 60苹敢温度()图312萃取温度对收率的影响由图中所示可知，温度的提高有利于收率的提高，所以提取过程中 应尽量采用较高的温度。由于产物(叶黄素油)在70。C以上会变质，所以该温度不应超过70；选用溶剂正己烷的常压沸点为68。C左右，因此常压下最佳的提取温 度应在65左右，(由于加压对提取的影响不大，因此不予考虑)。另外 温度过高会造成溶剂大量蒸发，损失加大。在上述条件下，最佳的提取温度为65。C。325原料颗粒大小对收率的影响(正己烷)实验对小于3毫米的颗粒物料及正常物料(中253mm2-15ram) 进行了抽提实验对比，得到下表2：表3,2 颗粒大小对萃取效果的影响温度()时间(h)流量(L(hk曲)收率3mm65 2841订ir一正常65 28411283mm64541101404正常65 41001397通过上表可知颗粒大小的影响在萃取的开始阶段影响较大，后来影 响较小。分析原因可能是开始阶段原料中的产品含量较高，而小颗粒比 较利于溶剂浸泡，且接触面积较大，但在萃取后期的产品的含量下降所以提取速度也就降下来了。第3章实验结果326粕中残余溶剂量、油量的测定(正己烷)用装罱4将F己烷处理后的粕进行蒸发脱溶剂处理，测定物料失重 得出溶剂在粕中干基含量为44左右。用装置1萃取脱溶剂后的粕，条件为温度65、流速10L(hkg)、 时间67小时，(颗粒大约90是粉末，只有少量小于3毫米的颗粒)， 得到粕中干基含油232左右。脱溶剂回收溶剂量平均133359，产品平均收率1368，则每lOOg原料溶剂消耗量可用以下公式计算：溶剂消耗量小工：溶剂总量珊一号券蔫尝一竺兰!丢蓼干基粕中含溶量：32。m三一!：!曼一!：工至14逦4O669mL0669mL则实验中溶剂的消耗为O6Lkg左右。因此在扩试，及中试、工业化过程中应加强溶剂回收环节的效果，使溶剂损耗降到最低。产品的回收效率可用以下公式计算：产品回收效率=考兰鲁坚奏100产品回收效率=L罢兰兰善_=i_产品收率+二三攀磊箫1368+!：!墅1+1368=8702即大于85的叶黄素油可通过本方法提取出来。进一步延长提取时 间可以获得更好的效果在扩试、中试、工业化中采用逆流萃取的工艺黑龙江大掌硕士学位论文iItiiiiiii宣iiiiiiiiiiiijiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii皇i宣iiiiiiiiiiiii宣iiiii应该能获得更好的效果。 注：(1)流量单位中的蟾对应的是原料质量；(2)蒸流速度单位中的kg对应的是原料质量： (3)溶剂消耗量单位中的蝇对应的是原料质量： (4)原料的正常颗粒指的是0253mm2-15mm左右的经过发酵的万寿菊干花颗粒，有少量粉末(05)327精制温度对产品品质的影响表33精制温度对产品质量的影响分析表中数掘，我们可以发现精制过程中温度提高可明显缩短精制 时间，然而温度提高到一定程度就会使产品中的有效成分损失，产品质 量下降。最适宜的精制方式为55通风干燥2324小时即可。第3章实验结果328其它溶剂与正己烷的工艺效果对比评价采用工业正己烷与6号溶剂油进行了萃取和脱溶剂的对比实验得到 数据见表4：表3 4 三种溶剂应用评价对LL-种溶剂在相同条件下的萃取效果发现6号溶剂油的收