類(lèi)胡蘿卜素的提取動(dòng)力學(xué)研究實(shí)驗(yàn)綜述

1、 類(lèi)胡蘿卜素的提取動(dòng)力學(xué)研究 摘要：通過(guò)測(cè)定水或乙醇提取過(guò)程中類(lèi)胡蘿卜素的濃度-時(shí)間變化，結(jié)合數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)，采用二次擬合和析出方程回歸，研究并揭示了類(lèi)胡蘿卜素提取的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，為其提取工藝設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。研究提出了獲得最佳提取時(shí)間及不同提取條件下的動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)果表明該方程擬合是成功的，類(lèi)胡蘿卜素的提取符合傳質(zhì)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)規(guī)律。關(guān)鍵詞：類(lèi)胡蘿卜素；動(dòng)力學(xué)；提取Kinetic Studies on Extraction of carotenoid Applied Chemistry DuWei Abstract: By using the determination on the change

2、of carotenoid concentration with time in the course of extraction bywater or ethanol, and the application of mathematical model derivation and equation regression methods, the kineticrule in extraction of carotenoid was investigated and disclosed in this paper. An optimized extracting time and kinet

3、icequation in different conditions were put forward. Results showed that the equation optimization was succeeded andthe extraction of carotenoid complied to diffusion kinetic rules.Key words: Carotenoid, Kinetics, Extraction 11類(lèi)胡蘿卜素簡(jiǎn)介 類(lèi)胡蘿卜素在自然界廣泛存在，1831年，Wachenroder從胡蘿卜根中結(jié)晶分離出碳水化合物類(lèi)的色素，并以“胡蘿卜素”命名，實(shí)際

4、上，胡蘿卜中所含有的類(lèi)胡蘿卜素主要是13一胡蘿卜素。之后，Berzelius從秋天的葉片 中分離提取出黃色的極性色素，并命名為“葉黃素”：隨著生物物理技術(shù)的發(fā)展，人們通過(guò)色譜分析的方法分離出一系列的天然色素，并命名為“類(lèi)胡蘿卜素”。它們 具有共同的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，分子中心都是多烯鍵的聚異戊二烯長(zhǎng)鏈，以此為基礎(chǔ)，通過(guò)末端的環(huán)化、氧的加入或鍵的旋轉(zhuǎn)及異構(gòu)化等方式產(chǎn)生出很多衍生物。目前，已知的類(lèi)胡蘿卜素的成員大概有600多種，如番茄紅素(Lycopene)、葉黃素(Lutein)，隱黃質(zhì)(Cryptoxanthin)、玉米黃質(zhì)(Zeaxanthin)、蝦青素(Astaxanthin)、a一，13一及Y

5、一胡蘿卜素(Q-13一Y-Carotene)等。1.2 材料 胡蘿卜干粉（4 kg）、胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品（1.0 g）、（95%和無(wú)水）乙醇（10 L）、無(wú)水甲醇（10 瓶）、石油醚(沸程3060、6090) （10 瓶）、丙酮（1 瓶）、乙醚（1 瓶）、乙酯乙酯（1 瓶）、硫酸（1 瓶）、鹽酸（1 瓶）、氫氧化（1 瓶）鈉、碳酸氫鈉（1 瓶）、檸檬酸鈉（1 瓶）、磷酸二氫鈉（1 瓶）、磷酸氫二鈉（1 瓶）、硅膠層析板和氧化鋁層析板（510、1010和1020各2盒）、定性濾紙（2盒）、定量濾紙（2盒）、高純氮?dú)猓? 瓶）、0.1%酚酞（1 瓶）、0.1%甲基紅（1 瓶）、0.1%溴甲酚綠（1 瓶

6、）、pH試紙（5袋）、0.1m和1m濾膜（各1 盒）。注：試劑均為分析純及以上規(guī)格。1.3儀器設(shè)備： 250mL成套索氏提取器6套；數(shù)顯恒溫水浴鍋4個(gè)；分析天平1臺(tái)；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)1臺(tái)；烘箱1臺(tái)；酸度計(jì)1臺(tái)；旋光儀1臺(tái)；偏光儀1臺(tái)；紅外光譜儀1臺(tái)；高效液相色譜1臺(tái)；薄層層析掃描儀（或?qū)游鲇米贤饩€(xiàn)分析儀）1臺(tái)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器+真空泵：2套； 成套抽濾器（含砂芯片漏斗）：2套；電化學(xué)分析儀（含電導(dǎo)、電位和伏安分析功能）1臺(tái)；層析缸6個(gè)；點(diǎn)樣器1臺(tái)；噴霧器1臺(tái)；50100mm毛細(xì)管（各1盒）；燒杯；量筒；酸堿滴定管；電加熱器8套；150mL和500mL成套制備反應(yīng)器8套；石英砂1瓶；玻璃珠1瓶；普通

7、試管；5、15、50、100mL離心管；稱(chēng)量瓶；試劑瓶；不銹鋼小鑰匙；紅外快速干燥箱2個(gè)；秒表2個(gè)；30、100mL頂空瓶；GC-MS；粉碎機(jī)1臺(tái)；離心機(jī)（能離100mL的1臺(tái)和20mL的2臺(tái)）樣品篩（20、40、60、80、100、120、160目）； 培養(yǎng)皿（直徑50、80、100、150mm）。1.3 類(lèi)胡蘿卜素的提取及測(cè)定方法 類(lèi)胡蘿卜素的提取技術(shù)的研究主要是有機(jī)溶劑提取、酶反應(yīng)法萃取等。1.3.1類(lèi)胡蘿卜素的提取1.3.1.1機(jī)溶劑提取 將溶劑加入固相或者另一液相混和物中，使其中所含的一種或幾種組分溶出，從而使混合物得到完全或者部分分離的過(guò)程，通稱(chēng)溶劑萃取。溶劑萃取的效果主要取決于選

8、擇合適的溶劑和提取方法。選擇溶劑要注意以下三點(diǎn)：溶劑對(duì)有效成分溶解度大，對(duì)雜質(zhì)溶解度?。喝軇┎荒芘c待提取的成分起化學(xué)變化：溶劑要經(jīng)濟(jì)、易得、使用安全等。此外，物料的粉碎度、浸提溫度、濃度差、提取時(shí)間、操作壓力、溶劑的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等因素也不同程度的影響提取效果。類(lèi)胡蘿卜素是脂溶性色素，不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚，己烷、氯仿、丙酮等侶3一引。目前的天然類(lèi)胡蘿卜素的提取大多還是采用有機(jī)溶提取法。若提取材料中脂類(lèi)較高，還須先皂化后提取，而脂類(lèi)含量低的可以省去皂化，直接提取啼71，由于類(lèi)胡蘿卜素種類(lèi)繁多，其極性差別較大，根據(jù)“相似相溶”的規(guī)律，不同成分的類(lèi)胡蘿卜素宜選用不同的溶劑來(lái)浸提，

9、而且在提取的過(guò)程中應(yīng)最大程度的控制雜質(zhì)成分的溶出。不同材料的提取工藝有所不同。盧艷杰等在玉米黃色素提取中用95乙醇，285C，料液比1：107，時(shí)間46h為最佳工藝條件，提取率為956。郝常明舊1以7：2的丙酮一甲醇為溶劑、2h，一次浸提光合細(xì)菌發(fā)酵液為最佳工藝。在對(duì)紫蘇葉中類(lèi)胡蘿卜素的提取中，石油醚為最佳溶劑，浸提1次，3h，溫度60C，同液比1：20為最佳工藝，類(lèi)胡蘿卜素回收率可達(dá)6570。范雷云等用90#溶劑油80C，lh對(duì)脫水胡蘿卜渣提取，B一胡蘿卜素的提取率達(dá)90以上。黃文等哺“以江蘇泰興產(chǎn)新鮮白果為原料，經(jīng)過(guò)干燥預(yù)處理后，采用有機(jī)溶劑反復(fù)浸提的方法，對(duì)白果中類(lèi)胡蘿卜素的浸提條件進(jìn)行

10、了探討，得到其最佳工藝條件為：以石油醚：丙酮(1：lvv)作為溶劑，以l：6的料液比在40C分2次浸提共計(jì)150min，其浸提率可達(dá)9899。Chen等m1，采用20ml正己烷丙酮無(wú)水乙醇甲苯(10：7：6：7)作為提取劑與20ml40KOH一甲醇溶液(皂化劑)在100ml容量瓶中振蕩lmin，然后在黑暗中皂化16h后從胡蘿卜中提取類(lèi)胡蘿卜素。許輝捌等從胡蘿卜汁中提取胡蘿卜素時(shí)，先加入Na。S04，凈化，再加入丙酮、石油醚研磨提取。但采用有機(jī)溶劑提取也有它的不足之處。在從番茄中提取番茄紅素的實(shí)驗(yàn)中，若只采用溶劑萃取，得到的產(chǎn)品一般純度不高，番茄紅素含量約在5一15左右，而且通常不會(huì)產(chǎn)生番茄紅素

11、晶體，而是一種呈油狀的物質(zhì)，即番茄油樹(shù)脂，另外，提取物中不可避免的含有溶劑殘留，致使產(chǎn)品質(zhì)量差、有異味，嚴(yán)重影響了天然色素的推廣和應(yīng)用。1.3.1.2酶反應(yīng)法 酶反應(yīng)法是近幾年發(fā)展的一項(xiàng)很有前途的生物工程技術(shù)，利用酶的催化專(zhuān)一性來(lái)生產(chǎn)天然色素，通過(guò)酶反應(yīng)較溫和地將植物組織分解，加速有效成分的釋放提取，選用相應(yīng)的酶可將影響液體制劑的雜質(zhì)如淀粉、蛋白質(zhì)、果膠等分解祛除，也可促進(jìn)某些極性低的脂溶成分轉(zhuǎn)化為糖甙類(lèi)水溶成分而有利于提取。薛偉明等鍆采用纖維素酶法提取紅花中的紅花黃色素，實(shí)驗(yàn)確定的紅花黃色素酶法提取適宜工藝條件為：提取溫度50C，提取介質(zhì)pit=44，纖維素酶與紅花的配料比為1：80。與傳統(tǒng)

12、水浸提取工藝相比，提取率提高了940-1335。其工藝具有提取率高、提取條件溫和、有效成分理化性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入的纖維素酶對(duì)紅花黃色素的性質(zhì)無(wú)影響。1.3.2類(lèi)胡蘿卜素的測(cè)定方法1.3.2.1薄層色譜法 利用薄層色譜分析類(lèi)胡蘿卜素化合物已有較長(zhǎng)的歷史，時(shí)亮等盯用高效薄層色譜掃描法測(cè)定煙草中的卜胡蘿卜素，以V(苯)：V(丙酮)-4：l為展開(kāi)劑，檢測(cè)波長(zhǎng)450nm，線(xiàn)性范圍50mg015ug，最低檢測(cè)限20mg力一法簡(jiǎn)便、靈敏、快速、重現(xiàn)性好。彭光華等盯鍆運(yùn)用薄層色譜法分離、鑒定了枸杞子中的三種游離類(lèi)胡蘿卜素及其胡蘿卜素酯，結(jié)合薄層掃描定量分析了枸杞子中的類(lèi)胡蘿卜素。1.3.2.2高效

13、液相色譜法 高效液相色譜是70年代急劇發(fā)展起來(lái)的一種分析技術(shù)。HPLC儀器技術(shù)的迅速發(fā)展，使得其靈敏度和準(zhǔn)確度都有較大的提高，且能同時(shí)在多個(gè)波長(zhǎng)下進(jìn)行測(cè)定。隨著可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)程序檢測(cè)的紫外一可見(jiàn)檢測(cè)器的引入，尤其是可利用不同類(lèi)胡蘿卜素及其異構(gòu)體的光譜特征進(jìn)行方便有效的定性分12析的光電二極管陣列檢測(cè)器(即DAD或PAD)的引入，使得HPLC在類(lèi)胡蘿卜素的測(cè)定中得到廣泛的應(yīng)用。如文獻(xiàn)H釓751測(cè)定了一些果汁中的胡蘿卜素含量，并考察了儲(chǔ)藏過(guò)程對(duì)其穩(wěn)定性的影響；Wills等用HPLC梯度洗脫法測(cè)定了中國(guó)7種葉狀蔬菜(香蔥、菠菜、包菜、水芹等)中的類(lèi)胡蘿b素。Granado等用13一胡蘿卜素一4一酮和視黃

14、基棕?cái)R酸鹽作內(nèi)標(biāo)分析了蔬菜中類(lèi)胡蘿卜素的成分。文獻(xiàn)訂對(duì)胡蘿卜、菠菜、西紅柿、罐裝玉米和橘子進(jìn)行了類(lèi)胡蘿卜素分析，以乙基Bapo一8一胡蘿卜素酯為內(nèi)標(biāo)，對(duì)黃體素、玉米黃質(zhì)、a一胡蘿卜素、13一胡蘿卜素和番茄紅素進(jìn)行了定量分析。Benamotz等以B-apo-8一胡蘿b素醛和B一胡蘿卜素一4一酮為內(nèi)標(biāo)，測(cè)定了其中一些類(lèi)胡蘿b素異構(gòu)體的含量，如9-cis-13一胡蘿卜素。Chen等伸以B-apo-8一胡蘿卜素醛作內(nèi)標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的測(cè)定。1.4對(duì)類(lèi)胡蘿卜素提取速度的研究在薄層色譜法中可采用多組實(shí)驗(yàn)，并分別以溫度，溶劑，溶劑濃度等為變量，每2MIN取2ML溶液測(cè)定其中害胡蘿卜素的濃度，并做其濃度關(guān)于時(shí)間的坐標(biāo)圖。參考文獻(xiàn)1