胡蘿卜素的提取

1、胡蘿卜素的提取分離研究 胡蘿卜素的提取摘要：胡蘿卜素是安全的、無毒的天然色素，在生物食品等領(lǐng)域均有展應(yīng)用。胡蘿卜素的提取工藝眾多，工藝各有特點。簡要介紹了溶劑提取法提取胡蘿卜素，柱色譜分離胡蘿卜素，薄層色譜法檢驗分離效果的方法。學(xué)習(xí)柱色譜法、薄層色譜法的原理及其方法。掌握從胡蘿卜中分離提純胡蘿卜素的原理和方法。學(xué)會用色譜法從胡蘿卜中提取胡蘿卜素并鑒定之。關(guān)鍵詞：胡蘿卜素 提取 分離引言： 胡蘿卜是傳統(tǒng)蔬菜和食用天然胡蘿卜素的重要來源。胡蘿卜素是500多種類胡蘿卜素的一種。是橘黃色脂溶性化合物，它是一種重要的食用天然色素和營養(yǎng)強(qiáng)化劑，易溶于許多有機(jī)溶劑，如：乙酸乙酯、氯仿。幾乎不溶于丙二醇、甘油

2、、酸和堿不溶于水。胡蘿卜素是一種非常安全的、無任何毒副作用的營養(yǎng)元素，具有解毒作用。是維護(hù)人體健康不可缺少的營養(yǎng)素。在抗癌、預(yù)防心血管疾病、白內(nèi)障及抗氧化方面有顯著的功能，可預(yù)防因老化引起的多種退化性疾病。另外，胡蘿卜素在食品工業(yè)中的應(yīng)用也日益廣泛。 胡蘿卜中含有豐富的胡蘿卜素，是胡蘿卜素含量最高的蔬菜之一。本文以胡蘿卜為原料，采用色譜分離的方法研究了胡蘿卜素的提取。正文 1.1胡蘿卜中的成分 每100克胡蘿卜中，約含蛋白質(zhì)0.6克，脂肪0.3克，糖7.68.3克，鐵0.6毫克，維生素A（胡蘿卜素）1.3517.25毫克，維生素B1 0.020.04毫克，維生素B2 0.040.05毫克，維生

3、素C12毫克，熱量150.7千焦，另含果膠、淀粉、無機(jī)鹽和多種氨基酸。各類品種中尤以深橘紅色胡蘿卜素含量最高，各種胡蘿卜所含能量在79.5千焦1339.8千焦之間。胡蘿卜是一種質(zhì)脆味美、營養(yǎng)豐富的家常蔬菜，素有“小人參”之稱。胡蘿卜富含糖類、脂肪、揮發(fā)油、胡蘿卜素、維生素A、維生素B1、維生素B2、花青素、鈣、鐵等人體所需的營養(yǎng)成分。 1.2 胡蘿卜素的性質(zhì) 分子式，其分子式為 C40H56，紫紅或暗紅色的結(jié)晶性粉末。不溶于水，微溶于乙醇和乙醚，易溶于氯仿苯和油。熔點176180。在動物體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A的物質(zhì)稱為前維生素A（Provitamin A）。其代表性物質(zhì)就是胡蘿卜素，胡蘿卜素分為

4、-、-、-三種異構(gòu)體。其中胡蘿卜素比較穩(wěn)定，效力也強(qiáng)。 1.3 胡蘿卜素的制備方法 可通過化學(xué)合成，植物提取和微生物發(fā)酵3種方法生產(chǎn)，根據(jù)生產(chǎn)方式不同分為化學(xué)合成胡蘿卜素和天然胡蘿卜素兩大類。本實驗是從胡蘿卜中提取天然胡蘿卜素。而提取的方法可選擇色譜法。因為色譜法是分離、純化和鑒定有機(jī)化合物的重要方法之一。具有極其廣泛的用途。色譜法的基本原理是利用混合物中各組分在某一物質(zhì)中的吸附或溶解性能（即分配）的不同，或其他親和作用性能的差異，使混合物的溶液流經(jīng)該物質(zhì)， 進(jìn)行反復(fù)的吸附或分配等作用，從而將各組分開。流動的混合物溶液稱為流動相，固定的物質(zhì)稱為固定相（可以是固體或液體）。2實驗方法的選擇 2.

5、1 實驗方法 胡蘿卜素的提取技術(shù)1：目前，用于得到胡蘿卜素的方法有天然物萃取法、超臨界流體 CO2萃取，微波提取法及復(fù)合酶處理提取法等。 2.1.1天然物萃取法 從天然植物原料或者植物原料經(jīng)加工處理后的下腳料中，采用有機(jī)溶劑（如石油醚、氯仿、丙酮、乙醚、乙醇等）萃取胡蘿卜素的一種方法。 自然界含有豐富的生物資源，每年能產(chǎn)生總量達(dá)百萬噸的胡蘿卜素，但是它在生物體內(nèi)的含量并不高，一般僅占干重的 0.2%左右。 目前，從天然植物中提取-胡蘿卜素的技術(shù)主要有有機(jī)溶劑提取技術(shù)。常用有機(jī)溶劑為甲醇、無水乙醇、無水乙醚、石油醚、丙酮及石油醚丙酮。但大量的有機(jī)溶劑的使用會帶來不同程度的污染，且不易回收。 2.

6、1.2超臨界流體 CO2萃取 超臨界流體 CO2萃取胡蘿卜素可以大大提高其產(chǎn)率。具有萃取效率高，速度快，無污染，工藝簡單，萃取物色味純正等優(yōu)點據(jù)報道，在萃取過程中，壓力越高收率越高，壓力較小時，提高壓力對提高收率影響很大，壓力較大時，提高壓力收率增加有限；溫度越高收率越高，因此采用超臨界二氧化碳萃取胡蘿卜素時，適宜的操作條件為：壓力 3035MPa 溫度 2040，CO2的流量為 2025kg/g 。但利用該設(shè)備生產(chǎn)胡蘿卜素，成本高，對于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不太適宜。 2.1.3 微波提取法 微波提取技術(shù)是目前用于食品和中藥有效成分提取的一項新技術(shù)。微波用于生物原料萃取時。微波的高頻電磁波穿透萃取

7、煤質(zhì)，達(dá)到被萃取物料的內(nèi)部，并迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使細(xì)胞內(nèi)部溫度快速上升。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部壓力超過細(xì)胞壁承受能力時，細(xì)胞破裂。細(xì)胞內(nèi)有效成分流出，在較低的溫度溶解于萃取煤質(zhì)，再通過過濾和分離，便獲得萃取物。 2.1.4 復(fù)合酶處理提取法 酶法提取-胡蘿卜素目前的研究主要是提高果汁飲料中-胡蘿卜素的含量。復(fù)合酶處理提取法即利用酶的破壞細(xì)胞壁作用，使結(jié)合狀態(tài)的-胡蘿卜素游離出來，在此基礎(chǔ)上再加工成飲料或其它食品其營養(yǎng)價值將會大大提高。 2.2實驗原理 溶劑提取法是提取-胡蘿卜素最常用的方法，且所需儀器少，故選用此法。溶劑選擇1:1丙酮：石油醚（v/v)。原因如下：當(dāng)組織中含有大量的水時, 水溶性的萃取試劑如

8、丙酮、甲醇等, 可以使組織有效地干燥脫水, 隨后, 色素便可高效地萃取出來2。 柱層析法是將固定相裝在一金屬或玻璃柱中，或是將固定相附著在毛細(xì)管內(nèi)壁上做成色譜柱，試樣從柱頭到柱尾沿一個方向移動而進(jìn)行分離的方法。胡曉丹等在提取金盞菊花中的類胡蘿卜素過程中，采用氧化鎂、氧化鋁和層析硅膠三種玻璃層析柱，以石油醚浸潤，類胡蘿卜素粗提液通過層析柱后，將洗脫液用薄層色譜法評價三種填充料的純化效果，數(shù)據(jù)顯示氧化鎂純化效果最優(yōu)。Cristiane H等應(yīng)用活化的氧化鎂 / 硅藻土（質(zhì)量比 11）填充柱純化- 胡蘿卜素、葉黃素、新黃素和紫黃質(zhì)等幾種類胡蘿卜素，以便于高效液相色譜測。柱層析法一般用于類胡蘿卜素的粗

9、提取，對單體顆粒以及直徑大小要求不嚴(yán)格，目前此種方法在國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛。本次實驗用的填充劑為中性硅膠4。紅外光譜對樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測。此外，紅外光譜還具有測試迅速，操作方便，重復(fù)性好，靈敏度高，試樣用量少，儀器結(jié)構(gòu)簡單等特點，因此，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。紅外吸收峰的位置與強(qiáng)度反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點，可以用來鑒別未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用于進(jìn)行定量分析和純度鑒定。本次實驗采用紅外光譜對提取物進(jìn)行鑒定。3.實驗材料和方法 3.1 實驗材料 新鮮胡

10、蘿卜 3.2儀器和試劑 儀器 :三角瓶（50ml）、分液漏斗（150ml）、燒杯，研缽，蒸餾瓶（ 50ml）、普通蒸餾裝置（或減壓蒸餾裝置）、漏斗、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，柱接收瓶，色譜柱、硅膠薄層板、量筒、層析缸。 試劑 :胡蘿卜、丙酮、石油醚 （bp3060）、硅膠（層析用，200300目）、無水硫酸鈉、石油醚（ bp6090）、丙酮：石油醚（1：9）（V/V）。4.實驗內(nèi)容 4.1 胡蘿卜素的提取 （1）將新鮮胡蘿卜洗凈、擦干 ,切去尾部，切碎到胡蘿卜為1mm的小塊時，稱取碎鮮胡蘿卜200g及2g食鹽于小研缽中,進(jìn)行研磨操作時，研缽應(yīng)放在不易滑動的物體上，研杵應(yīng)保持垂直。大塊的固體只能先壓碎再研磨，

11、不能用研杵直接搗碎，否則會損壞研缽、研杵或?qū)⒐腆w濺出。研碎。（2）將研成泥狀的胡蘿卜用玻璃漏斗轉(zhuǎn)移至500mL平底燒瓶中，配好1:1丙酮：石油醚（v/v)共300ml，取少量清洗研缽，重復(fù)三次，將液體轉(zhuǎn)移到平底燒瓶中，玻璃漏斗同樣洗滌三次，將剩下的溶劑全部轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，封口，冷浸一周。 4.2.浸出液與濾渣的分離 將過濾器清洗干凈（不銹鋼過濾器用蒸餾水刷洗即可，玻璃過濾器在不加濾膜的情況下，用正己烷或石油醚進(jìn)行過濾操作，再用蒸餾水過濾沖洗干凈），將潤濕的濾紙放在濾膜支撐網(wǎng)或玻璃砂芯濾器中間，用過濾漏斗壓住濾紙，將陽極化鋁彈簧夾夾住上下法蘭邊，接通真空泵電源，按下電源開關(guān)，這時應(yīng)有氣泵的運轉(zhuǎn)

12、聲音，用手輕觸氣泵上的抽氣口應(yīng)感到抽氣效果，看壓力表顯示正常，說明真空泵運轉(zhuǎn)正常，關(guān)閉電源，將減壓器的調(diào)壓旋鈕完全打開，將過濾器和真空泵用橡膠管連接好，將胡蘿卜和浸出液混合物倒入濾杯內(nèi)，注意不要太滿，按下電源開關(guān)，調(diào)整減壓器的調(diào)壓旋鈕，使達(dá)到所需要的真空壓力，即可開始工作，用溶劑清洗平底燒瓶和濾杯中的濾渣，重復(fù)三次。關(guān)閉電源開關(guān)、打開減壓器的調(diào)壓旋鈕待過濾器內(nèi)恢復(fù)為常壓時（即壓力表歸零），再將泵與過濾器的連接導(dǎo)管分離，使用后，將濾紙取出，丟掉。 4.3.胡蘿卜素的洗滌 分液漏斗在使用前要將漏斗頸上的旋塞芯取出，涂上凡士林，但不可太多，以免阻塞流液孔。將分液漏斗插入塞槽內(nèi)轉(zhuǎn)動使油膜均勻透明，且轉(zhuǎn)

13、動自如。然后關(guān)閉旋塞，往漏斗內(nèi)注水，檢查旋塞處是否漏水，不漏水的分液漏斗方可使用。將洗瓶中收集到的濾液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，用飽和食鹽水洗滌，振搖分液漏斗后，將分液漏斗放在鐵架臺上，下面放一個燒杯收集流出液。靜置分層后，流出水層及水乳層，重復(fù)上述操作兩次，用飽和食鹽水洗滌，靜置，分層，流出下層液體。有機(jī)溶劑層從上口倒出到燒杯中，收集。再向收集了下層液體的燒杯中加入20ml石油醚，反萃兩次，得到的有機(jī)溶劑與之前收集到的有機(jī)溶劑混合，得到了胡蘿卜素的提取液。 4.4.胡蘿卜素的濃縮 將收集的液體用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑，將250ml旋蒸瓶稱重，待溶劑還剩100ml時，換250ml的旋蒸瓶繼續(xù)蒸干，稱重。

14、4.5.胡蘿卜素的柱層析 硅膠柱層析的分離原理是根據(jù)物質(zhì)在硅膠上的吸附力不同而得到分離，一般情況下極性較大的物質(zhì)易被硅膠吸附，極性較弱的物質(zhì)不易被硅膠吸附，整個層析過程即是吸附、解吸、再吸附、再解吸過程因成分的極性不同而分離的方法。（1）裝柱：取一根層析柱，用鑷子取少許脫脂棉放于干凈的色譜柱底部，輕輕塞緊。在柱子上口放一個干燥的玻璃漏斗，通過玻璃漏斗緩慢的加入中性層析硅膠，加到柱高的1/2處,用洗耳球輕輕拍打柱身,使裝填緊密,如填充的硅膠由于拍打后高度不夠,可以繼續(xù)加入硅膠,至硅膠界面不再下降為止，再在上面加一層脫脂棉,壓平。（2）淋洗：打開活塞，剛開始用膠頭滴管沿柱四周緩慢加入石油醚，至石油

15、醚溶液下降到棉花下1cm處后，通過漏斗倒入石油醚，加壓，直至有石油醚流出。（3）上樣：將旋蒸瓶中的膏狀物轉(zhuǎn)移到燒杯中，用5ml石油醚溶解，用膠頭滴管沿柱四周緩慢加入胡蘿卜提取液，直至樣品完全加入，用1ml洗滌燒杯兩次，重復(fù)上面的加樣方法。（4）洗脫：至樣品溶液全部下降到硅膠表面下1cm處后，用石油醚（bp6090）：丙酮=9:1（v/v)作洗脫劑進(jìn)行洗脫，加壓，調(diào)節(jié)活塞控制洗脫速度1滴/s ,每2ml收集一份樣品液，給收集液體的接收瓶按收集順序貼上標(biāo)簽。 4.6.胡蘿卜素的紅外光譜 紅外光譜分析可用于研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，也可以作為表征和鑒別化學(xué)物種的方法。紅外光譜具有高度特征性，可以采用與

16、標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對比的方法來做分析鑒定。已有幾種匯集成冊的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜集出版，可將這些圖譜貯存在計算機(jī)中，用以對比和檢索，進(jìn)行分析鑒定。利用化學(xué)鍵的特征波數(shù)來鑒別化合物的類型，并可用于定量測定。由于分子中鄰近基團(tuán)的相互作用，使同一基團(tuán)在不同分子中的特征波數(shù)有一定變化范圍。5.胡蘿卜素的提取流程圖胡蘿卜預(yù)處理將新鮮胡蘿卜洗凈、擦干 ,切去尾部，切碎。稱取碎鮮胡蘿卜200g于小研缽中 ,研碎。碎胡蘿卜移至500mL圓底燒瓶中，用1:1丙酮：石油醚（v/v)冷浸一周。冷浸抽濾用真空泵抽濾，最后一次抽濾需用10ml石油醚洗滌濾渣。將濾液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，用飽和食鹽水洗滌，分液，收集上層液體，下層液

17、體返萃后同樣收集上層液體。萃取 將收集的液體用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑，待溶劑還剩100ml時，換小的旋蒸瓶繼續(xù)蒸干，稱重。濃縮將旋蒸瓶中的膏狀物轉(zhuǎn)移到燒杯中，用5ml石油醚溶解，用鑷子取少許脫脂棉放于干凈的色譜柱底部，輕輕塞緊，加入層析硅膠至1/2處,再在上面加一層脫脂棉,壓平。加入樣品后，用洗脫劑洗脫。硅膠柱層析紅外光譜 6.實驗裝置圖 7.數(shù)據(jù)記錄表表一 胡蘿卜的提取率數(shù)據(jù)表樣品名稱質(zhì)量燒杯重量m1127.2g新鮮胡蘿卜+燒杯重m2327.6g旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀配瓶重m3142.177g濃縮后胡蘿卜素+旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀配瓶重m4142.278g表二 測胡蘿卜含水量樣品名稱質(zhì)量新鮮胡蘿卜重22.48g干燥后的

18、胡蘿卜重第一次2.127g干燥后的胡蘿卜重第二次2.108g干燥后的胡蘿卜重第三次2.108g8.數(shù)據(jù)處理 8.1測定提取率稱取的新鮮胡蘿卜重量為:m2-m1 即：327.2-127.2=200.4g濃縮后胡蘿卜素的重量：m4-m3 即：142.278-142.177=0.101g測含水量 新鮮胡蘿卜重：22.48g干燥后胡蘿卜的重量不再變化，可認(rèn)為已達(dá)恒重，此時胡蘿卜的重量為：2.108g胡蘿卜的干重占濕重的百分比：胡蘿卜干重/胡蘿卜濕重 即：2.108/22.48=9.38%胡蘿卜胡蘿卜素的含量為(以干重算): 0.101/(200.49.38%)=5.37% 表三 實驗結(jié)果表樣品量濃縮量

19、干重/濕重提取率200.4g0.101g9.38%5.37% 8.2紅外光譜法鑒定胡蘿卜素 如圖所示，2923cm-1與2853cm-1附近的強(qiáng)吸收峰為-CH3和-CH2-中飽和C-H鍵伸縮振動吸收峰；由于胡蘿卜素為紅外飛對稱結(jié)構(gòu)，分子鏈中11個C=C的吸收峰非常弱，在上圖中表現(xiàn)為1600cm-1-1680cm-1處的弱吸收峰譜帶；1461cm-1處的中等強(qiáng)度處吸收峰為-CH3的反對稱彎曲振動和-CH2-對稱彎曲振動吸收帶的重疊譜帶；1376cm-1處的中等強(qiáng)度吸收峰為-CH3的對稱彎曲振動產(chǎn)生；965cm-1處的較強(qiáng)吸收峰為反式碳碳雙鍵上的C-H的面外彎曲振動吸收峰。9.結(jié)論 通過此次實驗，證實了混合用有機(jī)溶劑冷浸法提取胡蘿卜是可行的。結(jié)果表明, 當(dāng)組織中含有大量的水時, 水溶性的萃取試劑如丙酮、甲醇等, 可以使組織有效地干燥脫水, 隨后, 色素便可高效地萃取出來。在分離過程中，可以看到顏色不一的色譜帶，說明柱層析法分離胡蘿卜素是有效的。在柱層析中能看到顏色不一的色譜帶，后來有一些擴(kuò)散，說明裝柱的好壞與胡蘿卜提取物中各