类胡萝卜素的提取动力学研究实验综述

1、 类胡萝卜素的提取动力学研究 摘要：通过测定水或乙醇提取过程中类胡萝卜素的浓度-时间变化，结合数学模型推导，采用二次拟合和析出方程回归，研究并揭示了类胡萝卜素提取的动力学规律，为其提取工艺设计提供理论依据。研究提出了获得最佳提取时间及不同提取条件下的动力学方程。结果表明该方程拟合是成功的，类胡萝卜素的提取符合传质扩散动力学规律。关键词：类胡萝卜素；动力学；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类胡萝卜素简介 类胡萝卜素在自然界广泛存在，1831年，Wachenroder从胡萝卜根中结晶分离出碳水化合物类的色素，并以“胡萝卜素”命名，实际

4、上，胡萝卜中所含有的类胡萝卜素主要是13一胡萝卜素。之后，Berzelius从秋天的叶片 中分离提取出黄色的极性色素，并命名为“叶黄素”：随着生物物理技术的发展，人们通过色谱分析的方法分离出一系列的天然色素，并命名为“类胡萝卜素”。它们 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，已知的类胡萝卜素的成员大概有600多种，如番茄红素(Lycopene)、叶黄素(Lutein)，隐黄质(Cryptoxanthin)、玉米黄质(Zeaxanthin)、虾青素(Astaxanthin)、a一，13一及Y

5、一胡萝卜素(Q-13一Y-Carotene)等。1.2 材料 胡萝卜干粉（4 kg）、胡萝卜素标准品（1.0 g）、（95%和无水）乙醇（10 L）、无水甲醇（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）、盐酸（1 瓶）、氢氧化（1 瓶）钠、碳酸氢钠（1 瓶）、柠檬酸钠（1 瓶）、磷酸二氢钠（1 瓶）、磷酸氢二钠（1 瓶）、硅胶层析板和氧化铝层析板（510、1010和1020各2盒）、定性滤纸（2盒）、定量滤纸（2盒）、高纯氮气（1 瓶）、0.1%酚酞（1 瓶）、0.1%甲基红（1 瓶）、0.1%溴甲酚绿（1 瓶

6、）、pH试纸（5袋）、0.1m和1m滤膜（各1 盒）。注：试剂均为分析纯及以上规格。1.3仪器设备： 250mL成套索氏提取器6套；数显恒温水浴锅4个；分析天平1台；紫外可见分光光度计1台；烘箱1台；酸度计1台；旋光仪1台；偏光仪1台；红外光谱仪1台；高效液相色谱1台；薄层层析扫描仪（或层析用紫外线分析仪）1台；旋转蒸发器+真空泵：2套； 成套抽滤器（含砂芯片漏斗）：2套；电化学分析仪（含电导、电位和伏安分析功能）1台；层析缸6个；点样器1台；喷雾器1台；50100mm毛细管（各1盒）；烧杯；量筒；酸碱滴定管；电加热器8套；150mL和500mL成套制备反应器8套；石英砂1瓶；玻璃珠1瓶；普通

7、试管；5、15、50、100mL离心管；称量瓶；试剂瓶；不锈钢小钥匙；红外快速干燥箱2个；秒表2个；30、100mL顶空瓶；GC-MS；粉碎机1台；离心机（能离100mL的1台和20mL的2台）样品筛（20、40、60、80、100、120、160目）； 培养皿（直径50、80、100、150mm）。1.3 类胡萝卜素的提取及测定方法 类胡萝卜素的提取技术的研究主要是有机溶剂提取、酶反应法萃取等。1.3.1类胡萝卜素的提取1.3.1.1机溶剂提取 将溶剂加入固相或者另一液相混和物中，使其中所含的一种或几种组分溶出，从而使混合物得到完全或者部分分离的过程，通称溶剂萃取。溶剂萃取的效果主要取决于选

8、择合适的溶剂和提取方法。选择溶剂要注意以下三点：溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小：溶剂不能与待提取的成分起化学变化：溶剂要经济、易得、使用安全等。此外，物料的粉碎度、浸提温度、浓度差、提取时间、操作压力、溶剂的相对运动等因素也不同程度的影响提取效果。类胡萝卜素是脂溶性色素，不溶于水，难溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚，己烷、氯仿、丙酮等侣3一引。目前的天然类胡萝卜素的提取大多还是采用有机溶提取法。若提取材料中脂类较高，还须先皂化后提取，而脂类含量低的可以省去皂化，直接提取啼71，由于类胡萝卜素种类繁多，其极性差别较大，根据“相似相溶”的规律，不同成分的类胡萝卜素宜选用不同的溶剂来浸提，

9、而且在提取的过程中应最大程度的控制杂质成分的溶出。不同材料的提取工艺有所不同。卢艳杰等在玉米黄色素提取中用95乙醇，285C，料液比1：107，时间46h为最佳工艺条件，提取率为956。郝常明旧1以7：2的丙酮一甲醇为溶剂、2h，一次浸提光合细菌发酵液为最佳工艺。在对紫苏叶中类胡萝卜素的提取中，石油醚为最佳溶剂，浸提1次，3h，温度60C，同液比1：20为最佳工艺，类胡萝卜素回收率可达6570。范雷云等用90#溶剂油80C，lh对脱水胡萝卜渣提取，B一胡萝卜素的提取率达90以上。黄文等哺“以江苏泰兴产新鲜白果为原料，经过干燥预处理后，采用有机溶剂反复浸提的方法，对白果中类胡萝卜素的浸提条件进行

10、了探讨，得到其最佳工艺条件为：以石油醚：丙酮(1：lvv)作为溶剂，以l：6的料液比在40C分2次浸提共计150min，其浸提率可达9899。Chen等m1，采用20ml正己烷丙酮无水乙醇甲苯(10：7：6：7)作为提取剂与20ml40KOH一甲醇溶液(皂化剂)在100ml容量瓶中振荡lmin，然后在黑暗中皂化16h后从胡萝卜中提取类胡萝卜素。许辉捌等从胡萝卜汁中提取胡萝卜素时，先加入Na。S04，净化，再加入丙酮、石油醚研磨提取。但采用有机溶剂提取也有它的不足之处。在从番茄中提取番茄红素的实验中，若只采用溶剂萃取，得到的产品一般纯度不高，番茄红素含量约在5一15左右，而且通常不会产生番茄红素

11、晶体，而是一种呈油状的物质，即番茄油树脂，另外，提取物中不可避免的含有溶剂残留，致使产品质量差、有异味，严重影响了天然色素的推广和应用。1.3.1.2酶反应法 酶反应法是近几年发展的一项很有前途的生物工程技术，利用酶的催化专一性来生产天然色素，通过酶反应较温和地将植物组织分解，加速有效成分的释放提取，选用相应的酶可将影响液体制剂的杂质如淀粉、蛋白质、果胶等分解祛除，也可促进某些极性低的脂溶成分转化为糖甙类水溶成分而有利于提取。薛伟明等钔采用纤维素酶法提取红花中的红花黄色素，实验确定的红花黄色素酶法提取适宜工艺条件为：提取温度50C，提取介质pit=44，纤维素酶与红花的配料比为1：80。与传统

12、水浸提取工艺相比，提取率提高了940-1335。其工艺具有提取率高、提取条件温和、有效成分理化性质稳定的特点，实验过程中加入的纤维素酶对红花黄色素的性质无影响。1.3.2类胡萝卜素的测定方法1.3.2.1薄层色谱法 利用薄层色谱分析类胡萝卜素化合物已有较长的历史，时亮等盯用高效薄层色谱扫描法测定烟草中的卜胡萝卜素，以V(苯)：V(丙酮)-4：l为展开剂，检测波长450nm，线性范围50mg015ug，最低检测限20mg力一法简便、灵敏、快速、重现性好。彭光华等盯钔运用薄层色谱法分离、鉴定了枸杞子中的三种游离类胡萝卜素及其胡萝卜素酯，结合薄层扫描定量分析了枸杞子中的类胡萝卜素。1.3.2.2高效

13、液相色谱法 高效液相色谱是70年代急剧发展起来的一种分析技术。HPLC仪器技术的迅速发展，使得其灵敏度和准确度都有较大的提高，且能同时在多个波长下进行测定。随着可实现波长程序检测的紫外一可见检测器的引入，尤其是可利用不同类胡萝卜素及其异构体的光谱特征进行方便有效的定性分12析的光电二极管阵列检测器(即DAD或PAD)的引入，使得HPLC在类胡萝卜素的测定中得到广泛的应用。如文献H钆751测定了一些果汁中的胡萝卜素含量，并考察了储藏过程对其稳定性的影响；Wills等用HPLC梯度洗脱法测定了中国7种叶状蔬菜(香葱、菠菜、包菜、水芹等)中的类胡萝b素。Granado等用13一胡萝卜素一4一酮和视黄

14、基棕搁酸盐作内标分析了蔬菜中类胡萝卜素的成分。文献订对胡萝卜、菠菜、西红柿、罐装玉米和橘子进行了类胡萝卜素分析，以乙基Bapo一8一胡萝卜素酯为内标，对黄体素、玉米黄质、a一胡萝卜素、13一胡萝卜素和番茄红素进行了定量分析。Benamotz等以B-apo-8一胡萝b素醛和B一胡萝卜素一4一酮为内标，测定了其中一些类胡萝b素异构体的含量，如9-cis-13一胡萝卜素。Chen等伸以B-apo-8一胡萝卜素醛作内标，同时进行叶绿素和类胡萝卜素的测定。1.4对类胡萝卜素提取速度的研究在薄层色谱法中可采用多组实验，并分别以温度，溶剂，溶剂浓度等为变量，每2MIN取2ML溶液测定其中害胡萝卜素的浓度，并做其浓度关于时间的坐标图。参考文献1