全 文 ：第 23卷第 4期
2 00 6年 4月
精 细 化 工
FINECHEMICALS
Vol.23, No.4
Apr.2 0 0 6
食品与饲料用化学品
微波 -表面活性剂协同提取山竹外衣色素＊
高　虹1 ,黎碧娜 2 ,陈晓霞1
(1.广东轻工职业技术学院 轻化工程系 ,广东 广州　510300;2.广东工业大学轻工化工学院 ,广东 广州　510090)
摘要:研究了微波 -表面活性剂协同提取法(MAME)提取山竹外衣色素的工艺条件与过程。 考察了提取剂中表
面活性剂类型和含量 、提取液 pH、微波提取功率 、时间 、浸泡固液质量比和时间对色素提取率的影响 , 实验结果
表明:pH=1时 ,以 w(聚氧乙烯十二酸失水山梨醇单酯)=0.08%的乙醇溶液〔φ(CH3CH2OH)=70%〕为提取
剂 ,山竹外衣按 m(山竹外衣)∶m(提取剂)=1∶263浸泡于提取剂中 5 min、微波功率 800W下提取 25 s, 色素提
取率为 96.26%。该法一次提取率是传统溶剂法的 1.78倍 , 提取时间是溶剂法的 1/240, 聚氧乙烯十二酸失水山
梨醇单酯对色素提取有增溶作用。
关键词:山竹;色素;微波 -表面活性剂协同提取;聚氧乙烯十二酸失水山梨醇单酯
中图分类号:TS202.3;TQ028.96　　文献标识码:A　　文章编号:1003-5214(2006)04-0389-04
Microwave-assistedMicelarExtractionofPigmentinPericarpsof
GarciniaMangostanaL.
GAOHong1 , LIBi-na2 , CHENXiao-xia1
(1.DepartmentofChemicalEngineering, GuangdongIndustryTechnicalCollege, Guangzhou510300, Guangdong, China;
2.CollegeofChemicalEngineeringandLightIndustry, GuangdongUniversityofTechnology, Guangzhou510090,
Guangdong, China)
Abstract:Microwave-assistedmicelarextraction(MAME)wasoptimizedforextractingpigmentin
pericarpsofGarciniaMangostanaL..Theresultsobtainedindicatedthatwithφ(alcohol)=70%
solutionofw〔POE(20)sorbitanmonolaurate〕=0.08% asextractant, pH=1, themarinatingratio1∶
263g/gfor5 minandmicrowavepower800 Wfor25 s, theextractionratewas96.26%.Comparing
withtheresultsofsolventextraction, MAMEreducedtheextractiontimefrom4 hto1 minandthe
singlestageextractionrateofMAMEwas1.78timesthatofsolventextraction.Thenon-ionicsurfactant
POE(20)sorbitanmonolaurateincreasedtheextractionrateefectively.
Keywords:GarciniaMangostanaL.;pigment;MAME;POE(20)sorbitanmonolaurate
　　山竹(GarciniaMangostanaL.)又名莽吉柿 ,为
藤黄科藤黄属常绿乔木 ,分布于东南亚和我国海南 、
广东等地 。其果实甜嫩 ,具有清热美容等作用 [ 1] 。
山竹属于厚皮果实植物 ,其中占果皮干重 75%的紫
褐色果皮外衣含有大量的花色苷 、黄酮等有效物质 ,
具有抗氧化 、着色等多种功能 ,无毒 ,是食品 、化妆品
的良好添加剂[ 2] 。但山竹外衣一直当废物丢弃 ,目
前再回收的报道较少 ,仅限于溶剂提取。
穿透式加热的微波辅助提取法 ,可消除热梯度 ,
具有速度快 ,能耗低 ,提取质量高等优点[ 3] ;表面活
性剂的增溶作用能使被溶物的化学势降低 ,促进被
提取物的渗出 ,可提高被提取物稳定性及提取率。
近年有文献报道将微波 -表面活性剂(MAME)法应
用于 HPLC中的样品预处理 [ 4] ,而用于提取研究的
报道较少 [ 5] 。作者采用 MAME法提取山竹外衣色
素 ,可在较短时间内基本将色素提取完全 ,提取温度
＊ 收稿日期:2005-08-04;定用日期:2005-11-03
作者简介:高　虹(1966-),女 ,湖南衡阳人 ,广东轻工职业技术学院副教授 , 硕士 ,主要从事天然产物分离与应用方面的研究 ,电话:
13631366680, E-mail:merryjune2000@yahoo.com.cn。
DOI :10.13550/j.jxhg.2006.04.020
低 ,提高了色素的稳定性。
1　实验
1.1　原料和仪器
山竹外衣(山竹去肉洗净 ,剥紫褐色外衣风干 ,
粉碎置干燥器备用)购于广州;表面活性剂 〔AEO3、
K12、1631、聚氧乙烯失水山梨醇酯(以下简称吐温 -
20、60、80)〕为工业品;甲醇 、盐酸等为 AR。
6010型紫外光谱仪;7230G分光光度计;QW-
1HU微波 -超声波萃取机 。
1.2　方法
1.2.1　提取工艺
准确称取山竹外衣 0.100 0 g(±0.000 1 g)与
一定体积提取剂于提取器中浸泡 5 min,置微波炉
内 , 800 W功率提取 25s。过滤提取液 ,用溶剂清洗
滤渣 ,收集滤液于容量瓶并定容 ,测吸光度 。计算每
克原料提取色素的量(mmol/g):n=AV/m, A—提取
液吸光度;V—定容体积 , mL;m—提取原料质量 , g。
由于本文提取物缺乏标准对照品 ,所以采用 A代替
浓度进行计算 ,故本文 “提取色素的量 ”只有相对意
义 。
1.2.2　测定方法
采用色价法 [ 6]测定色素含量 ,色素紫外 -可见
光光谱图表明 532 nm为最大吸收波长(λmax)。以
相应溶剂为空白 , 1 cm比色皿 ,测定 λmax处的 A来
代替浓度 ,并控制 A在 0.1 ～ 0.7。
1.2.3　单因素水平实验以寻求最佳提取剂
分别用等体积水 、乙醇 、甲醇 、丙酮 、乙酸乙酯和
pH=0.05的水 、φ(CH3CH2OH)=95%的乙醇 、乙醇 、甲
醇 、丙酮作提取剂 ,提取等质量原料 ,以相应空白溶液
为参比做紫外扫描 ,以确定最佳提取剂和测定 λmax。
1.2.4　单因素水平实验验证表面活性剂增溶作用
用 φ(CH3CH2OH)=95%的乙醇作溶剂 ,分别
与 AEO3、K12 、1631、吐温 -20、吐温 -60、吐温 -80
配制成 w(表面活性剂)=0.10%的提取剂 ,用盐酸
调节 pH=0.05,用相同提取工艺提取 ,以确定表面
活性剂对提取的增溶作用 。
1.2.5　拟水平正交实验确定部分工艺条件
以 pH、提取剂中吐温 -20的质量分数 w表 、微
波功率 、山竹外衣与提取剂质量比(以下简称固液
比)为四因素 ,作 L16(45)拟水平正交实验 ,因素水
平见表 1 ,以选择部分微波提取工艺条件。
1.2.6　正交实验确定最佳工艺条件
参考 1.2.5节拟水平正交实验结果 ,调整 pH、
固液比 、提取用乙醇溶液的体积分数 φ(CH3CH2OH)、
微波提取时间 、浸泡时间为五因素 ,作 L16(45)实验 ,
因素水平的选择见表 2,以确定提取最佳工艺条件 。
表 1　拟水平正交实验因素与水平
Table1　Orthogonalexperimentdesign
序号 A误差 BpH Cw表 /% D微波功率 /W E固液比 /(g/g)
1 0.05 0.00 800 1∶164
2 3 0.08 648 1∶123
3 1 0.02 464 1∶205
4 5 0.04 800 1∶82
　　注:由于微波炉的最大功率为 800W,所以因素 D的第 4个水平
与第 1个水平相同。
表 2　正交实验因素与水平
Table2　Factorsandlevelsoforthogonalexperiment
序号 A浸泡时间 /min BpH
Cφ(CH3CH2OH)/%
D
固液比 /(g/g) E提取时间 /s
1 <1 1 70 1∶175 15
2 1 2 95 1∶305 20
3 5 0.05 60 1∶220 25
4 10 3 90 1∶263 30
1.2.7　对比传统提取法
以相同的原料与溶剂配比 ,分别用 MAME与传统
溶剂提取法提取数次 ,计算提取率 η,对比提取结果。
η=每级提取色素的量 /总提取色素的量 ×100%。
2　结果与讨论
2.1　确定最佳提取剂
用水 、pH=0.05的水 、乙酸乙酯作提取剂的提
取溶液混浊 ,其他提取结果见表 3。
表 3　提取溶剂的确定
Table3　Confirmingthesolventofextractant
溶剂 λmax/nm 提取色素的量 /(mmol/g)
甲醇 529.0 124.65
乙醇 536.5 143.49
丙酮 527.5 93.56
pH=0.05、φ(CH3CH2OH)=95% 532.0 317.43
pH=0.05的乙醇 535.0 286.25
pH=0.05的甲醇 529.5 351.14
pH=0.05的丙酮 529.0 213.54
　　各溶剂提取色素的 λmax略有不同 。由表 3可
知 , pH=0.05的甲醇提取色素的量最高 , pH=
0.05、φ(CH3CH2OH)=95%的乙醇次之 ,考虑安全
无毒等因素 ,选择 pH=0.05、φ(CH3CH2OH)=95%
的乙醇为最佳提取剂。
2.2　确定表面活性剂的增溶作用
研究的表面活性剂中仅有 1631阳离子和吐温类
非离子表面活性剂对色素提取有增效作用 ,结果见表
4,其中吐温 -20可使提取比率 〔提取比率 =(提取色
素的量加表面活性剂 -提取色素的量未加表面活性剂)/提取色
·390· 精 细 化 工　FINECHEMICALS　　　　　　　　　　　　　　第 23卷　
素的量未加表面活性剂 〕提高 8.48%,毒性低 ,确定以吐温
-20为合理增溶剂 。
表 4　表面活性剂的增溶作用
Table4　Effectofsurfactant
表面活性剂 λmax/nm 提取色素的量 /(mmol/g) 提取比率 /%
未添加 532.0 285.67 0.00
1631阳离子型 531.5 287.57 0.67
吐温 -20 532.5 309.91 8.48
吐温 -60 531.5 298.14 4.36
吐温 -80 531.0 294.65 3.14
　　注:所用溶剂为φ(CH3CH2OH)=95%的乙醇溶液。
2.3　提取工艺条件分析
拟水平 L16(45)实验结果见表 5,方差分析结果
见表 6。由结果可知:在 pH=1、w(吐温 -20)=
0.08%的乙醇 〔φ(CH3CH2OH)=95%〕溶液为提取
剂 、800 W功率 、固液质量比 1∶205条件下 ,色素提
取量最高;α=0.10, pH对提取量有显著性影响;影
响因素重要性排序为:pH>微波功率 >固液比 >吐
温 -20质量分数。
表 5　L
16
(45)拟水平正交实验
Table5　L16(45)orthogonalexperimentalprogram
编号 A B C D E 提取色素的量 /(mmol/g)
1 1 1 1 1 1 117.26
2 1 2 2 2 2 59.08
3 1 3 3 3 3 116.96
4 1 4 4 4(1) 4 17.68
5 2 1 2 3 4 97.52
6 2 2 1 4(1) 3 66.74
7 2 3 4 1 2 119.32
8 2 4 3 2 1 16.44
9 3 1 3 4(1) 2 117.62
10 3 2 4 3 1 58.94
11 3 3 1 2 4 111.60
12 3 4 2 1 3 45.24
13 4 1 4 2 3 120.26
14 4 2 3 1 4 62.14
15 4 3 2 4(1) 1 130.94
16 4 4 1 3 2 18.38
表 6　L16(45)方差分析结果
Table6　Resultsoforthogonaldesign
因素 偏差平方和 自由度 F比 显著性 优化值
A误差 198.429 3 1.000
BpH 24390.455 3 122.92 ＊ B3
Cw表 64.258 3 0.324 C2
D微波功率 498.3230 2 2.980 D1(4)
E固液比 464.444 3 2.341 E3
　　注:Fc(0.10, 3)=5.390, Fc(0.10, 2)=5.460。
2.4　确定最佳提取工艺条件
L16(45)实验结果和方差分析见表 7、表 8。由结
果可知:色素在 pH=1、w(吐温 -20)=0.08%的 φ
(CH3CH2OH)=70%的溶液为提取液 、固液比 1∶263、
提取时间 25s、浸泡时间 5 min工艺条件下 ,提取色
素的量最大;α=0.01, pH、提取溶液中乙醇的体积
分数 、微波提取时间等 ,对提取色素的量有显著性影
响 ,影响因素重要性排序为:pH>提取液中乙醇体
积分数 >提取时间 >固液比 >浸泡时间 。
表 7　L16(45)正交实验
Table7　L16(45)orthogonalexperimentalprogram
编号 A B C D E 提取色素的量 /(mmol/g)
1 1 1 1 1 1 104.54
2 1 2 2 2 2 78.62
3 1 3 3 3 3 113.32
4 1 4 4 4 4 53.40
5 2 1 2 3 4 98.10
6 2 2 1 4 3 104.40
7 2 3 4 1 2 96.10
8 2 4 3 2 1 51.60
9 3 1 3 4 2 107.48
10 3 2 4 3 1 87.42
11 3 3 1 2 4 112.54
12 3 4 2 1 3 49.38
13 4 1 4 2 3 110.20
14 4 2 3 1 4 95.90
15 4 3 2 4 1 90.06
16 4 4 1 3 2 51.98
表 8　L16(45)方差分析结果
Table8　Resultsoforthogonaldesign
因素 偏差平方和 F比 显著性 优化值
A浸泡时间 10.919 1.000 A3
BpH 7421.119 679.625 ＊ B1
Cφ(CH3CH2OH) 508.088 46.532 ＊ C1
D固液比 12.061 1.105 D4
E提取时间 339.080 31.054 ＊ E3
误差 10.92
　　注:Fc(0.01 , 3)=29.500。
2.5　与传统溶剂提取法的比较
分别以 MAME和溶剂法提取山竹外衣色素 ,提
取至提取液的 A近似为零。实验结果见表 9。由结
果可知 , MAME法比传统溶剂法一次提取率高近一
倍;提取时间短 ,是传统溶剂法的 1 /240;提取温度
低;完全提取所需级数少。使用吐温 -20比较安
全 ,可以使用。
·391·第 4期 高　虹 ,等:微波 -表面活性剂协同提取山竹外衣色素
表 9　对比实验
Table9　Comparativeexperiments
提取方法 提取级数/次 提取时间 提取温度/℃ 提取色素的量/(mmol/g) η/%
微波 -表面活性剂提取法(MAME)
1 30s 52 438.00 96.26
2 30s 52 35.50 7.80
3 30s 52 14.00 3.08
4 30s 52 13.50 2.97
累计 2min 455.00 100
溶剂提取法 1 2 h 78 289.86 54.21
2 1 h 78 162.92 30.47
3 0.5 h 78 46.98 8.79
4 0.5 h 78 23.99 4.49
5 0.5 h 78 21.49 4.02
累计 4.5 h 534.73 100
　　注:提取剂为吐温 -20。
3　结论
研究了 MAME法提取山竹外衣色素的工艺过
程 ,实验确定合理的工艺条件为:pH=1、w(吐温 -
20)=0.08%的 φ(CH3CH2OH)=70%溶液作提取
剂 、以 m(山竹外衣)∶m(提取剂)=1∶263提取浸泡
时间 5 min、微波提取时间 25 s、功率 800 W。分析
实验结果表明 α=0.01, pH、提取剂中乙醇的体积分
数和微波提取时间 ,对色素提取有显著性影响 。
采用 MAME法提取山竹外衣色素 ,两级提取可
将色素提取完全 ,累计提取时间为 1 min,其中一级
提取的提取率为 96.26%;而传统溶剂法将色素提
取完全需要 4次以上 , 累计提取时间需要 4 h,是
MAME法的 240 倍 , 其一级提取的提取率是
54.21%。研究表明 MAME法可以充分提高提取效
率 ,降低提取温度 ,有利于保证色素的稳定性;表面
活性剂吐温 -20对色素的微波辅助提取有一定的
协同作用 。
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(上接第 388页)
表 6　四苯基溴化膦用量对Ⅱ b收率的影响
Table6　EfectofdosageofcatalystontheyieldofⅡ b
四苯基溴化膦 /g
0.05 0.1 0.15 0.2
Ⅱ b收率 /% 23.4 39.5 39.4 39.5
可以看出 ,当四苯基溴化膦用量为 0.1 g时 ,
Ⅱb收率达 39.5%,比较合适 ,此时四苯基溴化膦和
原料(Ⅱa)的质量比为 1∶17。
2.6　水分对 Ⅱb收率的影响
本反应要求在无水且有惰性气体保护的条件下
在密闭装置中进行 ,所用试剂在使用前均需进行充
分干燥 ,水分的存在会改变整个反应体系中电荷的
分布 ,降低产品收率甚至无产品生成 。
3　结论
鸟嘌呤为原料 ,经酰化反应制得 N2· 9-二乙酰
鸟嘌呤 ,收率 95.8%。氯化水解得到 2-氨基 -6-氯嘌
呤(Ⅱa),收率 75.8%。经卤素交换制得 2-氨基 -6-
氟嘌呤(Ⅱb)、2-氨基 -6-溴嘌呤(Ⅱc)和 2-氨基-6-碘
嘌呤 (Ⅱd), 最高收率分别为 42.8%, 87.2%和
91.5%。合成 2-氨基 -6-氟嘌呤(Ⅱb)的最佳工艺条件
为:n(2-氨基-6-氯嘌呤)∶n(KF)=1∶5;硝基苯为溶剂 ,
m(硝基苯)∶m(2-氨基-6-氯嘌呤)=21∶1;四苯基溴化
膦为相转移催化剂 , m(四苯基溴化膦)∶m(2-氨基-6-
氯嘌呤)=1∶17;反应温度 190 ℃;收率可达 39.5%。
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