全 文 ：501第 6期
收稿日期： 2014-07-10
基金项目： 舟山市科技计划项目（2012C33004）；浙江海洋学院 2012 年科研计划项目（面上项目）（X12M05）；浙江海洋学院校级重大项目
（X12ZD08）；浙江省教育厅 2013 年度科研计划项目 [ 年度科研计划项目（Y201328199）]
作者简介： 胡永东（1990- ）， 男， 江西上饶人， 硕士研究生， 研究方向 : 天然产物提取与应用 .
通讯作者： 闻正顺（1982- ）， 男， 副教授， 研究方向： 海洋天然产物与健康 . E-mail: ashun789@163.com
文章编号：1008-830X（2014）06-0501-05
铜藻岩藻黄质的提取工艺优化
胡永 东， 吴　柠， 李易珍， 闻正顺， 欧阳小琨， 杨立业， 徐银峰， 曲有乐
（浙江海洋学 院食品与医药学院，浙江舟山　3160 22）
摘　要： 运用溶剂萃取法，并通过单 因素试验、正交试验和响应曲面试验优化提取工艺的影响因素提取温度、液料比和
提取时间，对铜藻中岩藻黄质的提取工艺进行研究。结果表明：最高提取率可为 0.72 mg/g， 相对应的提取条件为温度 70 ℃，
时间 127 min，液料比 68.3 mL/g。正交试验（0.71 mg/g）与响应曲面试验 (0.72 mg/g)所得出的最佳条件接近。铜藻中含有一
定量的岩藻黄质，试验优化的工艺稳定可行，可以为岩藻黄质的进一步开发提供一定的依据。
关键词： 铜藻； 岩藻黄质； 工艺优化
中图分类号： Q539 文献标识码： A
Study on Extraction of Fucoxanthin from Sargassum horneri
HU Yong-dong, WU Ning, LI Yi-zhen, et al
(Food and Medical School of Zhejiang Ocean University, Zhoushan　316022, China)
Abstract: To optimi ze the process of the organic solvent extraction of fucoxanthin from Sargassum horneri.
Affect ing factors for the extraction technique, such as extraction temperature, ratio of solvent to sample (volume/
weight), and extraction time were optimized with the single factor test, orthogonal array design and response
surface experiment. The result showed that: Maximum extraction rate of fucoxanthin was 0.72 mg/g when the
extraction model is as follows: extraction temperature 70 ℃ , the ratio of solvent to sample 68.3:1 (volume/weight, mL/
g)and extraction time 127 min. The optimum results between from the orthogonal array design and from response
surface methodology were approximate. S. horneri is rich in fucoxanthin. The optimized extraction process in the
study is stable and feasible to provide important reference meanings for further research and development of the
fucoxanthin.
Key words: Sargassum horneri; fucoxanthin; technology optimization
　　岩藻黄质（fucoxanthin）也被称为褐藻黄素、岩藻黄素，是类胡萝卜素中叶黄素类的一种天然色素，占大
约 700种天然出现的类胡萝卜素总量的 10%以上，颜色呈淡黄至褐色，为褐藻、硅藻、金藻及黄绿藻所含有
第 33卷　第 6期
2014年 11月
浙江海洋学院学报（自然科学版）
Journal of Zhejiang Ocean University(Natural Science) Vol.33　No.6Nov.,2014
502 第 33卷浙江海洋学院学报（自然科学版）
的色素。此外，牡蛎和蛤蚌中也广泛存在岩藻黄质和其代谢物岩藻黄醇。可自褐藻如海带、羊栖菜、裙带菜、
昆布和马尾藻等中提取出来。其结构（图 1）分子中含有丙二烯醇键和 5，6-单 环氧等官能团，大约只有 40
种类胡萝卜素含有这种丙二烯醇键 [1]。
国内外许多研究已经证明，岩藻黄质在多方面具有有利于人体健康的生理活性 [2-6]，包括抗肿瘤、抗炎、
抗氧化、减肥等。从现在已知的生理活性来看，岩藻黄质在食品、医药等领域具有巨大的应用价值。在国外，
岩藻黄质已经被应用到功能性食品中，国内还基本没有涉及到 [7-12]。
铜藻 Sargassum herneri属褐藻类马尾藻属，福建民间用作中药，目前科学家对该藻的药理研究比较少，
该藻也并没有被有效的利用起来 [13-14]。本研究通过单因素试验、正交试验和响应曲面试验分析最佳提取工
艺，为铜藻资源的充分利用和岩藻黄质的进一步开发提供一定依据。
1材料与方法
1.1材料与试剂
铜藻，浙江舟山嵊泗岛采得，由浙江海洋学院药学系鉴定；无水乙醇为分析纯试剂。
1.2实验方法
1.2.1原料预处理
用水洗净，在 -20 ℃冰箱中冷冻，冷冻干燥，粉碎，经 80目过筛，密封避光存放于 -20 ℃冰箱内。
1.2.2有机溶剂的提取
称取预处理的铜藻粉末一定量，置于具塞三角瓶中，加入 50倍体积的 70%乙醇，加塞并罩上黑布后，
60 ℃下磁力搅拌提取 60 min，5 000 r/min离心 10 min，收集上清液，提取两次，稀释适当倍数，于 449 nm处
测定吸光度值。每次实验平行 3次，通过计算得出岩藻黄质的提取率，从而获得较优的提取条件。
1.2.3计算公式
在 449 nm的波长下，通过分光光度计测出的吸光度值，可由下式计算出提取液中岩藻黄质的含量 [7]。
X=AV/(A1%1cm×100)
式中：X-岩藻黄质的量（g）；A-固定波长下样品吸光度值；A1%1cm-比吸收系数（=比消光系数
ε1%1cm），岩藻黄质的值为 1600；V-样品总体积（mL）。
岩藻黄质提取率 Y=1 000×X/M
式中：Y-提取率（mg/g）；X-岩藻黄质的量（g）；M-铜藻粉末质量（g）。
1.2.4单因素试验
以提取率为指标研究主要因素对岩藻黄质提取率的影响。具体单因素试验设置如下：
（1）不同提取时间（0.5、1、2、3、4 h）对对岩藻黄质提取率的影响；（2）不同液料比（30、40、50、60、70
mL/g）对岩藻黄质提取率的影响；（3）不同提取温度（30、40、50、60、70 ℃）对岩藻黄质提取率的影响。
以上各试验重复 3次，取平均值。
图 1　 岩藻黄质的结构
Fig.1　 Structure of fucoxanthin
503第 6期
1.2.5工艺条件的优化
在单因素试验的基础上，上述三因素各选取三水平进行正交试验和响应曲面法试验，进一步研究提取
铜藻中岩藻黄质的优化工艺条件。
2结果与分析
2.1单因素试验
2.1.1提取时间对铜藻中岩藻黄质提取率的影响
由图 2可知，随着提取时间的延长，铜藻中岩藻黄质的提取率
缓慢增大，2 h时达到最大值，之后基本不变。可能是由于短时间色
素没有完全溶出；随着提取时间的延长，岩藻黄质全部被溶出，之
后不再增多。
2.1.2提取液料比的影响
由图 3可知，随液料比的增大，岩藻黄质提取率慢慢提高，当
液料比为 60mL/g时达到最大值，在加大液料比也不会变。说明溶
剂体积达到一定值时几乎可将岩藻黄质完全溶出。
2.1.1 提取温度的影响
由图 4可知，实验范围内，随着温度的升高，岩藻黄质提取
率呈上升趋势。
2.2 正交试验
参考上述单因素试验的结果，以提取的时间、温度、液料比
三因素的三水平，使用正交设计助手设计试验，选择 L9（34）正
交 表，试验设计及结果如表 1所示。
图 2　提取时间对铜藻中岩藻黄质提取率的影响
Fig.2　Effect of extraction time on extraction
rate of fucoxanthin
图 3　液料比对铜藻中岩藻黄质提取率的影响
　Fig.3　Effect of solvent to material ratio on
extraction rate of fucoxanthin
胡永东等：铜藻岩藻黄质的提取工艺优化
表 1　正交试验设计和结果
Tab. 1　Design and results of orthogonal array test
因素 液料比（mL/g） 温度（℃） 时间（min） 提取率（mg/g）
实验 1
实验 2
实验 3
实验 4
实验 5
实验 6
实验 7
实验 8
实验 9
均值 1
均值 2
均值 3
极差
5050506060607070700.5920.6240.6340.042
5060705060705060700.5780.5930.6790.101
6012018012018060180601200.6050.6210.6250.021
0.5510.5760.6510.5770.6170.6770.6060.5870.709
图 4　提取温度对铜藻中岩藻黄质提取率的影响
Fig.4 　Effect of extraction temperature on extraction
rate of fucoxanthin
由表 1中结果分析可知，极差值大小顺序为提取温度 >液料比 >提取时间。说明在铜藻中岩藻黄质
的提取工艺中，三因素对岩藻黄质提取率的影响重要顺序为温度 >液料比 >时间。由最大提取率 0.709
mg/g得出铜藻中岩藻黄质优化的提取工艺条件为提取温度 70℃、液料比 70:1、时间 120min。
504 第 33卷浙江海洋学院学报（自然科学版）
2.3 响应曲面试验
利用 Design Expert软件设计试验组别（表 2）以及对实验结果进行回归分析，设计结果和分析结果见
表 3、4。实验共有 17组，取在 Xl、X2、X3所构成的三维顶点 12个点和中心点，其中中心点实验重复 5次
用以估计试验误差。
表 2　响应曲面试验因素和水平Table 2　Factors and levels of response surface test
独立变量 单位 因素编码 水平
温度
时间
料液比
℃minmL/g
ABC
-1506050
06012060
17018070
表 3　响应曲面试验结果Table 3　Results of response surface test
试验号
独立因素
响应值 (Y mg/g)Xl温度 (℃ ) X2时间 (min) X3液料比 (mL/g)
1234567891011121314151617
7060607050505050606060606060707060
12060120606012012018060180180120120120120180180
7070606060705060505070606060506060
0.7090.5870.6030.6730.5110.4830.5610.6050.5090.5920.6150.5460.6650.6160.6500.7050.617
表 4　回归模型的方差分析Table 4　Variance analysis of the regression model
变异源 平方和 自由度 均方 F P
模型A-温度B-时间C-液料比ABACBCA^2B^2C^2
失拟项
误差项
总和
0.0607760.0416790.0069950.0008830.0009650.0046710.0007450.0020450.0001380.0028190.0023250.0071060.070206
91111111114316
0.0067530.0416790.0069950.0008830.0009650.0046710.0007450.0020450.0001380.0028190.0005810.002369
5.01250230.937575.1923780.6553380.7162083.467080.5532961.5177850.1026972.0924070.245389
0.02260.00080.05670.44490.42540.10490.48120.25770.75800.19130.8959
显著
不显著
由回归模型的方差分析表（表 4）可知，该模型因素水平显著（P<0.05），失拟项不显著（P>0.05），表明由
误差引起的失拟不显著。
505第 6期 胡永东等：铜藻岩藻黄质的提取工艺优化
2.4响应曲面分析及优化工艺条件的确定和验证
图 5~7反映了三个因素对铜藻中岩藻黄质提取率的影响。由图可知，对铜藻中岩藻黄质提取率的影
响大小顺序是提取温度 >液料比 >时间，另外提取温度和液料比间交互作用的影响最显著。
通过 Design Expert对提取工艺进行优化，可知优化的工艺条件为提取温度为 70 ℃，提取液料比 68.3
mL/g，提取时间 127 min，可得理论上岩藻黄素的最高提取率为 0.719 539 mg/g。按此工艺进行多次验证得
到岩藻黄质的平均提取率为 0.72 mg/g，与模型预测值较接近。
3结论
为探索铜藻中岩藻黄质资源，对铜藻进行了基本研究。通过单因素试验、正交试验和响应曲面模型对
铜藻中岩藻黄质进行提取，发现铜藻中确实含有比较多的岩藻黄质。最佳提取率为 0.72 mg/g，最佳提取条
件为提取温度 70 ℃，提取时间 127 min，提取液料比 68.3 mL/g。
该研究不仅拓展了海洋色素的研究范围，开发新的岩藻黄质的来源，还为岩藻黄质的进一步分离纯化
和生物活性研究提供依据，对铜藻的高值化利用具有重要参考意义。
参考文献：
[1]MIYASHITA K, NISHIKAWA S, BEPPU F. The allenic carotenoid fucoxanthin, a novel marine nutraceutical from brown
seaweeds[J]. Journal of the science of food and agriculture, 2011, 91(7):1166-1174.
[2] MAEDA H, HOSOKAWA M, SASHIMA T, et a1. Fucoxanthin from edible seaweed, Undariapinnatifida, shows antiobesity effect
through UCPl expression in white adipose tissues[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2005, 332(2): 392-397.
[3] PENG Y, ZHIGANG Y, CHUNMEI D. Pigment signatures of some diatoms isolated from China sea s[J]. Acta Oceanologica Sinica,
2006, 25: 108-118.
[4] EIICHI K N, TATAUYA S, AKIHIKO N. Antiproliferative effect of neoxanthin and fucoxanthin on cultured cells[J]. Fisheries
Science, 2005, 71(2): 459-461.
[5] 肖策 . 海带中岩藻黄质、岩藻甾醇、甘露醇和褐藻糖胶的综合提取纯化工艺研究 [D]. 西安 : 西北大学 , 2008: 1-65.
[6] SMIT J A M. Reverse osmosis in charged membranes, analytical predictions from the space-charge model[J]. Journal of Colloid and
Interface Science, 1989, 132(2): 413-424.
[7] 刘梁，苟明玥，张春枝，等 . 海带岩藻黄素提取工艺的优化 [J]. 大连工业大学学报 , 2010, 29(6): 406-408.
[8] 尹尚军，徐涛，刘丽平，等 . 羊栖菜岩藻黄质的提取工艺研究 [J]. 食品工业科技 , 2011, 32(4): 272-275.
[9] 赵鹏 . 海带中岩藻黄素的提取与纯化工艺研究 [D]. 北京 : 北京化工大学 , 2010.
图 5　提取温度和时间对铜藻
岩藻黄质提取率的影响
Fig.5　Effect of extraction
temperature and time on extraction rate
of fucoxanthin
图 6　提取温度和液料比对铜藻岩
藻黄质提取率的影响
Fig.6　Effect of extraction
temperature and solvent to material ratio on
extraction rate of fucoxanthin
图 7　提取液料比和时间对铜藻
岩藻黄质提取率的影响
Fig.7　Effect of extraction solvent
to material ratio and time on extraction
rate of fucoxanthin
（下转第 510页）
510 第 33卷浙江海洋学院学报（自然科学版）
浓度曲线和NaCl浓度曲线以大于（1）区的上升趋势上升，MgSO4浓度曲线以略大于（1）区的上升趋势上升，
KCl浓度曲线基本保持（1）区趋势上升，由此得出（1）区到（2）区 CaSO4析出。（3）区 NaCl浓度曲线下降，
MgCl2浓度曲线以明显大于（1）区和（2）区的趋势继续上升，KCl浓度曲线和 MgSO4浓度曲线以略大于（2）
区的上升趋势上升，CaSO4浓度曲线继续下降，由此得出（2）区到（3）区 NaCl析出，同时 CaSO4继续析出。
图 1中，蒸发浓缩的反渗透海水淡化后浓海水中的 Mg2+浓度曲线一直呈现上升趋势，当波美比重大于
25.14 °Bé 时，上升趋势增大，表明在蒸发浓缩过程中镁元素不析出，且一直以离子形式存在于浓海水中。
未经蒸发浓缩的浓海水中，Mg2+浓度是1.802 g/L，是未经蒸发浓缩的东海海水Mg2+浓度的1.924倍。图2中，
MgCl2浓度曲线和 MgSO4浓度曲线一直呈现上升趋势，当波美比重大于 25.14 °Bé 时，MgCl2浓度曲线上
升趋势大于 MgSO4浓度曲线趋势，且同一波美比重下，MgCl2浓度大于 MgSO4浓度，表明在蒸发浓度反渗
透浓海水中的镁元素的主要存在形态是 MgCl2和 MgSO4。未经蒸发浓缩的浓海水中，MgCl2浓度和 MgSO4
浓度分别是 5.919 g/L和 1.442 g/L，分别是未经蒸发浓缩的东海海水 MgCl2浓度和 MgSO4浓度的 2.159倍
和 1.230倍。
分别由图 1、图 2和图 3、图 4的对比中发现，浓海水蒸发浓缩过程中常量元素变化规律和海水蒸发浓
缩过程中常量元素的变化规律基本一致。
３ 结论
（1）反渗透海水淡化后浓海水中的常量元素与原海水相比浓缩倍数从 1.474-2.130之间，更加有利于
提取。
（2）反渗透浓海水蒸发浓缩过程中常量元素变化规律和海水蒸发浓缩过程中常量元素的变化规律基
本一致。
（3）利用蒸发浓缩的方式从浓海水可依次获取硫酸钙和氯化钠，而镁盐应在析出硫酸钙和氯化钠之后
采取沉淀等其他方式获得。
参考文献：
[1] 张　宁，苏营营， 王新亭， 等 . 浓海水冷冻脱盐技术研究 [J]. 海洋通报 , 2009, 28(2):97-102.
[2] LIU Jie, YUAN Junsheng, JI Zhiyong, et al纳滤一电渗析耦合膜技术用于海水淡化过程浓缩盐水 (英文 )[C]//中国科学技术
协会 ,国家海洋局 ,青岛市人民政府 . 2012青岛国际脱盐大会论文集 . 2012: 7.
[3] 张　宁 . 高盐度浓海水的冷冻脱盐技术研究 [D].青岛 :中国科学院海洋研究所 , 2008.
[4] 贺　华 ,王学魁 ,孙之南 ,等 . 淡化后浓海水蒸发浓缩析盐规律研究 [J]. 盐业与化工 ,2 010, 39(2):3-7.
[5] 刘　林 . 氨法制镁母液蒸发、冷却析盐规律的试验研究 [D].天津 : 天津科技大学 , 2010.
[6] 董顺玲 . 原子吸收火焰法测定合力康粉剂中钾、钠、钙、镁、锌、铁的含量 [J]. 中国药科大学学报 ,2003,34(6):541-543.
[7] 耿　薇 . 原子吸收光谱法测定废酸液中铅、锌、钙、钠、钾的含量 [J]. 应用化工 ,2010, 39(1):136-138.
[8] 祝陈坚 . 海水分析化学实验 [M].青岛：中国海洋大学出版社 , 2007: 4-8.
[9] 刘　林 , 王学魁 , 徐升豪 . 浓缩脱镁母液冷却过程析盐规律的试验研究 [J]. 盐业与化工 , 2009, 38(6):15-17.
[10] 李丹彤，陈国栋，张玲丽，等 . 裙带菜岩藻黄素的提取分离及对人肝癌细胞HepG2的抑制作用研究 [J]. 辽宁师范大学学报 :
自然科学版 , 2012, 35(3): 383-389.
[11] 杨立群 . 海带中总色素和褐藻黄素的提取分离及其生物活性研究 [D]. 济南 :山东师范大学，2008.
[12] 严小军，范晓，娄清香 ,等 . 海藻中类胡萝卜素抗超氧自由基活性研究 [J]. 海洋科学集刊，2001，43: 115-119.
[13] 曾呈 . 中国常见海藻志 [M]. 北京 :科学出版社 , 1983: 212.
[14] NAKAZAWA S I. Antitumer effect of water extracts from marine algae I[J]. Chemotherapy, l974, 22: 1 435.
（上接第 505页）