全 文 ：微波-表面活性剂协同
提取万寿菊叶黄素工艺研究
范建凤 ,郝宇飞
(忻州师范学院化学系 ,山西忻州 034000)
摘要:以提高万寿菊叶黄素的提取率为目的 ,采用单因数实验结合正交实验的方法 ,研究了微波-表面活性剂协同提取万
寿菊花中叶黄素的工艺。结果表明:万寿菊叶黄素的微波-表面活性剂协同提取最优工艺为:以乙酸乙酯为提取剂 ,表面活性
剂Tween-20为最佳助萃取剂(质量分数为 0.03%),提取固液比 1∶60(g/mL),微波功率 400 W ,微波提取温度为 60℃,提取时间
2 min。在此工艺下 ,万寿菊叶黄素的提取量为 3.209 mg/ g。
关键词:微波;表面活性剂;万寿菊;叶黄素
中图分类号:O654　 文献标识码:A　 文章编号:0253-4320(2008)S2-0398-03
Study on surfactant assisted microwave extraction of the Lutein from Marigold
FAN J ian-feng , HAO Yu-fei
(Department of Chemistry , Xinzhou TeachersUniversity , Xinzhou 034000 , China)
Abstract:The surfactant assisted microwave extraction of the lutein from Marigold was studied , in order to improve
extraction rate of the lutein.The optimum conditions of surfactant assisted microwave extraction were obtained by the single
factor and orthogonal experiments.Results are as follows:acetic-ester is used as extracting solvent , Tween-20 is the best
surfactant(concentration is 0.03%), the ratio of material to solvent is 1∶60(g/ mL),microwave power is 400 W , temperature is
60℃, and time is 2 min.The lutein yield are 320.9 mg/100 g for the surfactant assisted microwave extraction.
Key words:microwave;surfactant;Marigold;lutein
　收稿日期:2008-08-26
　基金项目:山西省高校科技研究开发项目(200611041)
　作者简介:范建凤(1965-),女 ,硕士 ,副教授 ,主要从事化学教学与研究工作, 0350-3048472 , fjf3034832@126.com。
　　万寿菊原产墨西哥 ,又名金盏菊 、臭芙蓉 ,是富
含叶黄素类物质的理想工业原料 ,花和叶可入药 ,有
清热化痰 、补血通经 、去瘀生新的功效。橙色品种万
寿菊干花朵类胡萝卜素含量为 0.6%～ 2.5%,其中
叶黄素酯占类胡萝卜素酯的 88%～ 92%[ 1] 。叶黄
素酯可在人体内转换为叶黄素 。叶黄素能吸收对视
网膜有损害作用的蓝光 ,同时具有抗氧化作用 ,在老
年性黄斑退化病和白内障疾病预防方面有强的疗
效[ 2] ,尤其可以延缓老年期动脉粥样硬化的形成 ,预
防因肌体衰老而引发的心血管硬化 、肿瘤 、癌症等疾
病[ 3] ,广泛应用于食品 、医药 、工业染料 、水产品等
领域 。
提取万寿菊花中叶黄素的方法有多种 ,如溶剂
浸提法 、干燥法 、膜分离技术 、微波法 、高效液相色谱
法及超临界萃取法 ,国外对提取万寿菊中叶黄素研
究颇多 ,而我国在利用新方法制备叶黄素方面研究
较少[ 4-6] 。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 ,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[ 7] ,目前关于二者协同提取叶黄素的报道甚少 。
本文以提高万寿菊叶黄素的提取率为目的 ,研究了
微波-表面活性剂协同提取万寿菊花中叶黄素的
工艺 。
1　实验部分
1.1　原料 、试剂及仪器
原料:万寿菊 ,产于山西原平 ,经真空冷冻干燥 ,
粉碎后过 20目筛 ,备用 。
主要仪器:UV-2550紫外-可见分光光度仪(上
海分析仪器厂);1 cm石英比色皿;XH-100A微波催
化合成/萃取仪(北京祥鹄科技发展有限公司);RE-
52AA型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);722型
光栅可见分光光度仪(上海精密科学仪器有限公
司);AB204-N电子天平(±0.0001)(上海梅特勒-托
利多仪器有限公司)。
·398·
Oct.2008 现代化工 第 28卷增刊(2)
Modern Chemical Industry 2008年 10月
DOI :10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2008.s2.063
试剂:吐温-20 、吐温-60 、吐温-80 、K12、OP-10
(以上均为化学纯);95%乙醇 、乙酸 、石油醚 、丙酮 、
氢氧化钾 、乙酸乙酯 、四氢呋喃(以上均为分析纯)。
1.2　实验方法
1.2.1　最大吸收波长的确定
精确称取万寿菊干花粉 0.1000 g ,加入乙酸乙
酯6 mL ,用传统浸提法提取叶黄素 ,经皂化 、过滤 、
洗涤 、稀释定容 ,用紫外-可见分光光度仪在 400 ～
550 nm范围内测定最大吸收波长 λmax 。
1.2.2　叶黄素类化合物含量的测定
以相应空白提取剂为参比 , 1 cm 比色皿 , 在叶
黄素最大吸收波长下测定吸光度值 A ,用来代替浓
度 ,并控制在0.2 ～ 0.8。按如下公式计算溶液中叶
黄素的含量:
x =(A × y)/(A1%1 cm×100)
式中:x 为样品中所含的叶黄素类化合物质量(g);y
为样品溶液的体积(mL);A 为固定波长下样品的吸
光度值;A1%1 cm为比吸光系数 ,为在 1 cm 光程长的比
色皿中1%(W/ V)浓度溶质的理论吸收值 ,在此采
用值为2 200。
1.2.3　单因素实验最佳提取剂的选择
精确称取 0.1000 g 万寿菊干花粉末 5 份 ,分别
向其中加入四氢呋喃 、乙酸乙酯 、丙酮 、石油醚 、95%
乙醇各 6 mL ,固液比为 1∶60(g/mL),静置 5 min ,再
分别向其中加入 0.15 g/mL KOH-乙醇溶液[ 9] 各
6 mL进行皂化 ,置微波炉内在 800 W功率 、40℃下
提取 3 min。过滤提取液 ,洗涤 ,用乙酸调 pH=7.0 ,
稀释定容 ,以相应空白提取剂为参比进行紫外扫描 ,
以确定最佳提取剂。
1.2.4　单因素实验最佳表面活性剂的选择
选乙酸乙酯作提取剂 ,分别加入质量分数为
0.11%的表面活性剂 Tween-20 、Tween-60 、Tween-
80 、K12 、OP-10 ,提取工艺同上 ,以确定最佳表面活性
剂对提取剂的增溶作用。
1.2.5　单因素实验最佳微波温度的选择
以乙酸乙酯作提取剂 ,质量分数为 0.11%的表
面活性剂Tween-20助剂 ,分别以不同的温度30 、40 、
50 、60 、70℃提取 ,其余工艺同上 , 以确定最佳提取
温度 。
1.2.6　正交实验
在单因子实验基础上 ,采用 L9(34)正交实验设
计表 ,对提取固液比 、Tween-20 的浓度 、微波时间 、
微波功率 4个因子在 3个不同的水平进行优选 ,见
表1 。在 447 nm处测量各提取液的吸光度值 A 。
表1　正交实验的因子水平表
水平 提取固液比(A)/ g·mL-1
Tween-20质
量分数(B)/ %
微波功率
(C)/W
提取时间
(D)/min
1 60 0.03 400 2
2 80 0.05 600 3
3 100 0.11 800 4
1.2.7　对比实验
以相同的原料与溶剂配比分成 3 份 ,A 份按最
佳优选条件提取 ,B份只用微波法提取 ,C份按传统
浸提法提取 ,反复提取至无色 ,测量各提取液在 477
nm处的吸光度值 ,并计算得率(mg/100 g),对比提
取结果。
2　结果与讨论
2.1　万寿菊叶黄素最大吸收波长 λmax的确定
按上述测定方法 ,紫外扫描出叶黄素的最大吸
收波长 ,见图 1。
图 1　叶黄素的最大吸收波长 λmax
由图 1知 ,万寿菊叶黄素在 447 nm处有最大吸
收峰 ,与文献[ 6]相符 。
2.2　不同提取剂对吸光度的影响
按 1.2.3实验方法 ,用不同的提取剂将万寿菊
叶黄素提取液稀释一定倍数后 ,测得一系列不同的
吸光度值 ,见表 2。
表 2　不同提取剂对吸光度的影响
　　　溶剂 四氢呋喃 乙酸乙酯 丙酮 石油醚 95%乙醇
提取液稀释倍数 100 100 100 10 10
A 0.594 0.428 0.302 0.570 0.543
由表 2可知 ,提取剂的提取效果依次为:四氢呋
喃>乙酸乙酯>丙酮>石油醚>95%乙醇 。由于乙
酸乙酯较四氢呋喃毒性小 、价廉 ,故选择乙酸乙酯为
最佳提取剂。
2.3　表面活性剂的选择
按 1.2.4实验方法 ,将万寿菊叶黄素提取液稀
·399·2008年 10月 范建凤等:微波-表面活性剂协同提取万寿菊叶黄素工艺研究
释100倍后 ,进行紫外扫描 ,结果见表 3。
表 3　表面活性剂的增溶作用(乙酸乙酯)
表面活性剂 Tween-20 Tween-60 Tween-80 OP-10 K12
最大吸收波长
　λmax/ nm
447 447 447 447 447
　
吸光度 A 0.430 0.406 0.429 0.271 0.372
由表 3可知 ,Tween-20的增溶效果最佳 ,且无
毒 ,故确定其为最佳表面活性剂。
2.4　最佳提取温度的确定
按 1.2.5实验方法 ,确定最佳提取温度 ,结果见
图2 。
图 2　提取温度的影响
由图 2可知 ,60℃时提取效果最优 ,故选择 60℃
为最佳提取温度 。
2.5　正交实验最优条件确定
通过正交实验表 ,完成 9次实验以确定最优提
取条件 ,结果见表 4。
表 4　L9(34)正交结果实验表
实验号 组合
四因素
A
提取固
液比/
g·mL-1
B
吐温-20
质量分
数/ %
C
微波
功率/
W
D
提取
时间/
min
吸光度
(A)
1 A1B1C1D1 60 0.03% 400 2 0.706
2 A1B2C2D2 60 0.05% 600 3 0.634
3 A1B3C3D3 60 0.11% 800 4 0.412
4 A2B1C2D3 80 0.03% 600 4 0.531
5 A2B2C3D1 80 0.05% 800 2 0.480
6 A2B3C1D2 80 0.11% 400 3 0.357
7 A3B1C3D2 100 0.03% 800 3 0.375
8 A3B2C1D3 100 0.05% 400 4 0.401
9 A3B3C2D1 100 0.11% 600 2 0.513
K 1 1.752 1.612 1.464 1.699
K 2 1.368 1.515 1.678 1.366
K 3 1.289 1.282 1.267 1.344
k1 0.584 0.537 0.488 1.566
k2 0.456 0.505 0.559 0.455
k3 0.430 0.427 0.422 0.448
R 0.154 0.110 0.137 0.118
　　由表 4知 ,在正交实验的 4个因子中都对叶黄
素的提取有影响。但由级差分析可见 ,各因子对提
取率的影响依次为:提取固液比>微波功率>提取
时间 >表面活性剂浓度。确定最佳提取条件为
A1B1C1D1 ,即:Tween-20的质量浓度是 0.03%,提取
固液比为 1∶60(g/mL),提取时间为 2 min ,微波功率
为400 W 。
2.6　对比实验计算得率
对比不同提取方法对叶黄素得率的影响 ,结果
见表 5。
表 5　不同提取方法的比较
提取方案 提取次数(n)
提取时间/
min
吸光度
(A)
得率/
mg·g-1
协同法　　 1 2 0.706 3.209
单微波法　 1 2 0.428 1.945
1 60 0.315
传统浸提法 2 60 0.135 2.336
3 60 0.064
由表 5可知 ,在微波-表面活性剂协同提取最优
工艺下叶黄素的得率为 3.209 mg/g ,与仅用微波提
取法相比 ,提高了 65%;与传统溶剂浸提法相比 ,提
取时间大大缩短 ,得率提高了 37.4%。
与传统提取方法相比 ,微波提取可以缩短生产
时间 ,降低能源溶剂的消耗 ,同时可以提高收率和提
取物纯度 。它的优越性不仅在于降低设备投资和运
行费用 ,而且也符合环境保护的要求 ,因此微波提取
在天然色素的提取工艺中具有广阔的应用前景。
从微波-Tween-20协同提取万寿菊花叶黄素的
实验数据和现象可分析出 ,由于表面活性剂具有特
定的亲水-亲油双亲结构 ,可降低万寿菊花细胞膜
与水溶液间的界面张力 ,水溶液通过毛细管或细胞
间隙渗透进入细胞壁内溶解可溶的万寿菊叶黄素成
分 ,使细胞内外浓度差增大 ,水不断渗透进入细胞组
织 ,提高细胞内部系统含水量;当采用微波技术协同
提取时 ,细胞内溶液吸收微波后 ,在短时间内能量快
速上升 ,细胞内部压力提高 ,更加促使细胞膜内外两
侧渗透压增大 ,细胞膜快速破裂 ,被提取的色素液比
仅用微波提取更容易流出;同时 ,表面活性剂对大分
子的万寿菊叶黄素起增溶作用 ,提高了它的溶解能
力 ,增加了万寿菊叶黄素的浸出效能和提取率 。
可见 ,微波-表面活性剂联用协同提取技术的
应用具有一定的开发潜力 。
　　 (下转第 402页)
·400· 现代化工 第 28卷增刊(2)
檬油中质量分数为 0.40%,柏木油中质量分数为
1.51%)且成分复杂 ,没有单独提取分离利用的价
值。对伞花烃是杜香油的主要成分之一 , 赵振东
等[ 3]通过将新鲜细叶杜香的嫩枝和叶水蒸气蒸馏收
集 ,得到杜香精油 ,然后进行精馏分离 ,可得到对伞
花烃质量分数为 93.7%和 62.4%的 2个馏分 ,其中
前者具有直接应用价值 。目前 ,由天然原料宽叶杜
香制取得到的主要含对伞花烃的杜香油已被制成胶
丸(软胶囊),作为镇咳 、祛痰药 ,用于治疗慢性气管
炎。然而 ,杜香油的资源极为有限 ,难以进行大规模
开发利用 。
1.3　松节油及其衍生物的合成方法
1.3.1　苎烯催化脱氢
苎烯亦称柠烯 ,或柠檬烯 ,是柑橘 、柠檬类水果
果皮精油的主要成分 。顾其威等[ 4]在苎烯脱氢生成
对伞花烃的热化学计算时提出 , 以 Cr2O3-γ-Al2O3
为催化剂 ,在 300 ～ 500℃进行脱氢反应生成对伞花
烃 ,认为该脱氢反应是一个微放热的不可逆反应 ,比
较容易进行。使用蒙脱土型催化剂可将苎烯转化为
对伞花烃 ,有报道利用酸处理的日本黏土催化苎烯
反应 ,会得到含对伞花烃的混合产物 。Frenkel等[ 5]
认为混合产物中对伞花烃的含量高低与蒙脱土的表
面酸度大小成反向关系。De Stefanis等[ 6]对分别带
有分层硫酸盐和沸石的Al-PILC(柱层黏土)催化不
同萜烯的催化性能做了比较 , 得出大孔径的沸石
USY对生成对伞花烃具有最好的活性和选择性 ,并
且催化活性顺序与催化剂的表面酸度和择形性有
关。Martin-Luengo 等[ 7]研究用微波处理苎烯 ,得出
该方法有利于对伞花烃的生成 ,并减少了苯 、甲苯 、
三氯化铝等有害物质的使用 ,该方法能提高反应转
化率和选择性。
1.3.2　双戊烯催化脱氢
双戊烯是松节油合成樟脑的副产物 ,主要是由
苎烯 、α-异松油烯 、α-松油烯和 γ-松油烯等单环
萜二烯组成的混合物 ,同时含有少量对伞花烃及其
他成分 。与石化原料化学合成法相比 ,双戊烯催化
脱氢法具有以下优点:①反应生成的对伞花烃 ,几乎
不含邻位和间位的异构体 ,克服了异构体分离的难
题;②我国松节油资源丰富 ,可以有大量的原料来
源 ,减少了对石化原料的需求和依赖。因此 ,该方法
合成对伞花烃具有非常广阔的应用前景 ,也受到广
泛的关注和研究 。
郭清华等[ 8-9]对双戊烯气相催化脱氢生成对伞
花烃的机理进行了研究。通过对原料产物的组成变
化 、双戊烯二次脱氢结果探索 、α-蒎烯气相催化脱
氢结果探讨 ,以及从催化剂 PdO-S/C的结构特性推
断了双戊烯气相催化脱氢的反应机理。对双戊烯合
成对伞花烃的工艺研究 ,主要是从催化剂的选择进
行探讨 ,目的是得到选择性高 、转化率高 、使用寿命
长的催化剂。胡贵贤等[ 10] 对双戊烯液相脱氢和气
相脱氢进行了研究 ,得出了分别适合于 2种条件的
比较满意的催化剂。在液相脱氢时 ,甲酸镍的催化
性能较好 , 反应产物中对伞花烃质量分数高达
81.1%;但是该催化剂需要在较高温度下保持活性 ,
　　(上接第 400页)
3　结论
(1)万寿菊叶黄素的微波-表面活性剂协同提取
最优工艺为以乙酸乙酯为提取剂 , 表面活性剂
Tween-20为最佳助萃取剂 ,质量分数为 0.03%,微
波提取温度为 60℃,微波功率 400 W ,提取时间 2
min ,提取固液比1∶60(g/mL)。
(2)在相同条件下 ,以微波-Tween-20协同提取
万寿菊叶黄素比仅用微波辐射法得率提高 65%,与
传统溶剂浸提法相比提高了 37.4%, 时间大大
缩短 。
(3)表面活性剂协同微波法提取明显提高了万
寿菊叶黄素的得率 ,提取效果大大优于浸提工艺 ,是
一种具有省时 、高效 、节能和环保万寿菊叶黄素提取
工艺 。
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