全 文 ：食品研究与开发 2007.Vol.28.NO.01
基金项目:甘肃省自然科学基金(3ZS042-B25-005);兰州理工大学
校基金(SB05200403)
作者简介:杨云裳(1972-),女,博士,副教授,从事天然有机化学的教
学与科学研究。
叶黄素,又名植物黄体素,是一种广泛存在于蔬
菜、花卉、水果与某些藻类生物中的天然色素,属于类
胡萝卜素族物质,具有色泽鲜艳、抗氧化、稳定性强、无
毒害、安全性高等特点,其产品广泛应用于现代生物制
品、食品、药品、化妆品、保健品以及饲料工业中的添加
剂[1]。1995年,美国 FDA即以批准作为食品补充剂用
于食品饮料。叶黄素还具有医疗保健功能,可有效地预
防和治疗老年性眼部黄斑病引起的视力退化和失明
症,防止紫外线对人体皮肤的损伤,以及因机体衰老引
发的心血管破化,冠心病和肿瘤病[2]。国外专家提出,叶
杨云裳,张海霞,李春雷,张应鹏
(兰州理工大学石油化工学院,有机与药物化学研究所,甘肃 兰州 730050)
万寿菊叶黄素的超声提取工艺研究
摘 要:研究采用 L9(34)正交试验,以叶黄素含量(g/kg)为评价指标,用反高效液相色谱法测定,研究了超声温度,超
声时间,抗坏血酸用量,超声频率对叶黄素超声提取的最佳工艺条件。试验表明:叶黄素标准曲线的回归方程为
Y=1.86×108X-1.74×105,相关系数 R2=0.9969,最佳工艺条件为:提取温度 40℃,提取时间 60min,抗坏血酸用量为
7.5%,超声频率为 100kHz。该工艺合理、简单、可靠、有效成分提取率高。
关键词:叶黄素;超声提取工艺;正交试验;反高效液相法
ORTHOGONALTESTFOROPTIMIZATIONOFLUTEINULTRASOUNDEXTRACTING
PROCEDUREFROMMARIGOLDFLOWER
YANGYun-shang,ZHANGHai-xia,LIChun-lei,ZHANGYing-peng
(InstituteofOrganic&PharmaceuticalChemistry,SchoolofPetrochemicalEngineering,LanzhouUniversityof
Technology,Lanzhou730050,Gansu,China)
Abstract:AccordingtotheorthogonaldesignL9(34),fourfactorsinextractionwereoptimized,i.e.theultrasonic
temperature,ultrasonictime,thedosageofascorbicacidandultrasonicwavefrequencyinthisstudy;takingthe
extractionrateofluteinasacriterion,thedeterminationofluteinwaspreparedbyreversed-phasehighperfor-
manceliquidchromatography.Theresultsshowedthattheregressiveequationofthecalibrationgraphwasy=
1.86×108x-1.74×105,Rsquarevaluewas0.9969.Theoptimumconditionswereasfolows:extactingtempera-
tureis40℃,extractingtimeis60min,thedosageofascorbicacidis7.5%,supersonicwavefrequencyis100
kHz.Theprocesswassimple,reliableandhighdetermination.Itisreasonabletechnique.
Keywords:lutein;ultrasoundextractingprocedure;orthogonaltest;reversed-phasehighperformanceliquid
chromatography
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究[J].粮食与饲料工业,2005(6):28~29.
[12]邱芳萍,赵伟,陶朝阳.抗性淀粉—特种膳食纤维的制备工艺[J].
食品工业科技,2005(1):102~103.
[13]赵凯,张守文,杨春华,等.绿豆抗性淀粉制备技术研究[J].食品工
业科技,2005,26(2):121~123.
[14]GoniI.,Garcia-DizL.,ManasE.&Saura-Calixto,F.Analysisofre-
sistantstarch:amethodforfoodsandfoodproducts[J].FoodChem-
istry,1996,56(4):445~449.
[15]姚惠源.稻米深加工[M].北京:化学工业出版社,2004:175~178.
[16]MangalaS.L.,UdayasankarK.&TharanathanR.N.Resistantstarch
fromprocessedcereals:theinfluenceofamylopectinandnon-carbo-
hydrateconstituentsinitsformation[J].FoodChemistry,1999,64:
391~396.
收稿日期:2006-06-10
食品工艺
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食品研究与开发2007.Vol.28.NO.01
黄素有望成为人类预防癌症的天然药物。在国际市场
上,1g叶黄素的价格与1g黄金相当,所以,人们把它
称为“ 植物黄金”。因此,提取叶黄素,开发以叶黄素为
主的保健品,对于万寿菊的深加工及提高人们的健康
水平都有十分重要的意义。
目前提取天然叶黄素的方法有:有机溶剂萃取、
CO2超临界萃取、生物技术萃取、微波萃取[3]等。这些传
统方法提取效率低,主要原因是由于一部分叶黄素存
在于植物细胞壁内,提取过程中不易溶出,故得率低,
耗时长。本研究在传统溶剂提取的基础上,采用超声波
处理,利用超声波的空化作用、热效应、机械作用加速
细胞壁的破碎[4],促使细胞内叶黄素的溶出,以提高含
量,缩短提取时间。影响超声波破壁作用的主要因素
有:超声频率、超声强度、超声辅助提取时间、溶剂选
择、提取温度等。因此,本研究选择超声频率,超声辅助
提取时间,提取温度来考察对叶黄素含量的影响,选择
合适的水平进行正交试验,以确定最佳提取工艺条件。
1 材料及方法
1.1 原料
发酵压制的万寿菊花棒状颗粒 (ф3mm,L0.5cm~
1.5cm),由甘肃省丰蕾天然色素有限公司提供。
1.2 主要仪器与设备
Waters-2487型高效液相色谱仪:美国 Waters公
司;KQ-100VDE型三频数控超声波清洗器:昆山市超
声仪器有限公司;SHI-Ⅲ性循环水真空泵:上海亚荣生
化仪器厂;RE-5285A旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器
厂;电子恒温水浴锅:北京市光明医药仪器厂。
1.3 试剂
叶黄素标准品购于美国Sigma公司;石油醚(60℃
～90℃)、乙醇为工业纯;甲醇、乙腈、乙酸乙酯、氢氧化
钾、抗坏血酸、盐酸(36.5%～38%)均为分析纯。
2 实验方法与结果
2.1 方法学考察
2.1.1 色谱条件 [5]
C18色谱柱(250mm×4.6mm,5μm);流动相为乙
腈-甲醇-乙酸乙酯(45:10:45);流速为 1.0mL/min;检
测波长为λ=460nm;进样量为20μL;柱温为25℃。
2.1.2 标准曲线的绘制[6]
精确称取 1mg叶黄素(lutein)标准样品,用流
动相为乙腈-甲醇-乙酸乙酯(45:10:45)溶解配制成
0.1mg/mL的储备液,使用时分别移取 0.2mL、0.4
mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL、1.2mL定容至10mL,再经
0.45μm微孔滤膜过滤后进入色谱柱,记录峰面积,
以进样量(μg)为横坐标,峰面积为纵坐标绘制标准
曲线,得回归方程为:Y=1.86×108X-1.74×105,R2=
0.9969。
2.1.3 超声提取叶黄素
2.1.3.1 工艺流程[7](见图1)
2.1.3.2 操作方法
将万寿菊颗粒用研钵研细,过120目筛,称取20g
粉末置于 500mL圆底烧瓶中,在室温下加入含乙醇
40%的石油醚-乙醇溶液200mL,同时再加入抗坏血
酸(作抗氧化剂),在搅拌下,缓慢加入 10%的氢氧化
钾-乙醇溶液30mL,超声反应。反应完后,抽滤,滤液
用2.5mol/L的HCl溶液调 pH值至7.4。滤液在40℃
下减压蒸馏,取下蒸馏瓶,叶黄素晶体呈暗黄色固体悬
浮于水中,待冷却至室温(自然冷却),抽滤此悬浮物,
收集叶黄素晶体,真空不超过60℃干燥24h。
2.2 正交试验设计与结果
2.2.1 正交试验设计
以叶黄素含量为指标,以影响超声提取技术的4
个主要因素:超声温度、超声时间、抗坏血酸用量、超声
食品工艺
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表1正交试验因素水平
Table1 Orthogonalfactorleveltest
水平
Level
1
2
3
A提取温度(℃)
Ultrasonictemperature
30
35
40
B超声提取时间(min)
Ultrasonictime
30
45
60
C抗坏血酸用量(%)
Thedosageofascorbicacid
5.00
6.25
7.50
D超声频率(kHz)
Ultrasonicwavefrequency
28
45
100
频率,进行 L9(34)正交试验,即四因素三水平,按照正
交试验设计共进行9组试验,叶黄素的浸提条件、因素
水平(见表1)。
2.2.2 实验结果
L9(34)正交试验中各因素和水平之间的 9种组合
方式及每组实验的结果(见表2)及方差分析(见表3)。
由表2极差R值的大小可见,各因素的影响从大
到小依次是:C抗坏血酸用量,A超声温度,B超声辅
助提取时间,D超声频率。由表3显著性分析可知,A、
B、C、D四因素均不显著。
3 讨论
本研究通过正交试验设计,优化出最佳的提取方
案为:A3B3C3D3,即:超声温度40℃,超声辅助提取时间
60min,抗坏血酸用量7.5%,超声频率100kHz。
超声波可产生独特的机械振动作用和空化作用,
起振动时能产生并传递强大的能量,引起媒质质点以
大的速度和加速度进入振动状态,使媒质结构发生变
化,促使有效成分进入溶剂中。超声技术在本实验中的
应用,显示出其独到的便利之处,能提高有效成分的溶
出速度和溶出次数,缩短提取时间,节省溶剂的消耗,
提出率高,免去了高温对提取成分的影响。
本实验总结前人经验,避免将提取与皂化分别进
行给工艺带来的麻烦,而将两者同步进行。同时,所选
择的含乙醇40%的石油醚-乙醇混合溶剂(石油醚沸
程为60℃～90℃)应用于工业生产中提取叶黄素是可
行的。石油醚和乙醇均较易获得且价格便宜;无毒,生
产安全性高;沸点低,后续分离提纯工序中易于除去,
降低分离成本;乙醇与水以任意比混溶,避免了浸取过
程中由于水的存在而造成的溶液分层现象,提高有机
溶剂的浸取效率。该方案提取工艺科学合理、先进、耗
时短、成本低,为叶黄素物质的提取提供了一种新的方
法和试验依据。
参考文献:
[1] 朱海霞,郑建仙.叶黄素的结构、分布、物化性质及生理功能[J].中
国食品添加剂,2005(5):48~55.
[2] 宋昊,何泽超,章洁,等.万寿菊花中叶黄素的提取[J].化工设计,
2003,13(4):10~12.
[3] 江茂田,谢培山,王忠东,等.天然有机化合物提取分离与结构鉴
定[M].北京:化学工业出版社,2004:35~38.
[4] 赵旭博,董文宾,于琴,等.超声波技术在食品行业应用新进展[J].
食品研究与开发,2005,26(1):3~7.
[5] 陈龙胜,周春山,向海艳,等.高效液相色谱法测定金盏菊中叶黄
素[J].光谱实验室,2004,5(21):866~868.
[6] 吴光斌.反高效液相色谱法测定果蔬中的 β-胡萝卜素[J].食品工
业科技,2005(4):166~168.
[7] IsolationofLuteinfromMarigoldMilbySimultaneousExtraction
andSaponification[P].WO03/048284PCT/US02/01108.
收稿日期:2006-07-07
表2 试验结果
Table2 Resultsofthetest
试验号
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
R
叶黄素含量(g/kg)
Determinationoflutein
3.6
3.8
14.8
9.5
11.0
8.1
13.5
10.7
14.0
A
1
1
1
2
2
2
3
3
3
22.2
28.6
38.2
16.0
B
1
2
3
1
2
3
1
2
3
26.6
25.5
36.9
11.4
C
1
2
3
2
3
1
3
1
2
22.4
27.3
39.3
16.9
D
1
2
3
3
1
2
2
3
1
28.6
25.4
35.0
9.6
表3 方差分析
Table3 Analysisofvariance
F P
2.714
1.655
3.164
1.000
方差来源
Sourcesofvariance
A
B
C
D
离差平方和(SS)
Square-sumofdispersion
43.236
26.362
50.402
15.929
自由度 (df)
Degreesoffreedom
2
2
2
2
均方(MS)
Meansquare
21.618
13.181
25.201
7.965
注:F0.1(2,2)=9.0;*:P<0.1
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