全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2013)05 － 2057 － 05
收稿日期:2012 － 12 － 28
基金项目:云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所所列
项目(万寿菊叶黄素的分离纯化及其稳定性研究 2011-ZBS-02)
作者简介:丁 燕(1984 －)，女，彝族，云南红河人，研究实习
员，主要从事农产品质量安全及科研管理工作，* 为通讯作者。
超声波辅助皂化提取万寿菊叶黄素的条件研究
丁 燕1，刘宏程1，马 伟2，杜丽娟1，邹艳虹1，樊建麟1，邵金良1*
(1．云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所，云南 昆明 650200;2．云南省农业科学院科研管理处，云南 昆明 650200)
摘 要:利用超声波辅助皂化法从万寿菊中提取叶黄素，在单因素试验的基础上，对万寿菊叶黄素的超声波辅助皂化工艺进行了
探讨，选择超声波功率，皂化温度、氢氧化钠用量和皂化时间 4 个因素，采用 L9(34)正交试验优化提取条件，比色法测定叶黄素含
量。结果表明，当超声波功率为 500 W，皂化温度为 65 ℃，每克万寿菊颗粒加入 4． 0 mL 15 %氢氧化钠乙醇溶液皂化 3 h时，比色
法测定万寿菊叶黄素含量最高，为 87． 34 mg /100 g。各因素对叶黄素含量的影响从大到小依次为超声波功率 ＞皂化温度 ＞氢氧化
钠乙醇溶液用量 ＞皂化时间。
关键词:万寿菊;叶黄素;超声波;辅助皂化
中图分类号:S682． 1 + 1 文献标识码:A
Study on Extraction of Lutein from Marigold by
Ultrasonic Synergistic Saponification
DING Yan1，LIU Hong-cheng1，MA Wei2，DU Li-juan1，ZOU Yan-hong1，FAN Jian-lin1，SHAO Jin-liang1*
(1． Institute of Agriculture Quality Standards＆Testing Technique，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kunming 650200，
China;2． Department of Science Ｒesearch Management，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kunming 650200，China)
Abstract:In this study，ultrasonic technique was used to assist the extraction of lutein from marigold． Based on the single factor experimental
results，four factors，including ultrasonic power，saponification time，saponification temperature and NaOH amount，were chose to optimize
the yield maximizing of lutein by using L9(34)orthogonal test，and the amount of lutein was measured by colorimetric method． The results
indicated that when the amount of raw material was 1． 00 g，the amount of 15 % NaOH-ethanol solution was 4． 0 mL /g，saponification time
was 3 hours and extraction temperature was 65． 0 ℃，the extraction content of lutein was highest，which was 87． 34 mg /100g． The order
from large to small which various factors influenced on lutein content was ultrasonic power ＞ saponification temperature ＞ NaOH-ethanol solu-
tion amount ＞ saponification time．
Key words:Marigold;Lutein;Ultrasonic;Synergistic saponification
叶黄素(Lutein)，又名“植物黄体素”［1］，是一种
广泛存在于蔬菜、花卉、水果与某些藻类生物中的优
良天然色素和天然的抗氧化剂［2 ～ 3］。早在 20 世纪
80 年代中期，西方医学研究人员就发现植物所含的
天然叶黄素是一种性能优异的抗氧化剂。1995 年，
美国 FDA即已批准叶黄素作为食品补充剂用于食
品饮料［4］，近年中国卫生部批准叶黄素酯为 7 种新
资源食品之一。叶黄素具有良好的预防人体衰老、
防治老年性黄斑区病变［5］、白内障等功效［6 ～ 7］。国
际市场上，目前 1 g 叶黄素的价格与 1 g 黄金相当。
随着工业化程度的提高，追求天然、保护健康已成时
尚。国内外对天然叶黄素的需求量正逐年增加，世
界年需求量在 1000 kg左右，而年产量只有 600 kg，
且需求量每年以 20 % ～ 25 %的速度递增，市场供
不应求［8］。
万寿菊(Tagetes erecta L．)为菊科(Composite)
万寿菊属(Tateges L．)的植物，亦称金盏菊、臭芙蓉、
万盏灯、蜂窝菊等，为一年生草本花卉，原产美洲墨
西哥［8］。中国万寿菊花种植自 20 世纪 90 年代从国
外引进后，在我国北方地区进行大面积种植，资源丰
富，主要产区分布在吉林、内蒙、黑龙江、云南、山东、
山西等地，年产鲜菊花约 30 万吨，干花粒几乎全部
7502
2013 年 26 卷 5 期
Vol. 26 No. 5
西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
DOI:10.16213/j.cnki.scjas.2013.05.006
出口［10］。万寿菊中叶黄素含量高，但大部分以酯的
形式存在，游离叶黄素含量较少，人体不能直接吸收
利用叶黄素酯类物质，因此对叶黄素酯类物质进行
皂化制备游离叶黄素十分必要［11］。叶黄素的皂化
分热皂化和冷皂化，热皂化速度快，叶黄素损失大。
冷皂化用时长，叶黄素稳定，同一温度下，皂化时间
越长，叶黄素被氧化、失活的就越多［12］。超声波提
取具有提取速率快、提取率高等优点［13］，超声波一
方面能有效破碎包裹叶黄素酯的细胞壁，使叶黄素
呈游离状态快速溶入皂化液中;另一方面超声波可
加速皂化液的分子运动，使皂化液与叶黄素酯快速
接触，缩短皂化反应时间，提高皂化率;同时，采用异
丙醇［14］作为提取溶剂，替代正己烷、丙酮、无水乙醇
和苯［14］等混合溶剂，具有绿色、环保等特点。
1 材料与方法
1． 1 样品与试剂
万寿菊花颗粒:将曲靖博浩生物科技股份有限
公司提供的新鲜万寿菊花置于 50 ～ 60 ℃的烘箱内，
烘干后的万寿菊花经研钵研碎，过 20 目筛，收集过
筛组分，置于干燥器内保存备用;异丙醇(AＲ)，天津
市化学试剂三厂;无水乙醇(AＲ)、二氯甲烷(AＲ)、
无水硫酸钠(AＲ)、氢氧化钠(AＲ)，国药集团化学试
剂有限公司。
1． 2 仪器
电子分析天平(AE-100 型)，梅特勒-托利多仪
器有限公司;紫外可见分光光度计(UV-2401PC
型)，日本岛津公司;旋转蒸发仪(4000 型)，德国
Heidolph公司;超声清洗器(KQ500-E 型)，昆山市
超声仪器有限公司。
1． 3 试验方法
1． 3． 1 万寿菊叶黄素的提取 称取样品约 2． 0 g
于 100． 0 mL容量瓶中，加入 20． 0 mL异丙醇充分润
湿，加入一定量的 15 %氢氧化钠乙醇溶液于超声波
清洗器中，进行皂化反应，反应达到设定条件后，立
即用冷水冷却容量瓶，将异丙醇溶液转移到 50． 0
mL离心管中，加入 20． 0 mL 二氯甲烷，10． 0 mL 蒸
馏水，充分混匀，高速离心机离心 5 min(转速 5000
r /min)，将上层液体转移到另一离心管中，下层二氯
甲烷溶液过无水硫酸钠，收集流出液于鸡心瓶中，上
层液体再加 20． 0 mL二氯甲烷，重复提取 1 遍，将 2
次获得的二氯甲烷溶液过无水硫酸钠，合并流出液
于同一鸡心瓶中，于 40． 0 ℃旋转蒸发至干，残余物
用无水乙醇溶解、冲洗，将无水乙醇溶液转移至 10．
0 mL容量瓶中，定容、供光度法测定。
1． 3． 2 万寿菊叶黄素含量的测定 分取 1． 0 mL待
测溶液至 10． 0 mL 容量瓶中，用无水乙醇定容，474
nm处测定其吸光度值。根据 Lambert-Beer定理得:
叶黄素的含量(mg /100g)= A × f × 10m × 2550
式中:A———测定样品的吸光度 Abs;f———为稀释倍
数;m———为称样量(g)。
1． 3． 3 单因素试验 超声波功率对皂化率的影响。
异丙醇用量为 10． 0 mL /g，15 %氢氧化钠乙醇溶液
用量为 4． 0 mL /g，皂化温度为 65 ℃，皂化时间为 3
h，研究超声波功率为 300、350、400、450、500、550、
600 W对万寿菊叶黄素皂化率的影响。
氢氧化钠乙醇溶液用量对万寿菊叶黄素皂化率
的影响。超声波功率为 500W，异丙醇用量为 10． 0
mL /g，提取皂化温度为 65 ℃，皂化时间为 3 h，研究
15 %氢氧化钠乙醇溶液用量为 1． 0、2． 0、3． 0、4． 0、
5． 0、6． 0、7． 0 mL /g对万寿菊叶黄素皂化率的影响。
皂化时间对万寿菊叶黄素皂化率的影响。超声
波功率为 500W、异丙醇用量为 10． 0 mL /g、15 %氢
氧化钠乙醇溶液用量为 4． 0 mL /g、提取皂化温度 65
℃，研究皂化时间为 0． 5、1、2、3、4、5、6 h 对万寿菊
叶黄素皂化率的影响。
皂化温度对万寿菊叶黄素皂化率的影响。超声
波功率为 500W、异丙醇用量为 10． 0 mL /g、15 %氢
氧化钠乙醇溶液用量为 4． 0 mL /g、提取皂化时间为
3 h，研究皂化温度为 50、55、60、65、70、75、80 ℃对
万寿菊叶黄素皂化率的影响。
表 1 万寿菊叶黄素皂化试验因素水平表 L9(3
4)
Table 1 Factors and levels for saponification experiment of lutein from marigold
水平
Levels
试验因素 Factors
A超声波功率(W)
Ultrasonic power
B氢氧化钠乙醇溶液用量(mL /g)
NaOH-ethanol
solution amount
C皂化时间(h)
Saponification time
D皂化温度(℃)
Saponification
temperature
1 300 4． 0 1 55
2 400 5． 0 2 65
3 500 6． 0 3 75
8502 西 南 农 业 学 报 26 卷
图 1 超声波功率对万寿菊叶黄素皂化率的影响
Fig． 1 Effect of ultrasonic power on saponification efficiency of lutein
from marigold
1． 3． 4 正交试验 在单因素试验的基础上，研究超
声波功率、皂化时间、15 %氢氧化钠乙醇溶液用量
和皂化温度等因素对万寿菊花中叶黄素皂化率的影
响。正交设计因素水平见表 1。
1． 4 统计分析
数据应用 SPSS11． 5 软件进行统计学处理。
2 结果与分析
2． 1 超声波功率对皂化率的影响
由图 1 可知，当超声波功率小于 500 W 时，随
着超声波功率增加，叶黄素得率逐渐升高;超声波功
率超过 500 W，叶黄素得率略有下降。分析原因是
由于超声波功率较低时，超声波产生的特定功能可
以有效破碎包裹叶黄素酯的细胞壁，使叶黄素尽快
游离出来，超声波功率小，叶黄素提取不完全，功率
太大、分子运动加大，同时热效应增加，造成叶黄素
逐渐分解，其含量呈逐渐下降。本试验选择超声波
辅助皂化的适宜功率为 500 W。
2． 2 氢氧化钠乙醇溶液用量对万寿菊叶黄素皂化
率的影响
由图 2 可见，当 15 %氢氧化钠乙醇溶液用量在
图 2 氢氧化钠用量对万寿菊叶黄素皂化率的影响
Fig． 2 Effect of NaOH amount on saponification efficiency of lutein from
marigold
图 3 皂化时间对万寿菊叶黄素皂化率的影响
Fig． 3 Effect of time on saponification efficiency of lutein from marigold
1． 0 ～ 7． 0 mL /g，随氢氧化钠用量的增加，叶黄素得
率逐渐升高，高于 6． 0 mL /g 则有下降趋势。由于强
碱环境下的叶黄素易发生分解，且在提取皂化处理
后续工艺需要使用大量的酸中和和蒸馏水洗涤，增
加能耗和时耗，因此选择氢氧化钠乙醇溶液用量为
4． 0 mL /g。
2． 3 皂化时间对万寿菊叶黄素皂化率的影响
由图 3 可以看出，随着皂化时间的增长，叶黄素
含量呈上升趋势，皂化时间达到 3 h 时，叶黄素提取
率达到最大值;继续增加皂化时间，提取率略有下降
但变化不大，可能由于 3 h 时几乎所有的叶黄素均
以游离状态存在，延长皂化时间只能使叶黄素的氧
化量增加，得率反而减少了。因此选择皂化时间为
3 h。
2． 4 皂化温度对万寿菊叶黄素皂化率的影响
由图 4 可见，提取皂化温度在 50 ～ 80 ℃，叶黄
素得率呈先上升后下降的趋势。因为皂化温度过
低，不利于叶黄素酯的分散，导致皂化不完全，而温
度过高则会导致游离反式叶黄素的降解和异构化，
导致产品中反式叶黄素得率下降。因此，提取皂化
温度控制在 65 ℃为宜。
2． 5 正交试验优选万寿菊叶黄素皂化工艺参数
由表 2、表 3 结果可以看出，各因素的影响从大
图 4 皂化温度对万寿菊叶黄素皂化率的影响
Fig． 4 Effect of temperature on saponification efficiency of lutein from
marigold
95025 期 丁 燕等:超声波辅助皂化提取万寿菊叶黄素的条件研究
表 2 万寿菊叶黄素皂化正交试验
Table 2 The orthogonal test to saponification of lutein from marigold
试验号
No．
试验因素 Factors
A超声波功率(W)
Ultrasonic power
B氢氧化钠乙
醇溶液用量(mL /g)
NaOH-ethanol
solution amount
C皂化时间(h)
Saponification
time
D皂化温度(℃)
Saponification
temperature
叶黄素含量(mg /100g)
Lutein content
1 1 1 1 1 39． 14
2 1 2 2 2 51． 18
3 1 3 3 3 56． 25
4 2 1 2 3 81． 34
5 2 2 3 1 53． 22
6 2 3 1 2 73． 63
7 3 1 3 2 87． 34
8 3 2 1 3 76． 58
9 3 3 2 1 63． 44
K1 146． 57 207． 82 207． 82 155． 80 T = 582． 12
主次因素:A ＞ D ＞ B ＞ C
最优组合:A3D2B1C3K2 208． 19 180． 98 195． 96 212． 15
K3 227． 36 193． 32 196． 81 214． 17
k1 48． 86 69． 27 69． 27 51． 93
k2 69． 40 60． 33 65． 32 70． 72
k3 75． 79 64． 44 65． 60 71． 39
Ｒ 26． 93 8． 95 3． 95 19． 46
表 3 方差分析
Table 3 Analysis of variance
方差来源
Source
方差平方和
Type III Sum
of squares
自由度
df
均方
Mean
square
F值
F value 显著性
A 1187． 949 2 593． 9743 9． 872959 *
B 120． 3235 2 60． 16173 1
C 2456． 362 2 1228． 181 20． 41465 *
D 731． 8289 2 365． 9144 6． 082179
注:F0． 10(2，2)= 9． 0;* :P ＜ 0． 05。
到小依次是超声波功率 ＞皂化温度 ＞氢氧化钠乙醇
溶液用量 ＞皂化时间，优化组合为 A3D2B1C3，即超
声波功率为 500 W，皂化温度为 65 ℃，每克万寿菊
颗粒加入 4． 0 mL 15 %氢氧化钠乙醇溶液皂化 3 h
时，测定的叶黄素含量为 87． 34 mg /100 g。由显著
性分析可知，因素 C(皂化时间)的 F = 20． 41465 ＞
9． 0，因素 A(超声波功率)的 F = 9． 872959 ＞ 9． 0，因
此，皂化时间和超声波功率对万寿菊叶黄素的得率
影响显著。而因素 D(皂化温度)和因素 B(氢氧化
钠乙醇溶液用量)的 F值均小于 9． 0，因此皂化温度
和氢氧化钠乙醇溶液用量对万寿菊叶黄素的得率影
响不显著。
3 讨 论
本研究将超声波技术应用于万寿菊叶黄素的提
取与皂化，可以大大缩短制备万寿菊叶黄素的时间
和降低能耗。采用超声波辅助提取技术，使得万寿
菊花中叶黄素酯充分溶出，从而提高反应效率，缩短
了皂化时间，避免了游离叶黄素长时间接触空气而
氧化和异构化。在单因素试验的基础上对万寿菊叶
黄素的超声波提取皂化工艺进行了探讨，对万寿菊
叶黄素超声波辅助皂化工艺条件中超声波功率、皂
化温度、氢氧化钠乙醇溶液用量和皂化时间等参数
进行了定量研究，建立了具有良好预测性能的万寿
菊叶黄素提取皂化条件的技术参数，并获得最佳工
艺条件为超声波功率为 500 W，皂化温度为 65 ℃，
每克万寿菊颗粒加入 4． 0 mL 15 %氢氧化钠乙醇溶
液皂化 3 h 时，得到的叶黄素含量最高，为 87． 34
mg /100 g。
0602 西 南 农 业 学 报 26 卷
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(责任编辑 王家银)
16025 期 丁 燕等:超声波辅助皂化提取万寿菊叶黄素的条件研究