全 文 ：超声波法提取加杨叶总类胡萝卜素条件的优化
伊爱芹 ,李　媛 ,陈媛梅
(北京林业大学理学院 , 北京　100083)
摘　要:为优化加杨叶总类胡萝卜素的提取工艺 , 通过单因素和正交实验进行优选。结果表明:石油醚为提取溶剂 , 加杨叶粉
碎度为 60目 , 提取 2次的条件下 , 加杨叶总类胡萝卜素的最佳提取工艺为:超声功率 500W、超声温度 55℃、液料比 40：1、超声时间
30 min。利用此提取工艺 , 加杨叶中总类胡萝卜素得率为:50.57mg/100g。
关键词:超声波;提取;加杨叶;总类胡萝卜素
OptimalExtractionTechnologyofTotalCarotenoidsin
LeavesofPopuluscanadensisMoench.byUltrasonic
YINAi-qin, LIYuan, CHENYuan-mei
(BeijingForestUniversity, ColegeofScience, Beijing100083, China)
Abstract:Thesinglefactortestandtheorthogonalexperimentaldesignwerecariedouttooptimizetheextraction
technologyoftotalcarotenoidsfromleavesofPopuluscanadensisMoench..Theresultindicatedthatusingpetroleumether
asextractionsolvent, crusheddegrees60meshofleavesandextractedtwotimes, theoptimalextractiontechnologyoftotal
carotenoidswas500Wofultrasonicpowerandtheratioofsolventtomaterial40：1attemperatureof55℃for30min.By
aboveextractiontechnology, totalcarotenoidscontentwas50.57mg/100g.
Keywords:ultrasonic;extraction;PopuluscanadensisMoench.leaves;totalcarotenoids
　　　　　　　　　　　　　
作者简介:伊爱芹(1983-),女 ,北京林业大学 ,硕士。研究方向为生物大分子结构与物理化学研究。 E-mail:aiqin528@gmail.com
通讯作者:陈媛梅 ,副教授 ,女 ,博士。研究方向为生物大分子结构与物理化学研究。 E-mail:chyml1@bjfu.edu.cn
加杨(PopuluscanadensisMoench.)又称加拿大杨 , 为杨柳科
杨属植物 , 在我国有广泛分布 [ 1] 。人们曾对杨树的皮 、叶 、花 、芽
进行过深入的化学研究 , 分离鉴定了 90多种化学成分 , 主要包
括酚甙 、酚酸 、黄酮类化合物以及类脂成分。对于类脂成分的研
究主要针对杨树皮 ,其中类脂成分包括:不饱和脂肪酸 、甾醇 、维
生素 E、磷脂及类胡萝卜素等 [ 2] 。
类胡萝卜素是植物体内的十分重要的天然色素 , 对人体健
康有着十分重要的生理功能 , 尤其是 β -胡萝卜素是维生素 A
的前体;它是一种很强的抗氧化剂 , 能够清除体内自由基;对免
疫反应系统有保护作用 , 能预防癌症等致命疾病 [ 3] 。 目前类胡
萝卜素的保健和药用价值已经引起人们的广泛关注 ,开发利用
类胡萝卜素资源已成为新的研究热点。本文对超声波提取加杨
叶总类胡萝卜素的工艺进行研究 , 同时测定了加杨叶类胡萝卜
素的含量 , 为综合利用加杨叶资源提供新的参考途径。
1　材料与方法
1.1　实验仪器
721型分光光度计 , 上海第三分析仪器厂;ItemAR2140电
子天平;高速万能粉碎机 , 天津市泰斯特仪器有限公司;
KQ500DB型超声波清洗器 , 昆山市超声仪器有限公司。
1.2　试剂与材料
试剂:石油醚 、重铬酸钾均为分析纯。
材料:均匀采集北京林业大学校内 6月生长良好的加杨叶。
1.3　实验方法
1.3.1　类胡萝卜素最大吸收波长的确定
类胡萝卜素的分子结构中存在类异戊二烯共轭双键 , 其吸
光性能很强 ,在 400 ～ 500nm内有很强的吸收 ,类胡萝卜素的紫
外 -可见光光谱扫描表明其在 450nm处有最大的吸收值 [ 4] 。 故
实验采用分光光度法测定提取液 , 检测波长为 450nm。
1.3.2　标准曲线的绘制
由于标准胡萝卜素的不稳定性 , 绘制标准曲线比较困难。
0.02%重铬酸钾标准溶液在 450nm处的吸光度 , 相当于石油醚
溶液中含有 1.12μg/mLβ -胡萝卜素在 450nm的吸光度。 (即
每毫升 0.02%在重铬酸钾标准溶液相当 1.12μg的 β -胡萝卜
素)。因此胡萝卜素的标准溶液可以用 0.02%重铬酸钾溶液代
替 [ 5] 。准确吸取 1mL、2mL、4mL、6mL、8mL, 分别移入 10mL容量
瓶中定容 ,用分光光度法测定 ,以浓度 c(μg/mL)为横坐标 ,吸光
度 A为纵坐标绘制标准曲线。
1.3.3　提取条件选择
将加杨叶除杂 , 用蒸馏水洗净 , 烘干 , 粉碎 , 过 60目筛得加
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杨叶粉末。准确称取 1.00 g粉末若干份 , 石油醚为提取溶剂 , 分
别在不同的超声时间 、液料比 、超声温度 、超声功率 、超声次数条
件下作单因素平行实验 ,测定各样品总类胡萝卜素的含量。
根据单因素实验结果选择超声时间 、超声温度 、液料比 、超
声功率 4因素中有意义的 3水平做正交实验。应用 L9(34)正交
表进行优选 , 采用极差分析和方差分析法 , 确定最佳提取工艺。
1.3.4　类胡萝卜素含量测定方法
在最佳提取工艺下 ,用石油醚提取加杨叶中的类胡萝卜素 ,
定容到 100mL。在 450nm波长下测定其吸光度。从标准曲线中
查出类胡萝卜素的浓度 ,计算加杨叶中类胡萝卜素得率。
加杨叶总类胡萝卜素得率(mg/100g)=c×100×10-3m×100
式中:c———从标准曲线上查得类胡萝卜素的浓度 , μg/mL
m———样品的质量 , g
2　结果
2.1　标准曲线的绘制
标准曲线如图 1所示 ,用最小二乘法作线性回归 ,结果表明
在 0.1 ～ 0.8 μg/mL的范围内 ,吸光度与重铬酸钾浓度呈良好的
线性关系。
图 1　重铬酸钾标准曲线
2.2　单因素实验
2.2.1　提取溶剂的选择
类胡萝卜素是脂溶性色素 ,可溶于丙酮 、石油醚 、无水乙醇 、
乙酸乙酯等 [ 6] 。考虑到石油醚具有价格经济 , 提取液色素干扰
小等优点 , 本文采用石油醚为提取溶剂。
2.2.2　超声时间的选择
在液料比为 30：1,超声功率 200W, 超声提取温度 25℃, 超
声 1次的条件下 ,不同超声时间对加杨叶中总类胡萝卜素得率
的影响如图 2所示。
图 2　不同超声时间对得率的影响
由图 2可以看出 , 随着超声时间的延长 , 提取率逐渐增大 ,
超过 25min后 ,提取率有所下降。考虑到类胡萝卜素的不稳定
因素 ,提取过程应尽量在较短时间内完成 , 实验中超声时间选取
25min。
2.2.3　超声功率的选择
在 25℃、液料比 30：1、提取次数 1、超声时间为 25min的条
件下 ,不同超声功率对提取结果的影响如图 3。
图 3　不同超声功率对得率的影响
图 3表明 , 超声功率在 400W内与得率呈一定得正比关系 ,
随着超声功率的增大 , 得率也增大。 当超声功率为 500W时 , 得
率反而下降 ,这是由于过高的超声功率会对类胡萝卜素分子产
生一定的破坏作用 [ 7] 。故实验选择超声功率 400W。
2.2.4　液料比的选择
在 25℃、超声功率 400W、超声时间 25min、提取 1次的条件
下 ,不同液料比对提取得率的影响如如图 4所示。
图 4　不同液料比对提取率的影响
图 4表明 , 液料比较小时 ,加杨叶中总类胡萝卜素得率随着
液料比的增高而提高 , 当液料比大于 40：1时 , 得率基本稳定。
因此实验中选择液料比为 40：1。
2.2.5　超声温度的选择
在超声功率 400W、超声时间 25min、液料比 40：1、提取次数
1的条件下 ,不同温度对总类胡萝卜素得率的影响如图 5所示。
图 5　不同温度对提取率的影响
由图 5可以看出 , 超声温度在 25℃ ～ 55℃时 ,随着温度的升
·82· 广州化工 2010年 38卷第 4期
高 , 提取率明显增大;当温度大于 55℃ 时提取率降低显著。这
主要是因为类胡萝卜素长时间在较高温度下不稳定的缘故 [ 9] 。
实验中选择 55℃进行提取。
2.2.6　超声次数的选择
在 55℃、超声功率 400W、超声时间 25min、液料比 40：1的
条件下 , 分别采用不同超声提取次数来提取加杨叶中总类胡萝
卜素 , 结果如图 6。
图 6　不同提取次数对提取率的影响
由图 6可知 ,提取率随着超声提取次数的增加而增大 , 但变
化不大。从经济和方便的角度考虑 ,实验选择提取 2次。
2.3　超声波提取正交实验
采用 L
9
(34)正交表 ,以总类胡萝卜素得率为考察指标 , 对超
声波提取加杨叶中类胡萝卜素的工艺进行研究。正交实验及正
交实验方差分析见表 1和表 2。
表 1　L9(34)正交实验结果
实验号 液料比(A)
超声时间
/min(B)
超声功率
/W(C)
超声温度
/℃(D)
得率
/(mg/100g)
1 30 20 300 35 34.16
2 30 25 400 45 39.98
3 30 30 500 55 45.60
4 40 20 400 55 49.70
5 40 25 500 35 44.38
6 40 30 300 45 41.90
7 50 20 500 45 41.99
8 50 25 300 55 43.50
9 50 30 400 35 42.08
k1 39.91 41.95 39.85 40.21
k2 45.33 42.62 43.92 41.29
k3 42.52 43.19 43.99 46.27
K
1 119.74 125.85 119.56 120.62
K2 135.98 127.86 131.76 123.87
K3 127.57 129.58 131.97 138.80
R 5.41 1.24 4.16 6.06
优化方案 A2 B3 C3 D3
结果表明:以石油醚为提取溶剂 , 在提取 2次的条件下 , 根
据表 1中极差分析结果可知各因素对类胡萝卜素得率的影响顺
序为 D﹥ A﹥ C﹥ B,即超声温度﹥液料比﹥超声功率﹥超声
时间 , 其最佳水平组 A2B3C3D3 , 即液料比 40： 1、超声时间
30min、超声功率 500W,超声温度 55℃。同时表 2中方差分析结
果表明 , 超声温度对提取率的影响最为显著。
表 2　方差分析表
方差来源 偏差平方和 自由度 均方 F值 显著性(P)
A 62.66 2 31.33
B 43.98 2 21.99
C 2.32 2 1.16
D 33.66 2 16.83 26.975 ＊
　　注:F0.05(2, 2)=19.00
2.4　重复性实验
取相同样品 5份 , 以最佳工艺进行 5次平行实验。 结果如
表 3所示:RSD为 2.82%,结果重现性好 , 该方法稳定可行。
表 3　重复性实验结果
指标 1 2 3 4 5 RSD/%
得率 /(mg/100g) 51.15 49.65 52.24 48.51 50.23 2.82
2.5　精密度实验
以最佳提取工艺制备提取液 , 分别取 5份相同的提取液测
定吸光度后计算总类胡萝卜素的含量。从表 4可以看出该方法
测定加杨叶中总类胡萝卜素含量 , 相对标准偏差较小 , 精密度较
高 ,所得数据精确。
表 4　精密度实验结果
指标 1 2 3 4 5 RSD/%
得率 /(mg/100g) 50.57 50.06 50.21 50.74 51.00 0.75
3　结　论
在超声波的单因素实验结果基础上 , 进行 L9(34)正交实验 ,
确定了以石油醚为提取溶剂 , 超声波法提取加杨叶中总类胡萝
卜素的最佳工艺参数为:超声波功率为 500W, 液料比 40：1, 在
55℃下提取 2 次 , 每次超声 30min。 采用此工艺 , 提取率可达
50.57mg/100g。
参考文献
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