全 文 ：江苏农业学报(Jiang su J. of Agr. S ci. ), 2005, 21(4):374～ 377
超声波法提取万寿菊花中叶黄素的工艺条件优化
李大婧 1, 2;刘春泉1;王振宇 2
(1.江苏省农业科学院原子能农业利用研究所 , 江苏 南京 210014;2.东北林业大学林学院 ,黑龙江 哈尔滨 150040)
收稿日期:2005-04-15
基金项目:江苏省经贸委科技三项项目(5910317);江苏省农业科学
院基金项目(6110537)
作者简介:李大婧(1976-),女,黑龙江肇东人 ,博士研究生 ,讲师 ,主
要从事天然产物方面的研究。 (Tel)025-51963138;(E-
mai l) lidajing@ 163. com
通讯作者:刘春泉 , (Tel)025-84390431
　　摘要:　以万寿菊花粉为原料 ,探明超声波强化石油醚提取叶黄素的工艺条件。确定适合提取用原料的粒度后 ,
采用正交试验研究料液比、超声波功率 、超声作用时间对提取率的影响。结果显示 , 较理想的提取条件为:料液比 1∶
25[质量(g)体积(m l)比 ] 、超声波功率 500W、超声波作用时间 30 m in, 此条件下叶黄素的萃取率可达 97%以上。
关键词:　叶黄素;超声波;万寿菊花;工艺条件
中图分类号:　TQ914. 1　　　文献标识码:　A　　　文章编号:　1000-4440(2005)04-0374-04
Parameter Optmi ization for U ltrasonic Extraction of Xanthophyll from
M arigold F lower (Tagetes erecta)
LID a-jing1, 2 , 　LIU Chun-quan1 , 　WANG Zhen-yu2
(1. In stitu te of Atom ic Energy for App licat ion in Agriculture, Jiang su Academy of Ag ricu ltura l S cien ces, Nanjing 210014, Ch ina; 2.Col leg e o fF orestry,
North ea stForestry Un iversity , Haerbin 150040, Ch ina)
　　Abstrac t:　The use of u ltrason ic-assisted p rocess w as investigated for petro leum aethe r ex trac tion o f x anthophy ll from
m arigo ld flow e r flou runder differen t ope ra ting conditions. Influences o f ra tion ofm a te rial to liquid, ultra son ic pow er and u l-
trasonic tim e on the y ield o f xanthophy llw ere stud ied w ith o rthogonal te st a fter the su itable g ranu la rity of m ateria lw as con-
firmed. I twa s shown tha tmo re than 97% of xan thophy ll con tents could be ach ieved when op tim a l ultra son ic-a ssisted ex trac-
tion conditions w ere 1∶25 fo r ra tio o fm a te rial to liqu id, 500W fo r ultrasonic pow er and 30 m in fo r ultrasonic time.
K ey words:　 xanthophy ll;u ltrasonic wave;m arigo ld flowe r(Tagetes erecta); techno log ica l conditions
　　万寿菊 (Tagetes erecta L. )又名臭芙蓉 ,金菊 ,黄
菊 ,蜂窝菊 ,金鸡菊 ,为菊科万寿菊属植物。橙色品
种万寿菊干花朵脂肪含量为 18% ～ 20%、各种类胡
萝素卜素含量为 0.6% ～ 2.5%,其中叶黄素酯约占
总类胡萝卜素的 88% ～ 92%[ 1] 。由于万寿菊适于
大面积推广种植且叶黄素含量高 ,工业上便将万寿
菊作为提取分离叶黄素的理想原料。
现代医学研究结果表明 ,人眼视网膜黄斑色素
由叶黄素 (X anthophy ll)组成 ,它能吸收对视网膜有
损害作用的蓝光 ,同时能阻止自由基对生物膜的侵
害 ,具有特定的抗氧化作用 [ 2] 。叶黄素在老年性黄
斑退化病和白内障疾病防治方面亦具有重要的
作用 [ 3 ～ 5] 。
从万寿菊中提取叶黄素的工艺已有报道 ,主要
是关于有机溶剂的提取方法[ 6 ～ 8] ,但应用超声波技
术从万寿菊中提取叶黄素的工艺还未见报道 。超声
波提取是目前国内外正在研究开发的一种辅助溶剂
提取技术 ,它以提取速度快 、效率高的特点受到广泛
关注 。采用超声波法从植物中提取天然活性物质 ,
在提取过程中将细胞破碎使被提取物能够快速 、高
效地进入提取介质 ,缩短提取时间 ,增加提取效率。
374
本研究的目的是采用超声波技术 ,用石油醚作为溶
剂从万寿菊鲜花粉中提取叶黄素 ,探讨超声波提取
的理想工艺参数 。
1　材料与方法
1.1　材料 、主要仪器与试剂
　　万寿菊 ,橙色品种 ,由江苏省农业科学院原子能
农业利用研究所提供 。
超声波细胞粉碎仪 (宁波新芝科器研究所产
品 )、旋转蒸发仪 (上海亚荣仪器厂产品)、电子分析
天平(上海天平仪器厂产品)、紫外可见光分光光度
计 (北京普析 )、小型植物粉碎机 。
叶黄素标准样品购于 Sigma公司 ,其他试剂均
为分析纯。
1.2　试验方法
1.2.1　原料的预处理　摘取万寿菊鲜花 ,干燥 、粉
碎后过筛 ,制成万寿菊鲜花粉 ,冷藏备用。
1.2.2　超声波强化提取　精确称取不同粒度万寿
菊鲜花粉 1.000 g,置于广口瓶中 ,按试验设计的比
例加入石油醚 ,室温 20 ℃。按试验设计的超声波
功率进行超声波提取 , 超声作用 0.5m in, 间歇
0.5m in,达到设定时间后过滤 ,定容到 100m l,测定
吸光值为第一次提取吸光值。
1.2.3　多次提取　第一次提取后 ,将滤饼加入新的
等量溶剂重复超声波提取 ,如此重复 2 ～ 3次至提取
液无色 ,合并滤液 ,定容到 100m l,测定的吸光值为
总吸光值。
1.2.4　分析方法　叶黄素的测定采用分光光度法 。
用紫外可见光分光光度计测定叶黄素在 400 ～
500 nm的吸收 ,确定最大吸收波长和最大吸收波长
下叶黄素的吸光度值 ,并与叶黄素标准曲线比较以
确定产物中叶黄素的含量;提取率为第一次提取的
叶黄素量与叶黄素总量的比值 。
1.2.5　叶黄素提取率的多因素 (料液比 、超声波功
率 、超声波作用时间 )最佳组合方案筛选　试验采
用 3因素 3水平 [ L9(34)]正交设计 ,因素 、水平见
表 1。
2　结　果
2.1　叶黄素的可见光光谱分析
　　在超声强化石油醚提取叶黄素的试验中 ,得到
叶黄素产品的可见光光谱图(图 1)。由图 1可以看
出 ,叶黄素具有类胡萝卜素的特征吸收[ 9] ,在 400 ～
500 nm处有 1个最大吸收峰和 2个肩峰 ,最大吸收
波长为 444 nm。
表 1　叶黄素提取率正交试验因素水平表
Tab le 1　Factors and levels o f orthogona l tes t on xanthophy ll ex-
traction y ield
水平
Levels
因素 Factors
A
料液比
(质量 ∶体积)
M aterial∶liqu id
(M ass∶volum e)
(g /m l)
B
超声波功率
U ltrason ic
pow er
(W)
C
超声波作用时间
U ltrason ic
t im e
(m in)
1 1∶15 300 20
2 1∶20 400 30
3 1∶25 500 40
图 1　叶黄素在石油醚中的可见光光谱图
F ig. 1　V is ible spectrum of xanthophy ll in petro leum aether
2.2　超声波法提取叶黄素
2.2.1　原料粒度对叶黄素提取效果的影响　分别
以粒度在 20 ～ 40目 、40 ～ 60目 、60 ～ 80目 、80 ～ 100
目和 100目以上的万寿菊鲜花粉为原料 ,于料液比
为 1∶20[质量 (g)体积 (m l)比 ] 、超声波功率为
400W 、超声作用 30m in的情况下 ,观察叶黄素的提
取效果。
　　结果 (图 2)显示 ,万寿菊鲜花粉粒度越大 ,叶黄
素吸光度值越高 ,叶黄素含量越高 。万寿菊鲜花粉
粒度在 60目以下时 ,提取出叶黄素的含量较低;粒
度超过 60目时 ,叶黄素吸光值略有增加 ,但并不明
显 ,叶黄素含量变化不大 。鉴于原料粒度越高 ,生产
过程中所需能耗越大 ,万寿菊鲜花粉损耗多的情况 ,
综合考虑 ,超声波提取时万寿菊鲜花粉粒度应选 60
目以上为宜。在以后的试验中所用原料均为 60目
375李大婧等:超声波法提取万寿菊花中叶黄素的工艺条件优化
以上的万寿菊鲜花粉 。
图 2　原料粒度对叶黄素提取效果的影响
F ig. 2　Effects of m ateria l granularity on xanthophy ll extraction
2.2.2　超声波处理提取次数对叶黄素提取率的影响
　在料液比为 1∶20[质量(g)体积(ml)比 ] 、超声波功
率为 400W 、超声波作用时间30m in的条件下 ,一次提
取后 ,滤饼加入新的等量溶剂重复超声波提取 ,重复
2 ～ 3次 ,观察提取次数对叶黄素提取效果的影响 ,结
果(图 3)显示 ,第 1次提取时 97%以上的色素可被提
取出;第 2次提取后叶黄素已基本被提取干净;第 3
次提取时滤液中几乎无色 ,且在提取和转移过程中色
素有损失。因此 ,在实际生产中 ,用超声波法提取叶
黄素无需连续多次逆流萃取[ 10] ,采用一次超声提取
法即可 ,而且可以简化生产条件 ,提高生产效率。
图 3　超声波处理不同提取次数的叶黄素提取率
F ig. 3　Ex traction y ield under different ex traction tim es in the
ultra sonic extraction process
在测定万寿菊花中叶黄素总吸光值时 ,为保证提取
效果和准确度 ,每组试验重复 3次 ,万寿菊花中总叶
黄素含量见表 2。
2.2.3　料液比 、超声波功率和超声波作用时间对叶
黄素提取率的影响　根据预备试验和单因素试验结
果 ,现将叶黄素提取率作为指标值 ,以料液比 、超声
波输出功率 、超声波作用时间为 3个主要影响因素
设计的 3因素 3水平正交试验结果列于表 3。
　　由正交试验各因素不同水平所得的叶黄素提取
率(表 4)可以确定 ,用超声波提取叶黄素的最优条
件为 A因素的 3水平 、B因素的 3水平和 C因素的
3水平 ,即料液比 1∶25[质量(g)体积(m l)比 ] 、超声
波功率为 500W 、超声波作用时间 40m in。
表 2　万寿菊花中总叶黄素含量
Tab le 2　To tal xanthophy ll content in m arigold flower
测定项目
Test item s
试验重复 Test repeat
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
平均值
M ean
总吸光值
To tal absorbance
0.732 9 0. 734 2 0. 734 9 0. 734 0
总叶黄素含量
Total conten t of xan thophyl l
(mg /g)
5.784 8 5. 795 1 5. 800 7 5. 793 5
表 3　超声波提取叶黄素正交试验结果
Tab le 3　R esults of orthogona l test for u ltrason ic ex traction o f xan-
thophy lls
试验号
Test
num ber
因素 Factors
A
料液比
(质量 ∶体积)
M aterial∶liqu id
(Mass∶volum e)
(g /m l)
B
超声波功率
Ultrason ic
pow er
(W)
C
超声波
作用时间
U ltrasonic tim e
(m in)
提取率 1)
Ex traction
y ield1)
(%)
1 1(1∶15) 1(300) 1(20) 88. 30
2 1(1∶15) 2(400) 2(30) 92. 51
3 1(1∶15) 3(500) 3(40) 96. 43
4 2(1∶20) 1(300) 2(30) 92. 75
5 2(1∶20) 2(400) 3(40) 93. 20
6 2(1∶20) 3(500) 1(20) 93. 08
7 3(1∶25) 1(300) 3(40) 93. 75
8 3(1∶25) 2(400) 1(20) 90. 34
9 3(1∶25) 3(500) 2(30) 97. 11
1)提取率为 2次试验结果的平均值。因素 A、B、C列中的 1、 2、 3分
别表示各因素的 3个水平。1) data in the colum n of extraction y ield are
average values of two repeti tion s. 1, 2, 3 in th e colum n of factorA , B, C
indicate correspond ing th ree leve ls.
表 4　正交试验中各因素不同水平的叶黄素提取率
Tab le 4　Xanthophyl ls extra ction y ield o f fa ctors and levels in or-
thogonal test
水平
Levels
因素 Factors
A B C
提取率 Extraction yield(%)
1 92. 41 91.60 90. 57
2 93. 01 92.02 94. 12
3 93. 73 95.54 94. 46
376 江 苏 农 业 学 报 　2005年 第 21 卷 第 4期
　　对正交试验结果进行极差分析 ,确定 3因素极
差由大到小依次为超声波功率 (3.94)、超声波作用
时间(3.89)、料液比 (1.32)。说明超声波提取过程
中影响叶黄素提取率的首要因素是超声波功率 ,其
次为超声波作用时间 ,最后为料液比。对正交试验
3个因素的结果进行方差分析 ,结果 (表 5)表明 ,超
声波功率和超声波作用时间对叶黄素提取率有极显
著影响;而料液比 FA值较小 ,对叶黄素提取率影响
不显著 。在对工艺参数进行验证时 ,发现在料液比
1∶25[质量(g)体积(m l)比 ] 、超声波功率为500W 、
超声波作用 30 m in的提取条件下 ,绝大部分叶黄素
已被提出 ,作用 40 m in与作用 30m in的叶黄素吸光
值差别确实很小 ,可以忽略不计。考虑到超声波作
用时间延长 10m in,动力消耗较大 ,因此选择超声波
强化提取叶黄素的优化条件为料液比 1∶25[质量
(g)体积 (m l)比 ] 、超声波功率为 500W 、超声波作
用时间 30 m in ,此条件下叶黄素的提取率可达 97%
以上。
表 5　试验结果的方差分析及显著性检验
Table 5　Variance analy sis of expermi ent results and significance test
方差来源
Sou rce of variance
偏差平方和
Sum of variance
自由度
Degree of
freedom
F
因素 A
Factor A
2. 62 2 16.92
因素 B
Factor B
28. 11 2 181.36**
因素 C
Factor C
27. 82 2 179.48**
误差 E rror 0. 15 2
F0.01 =99.00, F 0.05 =19. 00;**表示因子对性能的影响达 0. 01显著
水平。
**S ign ifican t effects of factors on p roperties at0. 01 leve.l
3　讨 论
目前提取植物中叶黄素的常规方法是直接用有
机溶剂进行提取 ,但由于植物细胞内叶黄素不太容
易直接释放进入有机溶剂 ,提取效率低。采用超声
波则可大大提高提取效率 。超声波能产生并传递强
大的能量 ,强大的能量作用于提取介质 ,当介质处于
稀疏状态时 ,介质会被撕裂成很多小的空穴 ,这些空
穴一瞬间就闭合 ,闭合时产生瞬间高压 ,即产生空化
效应 。空化中产生的巨大压力会造成被破碎物细胞
壁和整个生物体破裂 ,而且整个破裂过程在瞬间完
成;同时超声波产生的振动作用加强了细胞内物质
的释放 、扩散及溶解 ,从而提高提取效率 。本试验是
在常规方法基础上 ,采用短时间超声处理 ,借助超声
波强大的空化效应和许多次级效应如机械振动 、击
碎 、乳化 、扩散等 ,能较彻底地打碎植物细胞壁 ,充分
释放出叶黄素。本研究结果显示 , 在超声波功率
500W 、超声波作用时间 30 m in、料液比 1∶25[质量
(g)体积 (m l)比 ]时 ,叶黄素的提取率可达 97%以
上 ,明显优于常规提取方法。将该方法验证示范用
于产业化生产 ,对于充分利用万寿菊资源 ,降低生产
成本 ,提高产品产量具有重要的意义。由此可见 ,超
声波强化提取技术可作为天然活性物质提取和开发
利用的优选技术 ,具有广阔的利用价值和应用前景。
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