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【摘 要】以罗浮金柑类胡萝卜素得率为优先工艺指标,通过单因子实验及正交实验优化罗浮金柑中类胡萝卜素的提取工艺。实验结果表明:原料为冷冻干燥的金橘粉碎至60～80目,浸提溶剂为1:1(V/V)的石油醚-丙酮混合溶液,料液比为1:20,浸提液pH值为7.5,在40℃提取2次,每次提取时间为60 min。此条件下,类胡萝卜素得率最高,为46.10 μg/g。
【关键词】罗浮金柑;类胡萝卜素;提取工艺
中图分类号:Q503 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)09-0289-02
类胡萝卜素是人类最早知道的食品着色剂,且是自然界产量最大的色素之一,其存在非常广泛,自然界每年可产 1亿t以上的类胡萝素。近年来,有关研究表明,类胡萝卜素对一些现代疾病有防治作用,尤其对一些肿瘤的发生和发展可起到预防延缓作用。
金橘中虽然不含有β-胡萝卜素,但作为植物类胡萝卜素代谢主链上的成员——隐黄素却大量存在,它同时也被证明对预防消化道癌具有重要意义,且β-隐黄素比β-胡萝卜素具有更高的抗癌活性。
鉴于金橘类胡萝卜素的功用,本章以罗浮金柑为原料、类胡萝卜素得率为指标,对其类胡萝卜素的提取工艺进行了初步研究。期望以此更好地综合利用金橘资源。
1 材料与方法
1.1 实验材料
自然成熟的罗浮金柑,于11月采自广西阳朔绿果实业果园。真空冷冻干燥后,粉粹置于冷藏柜中保存待用。
1.2 实验仪器与试剂
仪器722光栅分光光度计:上海精密科学仪器有限公司UV-755B紫外可见分光光度计:上海精密科学仪器有限公司
试剂 丙酮、乙醚、石油醚、氯仿,均为分析纯。
1.3 实验方法
1.3.1 金橘类胡萝卜素的提取
取 10 g罗浮金柑粉末,分别在不同条件下加入不同萃取剂振摇数次,于暗处静置,待过滤。将直径15 cm的快速滤纸置于波纹漏斗中(滤纸应高出漏斗边沿1～2 mm),先用少量萃取剂润湿滤纸,使之与漏斗紧密贴切,再用少量萃取剂清洗漏斗,弃去滤液。将前述待过滤的萃取液转入漏斗(转移时,尽量将试样移入漏斗底部),随即用装有萃取剂的洗瓶快速洗涤具塞量筒3～4次至筒壁完全干净,并自上而下快速以螺旋状洗涤漏斗,致使试样全部集中于漏斗底部,盖上滤纸,待滤液完全滤干后,再用洗瓶洗涤样品,反复洗涤过滤数次(每次滤液完全滤净后再进行下一次的洗涤和过滤),直至被萃取的试样呈白色为止,全部滤液收集于棕色容量瓶中,以萃取剂定容至刻度,摇匀待比色。
1.3.2 金橘类胡萝卜素含量测定的方法
精确称取一定量胡萝卜素标样用石油醚稀释,以石油醚作空白,用1 cm比色皿,在300～600 nm波长范围内用紫外可见分光光度计进行波谱扫描,测定类胡萝卜素的最大吸收波长,作为胡萝卜素的测定波长。
将萃取所得的类胡萝卜素定容,以石油醚为空白,波长452 nm,1 cm比色皿测定其吸光值,并从标准曲线求得胡萝卜素含量C(μg/mL),按式1计算类胡萝卜素得率Q(μg / g):
1.3.3实验设计方法
用单因子实验法考察原料处理方式、浸提溶剂配比、浸提温度,并用正交分析实验法综合分析料液比、浸提时间、浸提次数及提取液pH值对金橘类胡萝卜素提取的影响。
2 结果与分析
2.1 最大波长的确定
由于类胡萝卜素在不同溶剂中的λmax值可能不一样,且在不同文献中,类胡萝卜素在同种溶剂中的λmax可能有一定的差异。因此,本实验通过紫外可见分光光度计对类胡萝卜素标准品在300～600 nm波长范围内进行紫外扫描,确定实际最大吸收波长。从吸收光谱图中可以看出,溶液在波长452 nm处具有最大吸光度,且吸收范围较宽,所以选择吸收波长452 nm作为定量测定波长。
2.2 类胡萝卜素标准曲线的绘制
用天平准确称取0.0025 g类胡萝卜素,溶于无水乙醇,定容至25 mL,制得100 μg/mL类胡萝卜素标准液。分别吸取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL标准液,用石油醚定容至25 mL,以石油醚为空白,测吸光值,其结果做线性回归,得工作曲线,画出工作曲线。所求直线回归方程为:y =0.0575+0.037 x R2 =0.9919
2.3 萃取溶剂的选择
准确称取干燥金橘粉10份,每份10 g,在其他条件相同的情况下,分别加入等量的不同浸提剂进行浸提,得到的滤液稀释到相同倍数后,测定其吸光度,计算得率,比较浸提效果。得知,单一溶剂中,金橘类胡萝卜素在石油醚中的溶解性高于丙酮、乙醚和乙醚。而混合溶剂则以石油醚与丙酮的效果最好,选择1:1(V/V)石油醚-丙酮作为浸提剂。
2.4 原料颗粒度的影响
将冷冻干燥的金橘全果粉碎成20～40, 40～60, 60～80, 80～100,100～120目几个不同的粒径范围,粉碎后立即加入稳定剂氨水和乙醇(6∶35)。 准确称取经过不同颗粒大小的干燥金橘粉10 g,用1∶2( V/V,下同)丙酮-石油醚,按1∶10料液比,在室温下避光浸提2次,每次浸提90 min;收集浸提液,测吸光度,计算得率。提取固体的粉碎度对有效成分的溶出具有较大影响,不同原料粒度对类胡萝卜素的提取效率存在一定的差异。提取效率次序为: 60～80目>40～60目>80～100目以上>100～120目>20～40目,以60～80目粒度范围提取效率最高。金橘全果粉碎后,表面积增大,类胡萝卜素的浸出速度加快。但过细会使大量细胞被破坏,溶出杂质增多,过滤非常困难,导致类胡萝卜素溶液出现浑浊以及过滤不完全造成的损失,而且增加了后工序处理的难度。此外细粉堆积紧密时,局部出现了浸提溶剂不易渗透,从而导致不能充分提取的现象。粉碎得越细耗能时越多,越不利于活性物质的稳定性。从本实验看,粉碎成粗粉时提取效果好,且容易过滤。
2.5 浸提温度对类胡萝卜素提取效果的影响
准确称取干燥胡萝卜粉5份,每份10 g,加人1:1石油醚-乙醇100 mL,在不同的温度下避光浸提90 min,浸提2次。测定其吸光度,并计算得率。在20～40℃的范围内,浸提效果随着浸提温度的提高而增强,但超过40℃,浸提率不再增加,甚至有下降的趋势。究其原因在于温度低时溶剂分子运动慢,不能很好地溶解出胡萝卜素,一旦温度升高则胡萝卜素溶出量增加,其得率也随之增大。然而,当温度过高时,溶剂挥发较快,并且过高的温度促使了胡萝卜素氧化分解。兩者的作用达到平衡时得率将不再增加,并且当后者的作用占主导地位时得率就会降低。因此,选择40℃左右的浸提温度为宜。
2.6 正交实验
本试验采用正交实验表L9(34)设计实验方案进行冷浸提取。根据单因子试验结果,分别采用不同料液比(因素A)、不同提取时间(因素B)、不同提取次数(因素C)和不同pH值条件(因素D)在40℃对金橘类胡萝卜素进行正交提取试验。实验结果显示,A因素(料液比)为主要因素,其次为D、B因素(pH值、提取次数),而C因素(提取时间)为次要因素。因此,对于类胡萝卜素的提取,料液比浓度的大小首先影响其得率。当溶剂使用量偏低时,类胡萝卜素含量收率较低。
是否做了重复试验,如果没有而第四例不为空例,一般不能做方差分析。建议略去。
料液比对金橘类胡萝卜素提取效率存在显著差异(0.10显著水平上的),而浸提时间、浸提次数和浸提液pH值对金橘类胡萝卜素的提取效率无显著影响。根据实验情况,提取溶剂足够时,两次基本能提取完全。虽然提取率会稍低于提取3次,但是从减少能耗、物耗、工时以及成本考虑,提取2次即可。
9组实验中金橘类胡萝卜素提取的最佳组合为A3B2C1D3,即使用料液比为1:20、pH值为7.5的石油醚-乙醚溶液提取两次,每次浸提时间均为60 min,金橘类胡萝卜素得率为46.10 μg/g。
3 结论
本文通过单因子实验法及正交实验的方法,对金橘全果中类胡萝卜素的提取工艺进行研究。实验证明,将冷冻干燥的金橘粉碎至60～80目,在40℃左右,用1:1石油醚-丙酮溶液浸提两次,料液比为1:20,浸提液pH值为7.5,提取时间60 min/次;金橘类胡萝卜素得率为46.10 μg/g。
参考文献:
[1] 谭新平.番茄红素与癌[J].天然产物开发与研究,2001,13(4):71-75.
[2] Lingen C E. LO Expcell Rex, 1959, 16:384-393.
[3] Nagata Yoichl J. Agile Food Chem, 1996, 44 (2):725-729.
[4] 陈志辉,陈发河,吴光斌,等.胡萝卜中天然胡萝卜素提取工艺的研究[J].农产品加工学刊,2005(30):13-18.
[5] 惠伯棣.类胡萝卜素化学及生物化学[M].北京:中国轻工业出版社,2005.
[6] 胡小明,蔡万玲,代斌.天然β-胡萝卜素的提取工艺条件研究[J].食品工业科技,2006,27(10):133-136.
【关键词】罗浮金柑;类胡萝卜素;提取工艺
中图分类号:Q503 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)09-0289-02
类胡萝卜素是人类最早知道的食品着色剂,且是自然界产量最大的色素之一,其存在非常广泛,自然界每年可产 1亿t以上的类胡萝素。近年来,有关研究表明,类胡萝卜素对一些现代疾病有防治作用,尤其对一些肿瘤的发生和发展可起到预防延缓作用。
金橘中虽然不含有β-胡萝卜素,但作为植物类胡萝卜素代谢主链上的成员——隐黄素却大量存在,它同时也被证明对预防消化道癌具有重要意义,且β-隐黄素比β-胡萝卜素具有更高的抗癌活性。
鉴于金橘类胡萝卜素的功用,本章以罗浮金柑为原料、类胡萝卜素得率为指标,对其类胡萝卜素的提取工艺进行了初步研究。期望以此更好地综合利用金橘资源。
1 材料与方法
1.1 实验材料
自然成熟的罗浮金柑,于11月采自广西阳朔绿果实业果园。真空冷冻干燥后,粉粹置于冷藏柜中保存待用。
1.2 实验仪器与试剂
仪器722光栅分光光度计:上海精密科学仪器有限公司UV-755B紫外可见分光光度计:上海精密科学仪器有限公司
试剂 丙酮、乙醚、石油醚、氯仿,均为分析纯。
1.3 实验方法
1.3.1 金橘类胡萝卜素的提取
取 10 g罗浮金柑粉末,分别在不同条件下加入不同萃取剂振摇数次,于暗处静置,待过滤。将直径15 cm的快速滤纸置于波纹漏斗中(滤纸应高出漏斗边沿1～2 mm),先用少量萃取剂润湿滤纸,使之与漏斗紧密贴切,再用少量萃取剂清洗漏斗,弃去滤液。将前述待过滤的萃取液转入漏斗(转移时,尽量将试样移入漏斗底部),随即用装有萃取剂的洗瓶快速洗涤具塞量筒3～4次至筒壁完全干净,并自上而下快速以螺旋状洗涤漏斗,致使试样全部集中于漏斗底部,盖上滤纸,待滤液完全滤干后,再用洗瓶洗涤样品,反复洗涤过滤数次(每次滤液完全滤净后再进行下一次的洗涤和过滤),直至被萃取的试样呈白色为止,全部滤液收集于棕色容量瓶中,以萃取剂定容至刻度,摇匀待比色。
1.3.2 金橘类胡萝卜素含量测定的方法
精确称取一定量胡萝卜素标样用石油醚稀释,以石油醚作空白,用1 cm比色皿,在300～600 nm波长范围内用紫外可见分光光度计进行波谱扫描,测定类胡萝卜素的最大吸收波长,作为胡萝卜素的测定波长。
将萃取所得的类胡萝卜素定容,以石油醚为空白,波长452 nm,1 cm比色皿测定其吸光值,并从标准曲线求得胡萝卜素含量C(μg/mL),按式1计算类胡萝卜素得率Q(μg / g):
1.3.3实验设计方法
用单因子实验法考察原料处理方式、浸提溶剂配比、浸提温度,并用正交分析实验法综合分析料液比、浸提时间、浸提次数及提取液pH值对金橘类胡萝卜素提取的影响。
2 结果与分析
2.1 最大波长的确定
由于类胡萝卜素在不同溶剂中的λmax值可能不一样,且在不同文献中,类胡萝卜素在同种溶剂中的λmax可能有一定的差异。因此,本实验通过紫外可见分光光度计对类胡萝卜素标准品在300～600 nm波长范围内进行紫外扫描,确定实际最大吸收波长。从吸收光谱图中可以看出,溶液在波长452 nm处具有最大吸光度,且吸收范围较宽,所以选择吸收波长452 nm作为定量测定波长。
2.2 类胡萝卜素标准曲线的绘制
用天平准确称取0.0025 g类胡萝卜素,溶于无水乙醇,定容至25 mL,制得100 μg/mL类胡萝卜素标准液。分别吸取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL标准液,用石油醚定容至25 mL,以石油醚为空白,测吸光值,其结果做线性回归,得工作曲线,画出工作曲线。所求直线回归方程为:y =0.0575+0.037 x R2 =0.9919
2.3 萃取溶剂的选择
准确称取干燥金橘粉10份,每份10 g,在其他条件相同的情况下,分别加入等量的不同浸提剂进行浸提,得到的滤液稀释到相同倍数后,测定其吸光度,计算得率,比较浸提效果。得知,单一溶剂中,金橘类胡萝卜素在石油醚中的溶解性高于丙酮、乙醚和乙醚。而混合溶剂则以石油醚与丙酮的效果最好,选择1:1(V/V)石油醚-丙酮作为浸提剂。
2.4 原料颗粒度的影响
将冷冻干燥的金橘全果粉碎成20～40, 40～60, 60～80, 80～100,100～120目几个不同的粒径范围,粉碎后立即加入稳定剂氨水和乙醇(6∶35)。 准确称取经过不同颗粒大小的干燥金橘粉10 g,用1∶2( V/V,下同)丙酮-石油醚,按1∶10料液比,在室温下避光浸提2次,每次浸提90 min;收集浸提液,测吸光度,计算得率。提取固体的粉碎度对有效成分的溶出具有较大影响,不同原料粒度对类胡萝卜素的提取效率存在一定的差异。提取效率次序为: 60～80目>40～60目>80～100目以上>100～120目>20～40目,以60～80目粒度范围提取效率最高。金橘全果粉碎后,表面积增大,类胡萝卜素的浸出速度加快。但过细会使大量细胞被破坏,溶出杂质增多,过滤非常困难,导致类胡萝卜素溶液出现浑浊以及过滤不完全造成的损失,而且增加了后工序处理的难度。此外细粉堆积紧密时,局部出现了浸提溶剂不易渗透,从而导致不能充分提取的现象。粉碎得越细耗能时越多,越不利于活性物质的稳定性。从本实验看,粉碎成粗粉时提取效果好,且容易过滤。
2.5 浸提温度对类胡萝卜素提取效果的影响
准确称取干燥胡萝卜粉5份,每份10 g,加人1:1石油醚-乙醇100 mL,在不同的温度下避光浸提90 min,浸提2次。测定其吸光度,并计算得率。在20～40℃的范围内,浸提效果随着浸提温度的提高而增强,但超过40℃,浸提率不再增加,甚至有下降的趋势。究其原因在于温度低时溶剂分子运动慢,不能很好地溶解出胡萝卜素,一旦温度升高则胡萝卜素溶出量增加,其得率也随之增大。然而,当温度过高时,溶剂挥发较快,并且过高的温度促使了胡萝卜素氧化分解。兩者的作用达到平衡时得率将不再增加,并且当后者的作用占主导地位时得率就会降低。因此,选择40℃左右的浸提温度为宜。
2.6 正交实验
本试验采用正交实验表L9(34)设计实验方案进行冷浸提取。根据单因子试验结果,分别采用不同料液比(因素A)、不同提取时间(因素B)、不同提取次数(因素C)和不同pH值条件(因素D)在40℃对金橘类胡萝卜素进行正交提取试验。实验结果显示,A因素(料液比)为主要因素,其次为D、B因素(pH值、提取次数),而C因素(提取时间)为次要因素。因此,对于类胡萝卜素的提取,料液比浓度的大小首先影响其得率。当溶剂使用量偏低时,类胡萝卜素含量收率较低。
是否做了重复试验,如果没有而第四例不为空例,一般不能做方差分析。建议略去。
料液比对金橘类胡萝卜素提取效率存在显著差异(0.10显著水平上的),而浸提时间、浸提次数和浸提液pH值对金橘类胡萝卜素的提取效率无显著影响。根据实验情况,提取溶剂足够时,两次基本能提取完全。虽然提取率会稍低于提取3次,但是从减少能耗、物耗、工时以及成本考虑,提取2次即可。
9组实验中金橘类胡萝卜素提取的最佳组合为A3B2C1D3,即使用料液比为1:20、pH值为7.5的石油醚-乙醚溶液提取两次,每次浸提时间均为60 min,金橘类胡萝卜素得率为46.10 μg/g。
3 结论
本文通过单因子实验法及正交实验的方法,对金橘全果中类胡萝卜素的提取工艺进行研究。实验证明,将冷冻干燥的金橘粉碎至60～80目,在40℃左右,用1:1石油醚-丙酮溶液浸提两次,料液比为1:20,浸提液pH值为7.5,提取时间60 min/次;金橘类胡萝卜素得率为46.10 μg/g。
参考文献:
[1] 谭新平.番茄红素与癌[J].天然产物开发与研究,2001,13(4):71-75.
[2] Lingen C E. LO Expcell Rex, 1959, 16:384-393.
[3] Nagata Yoichl J. Agile Food Chem, 1996, 44 (2):725-729.
[4] 陈志辉,陈发河,吴光斌,等.胡萝卜中天然胡萝卜素提取工艺的研究[J].农产品加工学刊,2005(30):13-18.
[5] 惠伯棣.类胡萝卜素化学及生物化学[M].北京:中国轻工业出版社,2005.
[6] 胡小明,蔡万玲,代斌.天然β-胡萝卜素的提取工艺条件研究[J].食品工业科技,2006,27(10):133-136.