芫荽胡萝卜素提取工艺的研究.docx

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芫荽胡萝卜素提取工艺的研究

芫荽胡萝卜素提取工艺的研究

摘要：

研究不同提取溶剂、温度、提取时间、光照、氧化剂和还原剂等因素对芫荽胡萝卜素提取量和稳定性的影响,以期找到芫荽胡萝卜素的最佳提取工艺。

首先比较了丙酮∶甲醇（7∶2）和石油醚2种常用提取试剂对芫荽胡萝卜素提取效率的影响，并对超临界CO2萃取法和超声波辅助萃取法的进展进行了简介，以便作为参考;然后以丙酮-甲醇（7∶2）为提取试剂,分别从材料颗粒大小、提取温度、提取时间、提取剂用量4个方面对其提取工艺进行了优化。

相对于石油醚,丙酮∶甲醇（7∶2）对芫荽胡萝卜素的提取效率较高。

4℃和25℃浸提温度下胡萝卜素的效率没有明显差异。

分3次提取时,5min的浸提时间即可获得较高的提取效率。

在1～7ml的提取剂使用范围内,随着提取剂用量的增加胡萝卜素的提取效率有所增加,但增加幅度不是很大。

由此得出结论：

以丙酮∶甲醇（7∶2）为提取试剂,在25℃下浸提5min3次可以得到较高的提取效率。

胡萝卜素在低温条件下较稳定，不易分解，高温下快速降解，稳定性变差。

灯光和室内光等对其影响较小，在完全避光条件下类胡萝卜素的稳定性最好，降解量最弱。

氧化剂对类胡萝卜素有一定的破坏作用，氧化剂浓度越大，破坏作用越明显。

还原剂对类胡萝卜素的影响不明显。

酸性条件下类胡萝卜素比较稳定，强碱性环境对类胡萝卜素的稳定性影响大，但弱碱条件下则相对稳定，甚至对类胡萝卜素有一定的保护作用。

金属离子Cu2+、Fe3+、Fe2+对类胡萝卜素的影响大，在这几个离子的作用下类胡萝卜素的稳定性最差，在Mg2+、Zn2+、Ca2+、Na+条件下类胡萝卜素则比较稳定。

酸味剂能促进类胡萝卜素的降解，防腐剂与甜味剂对类胡萝卜素的影响不大。

关键词：

芫荽;胡萝卜素提取;溶剂、温度、时间；稳定性

Abstract

CaroteneandcorianderAbstract:

Tostudytheeffectsofdifferentextractionsolvent,temperature,extractiontime,light,oxidationagentandreducingagentandotherfactorsofcoriandercaroteneextractionamountandstability,inordertofindthebestextractionprocess.Firstlytheacetone:

methanol（7:

2）andpetroleumether2kindsofcommonlyusedextractionreagentofcoriandercaroteneextractionefficiency,andthesupercriticalCO2extractionandultrasonicassistedextractionmethodintheintroduction,inordertoserveasareference,andthenwithacetone-methanol（7:

2）asextractionreagent,respectively,fromthematerialparticlesize,extractiontemperature,extractiontime,extractionagentfouraspectsofthe5minextractionextractionextractionprocesswereoptimized.Comparedwithpetroleumether,acetone:

methanol（7:

2）ofcoriandercaroteneextractionefficiencyhigher.4DEGCand25DEGCtemperaturecaroteneefficiencyhadnosignificantdifference.3times,5minextractiontimecanobtainahigherextractionefficiency.In1~7mlofextractionsolventusedintheextractionagentdosageincreasedcaroteneextractionefficiencyincreased,buttheincreaseisnotlarge.Thusdrawtheconclusion:

acetone:

methanol（7:

2）astheextractionreagent,at25DEGCextraction3timescanbeobtainedwithhighextractionefficiency.CaroteneUnderlowtemperatureconditions,amorestable,isnoteasytobedecomposed,rapiddegradationunderhightemperature,stabilitybecomesworse.Lightingandinteriorlightinghaslittleinfluenceonthe,tocompletelyavoidthelightconditionsunderthecaroteneinthestabilityofbest,degradationoftheweakest.Oxidantofcarotenoidsknownascertaindestructiveeffect,increaseofoxidantconcentration,destructiveeffectmoreobvious.Reducingagentofcarotenoidpigmentdoesnotsignificantlyaffectthe.Underacidicconditionsofthecarotenoidpigmentisrelativelystable,strongalkalineenvironmentonthestabilityofcarotenoidsaffect,buttheweakacidconditionisrelativelystable,evenofcarotenoidsknownasaprotectiveeffect.MetalionsCu2+,Fe3+,Fe2+Theeffectsofcarotenoids,inwhichafewionsundertheactionofcarotenoidpigmentstabilitywastheworst,inMg2+,Zn2+,Ca2+,Na+undertheconditionofcarotenoidpigmentisrelativelystable.Souragentcanpromotethedegradationofcarotenoids,preservativesandsweettasteagentofcarotenoidpigmenthaslittleeffect.

Keywords：

corianderextract;carotenoids;solvent,temperature,timestability

芫荽 ，别名胡荽、香菜、香荽。

为伞形科植物鞠荽CoriandrumsativumL.的全草，芫荽属，一、二年生草本植物，是人们熟悉的提味蔬菜，状似芹，叶小且嫩，茎纤细，味郁香，是汤、饮中的佐料，多用于做凉拌菜佐料，或烫料、面类菜中提味用。

香菜辛、温，归肺、脾经；具有发汗透疹，消食下气，醒脾和中的功效，因而也具有一定的药用价值，主治麻疹初期透出不畅及食物积滞、胃口不开、脱肛等病症。

《本草纲目》称"芫荽性味辛温香窜，内通心脾，外达四肢"。

原产地为地中海沿岸及中亚地区，现大部地区都有种植。

香菜营养丰富，内含维生素c、胡萝卜素、维生素b1、b2等，同时还含有丰富的矿物质，如钙、铁、磷、镁等，其挥发油含有甘露糖醇、正葵醛、壬醛和芳樟醇等，可开胃醒脾。

香菜中所含的胡萝卜素要比西红柿、菜豆、黄瓜等高出10倍多。

香菜

胡萝卜素是存在广泛而安全的天然色素，既可作为食用添加剂，又可以作为安全无副作用的化妆品色素。

胡萝卜素在化学结构上都有着共同的结构特征，它们是由8个异戊二烯基本单元组合成的多烯链,通过共轭双键构成的一类化合物。

是包含40个碳原子的多不饱和烃，分子式为C40Hx，包含的氢原子数随胡萝卜素的种类不同而不同，不包含其它的化学元素，根据存在于其两端的芷香酮环或基团的种类有α，β，γ，δ，ε等。

其中β-胡萝卜素会在体内转换为维生素A，是目前最安全补充维生素A的产品（单纯补充化学合成维生素A，过量时会使人中毒），所以又称其为维生素A原。

它可以维持眼睛和皮肤的健康，改善夜盲症、皮肤粗糙的状况，有助于身体免受自由基的伤害。

胡萝卜素分子中最重要的部分是决定生理功能和颜色的共轭双键系统。

在自然界,胡萝卜素广泛存在于植物、动物和微生物中。

由于类胡萝卜素具有抗氧化、预防心血管疾病和癌症、延缓衰老等特殊的生物学功能,已成为主要的研究热点课题之一,研究内容涉及胡萝卜素的分析方法、提取工艺、生理功能以及应用开发等。

芫荽中具有丰富的胡萝卜素。

目前，芫荽中胡萝卜素的研究才刚刚开始,在含量分析、提取方法、提取效果等诸多方面的研究尚有待于进一步完善和提高,而如何有效地提取芫荽中胡萝卜素尚未见报道。

本文以芫荽为原料,研究了影响胡萝卜素提取效果的多种工艺参数,为芫荽胡萝卜素的开发和应用提供基础数据。

下图为胡萝卜素的分子结构通式：

1.提取胡萝卜素的方法

1.1原理

胡萝卜素一般以沉积或结晶状态存在于细胞质内的色素体上，不溶于水,微溶于植物油,在脂肪族和芳香族的烃中有中等的溶解性,最易溶于氯化烃,如氯仿等。

胡萝卜素通常是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂，但遇光、酸、氧及高温易降解。

所以,在胡萝卜素加工提取过程中,方法溶剂的选择是十分重要的。

提取胡萝卜素可以根据“相似相溶”的原理，即只由碳氢组成的胡萝卜素在非极性的有机试剂中的饱和溶解度高。

主要有溶剂提取法、酶反应法、超临界CO2萃取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法。

本研究采用技术要求较简单的溶剂提取法，并对超临界CO2萃取法和新型超声波辅助提取法进行了调研。

1.2有机溶剂提取法的各种方法与技术比较

有机溶剂萃取法是提取生物活性物质的传统方法，其优点是设备投资成本较低、工艺技术成熟并且易于实现工业化。

方法

操作技术要点

适用范围

特点

浸渍法

冷浸法：

在室温条件下浸渍，使有效成分浸出

温浸法：

在40-60℃之间浸渍，能浸出较多的有效成分

适用于有效成分遇热易破坏及含淀粉、果胶、黏液质、树胶等多糖物质较多的天然药物

操作方便、简单易行，水浸提液易霉变。

必要时需加适量防腐剂

渗漉法

将药材粗粉置渗漉装置中，连续添加溶剂使渗过药粉，自上而下流动，浸出有效成分（粉碎→浸润→装筒→排气→浸渍→渗漉→收集→渗漉液）

适用于提取遇热易破坏的成分

保持良好的浓度差，提取效率高于浸渍法，但溶剂消耗多，提取时间长

煎煮法

将药材加水加热煮沸，滤过去渣后取煎煮液

适用于有效成分能溶于水且不易被水、热破坏的天然药物的提取

操作简单，提取效率高于冷浸法

回流提取法

使用回流提取装置，低沸点有机溶剂浸泡药材，通过加热浸出液，使溶剂受热蒸发，经冷凝后变为液体流回浸出器，如此反复至浸出完全

适用于脂溶性较强的天然药物化学成分的提取，如甾体、萜类、蒽醌类等

提取效率高，但溶剂消耗量大，操作较麻烦。

不宜提取对热不稳定的成分

连续回流提取法

实验室中常用索氏提取器，能用少量的溶剂进行连续循环回流提取，充分将有效成分浸出完全

适用于脂溶性化合物，药量少时多用该法进行提取

提取效率高，溶剂用量少，不宜提取对热不稳定成分

超声提取法

将药材粉末置适宜的容器内，加入定量溶剂，密闭后置超声提取器内，利用超声波浸提有效成分

既适用于遇热不稳定成分的提取，也适用于各种溶剂的提取

提取时间短，提取效率高，无需加热。

但目前尚为实验室小规模使用

1.2.1常用溶剂性质

溶剂

沸点（℃）

介电常数（20℃）

溶解度（20℃）

溶剂/水%水/溶剂%

石油醚

30-120

1.89

不相混溶

环己烷

80.7

2.05

苯

80.1

2.23

7.8

20.0

乙醚

34.6

4.34

3.4

2.6

三氯乙烷

61.2

5.1

6.6

1.2

醋酸乙酯

77.1

6.4

7.94

2.98

正丁醇

117.7

17.8

8.5

16.4

丙酮

56.2

21.4

任意混合

乙醇

77.8

25.8

甲醇

64.6

33.7

水

100

81.0

1.2.2芫荽胡萝卜素的溶剂提取法操作

根据胡萝卜素的结构特点及化学性质，分别选择目前发现的最有效的石油醚和丙酮－甲醇作为溶剂来研究提取芫荽胡萝卜素的效率。

1.2.2.1　利用石油醚提取芫荽胡萝卜素。

（1）选取200g新鲜芫荽用水洗净，沥干，切碎，然后在40度的烘箱中烘干，时间约1小时，将干燥后的芫荽进一步粉碎过筛，注意粉碎一定要彻底。

将样品转移到碘量瓶中,加入丙酮10ml,石油醚10ml,摇振1min,静置5min,取5%硫酸钠水溶液15ml,放入125ml分液漏斗中,将碘量瓶中提取剂移入分液漏斗中,再以丙酮∶石油醚（3∶7）10ml加入碘量瓶中,摇振1min,静置5min,提取剂并入分液漏斗中。

如此反复4～5次,直至提取剂无色为止。

（2）振动分液漏斗,放置待分层后,弃去水层,再用5%硫酸钠溶液15ml振摇洗涤,反复3次,以除净丙酮,防止乳化。

（3）在分液漏斗中加入1～2g无水硫酸钠,然后将提取剂投入烧杯中。

用少量石油醚分数次洗净分液漏斗及无水硫酸钠上的色素,洗涤液并入烧杯中。

用吹风机低温蒸发至约1ml。

取下冷却,挥发至干,待干时,立即用丙酮2ml沿壁将色素洗下,混匀。

4℃冰箱下保存。

1.2.2.2　利用丙酮-甲醇提取芫荽胡萝卜素。

选取300g新鲜芫荽用水洗净，沥干，切碎，然后在40度的烘箱中烘干，时间约1小时，将干燥后的芫荽进一步粉碎过筛，注意粉碎一定要彻底。

加入15ml丙酮∶甲醇（7∶2）提取剂,在室温下振荡浸提,离心取上清液得第1次抽提液。

沉淀中再加入15ml提取剂,室温下继续振荡抽提,离心取上清液即得第2次抽提液;沉淀再重复抽提得第3次抽提液。

合并3次抽提液。

用吹风机,低温蒸发约1.5ml,取下冷却,挥发至干,待干时,立即用丙酮2ml沿壁将色素洗下,混匀。

4℃冰箱下保存。

1.2.2.3　胡萝卜素的检测。

取0.1ml上述2种方法提取的提取剂,然后用丙酮稀释至3ml,混合均匀。

用721MC型紫外可见光分光光度计测其在480nm波长下的吸光度值。

根据下列公式计算单位培养液中胡萝卜素的含量:

ρ（mg/L）=（OD480-0.638×OD645+0.114×OD663）×稀释倍数÷0.218

式中,ρ为单位培养基中胡萝卜素的浓度。

1.2.3超临界CO2萃取法进展简介

超临界流体萃取（Supercriticalfluidextraction，SFE）是通过升温和加压使流体在高于临界温度和临界压力的状态下萃取目标组分的分离技术。

目前超临界CO2已广泛应用于番茄红素、胡萝卜素等类胡萝卜色素和其他色素类活性物质的提取。

Sanal等以杏皮渣为原料，通过响应面优化得到的最优工艺参数为:

萃取压力31．1MPa，萃取温度68．85℃，夹带剂为27．4%的乙醇，CO2和夹带剂的流速为1ml/min，β-胡萝卜素得率为98μg/g（干基）。

王大伟以玉米蛋白粉为原料，采用超临界CO2萃取β-胡萝卜素，得出的最佳工艺条件为:

以无水乙醇作夹带剂，夹带剂用量为10%，萃取温度40℃，萃取压力20MPa，萃取时间150min，胡萝卜素提取率为88．70%。

Davarnejad等采用超临界CO2萃取天然棕榈油中的胡萝卜素，试验得出的最有工艺参数为:

萃取压力7．5MPa，萃取温度120℃，萃取1h，β-胡萝卜素得率为1．741×

10－2%。

Sabio等以番茄加工副产物番茄皮为原料，得到的萃取工艺为:

原料平均粒径0．345mm，萃取温度80℃，萃取压力30MPa，CO2流速0．792kg/h，萃取时间8．2h，番茄红素和胡萝卜素的回收率分别为80%和88%。

Cadoni等采用超临界CO2萃取番茄浆和番茄皮中的番茄红素和胡萝卜素，萃取工艺为:

压力27．58MPa，温度80℃，用氯仿作夹带剂，夹带剂和原料之比为1∶2．5ml/g，CO2流速为500cm3/min，萃取物中含有65%的番茄红素（644．1±1．2）mg/kg和35%的胡萝卜素（348．8±4．2）mg/kg;而索氏提取的得率为:

（770．8±0．7）mg/kg番茄红素，（377．6±3．7）mg/kg胡萝卜素。

而通过响应面试验得出的最优工艺为:

萃取压力14MPa，温度102℃，萃取3．14h，胡萝卜素得率为1028×10－2%。

Macías-Sánchez等以微藻（Scenedesmusalmeriensis）为原料，得出超临界萃取的工艺条件为:

萃取压力40MPa，萃取温度60℃，CO2流速1g/min，萃取5h，β-胡萝卜素得率为1．50mg/g干基。

Bashipour等以库拉索芦荟（Aloevera）为原料，通过遗传算法得到的超临界CO2萃取最优工艺参数为:

萃取压力29MPa，温度60℃，CO2流速1ml/min，静态萃取时间15min，动态萃取时间260min，胡萝卜素得率为0．3524g/kg（干基）;与用石油醚索氏抽提（料液比1∶20g/ml，萃取8h）的得率0．3626g/kg（干基）接近。

超临界CO2萃取法通常和萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流速、原料粒度等因素有关，对于不同的原料需要通过试验来确定最优工艺。

由于β-胡萝卜素在CO2中溶解度

有限，需使用夹带剂来提高萃取率，寻找合适的夹带剂并进行适当的预处理可以有效提高萃取率。

1.2.4超声波辅助萃取法进展简介

超声波辅助萃取技术（Ultrasound-assistedextraction，UAE）是一种新型的化工分离技术，已广泛应用于天然色素和生物活性物质的提取。

房明以螺旋藻为原料，采用超声波辅助萃取法提取β-胡萝卜素，优化得到的最佳工艺条件为:

提取剂为甲醇－丙酮混合液（4∶6，V/V），固液比为1∶25g/ml，超声功率51%，超声时间为17min，β-胡萝卜素提取率为1942．14μg/g。

马少君以甜橙皮为原料，得出超声波辅助萃取的工艺条件为:

提取溶剂为石油醚∶丙酮=2∶1（V/V），冻干果皮，料液比1∶50g/ml，超声功率270W，超声时间6min，提取5次，提取温度40℃，粒度为100～120目，类胡萝卜素的提取率为（82．4±1．2）%。

并且还发现当原料粒度小于0．28mm时，超声波辅助萃取跟传统溶剂萃取相比没有显著性差异。

秦宏伟等采用超声波辅助萃取甘薯中的胡萝卜素，得出最佳条件为:

提取溶剂为丙酮∶石油醚=3∶7（V/V），室温下提取为25min，料液比为1∶4g/ml，提取3次，回收率可达90%以上。

Shen等以微藻（Dunaliellasalina）为原料，采用超声波辅助萃取全反式胡萝卜素，以四氢呋喃为溶剂，液料比240ml/g，在29．85℃下提取30min，超声频率为40kHz，超声功率300W，提取物中全反式胡萝卜素含量为44．7mg/g，回收率为100%。

Dey等采用超声波辅助萃取法提取螺旋藻（Spirulinaplatensis）中的胡萝卜素，优化的得到的工艺参数为:

1．5g螺旋藻，首先在甲醇中预浸泡2min，然后加入50ml正庚烷，萃取温度为30℃，超声强度为167W/cm2，占空因数为61．5%，萃取8min，超声探头距液面的深度为0．5cm，β-胡萝卜素提取率为47．10%。

并且甲醇浸泡2min预处理可以使β-胡萝卜素得率提高12倍。

Sun等以柑橘皮为原料，采用超声波辅助萃取全反式β-胡萝卜素，提取剂为乙酸乙酯，料液比为3∶30g/ml，温度25℃，萃取120min，超声强度为544．59W/cm2，占空因数为66．70%。

经柱色谱分离后再利用超临界抗溶剂技术制粉，条件为:

压力18MPa，40min，CO2流速为0．2ml/min，喂料浓度为4～5mg/ml。

产品的平均粒径为3．5～19μm，全反式胡萝卜素含量为926．8mg/g，回收率为54%。

对于胡萝卜素的提取，与其他新型萃取技术如微波辅助萃取等相比，超声波辅助萃取技术的设备价格更低而且操作简单。

然而对于超声波辅助萃取胡萝卜素而言，原料粒度是一个很重要的影响因素，而且合适原料的预处理也可大大提高萃取得率。

2.萃取法提取胡萝卜素最佳溶剂的研究

目前，胡萝卜素的分析研究已取得很大进展，分析方法也日益成熟，然而对同种样品材料所报道的分析结果往往存在很大的差异，其中原因是多方面的，除水果蔬菜的品种、收获季节、成熟度、保存条件等样品本身的差别，以及分析检测过程中未能避免光、氧、温度、酸等因素引起的色素损失外，样品提进行提取取作为分析检测过程的第一步对于其定量分析的结

果起着至关重要的作用，相同的材料用不同的方法，结果会有很大的差异。

在许多类胡萝卜

素定量分析的报道中，用到多种提取方法，例如，在分析宁夏枸杞类胡萝卜素含量的报道中，

用石油醚/丙酮（1:

1）提取，HPLC法检测总类胡萝卜素含量为2952.7ug/g；用四氢呋喃超声振荡萃取，HPLC法检测总类胡萝卜素平均含量为1265.15ug/g；用己烷/二氧六环（84:

16）提取，分光光度计检测总类胡萝卜素含量为1645.1ug/g，三种提取方法得到的分析结果相差甚远。

尽管有上述诸多因素的影响，以及人为和检测方法不同造成的误差，而提取方法的不当，所用的提取溶剂系统不能完全将色素提取出来更可能是结果产生误差的主要原因。

为了探讨提取溶剂系统对胡萝卜素分析检测的重要性，本研究用不同的提取溶剂按相同的提取步骤进行芫荽胡萝卜素的提取，比较总胡萝卜素的含量，以寻找出胡萝卜素分析的最佳提取溶剂

2.1材料用具:

新鲜的芫荽、六种不同的提取剂。

如下：

氯仿：

甲醇＝2：

1；己烷：

二氧六环＝84：

16；己烷：

丙酮＝2：

3；石油醚：

丙酮＝1：

1