万寿菊中叶黄素的提取与鉴定开题报告.docx

1、万寿菊中叶黄素的提取与鉴定开题报告四 川 农 业 大 学毕业论文(设计)开题报告学 生 姓 名：陈 云所在院（系）：资源与环境系专业（班级）：2003级（1）班论 文 方 向：药用植物指导教师（职称）：蒲尚饶（副教授）2006年10月11日填目 录1、选题背景 032、文献综述 04 2.1万寿菊形态特征与生物学特性 05 2.2叶黄素结构、分布及物化性质 05 2.2.1叶黄素结构特怔 05 2.2.2叶黄素分布情况 06 2.2.3叶黄素的物化性质 07 2.3叶黄素的生理功能 08 2.3.1预防视黄斑退化 08 2.3.2预防肿瘤和心血管疾病的发生和发展 092.3.3叶黄素的化学降解

2、产物可提供烟草中的香味物质 092.3.4良好的着色功能 102.3.5良好的抗氧化性能 10 2.4叶黄素应用研究现状 10 2.4.1国内研究现状 10 2.4.2国外研究现状 113、实验内容 124、实验目的意义 125、实验方案设计 125.1工艺流程 125.2实验因素水平 135.3正交设计 135.4叶黄素含量的测定 136、经费预算 147、实验进度安排 158、参考文献 15毕 业 论 文 开 题 报 告1选题背景“民以食为天”。人们是否吃饱吃好，是否吃得营养与安全是关系到人类的生存与社会的发展的首要问题1。食品工业在国民经济的地位举足轻重。随着食品工业的发展，食品添加剂已

3、经成为不可缺少的一部分。跨人21世纪，我国改革开放进一步深入，社会主义市场经济蓬勃发展，人民生活水平不断提高，对食品工业提出了越来越高和越来越新的要求2。人们所追求的不仅仅是吃饱、吃好，而是安全、卫生、营养与健康。在食品加工制造过程中使用食品添加剂，既可以使加工食品色、香、味、形及组织结构俱佳，还能够增加食品营养成分，防止腐败变质，延长食品保存的时间，便于食品加工，便于改进食品加工工艺，提高生产效率2。食用色素作为食品添加剂的重要组成部分，近年来得到了广泛的应用。食用色素按其来源和性质，可分为食用天然色素和食用合成色素两大类3。近年来，合成色素的研究取得了很大进展。据不完全统计，目前我国应用于

4、食品行业的合成色素有：苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄、靛蓝、樱桃红、亮蓝、新红、苏丹红等3。进入20世纪60年代，随着毒理学和生物学的不断发展,人类逐渐认识了人工合成色素进入机体后的代谢机理，认识到多数的合成色素对人体有极为严重的慢性毒性和致畸致癌性之后，立即引起人们对合成色素的安全性的高度重视。许多合成色素相继被证明对人体有害4。目前，食品中添加色素的行为过于普遍，即使某一种食品中色素含量是合格的，但消费者在生活中大量食用多种含有同样色素的食品，仍然有可能导致摄入的色素总量超标，从而给消费者的健康带来危害。此外，一些研究结果显示。儿童过多摄入合成色素可能会引起行为异常和学习障碍。有关试验结果

5、也表明。大量人工合成色素的摄入可引起过敏症，如哮喘、喉头水肿、鼻炎、荨麻疹、皮肤瘙痒以及神经性头痛等5。03年苏丹红事件更加引起了人们对合成色素的怀疑、担忧、惊恐！安全、无毒的食用天然色素成为当今人类崇尚自然，安全第一的世界食品发展潮流的必然产物4。据文献报道，目前已经应用到食品、医药、日化行业的天然色素有：B一胡萝卜素、栀子黄色素、辣椒红色素、红曲色素、红花黄色素、姜黄素等3。我国是一个食用色素需求大国，目前的生产能力远远不能满足食品、医药、饲料添加剂等的需求。在“回归自然、追求绿色”的呼声越来越高、越来越强烈的今天，天然色素的需求量正以每年4%的速度递增，天然食用色素的开发研究发展前景广阔

6、、光明4。万寿菊中叶黄素既具有优良着色能力、又具有良好药用价值，更加成为研究的新宠！万寿菊（Tagets erectaL）属于菊科万寿菊属，其花瓣中提取的叶黄素是优质的植物源天然色素，广泛应用于食品着色、化妆品、烟草、医药及畜类饲料。据统计，叶黄素等类胡萝卜色素的年产值可达5亿美元，叶黄素相关产品畅销美国、韩国及日本市场，美国是叶黄素最大的生产国和消费国，年销售量高达数千吨，还难以满足市场需求。国际国内需求量很大，一直处于供不应求的现状。我国从九十年代开始种植万寿菊，目前万寿菊的产量以经达到一定的规模，当国内万寿菊花叶黄素的开发和应用目前仍处于空白。同时，国家每年要花费大量外汇进口叶黄素制品，

7、满足制药工业、食品工业和饲料添加剂等领域的需求。因此，万寿菊产业化具有非常广阔的前景6。2文献综述 2.1万寿菊的形态特征及生物学特性万寿菊(Tagetes erecta)菊科万寿菊属，常见的观赏植物，原产于美洲。茎光滑粗壮，叶对生，羽状全裂、裂片锯齿带芒刺、有独特气味，头状花序、单生，花色有黄、柠檬黄、橘黄等。喜温暖、稍耐寒、耐旱7。2.2 叶黄素结构、分布及物化性质叶黄素（Lutein），又名“植物黄体素”，是一种广泛存在于蔬菜、花卉、水果与某些藻类生物中的天然色素，早在1995年，美国FDA即已批准作为食品补充剂用于食品饮料。在国际市场上1克叶黄素的价格与1克黄金相当，所以人们把它称为“

8、植物黄金”8。2.2.1叶黄素的结构特征叶黄素是一类含氧类胡萝卜素，类胡萝卜素有一个相同的基本结构：一个十八个碳原子的共轭长链相连接的两个六元碳环结构，它主要有两类：胡萝卜素（Canrotenes）和叶黄素类（Xanthophylls）8。叶黄素是a-胡萝卜素的衍生物，分子式：C40H5602、分子量：56885，分子中有40个碳原子，末端有氧原子，没有VA活性。它含有二个不同的紫罗酮环：B-和E-紫罗酮环，在各紫罗酮环的第3个碳原子上存在一个功能性羟基。在C-3、C-3和C-6处有三个不对称中心。因此理论上有8种立体异构体。其结构式如图1所示8。图1 叶黄素结构式许多叶黄素是以与肉豆蔻酸、月

9、桂酸、棕榈酸等脂肪酸酯化形式存在的，如万寿菊中存在游离叶黄素和8种叶黄素酯，其中含量较高的是二肉豆蔻酸酯、肉豆蔻酸棕榈酸酯、二棕榈酸酯、棕榈酸硬脂酸酯。图2所示为全反式叶黄素和叶黄素肉豆蔻酸酯的结构8：图2 全反式叶黄素及其肉豆蔻酸酯的结构另外叶黄素还有多种顺反异构体。如图3所示8图3 叶黄素异构体的结构I：全反式叶黄素 II：15一顺式叶黄素 ：13一顺式叶黄素1V：13一顺式叶黄素 V：9-顺式叶黄素 VI：角黄素2.2.2叶黄素的分布情况叶黄素在自然界广泛存在于万寿菊属、芸苔属、柑橘属、苹果属等，但其存在形式有差别。在椰菜、青豆、绿豌豆、菜豆、抱子甘蓝、甘蓝、羽衣甘蓝、菠菜、莴苣、蜜露等

10、绿色蔬菜、水果中存在的叶黄素以游离非酯化形式存在。而在芒果、木瓜、桃子、李子(梅子)、橡实形南瓜、笋瓜和橘子等黄色橙色水果、蔬菜中也存在大量叶黄素，但这些果蔬中叶黄素是以与肉豆蔻酸、月桂酸、棕榈酸等脂肪酸酯化形式存在的。摄入这些食物后，叶黄素酯水解为游离叶黄素后才被吸收和代谢8。万寿菊原产墨西哥，其花和叶可人药。它含有丰富的叶黄素，花瓣中叶黄素是最主要的类胡萝素，通常还有3 6 的玉米黄质，其它类胡萝素的含量很小，因此是非常好的叶黄素来源。万寿菊中叶黄素也是与月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸酯化的形式存在的，其含量与花品种、来源、部位等因素有关。有研究者用己烷萃取万寿菊花瓣，经HPLC分析表明共存在游

11、离叶黄素和8种叶黄素酯，其中80 100为叶黄素酯，含量较高的是二肉豆蔻酸酯、肉豆蔻酸棕榈酸酯、二棕榈酸酯、棕榈酸硬脂酸酯8。研究者还对不同花品种、组织部位的色素含量作了比较，结果证Tpatula的平均含量高于Terecta，分别为132 mg100 g和68 mg100 g。花瓣的色素含量一般都高于花萼，因此后者的色素含量常可以忽略不计，但也有些变种的花瓣和花萼中色素含量均很高8。2.2.3叶黄素的物化性质叶黄素和叶黄素酯对热和紫外线的稳定性由于叶黄素分子为高度不饱和结构，因此对热和紫外线不稳定。Achmad Subagio等对叶黄素和叶黄素肉豆蔻酸酯对热和紫外线(UV)的稳定性作了研究。将

12、制备好的全反式游离叶黄素(FL)溶解在3 mL苯中，密封，避光6O下放置4 d，结果证明降解速率随浓度而异。保存过程中，全反式FL转化为顺式异构体，分别有9-顺式、9-顺式、l3-顺式和13-顺式FL。18 h内这些异构体浓度一直增加，但随后浓度下降，这与全反式FL类似。而且，顺反式-FL比在开始一段时间内迅速增大，达到定值后，保持恒定，这说明热异构化反应是一个可逆反应。反式叶黄素和叶黄素酯在10、紫外线下保存10 d进行光稳定性研究，保存3 d后，各样品(FL、LM、LD)总浓度均下降。FL下降最快，3 d后降至423；LM和LD比较稳定，分别残留782和786 ，这表明叶黄素酯对紫外线的稳

13、定性优于游离叶黄素。从上述结果可以看出，叶黄素的羟基与脂肪酸酯化能提高它对热和紫外线的稳定性8。但Salkin等研究发现从万寿菊中提取叶黄素过程中，叶黄素酯与碱进行不完全、选择性皂化反应后，产物的稳定性较游离叶黄素和完全酯化的叶黄素酯高8。叶黄素的溶解度、摩尔吸光度和吸收波长等是提取分析叶黄素时的常用数据。叶黄素难溶于水、甲醇等极性较高的溶剂，易溶于四氢呋喃、乙酸乙酯、石油醚等极性较低的有机溶剂中9。类胡萝卜素的吸光度和入max随溶剂不同而不同，在四氢呋喃(THF)中溶解度最好，在己烷中的溶解度最差，因而若从乙醇或丙酮中萃取至己烷或石油醚中的损失必然很大。THF中叶黄素的溶解度为8000mg/

14、L，入max=450nm8。2.3 叶黄素的生理功能2.3.1 预防视黄斑退化人类视网膜的总类胡萝卜素含量为20 ng-25 ng。在视网膜中心的后部有小的黄色聚焦点即视网膜黄斑，该斑富含抗氧剂色素，它的黄色是由高浓度的玉米黄素和叶黄素产生的。它们是胡萝卜素的羟基同系物，不是视黄醇的前体。因此它们被认为可以滤除有光毒害作用的蓝光，并可淬灭单线态氧10。流行性病学研究表明：经常食用富含类胡萝卜素，尤其是含叶黄素和玉米黄色素的食品能够预防眼球视网膜黄斑退化。叶黄素积聚在视网膜上，增加视黄斑颜色。并通过闪烁光度法(flicker photometry)测定视网膜密度。研究表明：使用富含叶黄素的食物或

15、纯化的叶黄素均能在8个星期内使视黄斑色素明显增加。哈佛医学院的Lisa CT等跟踪调查了7O多万人(年龄45岁71岁)12年内的饮食情况，发现叶黄素与玉米黄素高摄人量的人群患白内障的危险性比一般人群低22 %11。2.3.2 预防肿瘤和心血管疾病的发生和发展文献表明6，10：人体吸收叶黄素后，可预防和抑制肿瘤和心血管疾病的发生和发展。叶黄素是人体血液中主要的类胡萝卜素之一，它在抑制肿瘤生长方面有着特殊的生物学功能。体外研究表明：叶黄素在抑制细胞膜脂质自氧化和氧化诱导的细胞损伤方面比胡萝卜素更有效。在饲料中添加叶黄素能抑制小鼠可转移乳腺肿瘤的生长并促进淋巴细胞增长。叶黄素可能是通过其抗氧化功能而

16、表现抗癌活性，来抑制细胞恶性转化的。在体外实验中，发现叶黄素能使人的肝细胞免受氧化诱导的损伤，可淬灭单线态氧，防止脂质过氧化的发生，从而抑制肿瘤的生长。除了抗氧化功能外，叶黄素还可通过其他机制，如免疫调节、细胞间通讯而发挥抗癌作用10。研究表明：叶黄素与玉米黄素水平低时患动脉粥样硬化的可能性就大。血液低密度脂蛋白的氧化是导致动脉粥样硬化的主要原因之一，经饮食摄入的叶黄素可保护低密度脂蛋白免受单线态氧中介的氧化作用，从而预防心血管病的发生11。2.3.3 叶黄素的化学降解产物可提供烟草中的香味物质12类胡萝卜素是一类重要的香味物质前躯体，在新鲜烟叶中已有18类胡萝卜素被分离和表征。其中 胡萝卜素

17、和叶黄素是主要成分13。以乙醇为溶剂溶解叶黄素样品，用AgNO3。作氧化剂和催化剂，再通人空气氧化，加热回流4 h，经冷却、过滤后得到淡黄色清液即为降解产物。经气相色谱分析，产物有3一戊烯一2一庚酮、氢化异氟尔酮、环氧紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯和茶香螺酮等有重要价值的香味物质。它们对卷烟的吸味品质有很大的影响使吸味变得醇、香气变得优雅并带有清甜的果香11。2.3.4 良好的着色功能叶黄素是植物体内的一种天然色素，可用作着色剂来调节食品和饮料的色泽。它还可作为饲料添加剂添加到禽类饲料中，禽类食后蛋黄色泽诱人14。幼苗生长在黑暗处，叶子会发黄(如豆芽)就是因为叶绿素不能形成，使叶黄素显露出来的缘故。

18、秋天叶子变黄是因为已形成的叶绿素破坏了，只剩下叶黄素和其他色素11。2.3.5 良好的抗氧化性能人体内氧自由基是导致许多与年龄相关病变的重要原因。叶黄素在防止自由基对生物膜的损害、淬灭单线态氧及捕获氧自由基方面具有独特的功效10。在细胞中类胡萝卜素与细胞膜中脂类结合可有效抑制脂类的氧化。研究表明：类胡萝卜素，尤其是叶黄素，是一种性能优良的抗氧化剂，能有效清除体内的自由基，改善人们的健康状况11。2.4 叶黄素的应用研究现状 2.4.1 国内研究现状叶黄素的应用在我国尚未引起食品和医药行业的重视，有关国内开发叶黄素及富含叶黄素的保健品未见有报道。下面是作者了解到的一些信息：山西恒康乳业公司下属天

19、成生物公司12，从万寿菊中提取含有叶黄素的类胡萝卜素产品，用于鸡饲料中做添加剂，并在吕梁地区广泛栽培万寿菊(形成当地的观赏旅游型农业)设厂生产；华北工学院化学工程系对于从蚕沙中提取叶黄素的工艺研究取得了一定的进展；青岛大学天然色素研究所经过大量科研人员的多年研究，对于叶黄素的分离纯化、降解等方面取得了一些成果，生产出比较纯的叶黄素产品，但未形成大批量生产。叶黄素在我国烟草行业也有一定的应用，但对于提取叶黄素的工业化生产企业的产品和含有叶黄素的保健食品在我国市场上还未见有销售11。2.4.2 国外研究现状国外专利报道的提取方法和检测方法较多6,15：a)从金盏花中同时用四氢呋喃提取和皂化叶黄素酯

20、 。b)从绿色植物中分离类胡萝卜素。c)从蚕沙中用丙酮和石油醚提取叶黄素。意大利Fabio等人采用浓缩富集、离心分离、冷冻干燥等工艺，从苜蓿中分离得到富含胡萝卜素和叶黄素的浓缩物，而后联用CO2。萃取工艺，在不同的萃取工艺下，分别得到胡萝卜素和叶黄素。美国凯明(Kemin)食品公司发明了生产叶黄素的新工艺，使叶黄素成为一种新型保健食品添加剂。该公司从大量野生的金盏花中提取叶黄素成品结晶6。另据报道，该公司正在计划生产富含叶黄素的“超视力饮料”。美国食品和药物管理局1995年即已批准叶黄素作为食品补充剂用于食品饮料，以提高其营养价值；德国巴斯夫维生素公司开发出含有叶黄素的鸡饲料添加剂，其产品在我

21、国的上海、广州、香港都有销售；南美洲的Henkle公司已从资源丰富的南瓜和榨汁后的橘渣中提取出叶黄素酯(Xgold)由于叶黄素酯在人体内可自动转化成为叶黄素，因此叶黄素酯的成功提取大大拓展了叶黄素的来源11。3、实验内容3.1 不同提取条件对叶黄素提取效率影响研究。3.2 叶黄素工业提取工艺的建立3.3 应用高效液相色谱对叶黄素粗品进行含量测定4、实验的目的和意义 4.1 运用正交设计，比较不同提取条件对叶黄素提取效率的影响。4.2建立万寿花叶黄素工艺提取的工艺。4.3填补我国叶黄素工业提取工艺的空白。5、实验方案设计近年来国外对于提取叶黄素的研究发展非常快，专利报道也很多。随着国内对叶黄素研

22、究的重视和深入，许多叶黄素的实验室制备已见报道，主要采取室温下有机溶剂浸提后再皂化的方法提取16,17,18,19。但实验室制备方法浸提时间长、提取效率低、工艺步骤繁琐无法进行规模化生产，因而国内叶黄素工业化生产工艺仍是空白。作者根据叶黄素的物理化学性质，综合实验室制备方法提出以下实验方案设计：5.1工艺流程为了提高提取效率，缩短提取时间，采用有机溶剂加热提取与皂化同时进行的方法。但考虑到叶黄素对温度和紫外线不稳定性，选择在避光环境下进行，温度控制在3045范围内。具体工艺流程如表1所示。表1 叶黄素提取工艺流程图原料药加热提取（3045）THF与KOH的乙醇溶液过滤 减压浓缩溶解（乙醇水1：

23、1）调节PH值至中性离心3000rpm10min粗品5.2实验因素水平本实验主要考虑提取温度、THF的倍量、THF乙醇体积比和提取时间四个因素，另外，实验过程中的KOH浓度取饱和浓度、提取次数固定为3次。根据工业化生产的需要和叶黄素自身物化性质，各个因素水平如表2所示。表2 万寿菊提取实验因素水平表 - 因 素 水 平 - 提取温度（A） THF的倍量（B） THF乙醇体积比（C） 提取时间（D） - 1 30 15 5：5 4 2 40 20 6：4 5 3 45 25 7：3 6-5.3正交设计本实验采用L9（34）正交试验设计进行试验，研究提取皂化叶黄素的最佳工艺参数。正交试验表如表3所

24、示。5.4叶黄素含量的测定将本实验所得叶黄素样品采用高效液相色谱法对其含量进行测定。色谱柱为C18柱(46mm*150mm；5um)，流动相为乙腈一甲醇(95：5)；流速07mlminl，检测波长446nm；柱温：室温20。表3 叶黄素提取皂化正交设计表（L9（34）21- 列 号 试验号 - 1 2 3 41 1 1 1 12 1 2 2 23 1 3 3 34 2 1 2 35 2 2 3 16 2 3 1 27 3 1 3 28 3 2 1 39 3 3 2 1-6、经费预算6.1 资 料 费： 100元6.2 药 品 费：1000元6.3 仪器使用费： 400元6.4 其 他 费： 5

25、00元合计：2000元7、实验进度安排实验进度具体安排如表所示：时间实验安排进度安排06.09-06.10资料搜集、文献整理、开题报告以完成06.11-07.04正交设计实验待完成07.0507.06资料整理、论文撰写待完成8、参考文献01马逊风.食品安全与生态风险.北京：化学工业出版社，2002.12：102郝利平、夏延斌、陈永泉、廖小军.食品添加剂.北京：中国农业大学出版社，2002.503干雅平、申秀英、许晓路、章子贵.食用色素及其应用现状.生物学教学（第31卷），2006年第1期：5 04杨合超.谈谈食品重要添加剂天然食用色素开发概况.添加料剂，2005：NO.105肖秀英.食用色素与

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27、花似红火N.山西生活晨报，2002.08.2013缪明明、王昆文、古昆等.叶黄素的降解产物及机理研究J.烟草科技，1998（2）：30-3114杜桂彩、藤大为、李荣贵.金盏花中叶黄素的分离纯化及高效液相色谱法J.精细化工，2001.18(8):467-46815Khachik.Process for extraction of lutein.zeaxanthin and rare carotenoids fron marigold flowers and plantsP.US6262284,200116宋昊、何泽超、章杰、赵晓琼.万寿菊花中叶黄素的提取.化工设计.2003：13（4）17盛爱武、陈翠云、谢应毅、张晚风.万寿菊色素浸提方法及其性质的初步研究.仲恺农业技术学院学报，14（4）：38-41.200118赵文恩、孙晓萍、时国庆、杨丽等.万寿菊叶黄素提取分离研究.食品科学，2003:第24期第12卷19丁家兴.食用天然色素叶黄素的提取.甘肃科技，第19卷第7期.2003:720 陈龙胜、周春山、向海艳、童星. 高效液相色谱法测定金盏菊中叶黄素. 光谱实验室. 第21卷, 第5期.2004 年9月21 明道绪.田间试验设计与统计分析.北京：科学出版社.2005：294