甘薯中類胡蘿卜素提取工藝

李帑洛，丁 嵐，單衛(wèi)威，何偉國

(1.南華大學藥學與生物科學學院藥學系，湖南衡陽 421001；2.南華大學醫(yī)學院組織學與胚胎學教研室，湖南衡陽 421001)

?

甘薯中類胡蘿卜素提取工藝

李帑洛1，丁 嵐1，單衛(wèi)威1，何偉國2*

(1.南華大學藥學與生物科學學院藥學系，湖南衡陽 421001；2.南華大學醫(yī)學院組織學與胚胎學教研室，湖南衡陽 421001)

類胡蘿卜素(carotenoids)是一種多烯類物質(zhì)，根據(jù)種類的不同可以呈現(xiàn)出不同的顏色，常為黃色、橙紅色或紅色，一般由8個類異戊二烯單位組成，分子式一般為C40H56，極易被氧化，所以有抗氧化的作用，同時還有很多其他作用如抗癌、預防夜盲癥、著色能力強等[1]。類胡蘿卜素的品種多樣化特征明顯，目前在自然界中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有600余種[2]。自然界中的天然類胡蘿卜素的產(chǎn)量驚人，年產(chǎn)量約可達上億噸。在非人工合成的類胡蘿卜素中，存在著一定量的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，如順反異構(gòu)體等，這些異構(gòu)體能夠產(chǎn)生協(xié)同作用，使其產(chǎn)生特殊的作用，如能夠遏制癌細胞生長達到抗癌作用、能夠捕獲單線態(tài)氧具有還原性而產(chǎn)生抗氧化作用[3]。根據(jù)近來的相關研究，類胡蘿卜素被視為維生素A 源，能有效降低心血管疾病的發(fā)生率，同時還具有延緩衰老的功能，其中，β-胡蘿卜素能夠促進細胞間質(zhì)聯(lián)結(jié)的交流。另外，在食品加工行業(yè)中，類胡蘿卜素還是一種用途廣范的功能性食品添加劑[4]。伴隨著對類胡蘿卜素研究的不斷深入，其在醫(yī)藥學、食品加工業(yè)以及居民日常生活保健上的應用范圍不斷擴大，相關行業(yè)對其產(chǎn)業(yè)化的依賴也逐漸加強，從事相關研究工作的學者對其作用的機理進行了廣泛而深入的研究。

隨著科學的不斷發(fā)展和生活水平的日益提高，人們越來越關注自身的健康，合成色素不具有某些生物活性，甚至還有致畸作用，因此天然色素的提取研究具有重要意義[5]。筆者通過有機溶劑萃取法，以甘薯為原料，采用不同的溶劑，在不同料液比、浸提時間、浸提溫度下提取其中的類胡蘿卜素，探求甘薯中類胡蘿卜素的最佳提取工藝，以期實現(xiàn)甘薯的綜合利用，同時也為今后類胡蘿卜素的相關研究提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料原料：甘薯切片，電熱恒溫干燥箱內(nèi)50 ℃干燥24 h，粉碎機粉碎5 min制成粉備用。主要試劑：丙酮、乙酸乙酯、95%乙醇，上述試劑均為分析純。主要儀器：高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；電子分析天平(FA224)，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；UV-2450型紫外可見分光光度計，島津(中國)有限公司；SHZ-D(III)循環(huán)水式多用真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司。

1.2方法

1.2.1樣品提取。用分析天平稱取2.0 g甘薯粉末放于干燥的燒杯中，按照預定的料液比分別加入一定量的提取溶劑，再放于一定溫度下恒溫水浴鍋中加熱一定時間，用真空泵抽濾取得濾液，即類胡蘿卜素溶液，備用。

1.2.2確定樣品溶液的稀釋倍數(shù)。由于紫外分光光度計的線性范圍一般在0.2～0.8[6]，每個因素試驗中先分別取未經(jīng)稀釋的色素溶液以提取溶劑做空白測吸光度值，看是否落在此范圍內(nèi)，如均落在此范圍則直接測試。反之，則取吸光度值最大組的適量類胡蘿卜素溶液，逐漸加入提取試劑測試吸光度值直到落在此范圍內(nèi)，而且還應當確保按此稀釋倍數(shù)配置后吸光度值最小組的吸光度也落在此范圍內(nèi)，則此組試驗其他所有待測液均按此稀釋倍數(shù)進行配置。

1.2.3類胡蘿卜素含量的測定及計算方法[7]。以浸提溶劑做空白，在波長450 nm處測定吸光度，根據(jù)以下公式計算類胡蘿卜素含量：

類胡蘿卜素含量(X)=A×V×F×100/m/2 500×100

式中，X為樣品中類胡蘿卜素含量(mg/kg)；類胡蘿卜素在最大吸收光波長下的吸光值即是A；V是類胡蘿卜素提取液的體積(mL)；F為測定吸光度時類胡蘿卜素萃取液的稀釋倍數(shù)；m為所稱取的甘薯粉樣品的質(zhì)量(g)；2 500為在最大吸收光波長下1%類胡蘿卜素的吸光系數(shù)的平均值。

1.2.4單因素試驗。該試驗對影響甘薯中類胡蘿素卜提取效率的幾個因素分別進行試驗。在其他條件不變的情況下，分別改變?nèi)軇?乙酸乙酯、丙酮、95%乙醇)、料液比(1∶20、1∶25、1∶30 g/mL)、浸提溫度(40、50、60 ℃)、浸提時間(40、50、60 min)，考察各因素對類胡蘿卜素提取效率的影響。

2結(jié)果與分析

2.1不同浸提溶劑對類胡蘿卜素提取效率的影響由于類胡蘿卜素是脂溶性物質(zhì)，在非極性溶劑中均能很好地溶解。該研究選擇作為提取溶劑的有：95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯。稱取甘薯粉末2 g，以1∶25 g/mL的料液比，在50 ℃水浴中加熱浸提50 min，抽濾后得濾液，將濾液稀釋2.5倍后測其吸光值從而確定類胡蘿卜素的取得率。

由圖1可知，3種溶劑中類胡蘿卜素均能很好地溶解，其中以乙酸乙酯作為提取溶劑時，類胡蘿卜素的取得效果優(yōu)于其他2種。通過t檢驗對數(shù)據(jù)的差異性進行檢測時，乙醇組與丙酮組的t值t1=6.7，丙酮組與乙酸乙酯組的t值t2=5.1，在95%的置信水平時，f=4時，t0.05，4=2.776，t1>t2>t0.05，4，所以3組提取溶劑中的提取效果均有顯著性差異，且丙酮對類胡蘿卜素的提取效率與乙醇組的差異大于丙酮組與乙酸乙酯組的差異。所以，該研究以乙酸乙酯作為浸提溶劑。

圖1　類胡蘿卜素的提取效果在不同提取溶劑中的差異Fig.1　Effects of different solvents on carotenoids extraction

2.2不同料液比對類胡蘿卜素提取效率的影響溶劑之所以能從原料中把類胡蘿卜素提取出來是因為料液間存在濃度差，所以所用溶劑的量越大，類胡蘿卜素的提取就會越充分；但是從工藝生產(chǎn)來說，所用溶劑過多則必然會增加溶劑回收的工作量，增加工業(yè)生產(chǎn)的成本。因此，確定適宜的料液比對類胡蘿卜素的工業(yè)生產(chǎn)效益非常重要。以乙酸乙酯為溶劑，在50 ℃水浴溫度下加熱50 min，探求不同料液比對類胡蘿卜素提取效果的影響。

由圖2可知，當料液比在1∶25 g/mL以下時，類胡蘿卜素的提取效果隨料液比中溶劑用量的增加而增加，此后，料液比中溶劑用量再增大時，類胡蘿卜素的提取效果基本達到穩(wěn)定。當料液比達到1∶25 g/mL時，類胡蘿卜素的取得率達到135.5 mg/kg，再增大料液比中溶劑用量時，類胡蘿卜素的取得率變化不明顯。所以，從經(jīng)濟效益考慮，選擇料液比為1∶25 g/mL比較適宜。

圖2　類胡蘿卜素取得效果在不同料液比下的差異Fig.2　Effects of different solid-liquid ratio on carotenoid extraction

2.3不同浸提時間對類胡蘿卜素提取效率的影響在提取過程中，浸提時間是浸提溶劑與類胡蘿卜素等有效成分實際接觸的時間，為了保證類胡蘿卜素的提取效率就必須保證浸提達到一定時間。但是時間過長不利于實際生產(chǎn)，因此，需要探求最佳浸提時間。稱取2.0 g甘薯粉末，以乙酸乙酯為萃取劑，以1∶25 g/mL的料液比，在50 ℃水浴加熱不同時間，抽濾后所得液體稀釋5倍后再測吸光值。

由圖3可知，類胡蘿卜素取得率總體的趨勢是先增加后下降。在50 min以下，類胡蘿卜素取得率隨著浸提時間的增加而增加，在浸提時間大于50 min時類胡蘿卜素的提取率呈現(xiàn)出一定的下降趨勢。原因可能是由于類胡蘿卜素的不穩(wěn)定性，已經(jīng)被提取出的類胡蘿卜素在溶劑中被部分氧化而變性。所以，浸提時間控制在50 min為最佳。

圖3　甘薯中類胡蘿卜素提取效果在不同浸提時間下的差異Fig.3　Effects of different soaking time on carotenoid extraction from sweet potato

2.4不同提取溫度對類胡蘿卜素提取效率的影響溫度是影響提取工藝的重要的一個因素，在很多物質(zhì)的提取過程中，溫度過低不利于物質(zhì)的提取，而溫度過高不僅會破壞有效成分的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且會加速溶劑的揮發(fā)，進一步影響提取的效率，并且高溫會增加能源的消耗，增加提取的成本。因此，在類胡蘿卜素的提取工藝中需要確定一個適宜的溫度，以實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值的最優(yōu)化。高溫可以加速溶劑分子的運動，有利于活性成分的提取，但類胡蘿卜素穩(wěn)定性較低，易被氧化，因此溫度過高可能使類胡蘿卜素活性降低或消失[8]。

由圖4可知，隨著溫度的升高，類胡蘿卜素的提取率呈先上升后下降的趨勢。在50 ℃以下，隨著溫度上升類胡蘿卜素的提取效果逐步增加，在50 ℃時達到最大值，然后逐步下降。原因可能是，當溫度過低時，乙酸乙酯分子運動慢，不利于類胡蘿卜素的溶出，溫度升高時溶劑分子運動加快，類胡蘿卜素的提取效果就呈上升趨勢，但是，乙酸乙酯為易揮發(fā)性物質(zhì)，當溫度上升時加速了它的揮發(fā)，在提取過程中減小了它的料液比進而影響類胡蘿卜素的提取，同時，高溫會加速類胡蘿卜素的氧化，使已提取出溶解在溶劑中的類蘿卜素變性失活。因此，50 ℃為最佳提取溫度。

圖4　甘薯中類胡蘿卜素的提取效果在不同溫度下的差異Fig.4　Differences of carotenoid extraction from sweet potato under different temperature

3結(jié)論與討論

試驗得出，甘薯中類胡蘿卜素的最佳浸提溶劑為乙酸乙酯，當料液比為1∶25 g/mL 時，在水浴50 ℃條件下加熱50 min，類胡蘿卜素的取得率達到最大，為135.5 mg/kg。

該研究所用原料均為甘薯粉末，但在預試驗時曾用甘薯的新鮮勻漿進行了試驗，發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素的提取效率不理想，可能是由于甘薯新鮮勻漿中含有的水分過大，不利于脂溶性的類胡蘿卜素的溶出，影響了類胡蘿卜素在非極性溶劑中的溶解。

在從備選提取試劑中確定最佳溶劑時，當料液比為1∶15、1∶20 g/mL時，丙酮的提取效果均略微優(yōu)于乙酸乙酯的提取效果，但當料液比達到1∶25 g/mL時，類胡蘿卜素在乙酸乙酯中的提取率則優(yōu)于在丙酮中的提取率。同時，在工業(yè)生產(chǎn)中，所用的浸提溶劑可以回收利用，且乙酸乙酯的毒性小于丙酮的毒性，所以從工業(yè)效益和健康安全角度出發(fā)選擇了乙酸乙酯作為最佳浸提溶劑。

參考文獻

[1] 李福枝，劉飛，曾曉希，等.天然類胡蘿卜素的研究進展[J].食品工業(yè)科技，2007，28(9)：227-231.

[2] JOHNSON E A，SCHROEDER W A.Microbial carotenoids[M]//FIECHTER A.Advance in biochemical engineering(Biotechnology，vol 53).Berlin Heidelberg New York：Springer-verlag，1995：118-178.

[3] THENHAN D I.Antioxidant vitamins and cancer prevention [J].J Micronutrient Anal，1990，7：279-299.

[4] 郭鵬飛，胡長鷹.番木瓜中類胡蘿卜素的提取[J]中國調(diào)味品，2009(1)：95-99.

[5] 施躍峰.天然β-胡蘿卜素研究開發(fā)動態(tài)[J].食品研究與開發(fā)，2000(4)：13-16.

[6] 葉麗君.不同pH值條件下火龍果色素的降解動力學[J].食品科學，2012，33(9)：35-38.

[7] 巍苑.幾種處理方式對枸杞汁成分的影響研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2011.

[8] 白婕，韋燕春． 金橘類胡蘿卜素提取研究[J]．大眾商務，2009(18)：289-290.

摘要[目的]探求甘薯中類胡蘿卜素的最佳提取工藝，以實現(xiàn)甘薯的綜合利用。[方法] 采用紫外可見分光光度計測定不同溶劑、料液比、浸提時間、浸提溫度條件下提取所得類胡蘿卜素溶液的吸光值，并以此作為指標來考察甘薯中類胡蘿卜素提取的最佳工藝。[結(jié)果] 試驗得出，甘薯中類胡蘿卜素的最佳提取溶劑為乙酸乙酯、最佳料液比為1∶25 g/mL 、最佳浸提時間為50 min、最佳溫度為50 ℃，此條件下類胡蘿卜素的取得率達到135.5 mg/kg。[結(jié)論] 該方法簡便，試驗設備簡單、操作方便、安全性較大，而且甘薯在我國分布廣泛，來源豐富，價格低廉，可為今后的類胡蘿卜素提取研究以及甘薯的綜合利用奠定基礎。

關鍵詞類胡蘿卜素；甘薯；提取

The Carotenoids Extraction Technology from Sweet Potato

LI Tang-luo1, DING Lan1, SHAN Wei-wei1, HE Wei-guo2*(1. Department of Pharmacy, School of Pharmaceutical and Biological Science, University of South China, Hengyang, Hunan 421001; 2. Department of Histology and Embryology, Medical College, University of South China, Hengyang, Hunan 421001)

Abstract[Objective] To determine the best extraction technology of carotenoids from sweet potato and realize comprehensive utilization of sweet potato. [Method] Using UV-spectrophotometer, the absorbance of the extract solution under different conditions(extraction solvent, solid-liquid ratio, extraction temperature, digestion time) were determined, the optimal extraction techniques were investigated. [Result] The optimal extraction solvent was ethyl acetate, the best solid-liquid ratio was 1∶25 g/mL, the optimal digestion time was 50 minutes and the optimum extraction temperature was 50 ℃ , under which the yield of carotenoids could reach up to 135.5 mg/kg. [Conclusion] The method is simple, accurate, laboratory equipment is simple, easy to operate, security, and sweet potato is widespread and cheap in China.The study can provide references and basis for the study of extraction of carotenoids and comprehensive utilization of sweet potato.

Key wordsCarotenoids; Sweet potato; Extraction

收稿日期2015-11-30

作者簡介李帑洛(1985- )，女，湖南長沙人，助理實驗師，碩士，從事藥學及分子生物學相關研究。*通訊作者，講師，從事發(fā)育生物學與生殖醫(yī)學研究。

基金項目南華大學博士啟動基金項目(2014XQD15)；湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金項目(15B211)。

中圖分類號S 531

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-115-03