【doc】 蛋白核小球藻中叶黄素提取工艺的研究

【doc】 蛋白核小球藻中叶黄素提取工艺的研究 蛋白核小球藻中叶黄素提取工艺的研究 食品工艺食品研究与开发2oo5.Vo1.26.No571 蛋白核小球藻中叶黄素提取工艺的研究 桂林李琳胡松青陈玲史贤明 1.华南理工大学轻工与食品学院广州5106402.上海交通大学食品科学与系上海201101 摘要:研究了蛋白核小球藻细胞中叶黄素的提取工艺,通过单因素实验和正交实验,确定了其最佳工艺条件为:用细 胞破碎器破碎藻细胞,以甲醇一二氯甲炕(2:l,v/v)为提取剂,温度30%,破碎次数2次,破碎时闻5min/;~,料液比l: 40(w/v),为最佳提取条件.在此条件下提取蛋白核小球藻细胞中的叶黄素,提取率达到了87.1%. 关键词:叶黄素;蛋白核小球藻:提取工艺 10min.最后测得多糖的百分含量如下: 表7液固比与多糖测得量 由上表可知,液固比为10时待测液多糖有最 大值.最佳工艺条件选液固比为10. 2.2.4提取pH 取六个100mL磨口烧瓶各加1.00g香菇干品粉 末,然后分别取30mL水且pH依次为1,3,5,7,9,11 加入六个烧瓶中,然后在40%功率下加热180s.各在 400Or/rain的离心机离心10分钟.分别取上清液 0.2mL加水到5mL.最后测得多糖的百分含量如下: 表8pH与多糖的关系 多糖含量(%)0.8930.6800.8070.6410.5920.680 由上表可知,当pH为1时提取液中多糖的含 量获最大值,选pH条件为1. 2.2.5两种提取比较. 根据以上的实验结果,确定了两种提取方法的 最佳提取工艺条件如下: 传统的热水提取法工艺条件为:提取时间为 5h,提取温度为45?,提取液固比为10,提取次数 为2次. 微波法提取的最佳工艺条件为:在功率40%, 液固比为10,pH为1,加热180s.采用传统热水法 和微波提取法的最佳工艺条件分离香菇多糖,其结 果如下: 表9两种不同方法测得多糖含量比较 实验结果可知,微波法的提取率高于传统热水 :一0o=e/, 法,且微波加热具有快速,节能,操作简便,不改变 香菇多糖原有性质等优点.尤其是提取时间可以缩 短100倍,是工业生产中有价值的提取新工艺. 3展望 本实验对微波在香菇多糖的提取,分离作了初 步的研究,进一步的研究工作需不断深入,如:(1) 微波提取香菇多糖比传统热水工艺有较打优势,但 离大规模工业生产条件尚有很大的距离,缺乏可靠 的工业生产数据.(2)多糖虽有较高的热稳定性,但 微波对香菇多糖的化学结构,生物活性,药理特性 的影响有待进一步深入研究.(3)香菇多糖在微波 作用后,其多糖水解产物中单糖的组成变化,与传 统热水提取法的异同仍需进一步实验. 参考文献: [1]张光亚主编.《中国常见食用菌图鉴》云南科技出版社,2000:90 [2]活泼,蒋家新,黄光荣.香菇多糖提取T艺的研究,粮油食品科 技,2003,11(3):15—17 [3]张俐娜,张平义,李翔,潘苏.香菇多糖的成分及其分子量研究. 高等学校化学,1999,19:l5l3一l517 [4]王顺舂,方积年.香菇多糖硫酸化衍生物的制备及其结构. 生物化学与生物物理,1999,3l(5):594—597 [5]张惟杰主编.糖类复合物生化研究技术.杭州:浙江大学出版 社.1994:10 [6]黎海彬,李琳,郭祀远,蔡妙颜.植物有效成分提取技术,现代化 工.2002,22(5):117—120 [7]张虎,李凯微波辅助浸提香菇多瞻大连民族学院,211112(3)20-24 [8]骆健美,卢学英,张敏卿.微波萃取技术及其应用.开发与应用, 49 2001.(12):46— [9]石国荣,饶力群.微波萃取技术在天然产物活性成分提取中的 研究进展.化学与生物工程,2003,(6)4-6 10]Michel,K.A.Gilles,J.K.Hamiltio,P.A.Rebers,Fred Smith.Colorimemcmethodfordeterminationofsugarsand mlaLexld)staI.Analyticalchemis~.1956,28(3):350--356 收稿日期:2005—01—21 722oo5.v0t.26.NO.5食品研究与开发食品工艺 STUDY0NEX’I’RACTIONPROCESSOFLUTEINFR0MC日 LfLLAPYRENO/DOSA GUILin’LILin’HUSongqing’CHENLing’SHIXianming2 1CollegeofLightIndustryandFoodTechnology,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510640 2DepartmentofFoodScienceandTechnology,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai,201101 Abstract:ExtractionprocessofluteinfromChlorellapyre~idosacellswasstudied.Throughsinglefac- torandorthogonalexperiments,theoptimalparameterswereshownasfollow ing:methanol— dichloromethane(2:1,v/v)assolvent,microalgalcellsgridingbyadispersing instrumentat30?;raw materialandsolventratio1:40(w/v);treating2times;5min/time.Theefficien cyofluteinextraction was87.1%achievedundertheoptimizedconditions. Keywords:lutein;Chlorellapyrenoidosa;extractionprocess 叶黄素(1utein)是一种广泛存在于蔬菜,花卉, 水果和某些藻类生物中的天然色素,属于类胡萝卜 素的一种….类胡萝卜素按其化学结构和溶解性分 为两类,即:?胡萝卜素类(carotenes),属于共轭烯 烃,溶于石油醚,难溶于乙醇,包括13一胡萝卜素, 蕃茄红素等;?叶黄素类(xanthophylls),系共轭多烯 烃的含氧衍生物,溶于乙醇,不溶于乙醚,包括玉米 黄素,隐黄素,叶黄素等.叶黄素的分子式为 c0HO:,分子量为568.85,其结构式如下: H OH 近几年的研究表明,叶黄素具有重要的生理活 性.它能有效地清除自由基,刺激肌体的免疫反应, 增强细胞间隙联络通讯,抑制肿瘤细胞的生长等, 具有保护视力,抗氧化,延缓动脉硬化,抗癌,抗衰 老,预防溃疡等许多药用保健功效,同时也是优良 的食品添加剂和营养增强剂l2I,是目前国际上功能 性食品成分研究中的一个热点.而且叶黄素呈鲜艳 的黄色,着色力强,能广泛应用于糕点,糖果,调 料即饲料中作为着色剂使用. 传统的叶黄素提取来源是食用蔬菜,水果, 花卉等植物,但其叶黄素含量较少,含量不稳定,且 提取所花费的成本高昂,导致成品市场价格居高不 下,成为限制叶黄素大范围应用的瓶颈.近几十年, 人们对微藻作为类胡萝卜素的另一来源进行了一 基金项目:国家自然科学基金(20276021),广东省关键领域重点突 破项目(2003A30908),广东省科技攻关项目(2003C104025),华南理 工大学高水平大学建设项目 作者简介:桂林(1975一),男,湖北武汉人,博士研究生,主要研究方 向为食品化学和食品微生物. 系列的研究.小球藻(Chlorella)是一种单细胞藻类, 属绿球藻目小球藻科小球藻属131,其细胞中的类胡 萝卜素含量很高,主要以叶黄素为主,含量可达 0.267,0.31%,而作为传统叶黄素源的紫苜蓿中叶黄 素含量仅0.02,0.03%tI.而且小球藻能进行高细胞 浓度异养培养,工业化生产的前景广阔.因此,小球 藻必将作为新的叶黄素源而得到普遍关注. 目前对小球藻叶黄素功能性的研究较多,但对 其提取工艺的研究鲜有报道.本研究以蛋白核小球 藻(c.pyrenoidosa)干藻粉为原料,进行不同提取工艺 参数的单因素实验,并用正交实验进行主次因素分 析,以期筛选出小球藻叶黄素提取的最佳工艺条件. 1材料与方法 1.1实验材料 蛋白核小球藻15—2070干藻粉:由华中农业大 学食品微生物实验室提供.于一8?环境下保藏备用. 甲醇,乙醇,乙醚,石油醚(沸程60,90oC),丙 酮,正己烷,二氯甲烷,均为分析纯. 1.2实验仪器 细胞破碎器(IKALabortechnikInc.,Germany); 槽式超声波装置(昆山市超声波仪器厂); 高速冷冻离心机(SigmaChemicalCo.,USA) 分析天平(SartoriusInstrumentsLtd.,Germany) 1.3实验方法 1.3.1细胞破碎方式 由于小球藻细胞壁较厚,且较坚硬,如果纯粹 用有机溶剂浸提,并不能把色素充分提取出来,而 且耗时太长,所以本实验采用细胞破碎器和超声波 装置,提供外部能量使其细胞壁破碎率提高,从而 使色素充分溶出,并且使提取时间大大缩短. 1.3.1.1细胞破碎器破碎 准确称取0.1g藻粉,加入5mL甲醇,室温下水 食品工艺食品研究与开发2oo5.VoL26.NO.5 浴,用细胞破碎器破碎,探头转速10000r/min,破 碎次数2次,破碎时间5min/次,处理完后6000r/ min离心4min,收集上清液,定容,测定叶黄素含 量.整个提取过程在弱光下进行,不超过30min,以 尽量避免色素的损失. 1.3.1.2超声波破碎 准确称取0.1g藻粉,加入5rnLJ甲醇,置于超声 波发生器上,室温下水浴,超声功率225W,破碎次数2 次,破碎时间10min/次,处理完后离心,收集上清液, 定容,测定叶黄素含量.同细胞破碎器破碎. 1.3.2提取溶剂的选择 叶黄素是具有聚异戊二烯结构的脂溶性色素, 常用有机溶剂提取.现采用甲醇,乙醇,乙醚,石油 醚,丙酮,正己烷,甲醇一二氯甲烷(1:l,v/v)共七种 溶剂,对其提取效果进行比较. 1.3.3叶黄素提取的单因素试验 针对与提取效果直接相关的4个因素做单因 素试验,各因素分别为:提取温度,提取次数,提取 碎时间和料液比. lI3.4提取率的确定 在最优提取条件下,多次提取直至提取液无色后,合 并各次提取液,定容,测定叶黄素含量,作为完全提取.其 他提取试验测得的叶黄素含量与其相}导到相对提取率. 1.3.5叶黄素的测定 采用高效液相色谱法(HPLC)测定II. 2结果与分析 2.1细胞破碎方式对提取效果的影响 表1细胞破碎方式对提取效果的影响 由表l可见,两种破碎方式均采用破碎2次处 理,虽然超声波破碎时间长于细胞破碎器破碎时间, 但用细胞破碎器破碎的提取效果要优于超声波破碎, 所以,在以下的实验中均采用细胞破碎器破碎细胞. 2.2有机溶剂对提取效果的影响 采用7种溶剂对藻粉中的叶黄素进行提取,结 果见表2. 表2不同溶剂提取效果的比较 溶剂甲醇乙醇乙醚石油醚丙酮正己烷甲醇一二氯甲烷 (1:l,v/v) 提取率(%)80.545.568.738.051.16.583.3 由表2可见,采用甲醇一二氯甲烷(1:1,v/v)的 提取效果最佳,甲醇次之,正己烷最差.这是由于叶 73 黄素极性较强,所以极性强的溶剂的提取效果要好 于极性弱的溶剂,这也符合相似相溶原理. 实验结果表明,甲醇与二氯甲烷的体积比对提 取效果也有影响.见图l,当甲醇与二氯甲烷体积比 为2:l时,提取效果最佳.所以,在以下的实验中均 采用甲醇一二氯甲烷(2:l,v/v)作为提取剂. 1:41:21:12:l4:l 体积比(v/v) 图l甲醇一二氯甲烷的比例对提取效果的影响 2.3温度对提取效果的影响 采用0-50?的温度分别提取蛋白核小球藻 藻粉中的叶黄素,比较其提取率,结果见图2. l00 90 一80 糌 70 60 50 0J020304050 温度(?) 图2温度对提取效果的影响 由图2可见,在0-40?范围内,随着温度的升 高,提取效果越好.这是因为溶剂的渗透性随着温度 的升高而增强,有利于叶黄素的溶出.提取率在40? 时达到最高,当提取温度提高到50ocu,~,提取率反而 有所下降.由此可见,最佳提取温度为40?. 2.4提取次数对提取效果的影响 对藻细胞进行破壁处理,破碎次数1-4次,提取 叶黄素,结果见图3. l00 ,90 一80 糯 70 60 50 破碎次数 图3破碎次数对提取效果的影响 r.r.L?...r?... ??加? 一一哥釜 742oo5.VoL26.No,5食品研究与开发食品工艺 由图3可见,破碎3次提取率可达88.2%,再增 加提取次数,提取率仅增加1.4%,效果并不明显,故 提取次数可选择3次. 2.5提取时间对提取效果的影响 对藻细胞进行破壁处理,处理时问从1-7min/ 次,提取叶黄素,结果见图4. l00 90 曼80 姜70 60 50 由图4可见,破碎时间为5min/次时,提取率可达 88.2%,破碎时间再增加2min,提取率仅增加1.2%,效 果并不明显,故提取时间应控制在5min/次以内. 2.6料液比对提取效果的影响 进行叶黄素提取时,采用的藻粉与溶剂的比例 从1:10,1:40,结果见图5. /一 60 l:l0l:20l:30 料液比(w/v) 图5料液比对提取效果的影响 由图5可知,当料液比为l:2O(w/v)S~,提取率达到 862%,再加大溶剂量,提取率增加并不显着,而且溶剂 使用过多,成本会上升.因此,料液比为1(w/v)较合适. 2.7正交试验 在以上单因素试验的基础上,对提取条件的四 个因素即提取温度,细胞破碎次数,破碎时间,提取 料液比设计了(34)正交试验.以提取率作为指标, 具体见表3,表4. 正交实验结果表明,最佳提取条件为A2B.C2D, 即用甲醇一二氯甲烷(2:1,v/v)混合溶剂提取,在30? 下破碎2次,每次5rain,料液比为l:40(w/v),得到 的提取率为87.1%.由R值可以看出,料液比对提 取效果影响最大,其次是温度,然后是破碎时间,破 碎次数影响最小. 表3正交实验因素表 因素 水平提取温度(?)破碎次数~u4l;q(min/次)料液比(w/v) (A)(B)(C)(D) 实验号提取温度破碎次数破碎时间料液比提取率 (A)(B)(C)(D)(%) 3结论 在小球藻叶黄素的提取工艺中,细胞破碎器破 碎藻细胞优于超声破碎,可以节省提取时间,并取 得较高的提取率. 提取过程中,主要影响因素次序为料液比>温 度>破碎时间>破碎次数. 提取叶黄素的最佳工艺条件为,用甲醇一二氯 甲烷(2:1,v/v)混合溶剂提取,在30?下破碎2次, 每次5rain,料液比为1:40(w/v),得到的提取率为 87.1%. 参考文献: [1]许秀兰,赵国华等.叶黄素研究进展【J】_粮食与油脂,2004(10): 31 [2]ShiXian-ming.ChenFeng.Stabilityofluteinundervariousstor— ageconditions[J].Nahrung,1997(4):38—41 [3]BoldHC,WynneMJ.IntroductiontotheAlgae(2nded.)[M]. 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