CO2超臨界萃取葉黃素工藝條件的優(yōu)化控制

徐平如，楊忠林，邵友元

（1．東莞理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 東莞 523808;2．南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210009）

CO2超臨界萃取葉黃素工藝條件的優(yōu)化控制

徐平如1，楊忠林2，邵友元1

（1．東莞理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 東莞 523808;2．南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210009）

采用超臨界CO2提取方法探討了從萬(wàn)壽菊中提取葉黃素的最佳工藝條件。通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)確定影響葉黃素萃取的因素為:時(shí)間＞溫度＞壓力＞CO2流量;優(yōu)化工藝條件為:萃取時(shí)間3h，萃取壓力25MPa，溫度 55℃，CO2流量 10L·h－1，分離罐Ⅰ溫度 42℃，壓力 11MPa，分離罐Ⅱ溫度 38℃，壓力同儲(chǔ)罐。 在該優(yōu)化工藝條件下，可萃取葉黃素 824mg·（100g）－1原料，提取率達(dá) 95．7%。

萬(wàn)壽菊;超臨界萃取;葉黃素

葉黃素（Xanthophylls）屬于類胡蘿卜素，是一種天然色素，其色澤鮮艷，著色力強(qiáng)，抗氧化性好，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值，是一種廣泛存在于蔬菜、花卉、水果和某些藻類植物中的天然物質(zhì)，微生物等可自行合成葉黃素，但人與動(dòng)物不能合成，需要從食物中獲取[1]。

純?nèi)~黃素為棱格狀黃色結(jié)晶，有金屬光澤，熔點(diǎn)183～190℃，對(duì)光和氧不穩(wěn)定，需在－20℃和氮?dú)鈼l件下貯存[2～3]。 葉黃素分子式為 C40H56O2，分子量568．85，葉黃素分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 葉黃素的結(jié)構(gòu)式

目前國(guó)際市場(chǎng)上，1g葉黃素的價(jià)格與1g黃金相當(dāng)，同時(shí)，國(guó)際上正在對(duì)葉黃素制品進(jìn)行深層次、高附加值產(chǎn)品的開發(fā)，每深加工一次，產(chǎn)品價(jià)值就成10倍、100倍遞增。因此，研究能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的萃取分離工藝，對(duì)于萬(wàn)壽菊深加工的開發(fā)有深遠(yuǎn)的意義;并且盡快開發(fā)國(guó)產(chǎn)的葉黃素產(chǎn)品和富含葉黃素的保健食品，對(duì)促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重大的意義。

超臨界CO2流體萃取技術(shù)是食品工業(yè)新興的一項(xiàng)萃取和分離技術(shù)，與傳統(tǒng)的有機(jī)試劑法相比，采用超臨界CO2流體萃取技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品無(wú)溶劑殘留、無(wú)污染，可避免萃取物在高溫下的熱劣化，保護(hù)生理活性物質(zhì)的活性，保持萃取物的天然風(fēng)味等。目前超臨界CO2流體萃取技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到辣椒紅素、番茄紅素、β－胡蘿卜素和梔子黃色素等天然食用色素的萃取和精制中[4～8]。

筆者以超臨界二氧化碳萃取萬(wàn)壽菊中的葉黃素，優(yōu)化超臨界二氧化碳提取萬(wàn)壽菊中葉黃素的新工藝，以期開發(fā)出超臨界二氧化碳提取萬(wàn)壽菊中葉黃素的新工藝。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1．1 材料

實(shí)驗(yàn)原料:萬(wàn)壽菊顆粒由云南曲靖博浩生物科技有限公司提供，使用前經(jīng)40℃干燥，粉碎機(jī)粉碎，過(guò)0.42mm篩混勻后使用。

主要試劑及材料:CO2（純度99%），乙醇（95%，AR），環(huán)己烷（AR）。

主要儀器:752紫外光柵分光光度計(jì)，Spectrum Lab 22可見分光光度計(jì)，1100 series LC-MSD Trap SL型高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，HA120-50-01超臨界萃取裝置。

1．2 分析方法

葉黃素含量的測(cè)定:根據(jù)FAO／WHO方法[9]采用分光光度法測(cè)定樣品中葉黃素含量，

1．3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

超臨界二氧化碳萃取是多因素相互作用的復(fù)雜過(guò)程，探討各單因素和多因素交互作用對(duì)萃取率的影響，可以更加清楚地了解各操作條件對(duì)超臨界萃取工藝的影響，更加直觀地分析此復(fù)雜過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)以影響葉黃素萃取的主要參數(shù)作為輸入變量，以葉黃素萃取量作為輸出變量，分析超臨界二氧化碳萃取工藝參數(shù)對(duì)葉黃素萃取的影響。試驗(yàn)中選取萃取壓力、溫度、流速、萃取時(shí)間為考察因素，實(shí)驗(yàn)因素及各實(shí)驗(yàn)因素的水平安排見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 正交試驗(yàn)結(jié)果

按表1的實(shí)驗(yàn)因素及水平安排，我們?cè)O(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)方案L9（34）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)做重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，得到9組葉黃素萃取量結(jié)果，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

2．2 結(jié)果方差分析

我們根據(jù)表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算情況進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表3。

根據(jù)正交試驗(yàn)方差分析可以得到如下結(jié)果:

（1）因子A、B、D對(duì)試驗(yàn)結(jié)果均有非常顯著的影響，其影響程度由大到小的順序是D＞B＞A，而因子C對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有顯著影響。這說(shuō)明在分離過(guò)程中影響葉黃素萃取量的主要因素是萃取時(shí)間，其次為萃取溫度，最后為壓力，而流量對(duì)結(jié)果沒有顯著影響。

（2）將各因素的不同水平對(duì)其均值K作圖，如圖2所示。從圖2可以看出，在正交試驗(yàn)設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)，隨著萃取罐壓力的升高，葉黃素萃取量先增加后減小，在萃取壓力為25 MPa時(shí)葉黃素萃取量最多，壓力的變化對(duì)萃取量的影響比較顯著;萃取罐溫度對(duì)葉黃素萃取量的影響與壓力相同，但溫度的變化對(duì)萃取量的影響比壓力更大;流量相對(duì)于壓力和溫度而言對(duì)葉黃素的萃取量影響很小;時(shí)間的增加在前期對(duì)葉黃素的萃取影響很大，但隨時(shí)間增加影響逐漸減小。

（3）根據(jù)表3的方差分析結(jié)果和圖2超臨界CO2萃取過(guò)程與各因素不同水平的關(guān)系，我們可以確定各因素的較優(yōu)水平，即用超臨界CO2萃取萬(wàn)壽菊中葉黃素的最優(yōu)工藝條件是:萃取壓力25 MPa，萃取溫度 55 ℃，流量 10 L·h-1，萃取時(shí)間 3h。

（4）在萃取壓力25 MPa，萃取溫度55℃，流量10 L·h-1，萃取時(shí)間3h條件下得萃取葉黃素824．3 mg·（100g 原料）-1，提取率達(dá)95．7%。

3 結(jié)論

（1）超臨界二氧化碳萃取萬(wàn)壽菊中的葉黃素是可行的，萬(wàn)壽菊萃取壓力、溫度、二氧化碳流量和時(shí)間是影響葉黃素萃取的重要因素。

（2）影響葉黃素萃取的主次因素是萃取時(shí)間＞萃取溫度＞萃取壓力＞流速。

（3）正交試驗(yàn)分析對(duì)超臨界二氧化碳萃取工藝參數(shù)篩選和試驗(yàn)驗(yàn)證，得到萃取萬(wàn)壽菊中葉黃素的工藝參數(shù)為萃取壓力25 MPa，溫度55℃，流速 10 L·h-1，萃取時(shí)間 3h，在該工藝參數(shù)下，可萃取葉黃素 824．3 mg·（100g 原 料）-1， 提 取 率 達(dá)95．7%。

[1] Alexandra Alves-Rodrigues， Andrew Shao．The science behind lutein[J]．Toxicology Letters， 2004，150:57-83．

[2] 杜桂彩，郭群群，滕大為，李榮貴．高純度葉黃素的制備及穩(wěn)定性研究[J]．精細(xì)化工， 2004，21（6）:447-449．

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[6] Vasapollo G，Longoa L，Leonardo R，Loredana C．Innovative supercritical CO2extraction of lycopene from tomato in the presence of vegetable oil as co-solvent[J]．Journal of Supercritical Fluids ，2004， 29:87-96．

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[9] FAO／WHO press．Compendium of food additive specifications[M]．2001.

Optimum Control in Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Lutein from Marigold

XUPing-ru1， YANGZhong-lin2， SHAOYou-yuan
（1．School of Chemical and Environmental Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China;2．College of Chemistry and Chemical Engineering， Nanjing Univesity of Technology，Nanjing210009，China）

The extraction conditions of lutein from the marigold by supercritical carbon dioxide method were studied．The mono-factor and orthogonal experiment with the supercritical CO2extraction indicated the extraction factors decreased with a order of time＞temperature＞pressure＞flux．The duration was 3h with other preferences being 25MPa， 55℃， and the CO2flux was 12 L·h－1．The ideal separation preferences of store jarⅠwere 42℃ and 11MPa， the following store jarⅡ with 38℃ and the same pressure．The extracts arrived at 824 mg·（100g）－1， and the proportion reached 95．7%．

marigold;supercritical carbon dioxide extraction;lutein

TS201．1

A

1671-9905（2011）08-0005-03

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（編號(hào):200906014／B060306）

徐平如（1962-），男，江西人，本科，講師，主要研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué)及實(shí)驗(yàn)。地址:廣東省東莞市松山湖區(qū)學(xué)院路1號(hào)東莞理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，郵編:532808，電話:13669828218，Email:xuleng28＠yahoo．com．cn

2011-05-09