胡蘿卜粉中提取類胡蘿卜素的工藝研究

要志宏，李波，張琛，胡艦，范文奇

(揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

胡蘿卜粉中提取類胡蘿卜素的工藝研究

要志宏，李波，張琛，胡艦，范文奇

(揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

利用有機(jī)溶液浸提的方法，將胡蘿卜粉中含有的類胡蘿卜素浸提測(cè)量，實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)料液比、提取次數(shù)的控制，探究各個(gè)因素對(duì)浸提實(shí)驗(yàn)的作用程度的大小，從而獲得最優(yōu)的浸提單因素，之后經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)，獲得類胡蘿卜素的最佳實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)確定的類胡蘿卜素的提取條件最佳情況是：浸提料液比1∶15、實(shí)驗(yàn)溫度50 ℃、實(shí)驗(yàn)時(shí)間1 h、浸提次數(shù)3次。在上述最優(yōu)浸提條件下，實(shí)驗(yàn)最終獲得的浸提類胡蘿卜素的得率是88.88 mg/100 g。

類胡蘿卜素；浸提；吸光值

類胡蘿卜素(carotenoid)是一系列化合物，是比較常見的自然色素的合稱。比較常見于動(dòng)物、莖葉體植被、某些菌類和原植體植物中的黃色、橘黃色或血色的色素中，最初是由胡蘿卜中分化出來(lái)，后續(xù)又逐漸發(fā)現(xiàn)了很多自然存在的色素，正是由此才被命名[1]。一般情況下，其在水中不易溶解，可以溶解在脂肪或者脂肪溶劑，所以也被叫做脂色素。由19世紀(jì)最初提取到胡蘿卜素，一直到今天已然找到大概700種自然的類胡蘿卜素[2]；借助于現(xiàn)代的科學(xué)和方法如薄層色譜法、高效液相色譜法和質(zhì)譜分析技術(shù)還一直尋找不同于以往的類胡蘿卜素。植被中含有的類胡蘿卜素一般包含在種種有黃色色素的質(zhì)體和其他有色的質(zhì)體里面；秋天發(fā)黃的葉片、發(fā)黃的花草、黃或赤色的結(jié)果以及發(fā)黃的塊狀根部中都含有類胡蘿卜素[3]。動(dòng)物中含有的類胡蘿卜素大部分為動(dòng)物的脂肪及其羽毛中的色素，除此之外，魚類的鱗片和蝦蟹的硬殼的色素也主要是類胡蘿卜素[4]。動(dòng)物體中含有的類胡蘿卜素在通常情況下是和動(dòng)物蛋白結(jié)合為一體而存在的，例如蝦青蛋白中存在的蝦青素，其卵綠蛋白就是蝦青素和某蛋白質(zhì)結(jié)合而形成的物質(zhì)[5]。對(duì)于哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)，形成維生素A是以β-胡蘿卜素作為生成反應(yīng)的前提物質(zhì)的，所以把它叫做維生素A原。本文希望能夠通過一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)獲得類胡蘿卜素浸提實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件，從而促進(jìn)胡蘿卜的更高水平的加工和更好的利用。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

帶塞錐形瓶、數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-8) 國(guó)華電器有限公司；玻璃棒、分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；電子天平、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；粉碎機(jī)、循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；濾紙。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

新鮮市售胡蘿卜、蒸餾水、丙酮、類胡蘿卜素。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 胡蘿卜粉的制備

將新鮮胡蘿卜用蒸餾水清洗干凈后，去皮再清洗，然后切成薄片放入恒溫干燥箱中，待到干燥完全后，放入磨粉機(jī)中磨粉，取出過60目篩，殘?jiān)^續(xù)研磨，反復(fù)數(shù)次，制得胡蘿卜粉備用。

1.2.2 提取類胡蘿卜素

稱量2 g胡蘿卜粉加進(jìn)帶塞的錐形瓶里面，注入要求的浸提試劑，放入保持要求的溫度的水浴鍋內(nèi)震蕩提取一段時(shí)間，拿出后真空泵抽取過濾得到過濾液液，測(cè)試過濾液位于450 nm時(shí)的吸光度。根據(jù)標(biāo)曲從而測(cè)定出類胡蘿卜素經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后的提取得率。

1.2.3 類胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)方程的確定

準(zhǔn)確稱量作為標(biāo)準(zhǔn)樣品的胡蘿卜素20 mg，然后加入氯仿的體積為2 mL，之后使用石油醚添加一直到體積達(dá)到50 mL，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度是0.4 mg/mL，然后量取此液體1 mL，用丙酮定容到10 mL，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度為40 μg/mL，然后量取此液體0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mL，用丙酮添加一直到體積達(dá)到4 mL，然后測(cè)量該上述液體在450 nm時(shí)的吸光度，之后把吸光度的值作為豎坐標(biāo)，把標(biāo)準(zhǔn)樣品分成的濃度值作為橫坐標(biāo)，制成實(shí)驗(yàn)所需要的標(biāo)準(zhǔn)曲線，從而最終得到其線性方程。

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1 浸提時(shí)間對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

稱取2 g胡蘿卜粉放于帶塞錐形瓶中，加入丙酮進(jìn)行提取，放入恒溫水浴鍋震蕩，提取時(shí)間分別設(shè)置為0.5,1,1.5,2,2.5 h，其他實(shí)驗(yàn)步驟與條件一律相同，通過吸光度測(cè)試出類胡蘿卜素的得率，確定得到類胡蘿卜素的最優(yōu)提取時(shí)間。

1.2.4.2 浸提溫度對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

準(zhǔn)確稱取2 g胡蘿卜粉放于帶有瓶塞的錐形瓶中，注入丙酮進(jìn)行提取，控制提取溫度，分別設(shè)置為10,20,30,40,50 ℃，其余實(shí)驗(yàn)操作與條件一律相同，根據(jù)吸光度測(cè)定胡蘿卜素的得率，確定獲得類胡蘿卜素的最優(yōu)浸提溫度。

1.2.4.3 浸提料液比對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

精準(zhǔn)量取2 g胡蘿卜粉放于帶塞錐形瓶中，加入丙酮進(jìn)行浸提，料液比分別設(shè)置為1∶5,1∶10,1∶15,1∶20,1∶25，其余實(shí)驗(yàn)操作與條件一律相同，通過吸光度測(cè)定出類胡蘿卜素的提取率，確定提取類胡蘿卜素的最佳提取料液比。

1.2.4.4 浸提次數(shù)對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

準(zhǔn)確稱量2 g胡蘿卜粉放于帶塞錐形瓶中，加入丙酮依次進(jìn)行1,2,3,4的4個(gè)水平的提取，其余實(shí)驗(yàn)操作與前提全都一樣，進(jìn)行浸提，通過吸光度計(jì)算出類胡蘿卜素的得率，確定得到類胡蘿卜素的最優(yōu)浸提次數(shù)。

1.2.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)各個(gè)因素的試驗(yàn)及其結(jié)果，設(shè)置正交試驗(yàn)組。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)方程的確定

曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程是：Y=0.0389X+0.0259，R=0.9997，類胡蘿卜素的得率(mg/100 g)=100×CV/M。

式中：C為類胡蘿卜素的濃度(mg/mL)；V為提取時(shí)加入液體的體積(mL)；M為胡蘿卜粉的質(zhì)量(g)。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 浸提時(shí)間對(duì)類胡蘿素得率的影響

圖1 浸提時(shí)間對(duì)得率的影響

由圖1可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的不斷延伸，類胡蘿卜素的得率慢慢地一直增大，開始增大的幅度比較大，隨著時(shí)間慢慢往后延伸，幅度變化越來(lái)越小，特別是達(dá)到2 h時(shí)，曲線的變化幾乎接近于零，因?yàn)殚_始反應(yīng)時(shí)間比較短，胡蘿卜粉末中的類胡蘿卜素尚未完全溶于丙酮中，隨著時(shí)間的增加，類胡蘿卜素的溶解越來(lái)越多，變化較大，但是當(dāng)達(dá)到2 h和2.5 h時(shí)，類胡蘿卜素在丙酮中幾乎已經(jīng)充分溶解，所以變化甚微，但是這時(shí)的提取率最大。所以，選取1，1.5，2 h作為正交實(shí)驗(yàn)的提取時(shí)間。

2.2.2 浸提溫度對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

圖2 浸提溫度對(duì)得率的影響

當(dāng)溫度比較低時(shí)，類胡蘿卜素在丙酮中的溶解和擴(kuò)散速度慢，導(dǎo)致相同時(shí)間內(nèi)，溶于溶劑的類胡蘿卜素較少，提取率低，而隨著溫度的逐漸升高，類胡蘿卜素的溶散加快，吸光值增大，得率同樣增大，然而，溫度增加到特定的水平時(shí)，溫度的上升，將導(dǎo)致丙酮的揮發(fā)程度加大以至提取得率的下降。由圖2可知，當(dāng)溫度達(dá)到40，50 ℃時(shí)浸提效果最好，提取得率最大，且變化很小，幾乎相等；當(dāng)達(dá)到60 ℃時(shí)，得率甚至出現(xiàn)降低，正是由于丙酮的揮發(fā)而導(dǎo)致提取率降低。所以，選取30，40，50 ℃作為正交實(shí)驗(yàn)的提取溫度。

2.2.3 浸提料液比對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

圖3 浸提料液比對(duì)得率的影響

隨著料液比的逐漸增大，更加有助于類胡蘿卜素溶解于丙酮中，吸光值增大，提取率增加。由圖3可知，當(dāng)料液比為1∶5，1∶10時(shí)，類胡蘿卜素的得率增長(zhǎng)程度比較大，當(dāng)達(dá)到1∶15時(shí)，伴著實(shí)驗(yàn)料液比的慢慢不斷增長(zhǎng)，類胡蘿卜素的浸提得率變化特別小，幾乎沒有明顯的改變。所以，選取1∶15，1∶20，1∶25作為正交實(shí)驗(yàn)的浸提料液比。

2.2.4 浸提次數(shù)對(duì)類胡蘿卜素得率的影響

圖4 浸提次數(shù)對(duì)得率的影響

在合適的規(guī)定范疇內(nèi)，隨著浸提次數(shù)的慢慢增大，類胡蘿卜素的得率也增大。由圖4可知，浸提次數(shù)為1次時(shí)，得率相對(duì)較低，當(dāng)達(dá)到2,3,4次時(shí)，類胡蘿卜素的得率幾乎沒有明顯的改變。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，每一次的提取都會(huì)使用不少的溶劑，在提取率變化不大的情況下，會(huì)造成浪費(fèi)，造成回收等一些方面的問題。所以，選取1,2,3次作為正交實(shí)驗(yàn)的提取次數(shù)。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

浸提類胡蘿卜素的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 浸提類胡蘿卜素的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 The orthogonal experimental results of extraction of carotenoids

由表1可知，對(duì)類胡蘿卜素浸提作用程度最大的因素是浸提次數(shù)，之后為料液比、浸提溫度 ，浸提時(shí)間影響最小。由胡蘿卜粉中浸提類胡蘿卜素的最優(yōu)浸提條件為：浸提料液比1∶15，浸提溫度50 ℃，浸提時(shí)間1 h，浸提次數(shù)3次。按照以上的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)行3次相同的實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算獲得：第1組實(shí)驗(yàn)的提取率是87.34 mg/100 g，第2組實(shí)驗(yàn)的提取率是89.25 mg/100 g，第3組實(shí)驗(yàn)的提取率是90.05 mg/100 g。3組實(shí)驗(yàn)雖然有一些較小的波動(dòng)，但是總體來(lái)說(shuō)，在上述條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是具有比較良好的重復(fù)性。

3 結(jié)論

各個(gè)單因素對(duì)胡蘿卜粉中提取類胡蘿卜素的影響程度從大到小依次是：浸提次數(shù)、浸提料液比、實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)時(shí)間；類胡蘿卜素的最優(yōu)浸提條件為：料液比1∶15，實(shí)驗(yàn)溫度50 ℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間1 h，提取次數(shù)3次。在上述最優(yōu)浸提條件下，由胡蘿卜粉末中浸提類胡蘿卜素的得率是88.88 mg/100 g。

[1]李雪.蝦夷扇貝(Patinopectenyessoensis)類胡蘿卜素積累相關(guān)基因和SNP位點(diǎn)篩查[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué),2013.

[2]張小明,賈艷青,許春潮,等.類胡蘿卜素純化及分析技術(shù)最新研究進(jìn)展[J].食品工程, 2010(3)：6-9.

[3]張瀟,汪瑩.彩葉植物呈色機(jī)理與影響花色素苷因素研究進(jìn)展[J].四川林業(yè)科技,2015,36(1):28-30.

[4]雷鳳愛.雨生紅球藻中蝦青素的分離純化及異構(gòu)體的分析研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué),2009.

[5]皮士卿.類胡蘿卜素合成工藝研究[D].杭州：浙江大學(xué),2008.

Study on the Extraction Process of Carotenoid from Carrot Powder

YAO Zhi-hong, LI Bo, ZHANG Shen, HU Jian, FAN Wen-qi

(School of Tourism and Culinary Science, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China)

Use organic solvent extraction method to measure the carotenoids from carrot powder.By controlling the extraction time, extraction temperature, extraction solid-liquid ratio, extraction times, to explore the effects of various factors on the extraction experiment and obtain the optimal extraction single factor.Use orthogonal experiment to obtain the best experimental conditions for carotenoids. The best conditions determined by experiment are as follows: the extraction solid-liquid ratio is 1∶15, extraction temperature is 50 ℃, extraction time is 1 h, extraction times is 3. Under the optimal extraction conditions, the extraction yield of carotenoids from carrot powder is 88.88 mg/100 g.

carotenoid；extraction；absorbance

2017-01-25

要志宏(1993-)，女，山西晉中人，碩士，主要從事食物成分與人體健康方面的研究；

李波(1994-)，男，山西晉中人，碩士，主要從事食物成分與人體健康方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.033

1000-9973(2017)07-0152-04