李帑洛，丁 岚，单卫威，何伟国

(1.南华大学药学与生物科学学院药学系，湖南衡阳 421001；2.南华大学医学院组织学与胚胎学教研室，湖南衡阳 421001)



甘薯中类胡萝卜素提取工艺

李帑洛1，丁 岚1，单卫威1，何伟国2*

(1.南华大学药学与生物科学学院药学系，湖南衡阳 421001；2.南华大学医学院组织学与胚胎学教研室，湖南衡阳 421001)

类胡萝卜素(carotenoids)是一种多烯类物质，根据种类的不同可以呈现出不同的颜色，常为黄色、橙红色或红色，一般由8个类异戊二烯单位组成，分子式一般为C40H56，极易被氧化，所以有抗氧化的作用，同时还有很多其他作用如抗癌、预防夜盲症、着色能力强等[1]。类胡萝卜素的品种多样化特征明显，目前在自然界中已经发现的有600余种[2]。自然界中的天然类胡萝卜素的产量惊人，年产量约可达上亿吨。在非人工合成的类胡萝卜素中，存在着一定量的结构异构体，如顺反异构体等，这些异构体能够产生协同作用，使其产生特殊的作用，如能够遏制癌细胞生长达到抗癌作用、能够捕获单线态氧具有还原性而产生抗氧化作用[3]。根据近来的相关研究，类胡萝卜素被视为维生素A 源，能有效降低心血管疾病的发生率，同时还具有延缓衰老的功能，其中，β-胡萝卜素能够促进细胞间质联结的交流。另外，在食品加工行业中，类胡萝卜素还是一种用途广范的功能性食品添加剂[4]。伴随着对类胡萝卜素研究的不断深入，其在医药学、食品加工业以及居民日常生活保健上的应用范围不断扩大，相关行业对其产业化的依赖也逐渐加强，从事相关研究工作的学者对其作用的机理进行了广泛而深入的研究。

随着科学的不断发展和生活水平的日益提高，人们越来越关注自身的健康，合成色素不具有某些生物活性，甚至还有致畸作用，因此天然色素的提取研究具有重要意义[5]。笔者通过有机溶剂萃取法，以甘薯为原料，采用不同的溶剂，在不同料液比、浸提时间、浸提温度下提取其中的类胡萝卜素，探求甘薯中类胡萝卜素的最佳提取工艺，以期实现甘薯的综合利用，同时也为今后类胡萝卜素的相关研究提供依据。

1材料与方法

1.1材料原料：甘薯切片，电热恒温干燥箱内50 ℃干燥24 h，粉碎机粉碎5 min制成粉备用。主要试剂：丙酮、乙酸乙酯、95%乙醇，上述试剂均为分析纯。主要仪器：高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；电子分析天平(FA224)，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；UV-2450型紫外可见分光光度计，岛津(中国)有限公司；SHZ-D(III)循环水式多用真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司。

1.2方法

1.2.1样品提取。用分析天平称取2.0 g甘薯粉末放于干燥的烧杯中，按照预定的料液比分别加入一定量的提取溶剂，再放于一定温度下恒温水浴锅中加热一定时间，用真空泵抽滤取得滤液，即类胡萝卜素溶液，备用。

1.2.2确定样品溶液的稀释倍数。由于紫外分光光度计的线性范围一般在0.2～0.8[6]，每个因素试验中先分别取未经稀释的色素溶液以提取溶剂做空白测吸光度值，看是否落在此范围内，如均落在此范围则直接测试。反之，则取吸光度值最大组的适量类胡萝卜素溶液，逐渐加入提取试剂测试吸光度值直到落在此范围内，而且还应当确保按此稀释倍数配置后吸光度值最小组的吸光度也落在此范围内，则此组试验其他所有待测液均按此稀释倍数进行配置。

1.2.3类胡萝卜素含量的测定及计算方法[7]。以浸提溶剂做空白，在波长450 nm处测定吸光度，根据以下公式计算类胡萝卜素含量：

类胡萝卜素含量(X)=A×V×F×100/m/2 500×100

式中，X为样品中类胡萝卜素含量(mg/kg)；类胡萝卜素在最大吸收光波长下的吸光值即是A；V是类胡萝卜素提取液的体积(mL)；F为测定吸光度时类胡萝卜素萃取液的稀释倍数；m为所称取的甘薯粉样品的质量(g)；2 500为在最大吸收光波长下1%类胡萝卜素的吸光系数的平均值。

1.2.4单因素试验。该试验对影响甘薯中类胡萝素卜提取效率的几个因素分别进行试验。在其他条件不变的情况下，分别改变溶剂(乙酸乙酯、丙酮、95%乙醇)、料液比(1∶20、1∶25、1∶30 g/mL)、浸提温度(40、50、60 ℃)、浸提时间(40、50、60 min)，考察各因素对类胡萝卜素提取效率的影响。

2结果与分析

2.1不同浸提溶剂对类胡萝卜素提取效率的影响由于类胡萝卜素是脂溶性物质，在非极性溶剂中均能很好地溶解。该研究选择作为提取溶剂的有：95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯。称取甘薯粉末2 g，以1∶25 g/mL的料液比，在50 ℃水浴中加热浸提50 min，抽滤后得滤液，将滤液稀释2.5倍后测其吸光值从而确定类胡萝卜素的取得率。

由图1可知，3种溶剂中类胡萝卜素均能很好地溶解，其中以乙酸乙酯作为提取溶剂时，类胡萝卜素的取得效果优于其他2种。通过t检验对数据的差异性进行检测时，乙醇组与丙酮组的t值t1=6.7，丙酮组与乙酸乙酯组的t值t2=5.1，在95%的置信水平时，f=4时，t0.05，4=2.776，t1>t2>t0.05，4，所以3组提取溶剂中的提取效果均有显著性差异，且丙酮对类胡萝卜素的提取效率与乙醇组的差异大于丙酮组与乙酸乙酯组的差异。所以，该研究以乙酸乙酯作为浸提溶剂。

图1　类胡萝卜素的提取效果在不同提取溶剂中的差异Fig.1　Effects of different solvents on carotenoids extraction

2.2不同料液比对类胡萝卜素提取效率的影响溶剂之所以能从原料中把类胡萝卜素提取出来是因为料液间存在浓度差，所以所用溶剂的量越大，类胡萝卜素的提取就会越充分；但是从工艺生产来说，所用溶剂过多则必然会增加溶剂回收的工作量，增加工业生产的成本。因此，确定适宜的料液比对类胡萝卜素的工业生产效益非常重要。以乙酸乙酯为溶剂，在50 ℃水浴温度下加热50 min，探求不同料液比对类胡萝卜素提取效果的影响。

由图2可知，当料液比在1∶25 g/mL以下时，类胡萝卜素的提取效果随料液比中溶剂用量的增加而增加，此后，料液比中溶剂用量再增大时，类胡萝卜素的提取效果基本达到稳定。当料液比达到1∶25 g/mL时，类胡萝卜素的取得率达到135.5 mg/kg，再增大料液比中溶剂用量时，类胡萝卜素的取得率变化不明显。所以，从经济效益考虑，选择料液比为1∶25 g/mL比较适宜。

图2　类胡萝卜素取得效果在不同料液比下的差异Fig.2　Effects of different solid-liquid ratio on carotenoid extraction

2.3不同浸提时间对类胡萝卜素提取效率的影响在提取过程中，浸提时间是浸提溶剂与类胡萝卜素等有效成分实际接触的时间，为了保证类胡萝卜素的提取效率就必须保证浸提达到一定时间。但是时间过长不利于实际生产，因此，需要探求最佳浸提时间。称取2.0 g甘薯粉末，以乙酸乙酯为萃取剂，以1∶25 g/mL的料液比，在50 ℃水浴加热不同时间，抽滤后所得液体稀释5倍后再测吸光值。

由图3可知，类胡萝卜素取得率总体的趋势是先增加后下降。在50 min以下，类胡萝卜素取得率随着浸提时间的增加而增加，在浸提时间大于50 min时类胡萝卜素的提取率呈现出一定的下降趋势。原因可能是由于类胡萝卜素的不稳定性，已经被提取出的类胡萝卜素在溶剂中被部分氧化而变性。所以，浸提时间控制在50 min为最佳。

图3　甘薯中类胡萝卜素提取效果在不同浸提时间下的差异Fig.3　Effects of different soaking time on carotenoid extraction from sweet potato

2.4不同提取温度对类胡萝卜素提取效率的影响温度是影响提取工艺的重要的一个因素，在很多物质的提取过程中，温度过低不利于物质的提取，而温度过高不仅会破坏有效成分的物质结构，而且会加速溶剂的挥发，进一步影响提取的效率，并且高温会增加能源的消耗，增加提取的成本。因此，在类胡萝卜素的提取工艺中需要确定一个适宜的温度，以实现工业产值的最优化。高温可以加速溶剂分子的运动，有利于活性成分的提取，但类胡萝卜素稳定性较低，易被氧化，因此温度过高可能使类胡萝卜素活性降低或消失[8]。

由图4可知，随着温度的升高，类胡萝卜素的提取率呈先上升后下降的趋势。在50 ℃以下，随着温度上升类胡萝卜素的提取效果逐步增加，在50 ℃时达到最大值，然后逐步下降。原因可能是，当温度过低时，乙酸乙酯分子运动慢，不利于类胡萝卜素的溶出，温度升高时溶剂分子运动加快，类胡萝卜素的提取效果就呈上升趋势，但是，乙酸乙酯为易挥发性物质，当温度上升时加速了它的挥发，在提取过程中减小了它的料液比进而影响类胡萝卜素的提取，同时，高温会加速类胡萝卜素的氧化，使已提取出溶解在溶剂中的类萝卜素变性失活。因此，50 ℃为最佳提取温度。

图4　甘薯中类胡萝卜素的提取效果在不同温度下的差异Fig.4　Differences of carotenoid extraction from sweet potato under different temperature

3结论与讨论

试验得出，甘薯中类胡萝卜素的最佳浸提溶剂为乙酸乙酯，当料液比为1∶25 g/mL 时，在水浴50 ℃条件下加热50 min，类胡萝卜素的取得率达到最大，为135.5 mg/kg。

该研究所用原料均为甘薯粉末，但在预试验时曾用甘薯的新鲜匀浆进行了试验，发现类胡萝卜素的提取效率不理想，可能是由于甘薯新鲜匀浆中含有的水分过大，不利于脂溶性的类胡萝卜素的溶出，影响了类胡萝卜素在非极性溶剂中的溶解。

在从备选提取试剂中确定最佳溶剂时，当料液比为1∶15、1∶20 g/mL时，丙酮的提取效果均略微优于乙酸乙酯的提取效果，但当料液比达到1∶25 g/mL时，类胡萝卜素在乙酸乙酯中的提取率则优于在丙酮中的提取率。同时，在工业生产中，所用的浸提溶剂可以回收利用，且乙酸乙酯的毒性小于丙酮的毒性，所以从工业效益和健康安全角度出发选择了乙酸乙酯作为最佳浸提溶剂。

参考文献

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摘要[目的]探求甘薯中类胡萝卜素的最佳提取工艺，以实现甘薯的综合利用。[方法] 采用紫外可见分光光度计测定不同溶剂、料液比、浸提时间、浸提温度条件下提取所得类胡萝卜素溶液的吸光值，并以此作为指标来考察甘薯中类胡萝卜素提取的最佳工艺。[结果] 试验得出，甘薯中类胡萝卜素的最佳提取溶剂为乙酸乙酯、最佳料液比为1∶25 g/mL 、最佳浸提时间为50 min、最佳温度为50 ℃，此条件下类胡萝卜素的取得率达到135.5 mg/kg。[结论] 该方法简便，试验设备简单、操作方便、安全性较大，而且甘薯在我国分布广泛，来源丰富，价格低廉，可为今后的类胡萝卜素提取研究以及甘薯的综合利用奠定基础。

关键词类胡萝卜素；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

作者简介李帑洛(1985- )，女，湖南长沙人，助理实验师，硕士，从事药学及分子生物学相关研究。*通讯作者，讲师，从事发育生物学与生殖医学研究。

基金项目南华大学博士启动基金项目(2014XQD15)；湖南省教育厅优秀青年基金项目(15B211)。

中图分类号S 531

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)01-115-03