一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝的製作方法

2023-04-23 12:14:41

技術領域

本發明涉及植物提取技術領域，具體涉及一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝。

背景技術：

全球範圍內，土壤的鹽漬化和次生鹽漬化現象普遍存在。中國是世界上擁有鹽鹼地較多的國家之一，沿海地區的鹽漬化現象尤為嚴重。鹽生植物能夠在鹽漬化環境中正常生長發育並完成生活史，必然有其特定的耐鹽方式。鹽地鹼蓬是一種廣泛分布於黃河三角洲地區的典型的稀鹽型一年生鹽生植物，其所具有的二型性種子在種子顏色、萌發特性以及耐鹽方面表現出極大的差異，而二型性種子的顏色主要由種皮決定，因此種皮中色素積累在鹽地鹼蓬對環境的適應方面和對種子的保護方面具有重要的意義。

植物的花、果實、種子中都含有一定的類胡蘿蔔素而呈現鮮豔的顏色，從而吸引動物傳播花粉、孢子或種子，促進植物的繁殖。類胡蘿蔔素也應用於養殖業中，雞食用添加類胡蘿蔔素的飼料可以加深蛋黃的顏色，提高蛋黃的營養價值和保健功能。在光合作用中，類胡蘿蔔素作為輔助色素參與光捕獲及傳遞，並參與光保護和抵抗氧化損傷(Liebler, 1993)。鹽地鹼蓬種子含量有大量的類胡蘿蔔素，在其種子適應環境及對種子的保護方面具有重要的作用。此外，類胡蘿蔔素可以抑制、清除機體代謝過程中產生的自由基，起到延緩衰老的作用。因此，有效地提取植物種子的類胡蘿蔔素具有潛在的保健效益和經濟價值。

類胡蘿蔔素通常以酯化物的形式存在，因此其分離純化常常需要皂化，皂化反應可以破壞葉綠素，使類胡蘿蔔素混合物更加簡化。類胡蘿蔔素在鹼性環境中可以穩定存在，故一般在室溫或加熱條件下使用氫氧化鉀的甲醇溶液皂化(Britton, 1985)。色譜法經常被用於純化類胡蘿蔔素，薄層色譜層析(thin layer chromatography, TLC)因其低廉、簡便的優勢而被廣泛應用，高效液相色譜(high-performance liquid chromatography, HPLC)可對類胡蘿蔔素做定性、定量分析，具有靈敏度高、解析度好、快速等優點(Biacs and Daood, 1994)。然而，有關鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素的提取方法卻從未報導。

技術實現要素：

針對現有技術，本發明提供了一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，該提取工藝方法提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素效果明顯，方法有效。

本發明採用的技術方案如下：

一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，包括以下步驟：

（1）將鹽地鹼蓬種子在液氮下充分研磨；

（2）採用體積比為3：1~1：4的石油醚和丙酮的混合溶劑作為浸提劑，將浸提劑和步驟（1）中研磨後的樣品混合，使料液比為1g：（45~80）mL；

（3）將步驟（2）中混合後的溶液進行超聲波提取，每次超聲提取時間為8~18min，超聲提取次數為2~3次，合併提取液，離心，取上清液採用氮氣吹乾，即得鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。

步驟（1）中，對特定提取對象的前處理過程對提取效率具有至關重要的影響，這將決定最後的提取率的大小。採用液氮研磨，可以充分將鹽地鹼蓬種子研磨成粉末，更好的將材料中的類胡蘿蔔素提取出來。經過同別的方法比較，此方法提取效率最高。

步驟（2）中，不同的浸提劑對類胡蘿蔔素的提取具有不同的影響，本發明針對鹽地鹼蓬種子這一提取對象，從大量的有機溶劑中篩選優化得到了石油醚和丙酮作為鹽地鹼蓬種子的浸提劑，採用這一浸提劑的浸提效果優異。經過大量實驗驗證和分析，所述石油醚和丙酮的體積比例為3：1~1：4時，浸提效果較佳，進一步優選的，兩者體積之比為2：1~1：2，最優選的，兩者體積之比為1：1。

所述料液比為研磨後的樣品質量與浸提劑的體積之比，本發明的料液比對提取的類胡蘿蔔的含量具有重要影響，經過大量的實驗驗證和分析，將料液比設置在1 g：（45~80）mL時，類胡蘿蔔的提取率較高；實驗證明當料液比大於1：45和小於1：80時，類胡蘿蔔素提取率明顯較低。進一步優選的，所述料液比為1：45~60。最優選的，所述料液比為1：50時，類胡蘿蔔素的提取率最佳。

步驟（3）中，所述超聲波的提取次數為2次，每次提取時間為8~10 min，最優選的為10 min。從實驗結果看出，超聲次數小於2次的話，類胡蘿蔔素的提取率明顯降低，隨著次數的增加，類胡蘿蔔素的提取率也隨之降低。理論上，提取次數越多，樣品中的類胡蘿蔔素溶出越多，提取率越趨近於某一恆定值，但本發明中類胡蘿蔔素提取率隨提取次數的繼續增高反而降低，提取次數為2次達到最高提取率，提取率並未隨著提取次數的增大而增大，這主要是由於實驗過程中操作造成，因為提取次數越多，轉移、合併等操作增多，提取物損失也較大，同時提取時間也相應過長，因此本發明超聲提取2次即可得到較高的類胡蘿蔔素提取率。

超聲提取時的超聲頻率為550~650 W，超聲溫度為30~35 ℃。優選的，超聲頻率為600 W，超聲溫度為30 ℃。超聲功率對鹽地鹼蓬類胡蘿蔔素的提取具有較大的影響，經過大量的實驗驗證，本發明選取的超聲頻率為550~650 W，能夠使得類胡蘿蔔素的提取率較高，若是超聲功率低於550 W時，類胡蘿蔔素的提取率較低；若是大於650 W時，由於作用力較大，反而使類胡蘿蔔素分解，從而造成了提取率較低。

本發明還保護所述的工藝製備得到的鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。

上述技術方案具有如下有益效果：

（1）鹽地鹼蓬是能夠在農作物不能生長的重度鹽鹼地上生長並能完成生活史的一種鹽生植物，同時可以通過吸收大量的鹽分而改良鹽鹼地，被稱為鹽鹼地的「先鋒植物」，並且其結實量大，如果能夠從鹽地鹼蓬種子中大量提取類胡蘿蔔素，用於食品業以及工業生產，鹽地鹼蓬種子無疑一種是很好的材料，也可以達到更好改良和利用鹽鹼地的目的。

目前，關於鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素提取並沒有相關的報導，而本發明的提出，填補了鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素提取方法的空白，並且篩選優化得到一種較佳有效的提取方法，為鹽地鹼蓬種子的深加工和再利用以及規模化提取類胡蘿蔔素提供了實驗基礎。運用此方法提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素，取材方便，流程簡單，操作性強，成本較低， 該提取方法最為簡便易行，提取率較高，高達92.7%，提取得率為194.47 mg kg-1 DW。

（2）鹽地鹼蓬種子與植物的營養器官相比較，鹽地鹼蓬種子中的色素一般會形成一種更為穩定的物質結構（起到保護植物種子直到萌發的作用），因此要想從鹽地鹼蓬種子中提取色素，必須將種子材料充分粉碎，最大程度地這種色素分離出來，本發明採用了液氮條件下充分研磨的方法，此為本發明能夠從鹽地鹼蓬種子中提取類胡蘿蔔素的關鍵技術手段。另外，提取工藝中，原料的提取的工藝參數也非常重要。本發明經過篩選優化得到了較佳的提取鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素的工藝，該工藝提取類胡蘿蔔素的提取率高。

（3）本發明選取鹽地鹼蓬種子作為原料，研究得到一種快速且有效的類胡蘿蔔素提取方法，為探討種子中類胡蘿蔔素含量與鹽地鹼蓬種子對環境的適應性關係奠定基礎，也為在工業、食品業大規模提取鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素提供借鑑，並為研究鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素的功能、應用和生態學意義奠定基礎。

附圖說明

圖1：鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素的超聲波法提取工藝，A：料液比；B：石油醚/丙酮體積比；C：浸提時間；D：提取次數。

圖2：鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取液的紫外-可見分光光度計光譜。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明。

實施例1

一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，包括以下步驟：

1） 分別稱取鹽地鹼蓬種子0.1 g，於研缽中，液氮下充分研磨。

2） 確定浸提劑的比例為石油醚：丙酮=1:1。

3） 加入5 mL浸提劑 (石油醚：丙酮體積比=2:1)，使料液比為1：50。

4） 每次超聲波提取10 min，超聲頻率為600 W，超聲溫度為30 ℃。

5） 超聲波提取2次，每次超聲提取控制料液比為1：50（第一次超聲波提取後，過濾，將得到的殘渣進行第二次超聲波提取）。

6） 合併提取液，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾，即得到鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。

實施例2

一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，包括以下步驟：

1） 分別稱取鹽地鹼蓬種子0.1 g，於研缽中，液氮下充分研磨。

2） 確定浸提劑的比例為石油醚：丙酮=1:1。

3） 分別加入2、3、5 和10 mL浸提劑 (石油醚：丙酮體積比=1:1)，使料液比為1:20、1：30、1：50、1：100。

4） 每次超聲波提取8 min，超聲頻率為580 W，超聲溫度為35 ℃。

5） 超聲波提取2次，每次超聲提取控制料液比為1：50。

6） 合併提取液，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾，即得到鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。然後用丙酮定容至3 mL，445 nm處測定光吸收。

通過控制料液比提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素含量對比如圖1中A所示。

實施例3

一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，包括以下步驟：

1） 分別稱取鹽地鹼蓬種子0.1 g，於研缽中，液氮下充分研磨。

2） 確定浸提劑的比例為石油醚：丙酮=3：1、2:1、1：1、1：2和1：4。

3） 分別加入5 mL浸提劑 (石油醚：丙酮體積比分別為3：1、2:1、1：1、1：2和1：4)，使料液比為1：50。

4） 每次超聲波提取8 min，超聲頻率為580 W，超聲溫度為30 ℃。

5） 超聲波提取2次，每次超聲提取控制料液比為1：50。

6） 合併提取液，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾，即得到鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。然後用丙酮定容至3 mL，445 nm處測定光吸收。

通過控制石油醚和丙酮的體積比提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素含量對比如圖1中B所示。

實施例4

一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，包括以下步驟：

1） 分別稱取鹽地鹼蓬種子0.1 g，於研缽中，液氮下充分研磨。

2） 確定浸提劑的比例為石油醚：丙酮=1.5:1。

3） 加入5 mL浸提劑 (石油醚：丙酮體積比=1.5:1)，使料液比為1：50。

4） 每次分別超聲波提取2、5、10、20和30 min，超聲頻率為620 W，超聲溫度為30 ℃。

5） 超聲波提取2次，每次超聲提取控制料液比為1：50。

6） 合併提取液，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾，即得到鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。然後用丙酮定容至3 mL，445 nm處測定光吸收。

通過控制浸提時間提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素含量對比如圖1中C所示。

實施例5

一種鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素提取工藝，包括以下步驟：

1） 分別稱取3份鹽地鹼蓬種子0.1 g，於研缽中，液氮下充分研磨。

2） 確定浸提劑的比例為石油醚：丙酮=1.5:1。

3） 加入5 mL浸提劑 (石油醚：丙酮體積比=1.5:1)，使料液比為1：50。

4） 每次超聲波提取8 min，超聲頻率為620 W，超聲溫度為30 ℃。

5） 分別超聲波提取1、2和3次，每次超聲提取控制料液比為1：50。

6） 合併提取液，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾，即得到鹽地鹼蓬種子類胡蘿蔔素。然後用丙酮定容至3 mL，445 nm處測定光吸收。

通過控制超聲提取次數提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素含量對比如圖1中D所示。

基於提取的類胡蘿蔔素比較穩定的前提下，本發明確定了最大程度、快速高效的提取鹽地鹼蓬種子中類胡蘿蔔素的最佳方案為（實施例1所述）：鹽地鹼蓬種子0.1 g，浸提劑的比例是石油醚：丙酮=1:1，料液比為1:50，超聲波提取10 min，提取2次，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾。

通過運用不同工藝方法提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素含量對比(圖1)，可以看出，鹽地鹼蓬種子0.1 g，浸提劑的比例是石油醚：丙酮=1:1，料液比為1:50，每次超聲波提取10 min，提取2次，5000 rpm離心5 min，取上清液並用氮氣吹乾，用丙酮定容至3 mL，445 nm處測定光吸收（圖2），可獲得最大量的類胡蘿蔔素，提取率為92.7%，提取得率為194.47 mg kg-1 DW，提取得率（mg kg-1 DW）=最佳工藝中類胡蘿蔔素的提取量（mg）/ 材料的乾重（kg）。由圖1可以看出，採用該提取工藝方法提取鹽地鹼蓬種子中的類胡蘿蔔素效果明顯，相比於其他工藝方法效果差異顯著，說明該方法有效。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。