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

(揚州大學 旅游烹飪學院，江蘇 揚州 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

(揚州大學 旅游烹飪學院，江蘇 揚州 225127)

利用有機溶液浸提的方法，將胡蘿卜粉中含有的類胡蘿卜素浸提測量，實驗過程中經過對實驗時間、實驗溫度、實驗料液比、提取次數的控制，探究各個因素對浸提實驗的作用程度的大小，從而獲得最優的浸提單因素，之后經過正交實驗，獲得類胡蘿卜素的最佳實驗條件。實驗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、實驗溫度50 ℃、實驗時間1 h、浸提次數3次。在上述最優浸提條件下，實驗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，后續又逐漸發現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]；借助于現代的科學和方法如薄層色譜法、高效液相色譜法和質譜分析技術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體和其他有色的質體里面；秋天發黃的葉片、發黃的花草、黃或赤色的結果以及發黃的塊狀根部中都含有類胡蘿卜素[3]。動物中含有的類胡蘿卜素大部分為動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]。動物體中含有的類胡蘿卜素在通常情況下是和動物蛋白結合為一體而存在的，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結合而形成的物質[5]。對于哺乳動物來說，形成維生素A是以β-胡蘿卜素作為生成反應的前提物質的，所以把它叫做維生素A原。本文希望能夠通過一些實驗設計來獲得類胡蘿卜素浸提實驗的最優條件，從而促進胡蘿卜的更高水平的加工和更好的利用。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 實驗儀器

帶塞錐形瓶、數顯恒溫水浴鍋(HH-8) 國華電器有限公司；玻璃棒、分光光度計 上海光譜儀器有限公司；電子天平、電熱恒溫鼓風干燥箱 上海新苗醫療器械制造有限公司；粉碎機、循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；濾紙。

1.1.2 實驗材料與試劑

新鮮市售胡蘿卜、蒸餾水、丙酮、類胡蘿卜素。

1.2 實驗方法

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，放入磨粉機中磨粉，取出過60目篩，殘渣繼續研磨，反復數次，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震蕩提取一段時間，拿出后真空泵抽取過濾得到過濾液液，測試過濾液位于450 nm時的吸光度。根據標曲從而測定出類胡蘿卜素經過實驗后的提取得率。

1.2.3 類胡蘿卜素標準方程的確定

準確稱量作為標準樣品的胡蘿卜素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到50 mL，此時標準樣品的濃度是0.4 mg/mL，然后量取此液體1 mL，用丙酮定容到10 mL，此時標準樣品的濃度為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到4 mL，然后測量該上述液體在450 nm時的吸光度，之后把吸光度的值作為豎坐標，把標準樣品分成的濃度值作為橫坐標，制成實驗所需要的標準曲線，從而最終得到其線性方程。

1.2.4 單因素實驗

1.2.4.1 浸提時間對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，加入丙酮進行提取，放入恒溫水浴鍋震蕩，提取時間分別設置為0.5,1,1.5,2,2.5 h，其他實驗步驟與條件一律相同，通過吸光度測試出類胡蘿卜素的得率，確定得到類胡蘿卜素的最優提取時間。

1.2.4.2 浸提溫度對類胡蘿卜素得率的影響

準確稱取2 g胡蘿卜粉放于帶有瓶塞的錐形瓶中，注入丙酮進行提取，控制提取溫度，分別設置為10,20,30,40,50 ℃，其余實驗操作與條件一律相同，根據吸光度測定胡蘿卜素的得率，確定獲得類胡蘿卜素的最優浸提溫度。

1.2.4.3 浸提料液比對類胡蘿卜素得率的影響

精準量取2 g胡蘿卜粉放于帶塞錐形瓶中，加入丙酮進行浸提，料液比分別設置為1∶5,1∶10,1∶15,1∶20,1∶25，其余實驗操作與條件一律相同，通過吸光度測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 浸提次數對類胡蘿卜素得率的影響

準確稱量2 g胡蘿卜粉放于帶塞錐形瓶中，加入丙酮依次進行1,2,3,4的4個水平的提取，其余實驗操作與前提全都一樣，進行浸提，通過吸光度計算出類胡蘿卜素的得率，確定得到類胡蘿卜素的最優浸提次數。

1.2.5 正交試驗

根據各個因素的試驗及其結果，設置正交試驗組。

2 結果與分析

2.1 標準方程的確定

曲線的標準方程是：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為提取時加入液體的體積(mL)；M為胡蘿卜粉的質量(g)。

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 浸提時間對類胡蘿素得率的影響

圖1 浸提時間對得率的影響

由圖1可知，隨著實驗時間的不斷延伸，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，隨著時間慢慢往后延伸，幅度變化越來越小，特別是達到2 h時，曲線的變化幾乎接近于零，因為開始反應時間比較短，胡蘿卜粉末中的類胡蘿卜素尚未完全溶于丙酮中，隨著時間的增加，類胡蘿卜素的溶解越來越多，變化較大，但是當達到2 h和2.5 h時，類胡蘿卜素在丙酮中幾乎已經充分溶解，所以變化甚微，但是這時的提取率最大。所以，選取1，1.5，2 h作為正交實驗的提取時間。

2.2.2 浸提溫度對類胡蘿卜素得率的影響

圖2 浸提溫度對得率的影響

當溫度比較低時，類胡蘿卜素在丙酮中的溶解和擴散速度慢，導致相同時間內，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，溫度的上升，將導致丙酮的揮發程度加大以至提取得率的下降。由圖2可知，當溫度達到40，50 ℃時浸提效果最好，提取得率最大，且變化很小，幾乎相等；當達到60 ℃時，得率甚至出現降低，正是由于丙酮的揮發而導致提取率降低。所以，選取30，40，50 ℃作為正交實驗的提取溫度。

2.2.3 浸提料液比對類胡蘿卜素得率的影響

圖3 浸提料液比對得率的影響

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，當料液比為1∶5，1∶10時，類胡蘿卜素的得率增長程度比較大，當達到1∶15時，伴著實驗料液比的慢慢不斷增長，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作為正交實驗的浸提料液比。

2.2.4 浸提次數對類胡蘿卜素得率的影響

圖4 浸提次數對得率的影響

在合適的規定范疇內，隨著浸提次數的慢慢增大，類胡蘿卜素的得率也增大。由圖4可知，浸提次數為1次時，得率相對較低，當達到2,3,4次時，類胡蘿卜素的得率幾乎沒有明顯的改變。在實際的生產應用中，每一次的提取都會使用不少的溶劑，在提取率變化不大的情況下，會造成浪費，造成回收等一些方面的問題。所以，選取1,2,3次作為正交實驗的提取次數。

2.3 正交實驗結果

浸提類胡蘿卜素的正交實驗結果見表1。

表1 浸提類胡蘿卜素的正交實驗結果Table 1 The orthogonal experimental results of extraction of carotenoids

由表1可知，對類胡蘿卜素浸提作用程度最大的因素是浸提次數，之后為料液比、浸提溫度 ，浸提時間影響最小。由胡蘿卜粉中浸提類胡蘿卜素的最優浸提條件為：浸提料液比1∶15，浸提溫度50 ℃，浸提時間1 h，浸提次數3次。按照以上的最優實驗條件，實行3次相同的實驗，通過計算獲得：第1組實驗的提取率是87.34 mg/100 g，第2組實驗的提取率是89.25 mg/100 g，第3組實驗的提取率是90.05 mg/100 g。3組實驗雖然有一些較小的波動，但是總體來說，在上述條件下，實驗結果還是具有比較良好的重復性。

3 結論

各個單因素對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、浸提料液比、實驗溫度、實驗時間；類胡蘿卜素的最優浸提條件為：料液比1∶15，實驗溫度50 ℃，實驗時間1 h，提取次數3次。在上述最優浸提條件下，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基因和SNP位點篩查[D].青島：中國海洋大學,2013.

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

[3]張瀟,汪瑩.彩葉植物呈色機理與影響花色素苷因素研究進展[J].四川林業科技,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體的分析研究[D].呼和浩特：內蒙古工業大學,2009.

[5]皮士卿.類胡蘿卜素合成工藝研究[D].杭州：浙江大學,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