專利名稱：柑橘類胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于食品加工領(lǐng)域，特別是食品加工中副產(chǎn)物的生物活性成分的提取技 術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素具有多種生物活性，其中有些類胡蘿卜素是人體組織 器官的重要組成成分，如葉黃素是視網(wǎng)膜黃斑的組成成分，攝入不足可能會導(dǎo)致老年性 黃斑衰退癥(AMD)，而老年性黃斑衰退癥是西方國家導(dǎo)致老年人視力下降的主要疾病 (Perera，C. 0.，&Yen，G.M.Functional properties of carotenoids in human health. International Journal ofFood Properties，2007，10 (2) :201_230)。有些類胡蘿卜素 是微量營養(yǎng)素VA的來源，目前世界上仍有2億的兒童患有VA的缺乏癥(陳君石，韓蕃 墦.《新營養(yǎng)科學(xué)》淺析[J].營養(yǎng)學(xué)報，2006，28 (6) :461-467)。類胡蘿卜素除了能夠解決 上述的營養(yǎng)缺乏癥外，還具有多種生物活性，如抗氧化(Oshima，S.，Ojima，F(xiàn).，Sakamoto， H. ， Ishiguro， Y. ， &Terao， J.Supplementationwith carotenoids inhibits singlet oxygen-mediated oxidation of human plasma low-densitylipoprotein. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1996,44(8) :2306_2309)、 ^L B (Rao, A. V. , &Rao L. G. Carotenoids and human health. Pharmacological Research，2007，55(3) 207-216)^ 保護目艮睛(Handelman，G. J. The evolving role of carotenoids in human biochemistry. Nutrition，2001，17 (10) :818_822 ；馬樂，林曉明.葉黃素干預(yù)對長期熒屏光暴露者視功能 的影響 營養(yǎng)學(xué)報，2008，30 (5) 438-442)、保護皮膚(Roberts, R. L，Green, J.，&Lewis， B.Lutein and zeaxanthin in eye and skin health. Clinics in Dermatology,2009, 27(2) 195-201 ；Gonzalez, S.，Astner，S.，Wu, A.，Goukassian，D.，&Pathak，M. Dietary lutein/Zeaxanthindecreases ultraviolet B-induced epidermal hyperproliferation and acute inflammation inhairless mice. Journal of Investigative Dermatology, 2003,121 399-405)等多種生物活性。因此從果蔬加工副產(chǎn)物中提取分離其特有的類 胡蘿卜素物質(zhì)成為果蔬加工副產(chǎn)物的綜合利用的有效途徑之一，如從番茄加工副產(chǎn)物提 取番前紅素(Nobre，B. P.，Palavra，A. F.，Pessoa，F(xiàn). L P.，Mendes，R. L Supercritical C02 extraction of trans-lycopene from Portuguese tomatoindustrial waste. Food Chemistry，2009，116 (3) :680_685)等。目前關(guān)于類胡蘿卜素的提取利用的方法主要有固液提取法和超臨界流體提取 (Shi J.，Yi C.，&Ye X. Q. Effects of supercritical C02 fluid parameters on chemical composition andyield of carotenoids extracted from pumpkin[J]. LWT-Food Science md Technology, 2010,43(1) 39-44)的方法，以及其它一些高新技術(shù)超高壓流體提取 (Naviglio D.，Caruso T.，Iannece P.，Aragon A.，&Santini，A. Characterization of high purity lycopene from tomatowastes using a new pressurized extraction approach.Journal Agricultural and Food Chemistry,2008，56 (15) :6227_6231 ；ChaK. H. , Lee H.J. , &K00 S. Y. , Optimization of pressurized 1 iquidextraction of carotenoids and chlorophylls from chlorella vulgaris. Journal of Agricultural andFood Chemistry, 2010, 58 (2) :793_797.)。固液提取方法盡管操作簡單，但是提取率和 提取效率都很低，并且所用的非極性溶劑都具有一定的毒性；超臨界提取和超高壓流體提 取方法所用的溶劑為環(huán)保的C02、H20，無污染、高提取率，但是存在的問題是設(shè)備昂貴，很難 推廣應(yīng)用。開發(fā)一種快速、有效、低(無)降解、低成本、綠色的柑橘類胡蘿卜素的提取分離 方法是目前急需解決的方法。 超聲波提取方法具有高提取率和高提取效率的特點。但是超聲波在類胡蘿卜素的 提取上相對于上述的提取方法僅有少量的研究報道。Sun等(Sun，T.，Xu，Z. M.，&Godber, J. S. Ultrasound assisted extraction in quantifying lutein from chicken liver using high-performanceliquid chromatography. Journal ofChromatography B,2006, 830(1-2) 158-160)研究發(fā)現(xiàn)在非皂化的條件下超聲輔助提取雞肝臟中的葉黃素時提取 率明顯提高而在皂化條件下的超聲波輔助提取卻引起了葉黃素的降解。Gao等(Gao，Y. X.， Nagy,B. ,Liu,X. ,Simdndi,B. ,&Wang,Q. Supercritical C02 extraction of lutein esters from marigold(Tagetes erecta L.)enhanced by ultrasound. Journal of Supercritical Fluids, 2009,49 (3) 345-350)研究發(fā)現(xiàn)超聲波輔助超臨界C02提取萬壽菊中的葉黃素酯 時比單純的超臨界0)2提取有更高的提取率。孫明奇等(孫明奇，張斌，潘思軼.超聲波及 機械攪拌輔助提取橘皮類胡蘿卜素比較研究.食品科學(xué)，2007，28 (6) 160-162)研究了超 聲波和機械攪拌輔助提取柑橘皮中的類胡蘿卜素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲波輔助提取有更高的提取 效率。李秀霞等(李秀霞，韓魯佳.玉米蛋白粉葉黃素超聲提取工藝優(yōu)化.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報， 2008,39(5) 81-85)用超聲波輔助提取了玉米蛋白中的葉黃素，發(fā)現(xiàn)了超聲波輔助提取有 更好的提取率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無毒性溶劑殘留、高提取率、高提取效率的 類胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種類胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方 法，包括以下步驟1)、提取原料的處理以柑橘皮作為原料，將原料在40 50°C進行真空干燥，直至原料中的含水量占總 重的8% 12%時停止真空干燥，得干燥后原料；將干燥后原料進行粉碎處理，得原料粉末；2)、將原料粉末放入棕色容器中，按照原料粉末乙醇為2 4g/30ml的比例加入 乙醇，得提取原液；3)、利用20khz的探頭式脈沖超聲波對25 35ml提取原液進行處理，處理過程 如下將探頭插入液下1cm，液面高度保持2 6cm，脈沖時間為2 7s，占空比為50% 90%，溫度-5 45°C，聲強60. 51 544. 59W/cm2，提取時間60 120分鐘；4)、將步驟3)所得的提取后產(chǎn)物過0.22 ym有機濾膜，得濾液；5)、步驟4)所得的濾液減壓蒸發(fā)回收乙醇，得到類胡蘿卜素的濃縮液；
6)、將類胡蘿卜素的濃縮液冷凍干燥，得到粉未狀的類胡蘿卜素；上述步驟1) 步驟6)均采取避光操作。為了獲得本發(fā)明提取方法的提取率，可取10iU上述步驟4)所得的濾液利用HPLC 測定類胡蘿卜素的含量，具體如下采用C30類胡蘿卜素色譜柱，柱溫設(shè)為35°C，流速設(shè)為 l.Oml/min。采用梯度洗脫的方法，其中流動相A為甲醇，流動相B為二氯甲烷，雙波長紫外 檢測器的檢測波長為420 500nm。本發(fā)明的提取方法中，在步驟3)的利用20khz的探頭式脈沖超聲波對提取原液進 行處理中整個處理過程用低溫恒溫槽控制溫度，o°c以下用乙醇浴，0°C以上用水浴。步驟 1)的最佳工藝條件是將原料在45°c進行真空干燥，直至原料中的含水量占總重的10%時
停止真空干燥。發(fā)明人在發(fā)明過程中詳細(xì)研究了現(xiàn)有技術(shù)中存在的以下問題類胡蘿卜素為一類非極性分子，根據(jù)相似相溶原理，現(xiàn)有技術(shù)提取類胡蘿卜素用 到的溶劑是一些具有一定毒性的非極性溶劑，如正己烷、石油醚、丙酮等。包括上述文獻在 內(nèi)的大部分有關(guān)類胡蘿卜素超聲波提取方法存在的主要問題是用到的溶劑仍然是傳統(tǒng)的 固液提取中常用到的一些有毒性的非極性溶劑，如正己烷、石油醚、丙酮等。他們忽略了超 聲波輔助提取時對溶劑的選擇不只是依賴于溶劑的極性大小，還主要依賴于溶劑的物理性 質(zhì)如沸點、黏度、表面活性等；原因是超聲波的提取能力主要是由空化強度引起的，而空化 強度主要是由溶劑的物理性質(zhì)決定的?；诔暡ㄌ崛C理與傳統(tǒng)固液提取機理的不同， 在超聲波提取時完全可以考慮一些常用的溶劑外的一類溶劑，特別是一些環(huán)保、無毒的綠 色溶劑。超聲波的條件下運用綠色溶劑的優(yōu)點是可以達(dá)到同現(xiàn)在的毒性溶劑相當(dāng)?shù)奶崛?率，且所得提取物安全性提高，并且沒有環(huán)境污染。通過對國內(nèi)外專利及文獻的檢索，發(fā)明 人沒有發(fā)現(xiàn)在綠色溶劑的條件下進行超聲波輔助提取類胡蘿卜素的研究以及報導(dǎo)。本發(fā)明的類胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方法，具有如下優(yōu)點1)、選用乙醇作為溶劑，改變了類胡蘿卜素采用安全性系數(shù)低的非極性溶劑(正 己烷、石油醚、丙酮)提取的傳統(tǒng)方法；2)、利用探頭式脈沖超聲波對提取原液進行處理，相對于傳統(tǒng)方法所使用的連續(xù) 超聲波儀器，具有節(jié)省能源的優(yōu)點；3)、提取率是相同條件下浸提法8-10倍，并且可以達(dá)到超聲條件下類胡蘿卜素常 用的非極性溶劑的提取率。綜上所述，以柑橘皮作為原料采用本發(fā)明方法提取類胡蘿卜素，具有安全(綠色 溶劑)、提取率高、效率高、無降解的特點。所得的提取物適合于食品、保健品及藥品等領(lǐng)域。
具體實施例方式以下實施例1 實施例3均采取避光操作。實施例1、一種本地早柑橘皮中0 -胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方法，依次進 行以下步驟1)、提取原料的處理以500克本地早柑橘皮作為原料，將原料在45°C烘箱內(nèi)真空干燥48小時，此時， 用水分測定儀測定本地早柑橘皮中的含水量為10% (重量比)；停止真空干燥，得干燥后原料；將干燥后原料用粉碎機磨碎，所得原料粉末先過20目篩再過60目篩，最后取粒徑為 0. 28mm 0. 9mm的顆粒粉末作為原料粉末，于_25°C下貯存?zhèn)溆谩?)、取3g原料粉末放入棕色平底玻璃管中，按照原料粉末乙醇為3g/30ml的比例 加入乙醇30ml，得提取原液。3)、利用探頭式脈沖超聲波(20khz，10mm探頭)對步驟2)所得的提取原液進行處 理，處理過程中用低溫恒溫槽控制溫度，設(shè)置如下探頭插入液下1cm，液面高度保持2cm， 脈沖時間為3s,占空比為66. 7%，溫度25°C，聲強544. 59W/cm2，提取時間60分鐘。4)、將步驟3)所得的提取后產(chǎn)物過0.22 ym有機濾膜，得濾液。5)、步驟4)所得的濾液于40°C下減壓蒸發(fā)回收乙醇，得到胡蘿卜素的濃縮 液；6)、將0 -胡蘿卜素的濃縮液于_25°C冷凍干燥，得到粉未狀的0 -胡蘿卜素。為了證明本發(fā)明的有效提取率，取10 yl步驟4)所得的濾液利用HPLC測定提取 物中全反式胡蘿卜素的含量。采用C30類胡蘿卜素色譜柱，柱溫設(shè)為35°C，流速設(shè)為 l.Oml/min。采用梯度洗脫的方法，其中流動相由甲醇和二氯甲烷組成，A代表甲醇，B代表 二氯甲烷，具體如下78% A，0-5min ；78-62% A, in 5_20min ；62-58% A, in 20_32min ；以 上％為體積％，百分比中缺省的為二氯甲烷。雙波長紫外檢測器的檢測波長為455和480nm ；在保留時間15分鐘，得到0 -胡蘿 卜素的吸收峰，經(jīng)外標(biāo)法計算所得胡蘿卜素提取率為4.5i!g/g DW(干重)。所得胡
蘿卜素結(jié)構(gòu)式如下對比實驗1 以與實施例1完全相同的3克本地早柑橘皮干燥后的粉末(實施例1 的步驟1)所得)作為原料，采用背景技術(shù)中告知的乙醇溶劑的浸提法和以正己烷為溶劑的 超聲波輔助提取法進行提取；最終得到所得胡蘿卜素的提取率分別為O.Syg/g DW和 4. 3u g/gDW。實施例2、一種溫州蜜柑柑橘皮中0 -隱黃質(zhì)的綠色超聲波輔助提取方法，依次進 行以下步驟1)、提取原料的處理以500克溫州蜜柑柑橘皮作為原料，將原料在45°C烘箱內(nèi)真空干燥48小時，此時， 用水分測定儀測定本地早柑橘皮中的含水量為11% (重量比)；停止真空干燥，得干燥后 原料；將干燥后原料用粉碎機磨碎，所得原料粉末先過20目篩再過60目篩，最后取粒徑為 0. 28mm 0. 9mm的顆粒粉末作為原料粉末，于_25°C下貯存?zhèn)溆谩?2)、將3g原料粉末放入棕色平底玻璃管中，按照原料粉末乙醇為3g/30ml的比例 加入乙醇30ml，得提取原液。 3)、利用探頭式脈沖超聲波(20khz，10mm探頭)對提取原液進行處理，處理過程中 用低溫恒溫槽控制溫度，設(shè)置如下探頭插入液下1cm，液面高度保持2cm，脈沖時間為3s， 占空比為66. 7%，溫度15°C，聲強320. 55W/cm2，提取時間70分鐘。
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4)、將步驟3)所得的提取后產(chǎn)物過0.22 ym有機濾膜，得濾液。5)、步驟4)所得的濾液40°C減壓蒸發(fā)回收乙醇，得0 -隱黃質(zhì)的濃縮液。6)、將0 -隱黃質(zhì)的濃縮液_25°C冷凍干燥，得到粉未狀的0 -隱黃質(zhì)。為了證明本發(fā)明的有效提取率，取10 yl步驟4)所得的濾液利用HPLC測定提取 物中隱黃質(zhì)的含量。采用C30類胡蘿卜素色譜柱，柱溫設(shè)為35°C，流速設(shè)為1.0ml/ min。采用梯度洗脫的方法，其中流動相由甲醇和二氯甲烷組成，A代表甲醇，B代表二氯甲 燒，具體如下78% A，0-5min ；78-62% A, in 5_20min ；62-58% A, in 20_32min ；以上％為 體積％，百分比中缺省的為二氯甲烷。雙波長紫外檢測器的檢測波長為450和476nm ；在保留時間為11分鐘，得到0 -隱 黃質(zhì)的吸收峰，經(jīng)外標(biāo)法計算所得0 -隱黃質(zhì)提取率為175. 6 u g/g DW。該0 -隱黃質(zhì)結(jié)構(gòu)
式如下 對比實驗2 以與實施例2完全相同的3克溫州蜜柑柑橘皮干燥后的粉末(實施 例2的步驟1)所得)作為原料，采用背景技術(shù)中告知的乙醇溶劑的浸提法和以正己烷為溶 劑的超聲波輔助提取法進行提?。蛔罱K得到所得隱黃質(zhì)的提取率分別為22 y g/g DW和 179. 2ii g/gDW。實施例3、一種溫州蜜柑柑橘皮中葉黃素的綠色超聲波輔助提取方法，依次進行以 下步驟1)、提取原料的處理以500克溫州蜜柑柑橘皮作為原料，將原料在45°C烘箱內(nèi)真空干燥48小時，此時， 用水分測定儀測定本地早柑橘皮中的含水量為11% (重量比)；停止真空干燥，得干燥后 原料；將干燥后原料用粉碎機磨碎，所得原料粉末先過20目篩再過60目篩，最后取粒徑為 0. 28mm 0. 9mm的顆粒粉末作為原料粉末，于_25°C下貯存?zhèn)溆谩?)、將3g原料粉末放入棕色平底玻璃管中，按照原料粉末乙醇為3g/30ml的比例 加入乙醇30ml，得提取原液。3)、利用探頭式脈沖超聲波(20khz，10mm探頭)對提取原液進行處理，處理過程中 用低溫恒溫槽控制溫度，設(shè)置如下探頭插入液下1cm，液面高度保持2cm，脈沖時間為3s， 占空比為66. 7%，溫度25°C，聲強544. 59W/cm2，提取時間80分鐘。4)、將步驟3)所得的提取后產(chǎn)物過0. 22 ii m有機濾膜，得濾液。5)、步驟4)所得的濾液40°C減壓蒸發(fā)回收乙醇，得葉黃素的濃縮液。6)、將葉黃素的濃縮液_25°C下冷凍干燥，得到粉未狀的葉黃素。為了證明本發(fā)明的有效提取率，取10 yl步驟4)所得的濾液利用HPLC測定提取 物中全反式葉黃素的含量。采用C30類胡蘿卜素色譜柱，柱溫設(shè)為35°C，流速設(shè)為1.0ml/ min。采用梯度洗脫的方法，其中流動相由甲醇和二氯甲烷組成，A代表甲醇，B代表二氯甲 燒，具體如下A，0-5min ;78-62% A，in 5-20min ；62-58% A, in 20_32min ；以上％為 體積％，百分比中缺省的為二氯甲烷。
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雙波長紫外檢測器的檢測波長為445和474nm ；在保留時間為7分鐘，得葉黃素的吸收峰。經(jīng)外標(biāo)法計算所得葉黃素提取率為165. 1 μ g/g DW。該葉黃素結(jié)構(gòu)式如下 對比實驗3 以與實施例3完全相同的3克溫州蜜柑柑橘皮干燥后的粉末作為原 料，采用背景技術(shù)中告知的乙醇溶劑的浸提法和以正己烷為溶劑的超聲波輔助提取法進行 提??；最終得到葉黃素的提取率分別為20 μ g/g Dff和160. 8 μ g/g DW。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā) 明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容 直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種柑橘類胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方法，其特征是包括以下步驟1)、提取原料的處理以柑橘皮作為原料，將原料在40～50℃進行真空干燥，直至原料中的含水量占總重的8％～12％時停止真空干燥，得干燥后原料；將干燥后原料進行粉碎處理，得原料粉末；2)、將原料粉末放入棕色容器中，按照原料粉末乙醇為2～4g/30ml的比例加入乙醇，得提取原液；3)、利用20khz的探頭式脈沖超聲波對25～35ml提取原液進行處理，處理過程如下將探頭插入液下1cm，液面高度保持2～6cm，脈沖時間為2～7s，占空比為50％～90％，溫度-5～45℃，聲強60.51～544.59W/cm2，提取時間60～120分鐘；4)、將步驟3)所得的提取后產(chǎn)物過0.22μm有機濾膜，得濾液；5)、步驟4)所得的濾液減壓蒸發(fā)回收乙醇，得到類胡蘿卜素的濃縮液；6)、將類胡蘿卜素的濃縮液冷凍干燥，得到粉未狀的類胡蘿卜素；上述步驟1)～步驟6)均采取避光操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柑橘類胡蘿卜素的綠色超聲波輔助提取方法，包括以下步驟1)、提取原料的處理以柑橘皮作為原料，經(jīng)真空干燥和粉碎；2)、將所得原料粉末放入棕色容器中，加入乙醇；3)、利用20khz的探頭式脈沖超聲波對提取原液進行處理，處理過程如下將探頭插入液下1cm，液面高度保持2～6cm，脈沖時間為2～7s，占空比為50％～90％，溫度-5～45℃，聲強60.51～544.59W/cm2，提取時間60～120分鐘；再依次經(jīng)步驟4)～步驟6)的過濾、減壓蒸發(fā)回收乙醇、冷凍干燥；得到粉未狀的類胡蘿卜素。本發(fā)明的提取方法具有高提取率的特點。
文檔編號C07C403/24GK101863811SQ20101019045
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者劉東紅, 葉興乾, 吳丹, 孫玉敬, 張獻忠, 陳健初 申請人:浙江大學(xué)