CO2超临界萃取叶黄素工艺条件的优化控制

徐平如，杨忠林，邵友元

（1．东莞理工学院化学与环境工程学院，广东 东莞 523808;2．南京工业大学化学化工学院，江苏 南京 210009）

CO2超临界萃取叶黄素工艺条件的优化控制

徐平如1，杨忠林2，邵友元1

（1．东莞理工学院化学与环境工程学院，广东 东莞 523808;2．南京工业大学化学化工学院，江苏 南京 210009）

采用超临界CO2提取方法探讨了从万寿菊中提取叶黄素的最佳工艺条件。通过单因素和正交实验确定影响叶黄素萃取的因素为:时间＞温度＞压力＞CO2流量;优化工艺条件为:萃取时间3h，萃取压力25MPa，温度 55℃，CO2流量 10L·h－1，分离罐Ⅰ温度 42℃，压力 11MPa，分离罐Ⅱ温度 38℃，压力同储罐。 在该优化工艺条件下，可萃取叶黄素 824mg·（100g）－1原料，提取率达 95．7%。

万寿菊;超临界萃取;叶黄素

叶黄素（Xanthophylls）属于类胡萝卜素，是一种天然色素，其色泽鲜艳，着色力强，抗氧化性好，具有丰富的营养和保健价值，是一种广泛存在于蔬菜、花卉、水果和某些藻类植物中的天然物质，微生物等可自行合成叶黄素，但人与动物不能合成，需要从食物中获取[1]。

纯叶黄素为棱格状黄色结晶，有金属光泽，熔点183～190℃，对光和氧不稳定，需在－20℃和氮气条件下贮存[2～3]。 叶黄素分子式为 C40H56O2，分子量568．85，叶黄素分子结构如图1所示。

图1 叶黄素的结构式

目前国际市场上，1g叶黄素的价格与1g黄金相当，同时，国际上正在对叶黄素制品进行深层次、高附加值产品的开发，每深加工一次，产品价值就成10倍、100倍递增。因此，研究能实现规模化生产的萃取分离工艺，对于万寿菊深加工的开发有深远的意义;并且尽快开发国产的叶黄素产品和富含叶黄素的保健食品，对促进我国国民经济发展具有非常重大的意义。

超临界CO2流体萃取技术是食品工业新兴的一项萃取和分离技术，与传统的有机试剂法相比，采用超临界CO2流体萃取技术生产的产品无溶剂残留、无污染，可避免萃取物在高温下的热劣化，保护生理活性物质的活性，保持萃取物的天然风味等。目前超临界CO2流体萃取技术已经成功地应用到辣椒红素、番茄红素、β－胡萝卜素和栀子黄色素等天然食用色素的萃取和精制中[4～8]。

笔者以超临界二氧化碳萃取万寿菊中的叶黄素，优化超临界二氧化碳提取万寿菊中叶黄素的新工艺，以期开发出超临界二氧化碳提取万寿菊中叶黄素的新工艺。

1 实验材料与方法

1．1 材料

实验原料:万寿菊颗粒由云南曲靖博浩生物科技有限公司提供，使用前经40℃干燥，粉碎机粉碎，过0.42mm筛混匀后使用。

主要试剂及材料:CO2（纯度99%），乙醇（95%，AR），环己烷（AR）。

主要仪器:752紫外光栅分光光度计，Spectrum Lab 22可见分光光度计，1100 series LC-MSD Trap SL型高效液相色谱-质谱联用仪，HA120-50-01超临界萃取装置。

1．2 分析方法

叶黄素含量的测定:根据FAO／WHO方法[9]采用分光光度法测定样品中叶黄素含量，

1．3 实验内容

超临界二氧化碳萃取是多因素相互作用的复杂过程，探讨各单因素和多因素交互作用对萃取率的影响，可以更加清楚地了解各操作条件对超临界萃取工艺的影响，更加直观地分析此复杂过程。本实验以影响叶黄素萃取的主要参数作为输入变量，以叶黄素萃取量作为输出变量，分析超临界二氧化碳萃取工艺参数对叶黄素萃取的影响。试验中选取萃取压力、温度、流速、萃取时间为考察因素，实验因素及各实验因素的水平安排见表1。

2 实验结果与讨论

2．1 正交试验结果

按表1的实验因素及水平安排，我们设计正交实验方案L9（34）进行实验，每组实验做重复实验3次，得到9组叶黄素萃取量结果，试验数据如表2所示。

2．2 结果方差分析

我们根据表2的实验结果及数据统计计算情况进行方差分析，分析结果见表3。

根据正交试验方差分析可以得到如下结果:

（1）因子A、B、D对试验结果均有非常显著的影响，其影响程度由大到小的顺序是D＞B＞A，而因子C对试验结果没有显著影响。这说明在分离过程中影响叶黄素萃取量的主要因素是萃取时间，其次为萃取温度，最后为压力，而流量对结果没有显著影响。

（2）将各因素的不同水平对其均值K作图，如图2所示。从图2可以看出，在正交试验设定的参数范围内，随着萃取罐压力的升高，叶黄素萃取量先增加后减小，在萃取压力为25 MPa时叶黄素萃取量最多，压力的变化对萃取量的影响比较显著;萃取罐温度对叶黄素萃取量的影响与压力相同，但温度的变化对萃取量的影响比压力更大;流量相对于压力和温度而言对叶黄素的萃取量影响很小;时间的增加在前期对叶黄素的萃取影响很大，但随时间增加影响逐渐减小。

（3）根据表3的方差分析结果和图2超临界CO2萃取过程与各因素不同水平的关系，我们可以确定各因素的较优水平，即用超临界CO2萃取万寿菊中叶黄素的最优工艺条件是:萃取压力25 MPa，萃取温度 55 ℃，流量 10 L·h-1，萃取时间 3h。

（4）在萃取压力25 MPa，萃取温度55℃，流量10 L·h-1，萃取时间3h条件下得萃取叶黄素824．3 mg·（100g 原料）-1，提取率达95．7%。

3 结论

（1）超临界二氧化碳萃取万寿菊中的叶黄素是可行的，万寿菊萃取压力、温度、二氧化碳流量和时间是影响叶黄素萃取的重要因素。

（2）影响叶黄素萃取的主次因素是萃取时间＞萃取温度＞萃取压力＞流速。

（3）正交试验分析对超临界二氧化碳萃取工艺参数筛选和试验验证，得到萃取万寿菊中叶黄素的工艺参数为萃取压力25 MPa，温度55℃，流速 10 L·h-1，萃取时间 3h，在该工艺参数下，可萃取叶黄素 824．3 mg·（100g 原 料）-1， 提 取 率 达95．7%。

[1] Alexandra Alves-Rodrigues， Andrew Shao．The science behind lutein[J]．Toxicology Letters， 2004，150:57-83．

[2] 杜桂彩，郭群群，滕大为，李荣贵．高纯度叶黄素的制备及稳定性研究[J]．精细化工， 2004，21（6）:447-449．

[3] 陈志行，雷婷．天然色素叶黄素使用中的稳定性影响因素研究[J]．食品科学，2004， 25（6）:88-92．

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[6] Vasapollo G，Longoa L，Leonardo R，Loredana C．Innovative supercritical CO2extraction of lycopene from tomato in the presence of vegetable oil as co-solvent[J]．Journal of Supercritical Fluids ，2004， 29:87-96．

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[8] Macias-sanchez．Supercriticalfluid extraction of carotenoids and chlorophyll a from Nannochloropsis gadi-tana[J]．Journal of food engineering，2005，66:245-251．

[9] FAO／WHO press．Compendium of food additive specifications[M]．2001.

Optimum Control in Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Lutein from Marigold

XUPing-ru1， YANGZhong-lin2， SHAOYou-yuan
（1．School of Chemical and Environmental Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China;2．College of Chemistry and Chemical Engineering， Nanjing Univesity of Technology，Nanjing210009，China）

The extraction conditions of lutein from the marigold by supercritical carbon dioxide method were studied．The mono-factor and orthogonal experiment with the supercritical CO2extraction indicated the extraction factors decreased with a order of time＞temperature＞pressure＞flux．The duration was 3h with other preferences being 25MPa， 55℃， and the CO2flux was 12 L·h－1．The ideal separation preferences of store jarⅠwere 42℃ and 11MPa， the following store jarⅡ with 38℃ and the same pressure．The extracts arrived at 824 mg·（100g）－1， and the proportion reached 95．7%．

marigold;supercritical carbon dioxide extraction;lutein

TS201．1

A

1671-9905（2011）08-0005-03

国家自然科学基金青年基金（编号:200906014／B060306）

徐平如（1962-），男，江西人，本科，讲师，主要研究方向为应用化学及实验。地址:广东省东莞市松山湖区学院路1号东莞理工学院化学与环境工程学院，邮编:532808，电话:13669828218，Email:xuleng28＠yahoo．com．cn

2011-05-09