1、毕业论文 文客久久 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 苦瓜中天然色素的提取 学 院： 学生姓名： 专 业： 药学 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 0 目录 摘要 . 1 Abstract. 2 1 前言 . 3 1.1 概述 . 3 1.2 叶绿素的理化性质 . 4 1.3 叶绿素的提取方法 . 4 1.3.1 有机溶剂萃取法 . 4 1.3.2 吸附树脂萃取法 . 5 1.3.3 超临界 CO2 萃取法 . 5 1.3.4 超声波萃取法 . 5 1.3.5 微波萃取法 . 5 1.4 超声波萃取法在色素提取中的应用 . 5 2 实验主要仪器与试剂 . 6 2.1 实验仪器 . 6
2、2.2 主要试剂 . 6 3 实验部分 . 7 3.1 提取工艺流程 . 7 3.2 试验方法 . 7 3.2.1 最佳提取溶剂的确定 . 7 3.2.2 最佳提取波长的选择 . 7 3.2.3 单因素试验 . 7 3.2.4 正交试验 . 7 3.2.5 测定方法 . 7 4 实验结果与讨论 . 7 4.1 最佳提取溶剂的确定 . 7 4.2 最适合波 长的确定 . 8 4.3 单因素试验 . 9 4.3.1 不同料液比对提取叶绿素的影响 . 9 4.3.2 温度对提取叶绿素的影响 . 9 4.3.3 不同时间对叶绿素提取的影响 . 10 4.3.4 超声波功率对叶绿素提取的影响 . 10
3、4.4 正交试验 . 11 4.5 样品测定 . 12 5 小结 . 12 参考文献 . 13 致谢 . 错误 !未定义书签。 1 苦瓜中天然色素的提取 摘要 采用 超声波提取新鲜苦瓜中的 叶绿素 。单因素实验分别考察了浸提溶剂、温度、时间、料液比、超声功率五个实验因素对苦瓜 叶绿素 得率的影响。在单因素实验的基础上进行正交实验 ,确定最佳提取溶剂，料液比，提取温度，提取时间及超声波功率，达到提取工艺的优化。结果表明超声提取苦瓜 叶绿素 的最佳提取条件为 :95%乙醇为浸提剂、料液比 1:10、温度 40 、时间 35min、超声波功率 135W。 各因素的主次关系为 料液比超声 波功率提取温
4、度提取时间。在此提取条件下 , 苦瓜 叶绿 素 的得率为 1.643%。 该工艺操作简单 , 提取时间短，色素得率高， 为苦瓜相关产品的开发、贮藏等方面提供一定的理论依据。 关键词 苦瓜；叶绿素；超声波提取法 2 The extraction of natural pigment from balsam pear Abstract using Single-factor experiment and orthogonal test to determine solvent , ratio of material to solvent , temperature ,extraction time
5、 and ultrasonic power and optimize the extraction process with the methods of ultrasonic. The results showed that the optimal conditions for the extraction by using Anhydrous alcohol as solvent were obtained as follows :the ratio of material to solvent 1:5 at 60 for 35 min and the ultrasonic power i
6、s 135W. Influential factors are ranked as: ratio of solid to solvent ultrasonic power extraction temperature extraction time. The yield of chlorophyll was 1.643%. This provided a basis for the development, storage of the Balsam pear product. Keywords balsam pear; chlorophyll; ultrasonic extraction 3
7、 1 前言 1.1 概述 苦瓜又被称为癞瓜、锦荔枝，属于葫芦科一年生草本植物。原产于亚洲南部热带地区 , 南宋时传入我国 1，现在我国南方地 区普遍种植。苦瓜具有较高的营养价值和医疗保健价值 , 它含有丰富的糖、蛋白质、 VA、 VB、 VC、果胶、胡萝卜素及钙、磷、铁、钾、镁、铜等人体 所 必需的矿物 质 元素 2。苦瓜性寒 且 无毒 , 其 根、茎、叶、花、果实 、 种子在世界各地 都有药用记载 , 具有清火明目、降血压、滋养益气 、解毒 的功效 3。近年来许研究表明 ：因为苦瓜含有苦瓜素、苦瓜甙、多肽、多糖等多种活性成分 , 故 具有降血糖、抗病毒、抗肿瘤、增强机体免疫力等功能 4-6
8、，由此受人们欢迎。另外，苦瓜的加工 产品 也已经引起研究单位以及 企业的重视，并开发出多种具有 良 好 的市场的产品。如苦瓜饮料、苦瓜胶囊、苦瓜罐头、苦瓜果酱、苦瓜保健茶、苦瓜酒等。 另外， 江苏大学开发的苦瓜保健茶、苦瓜冻干粉、苦瓜胶囊等 都 已经 达到了 产业化。从苦瓜中提取出来的纯天然叶绿素 , 可以广泛应用于食品、医药、化妆品等行业 ,也 是 非常 好的天然着色剂 , 因此对苦瓜叶绿素提取研究 ,对提高苦瓜产品质量 , 提升其附加值具有 很 重要的意义 7。 叶绿素是地球上分布最广的天然色素之一 ,属卟啉类化合物 。能 与蛋白质结合存在于植物的叶和茎中 ,是植物进行光合作用所必须的催化
9、剂 8。 从植物中提取出来的纯天然叶绿素无毒 无 害，是 我国允许使用的绿色色素之一，可广泛 地 用于食品、制药及日用化工等行业。在医药上，它不仅具有造血、解毒作用，还可以提供维生素、维持酶的活性，具有抗病强身的功效。叶绿素中含微量元素铁，是天然的造血原料；叶绿素在酶的制造、维持其活性上有重要作用，它与酶的结合，就是生命的延续过程；叶绿素是最好的天然解毒剂，能预防感染，防止炎症的扩散，还有止痛 的 功能 9。 近年来 , 人们用超声波技术 萃 取植物中的生物碱、苷类、生物活性物质、动物组织浆液的毒质等 10, 都表明 了 超声波提取比常规提取法费时少、得率高。超声提取法是对提 取过程进行超声波
10、强化处理 , 超声在生化提取中的应用最早 应 用于粉碎细胞壁以释放出其内容物。超声波是一种弹性波 , 其振动能产生强大的能量 , 给与媒质点以很大的速度和加速度 , 加速度随着声波频率的增大而增大 , 声波在植物组织细胞里 , 比电磁波穿透更深 , 停留时间也较长。大能量的超声波作用于液体使其被撕裂成很多小空穴 , 小空穴 ( 又称微气压泡 ) 闭合时产生高达几千个大气压的瞬时压力 , 作用于叶肉组织 , 称为空化。空化可加速植物中的有效成分进入溶剂 , 增加有效成分的提取率 11-12 。除空化作用外 , 超声波还具有 机械振动、乳化、扩散、击碎等多级效应 , 有利于使植物中 的 有效成分转
11、移 , 并充分和溶剂 相 混合 , 能 促进 萃取的进行 13。 超声 萃 取法与传统的提取方法比较 , 确实显示出 了 其独到的便利之处。提高了有效成分的溶出速度和溶出次数， 并 缩短了提取时间 ，而且 节省了溶剂的消耗、使提出率升高。因而在小型实验室里可以广泛用之 14。 本文通过超声波的方法提取苦瓜中的天然叶绿素 , 可以为苦瓜相关产品的开发、贮藏等4 方面提供一定的理论依据。 1.2 叶绿素的理化性质 目前存在的食用色素包括天然色素和合成色素，合成色素色泽鲜艳，价 格低廉，但是有些具有毒性。随着人们健康意识上的日渐提高，无毒无污染的天然色素越来越受人们青睐。其中， 天然的叶绿素是植物进
12、行光合作用的主要色素，是生命的基石。从植物中提取出来的纯天然叶绿素无毒害无污染，可广泛 应用于食品药品及日用化工等 行业。在医学上，叶绿素具有造血功能，解除体内药物残渣，养颜美肤，以及降解胆固醇的作用。 叶绿素的结构为一个镁和四个吡咯环上的氮结合以卟啉为骨架的绿色色素的总称 15。分子由两部分组成的：核心部分是一个卟啉环，其功能是光吸收；另一部分是一个很长的脂肪烃侧链，称为 叶绿醇 ，叶绿素用这种侧链插入到类囊体膜。与含铁的血红素基团不同的是，叶绿素卟啉环中含有一个镁 原子 。叶绿素分子通过卟啉环中 单键 和 双键 的改变来吸收可见光。 叶绿素属于脂溶性化合物，不溶于水，而溶于有机溶剂，如 乙
13、醇 、 乙醚 、丙酮、氯仿等。高等植物叶绿体 中的叶绿素主要有叶绿素 a 和叶绿素 b 两种。叶绿素 a 和 b 仅在吡咯环 上的附加 基团 上有差异：前者是 甲基 ，后者是甲醛基。它们不溶于水，而溶于有机溶剂，如乙醇 、 乙醚 、丙酮、氯仿等。叶绿素 a 分子式 ： C55H72O5N4Mg；叶绿素 b 分子式： C55H70O6N4Mg。在颜色上，叶绿素 a 呈蓝绿色，而叶绿素 b 呈黄绿色 17。 从 化学性质 上 来说，叶绿素是叶绿酸的 酯 ，能发生 皂化反应 。 而 叶绿酸是双羧酸，其中一个 羧基 被甲醇所酯化，另一个被叶醇所酯化。卟啉环中的镁原子可被 氢离子 、 铜离子 、锌离子所
14、置换。用酸处理叶片，氢离子易进入叶绿体，置换镁原子形成去镁叶绿素，使叶片呈褐色。去镁叶绿素易再与铜离 子结合，形成铜代叶绿素，颜色比原来更稳定 16。人们常根据这一原理用醋酸铜处理来保存绿色植物标本。 叶绿醇是亲脂的 脂肪族 链，由于它的存在而决定了叶绿素分子的脂溶性，使 其 溶于丙酮、 酒精 、乙醚等有机溶剂中。 叶绿素 在光下易被氧化而退色 ， 与碱 会 发生皂化 反应。 叶绿素很不稳定，光、酸、碱、氧、氧化剂等都会使其分解。酸性条件下，叶绿素分子很容易失去卟啉环中的镁 而 成为去镁叶绿素。叶绿素 溶液 能进行部分类似光合作用的反应，在光下使某些化合物氧化或还原。人工制备的叶绿素膜在光下能
15、产生光电位和光电流，也能催化某些 氧化还原反应 。 1.3 叶绿素的提取方法 1.3.1 有机溶剂萃取法 有机溶剂提取法是目前从动植物中提取色素的一种普遍常用的方法。常用乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、异丙醇、二氯甲烷等有机溶剂提取叶绿素。料液比 (g/ml)1 6 至 1 40，萃取温度在 50 85 ，时间 2 5 h。金属取代反应常用 10硫酸或盐酸盐溶液，取代温度 5080 ，反应时间 1 4 h18。相对而言，有机溶剂提取法萃取剂便宜，设备简单，操作简单易行，提取率较高。但由于通过该法提取的某些产品存在纯度较低及溶剂残留等缺点，影响5 了其 应用范围 19-20。 1.3.2 吸附树脂萃取
16、法 树脂萃取法 可 避免使用低沸点有机溶剂，工艺路线短，设备简单，操作方便，产品纯度高等优点。萃取过程 如下 ：干燥植物碎叶 有机溶剂提取 金属置换 树脂吸附 乙醇淋洗 脱脂剂解吸 减压浓缩 真空干燥 产品。但此方法步骤较为繁琐，应用的较少。 1.3.3 超临界 CO2 萃取法 超临界二氧化碳流体萃取是近一二十年发展起来的一种新型物质分离、精制技术。它兼备有气体低粘度、高扩散和流体的高密度、大溶解度两方面的特点 21。超临界 CO2 萃取过程：植物叶粉末 超临界 CO2 萃取 减压 分离 产品。该法具有萃取温度低、传质速度好、萃取速度快等特点。另外 CO2 惰性无毒、价廉易得，保证了被提取物的
17、纯天然特性。但 是 因为技术尚不完善、设备复杂且昂贵、运行成本高等问题，使这种 提 取方法在该领域的发展和应用受到了一定的限制。 1.3.4 超声波萃取法 超声波能产生并传递强大的能量。大能量的超声波作用在液体里 , 在振动处于稀疏状态时 , 声波在植物组织细胞里比电磁波穿透更深 , 停留时间也更长 , 使液体被击成很多的小空穴。这些小空穴一瞬间就闭合 , 闭合时产生高达 3000MPa 的瞬间压力 , 即产 生空化作用使植物细胞破裂。 另 外 , 超声波还具有机械振动、乳化扩散、击碎等多种效应 , 有利于植物中有效成分的转移、扩散 以 及 萃 取 22。 影响提取率的因素主要有 : 提取剂、
18、料液比、萃取温度、超声波功率、超声波处理时间和超声波处理次数。超声提取法具有省时、节能、提取率高等优点 ，由于 传统的溶剂 提 取法。 1.3.5 微波萃取法 微波萃取是基于微波加热的选择性、瞬时性和高效性 并 控制适宜的微波条件而实现的。工艺 流 程 为 ：干燥碎叶 溶剂溶解 微波处理 过滤 蒸发浓缩 成品。微波萃取法具有高选择性、溶剂用量少能耗低升温均 匀速率快等 优 点。 但 目前微波萃取基本上还停留在实验室小样品的提取及分析 。 1.4 超声波萃取法在色素提取中的应用 由于超声波 萃取 方法具有省时高效等 优点 ，近年来，超声波萃取法在提取植物天然色素方面应用非常广泛。 王长瑞等将超声
19、波用于酶法血红素的提取 , 并研究各单因素对血红素产率和水解度的影响 , 通过二次正交组合试验得出最佳工艺条件 : 料液比 1 :5、超声波功率 185.34W、处理时间 8.76min, 结果血红素含量优化前后分别为 0. 4213g 和 0. 7328g, 提高了 0. 3115g, 水解度提高了 6%, 超声波缩短了破碎细胞的时间并提高产物得率 23。 6 王立娟在超声波功率 为 400W、处理 3 次、每次 20min、乙醇和丙酮 的 混合液为提取剂的条件下 , 提取紫丁香树叶的叶绿素 , 提取率能达到 91.85%左右 , 比传统提取法高 17.13%, 说明超声波的作用效果明显 2
20、4。 吴素萍 , 王萍用超声波提取长枣红色素，通过单因素试验和正交试验得到的最佳工艺参数 : 粉碎度 60 目 , 处理温度 50 , 时间 30min, 超声功率 60W, 乙醇体积比为 1： 3, 在此条件下长枣色素得率为 12.5%, 色素呈橙红色 , 浸膏状 25。 茹宗玲等利用超声波作用提取月季花黄色素 , 考察影响黄色素提取率的因素。结果表明 , 超声波作用下提取月季花黄色素的最佳工艺条件为 : 80%乙醇、 pH 值 2. 0、料液比 1:20、时间 30 min、提取级数 3 级。该条件下提取率为 30. 4%, 色价为 7. 31。该研究结果为月季花的高效利用提供依据 26。
21、 李宇亮等先用微波破碎桑叶细胞壁 , 再用超声波提取其中的黄酮 , 提取率达 96.9%, 纯度达 95.13%, 与传统的煎煮法相比 , 该方法提取物质成本低、产物产率高、纯度高 27 。 超声波还可用于提取 蓝靛果色素、板栗壳色素、苋菜色素、紫甘蓝色素、白刺果籽中原花青素、黑糯玉米芯色素、乐山古荔枝果皮色素、爬山虎叶红色素、一串红红色素、香樟籽色素、地黄色素、仙草色素、茄子皮红色素、大花葵红色素、荞麦壳色素、乌饭树叶色素、虎皮兰色素、火棘果红色素、短梗五加果色素、黑果枸杞色素、越橘果花色苷等。 2 实验主要仪器与试剂 2.1 实验仪器 仪器名称 厂家 UV-1100 型紫外可见分光光度计
22、上海美普达仪器有限公司 SK3210LHC 超声波 清洗器 上海科导超声仪器有限公司 BS110S 型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司 EYELAN-1001-WA 旋转蒸发仪 上海爱朗仪器有限公司 2.2 主要试剂 试剂（规格） 厂家 无水乙醇（分析纯 A.R） 国药集团化学试剂有限公司 95%乙醇（分析纯 A.R） 国药集团化学试剂有限公司 丙酮（分析纯 A.R） 国药集团化学试剂有限公司 乙醚（分析纯 A.R） 上海马陆制药厂 石油醚（分析纯 A.R） 中国石化集团 7 3 实验部分 3.1 提取工艺流程 苦瓜 挑选 清洗 去蒂去瓤 切碎 研磨 浸提 过滤 测量 蒸发浓缩 称量 。
23、 3.2 试验方法 挑选没虫害、没腐烂、外形整齐、大小相近的苦瓜。清洗干净并沥干水分后，去蒂、去瓤、切碎。然后每份各称取 5.0g，称取若干份进行研磨，研磨后置于锥形瓶中备用。 3.2.1 最 佳提取溶剂的确定 苦瓜 样品 分别加入水、石油醚、乙醚、 95%乙醇、无水乙醇、丙酮，放入超声波清洗器在室温下进行超声处理，抽滤，用容量瓶进行定容，定容后用紫外可见分光光度计进行测量，确定最佳提取溶剂。 3.2.2 最佳提取波长的选择 苦瓜 样品 加入溶剂 后 在室温下进行超声萃取 ,抽滤后用容量瓶定容，于紫外可见分光光度计进行 640-680nm 进行测量，确定最佳提取波长。 3.2.3 单因素试验
24、苦瓜 样品 分别按料液比 1:5、 1:10、 1:15、 1:20、 1:25，温度 20-60 ，时间 10-60min，超声功率 90-150W 进行超声波萃取， 过 滤，定容，于紫外可见分光光度计测量。 3.2.4 正交试验 选取单因素试验中 各 因素的三个最佳水平进行正交试验 的 设计，按 L9(34)正交试验设计表进行试验，进一步优化实验条件，以及 确定 各因素的主次关系。 3.2.5 测定方法 以正交试验优化得出的最佳工艺对叶绿素进行提取，粗提液用旋转蒸发仪进行纯化，得到纯度较高的半固态浆状色素提取物，称重计算得率。 4 实验结果与讨论 4.1 最佳提取溶剂的确定 5g 苦瓜中分
25、别加入水、石油醚、丙酮、乙醚、 95%乙醇、无水乙醇各 50mL，设定超8 声波功率为 150W,在室温下萃取 20min，然后过滤定容至 50mL。以 提取 剂为参比，用 1cm比色皿在 664nm 处测定吸光度值，结果如图 1. 00.020.040.060.080.10.120.14水 石油醚 丙酮 乙醚 95%乙醇 无水乙醇提取剂吸光值图 1 不同溶剂的提取效果 由图 1 可知，几种溶剂的影响各有不同，丙酮，乙醇，无水乙醇效果比较接近，另外考虑到获得产品的安全使用，不宜用丙酮 作 提取 剂 。 另外，考虑到提取剂成本， 所以提取的最佳溶剂为 95%乙醇。 4.2 最适合波长的确定 以 95%乙醇为溶剂，料液比 1:10，室温下进行超声萃取 20min，超声功率为 150W，过滤定容后用紫外可见分光光度计在 640-680nm 进行测量，确定最佳测量波长为 664nm，结果见图 2。 0.250.30.350.40.450.50.55640 644 648 652 656 660 664 668 672 678波长/nm吸光值图 2 不同波长的效果 由图 2 可知，吸光度随波长的升高而升高，到达 664nm 的时候达到峰值，然后慢慢下降，故最适合提取波长为 664nm，后续试验中紫外可见分光光度计的波长设为 664nm。
