1、 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 松叶 色素 的 超声 提取及其 粗提物 抗氧化性研究Study on Ultrasonic Extraction of Pigment in Matsuba and Its Crude Extract Antioxidant Activity 学院名称： 化学与环境工程学院 专业班级： 应用化学 09-1 学生姓名： 学 号： 200905030009 指导教师姓名： 指导教师职称： 教授 2013 年 5 月 毕业论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业论文，是我个人在指导教师
2、的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表 或公布过的研究成果，也不包含我为获得 安阳工学院 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业论文的规定，即：按照学校要求提交毕业论文的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学 校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下
3、，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 目 录 摘要 . I Abstract . II 引 言 . 1 第一章 绪论 . 2 1.1 研究的背景和意义 . 2 1.2 国内外研究现状分析 . 2 1.2.1 天然色素及其开发利用现状 . 2 1.2.2 松叶的概述及发展现状 . 7 1.3 本课题研究的目的和意义 . 8 第二章 超声提取松叶色素的工艺探究 . 10 2.1 实验材料及仪器 . 10 2.1.1 实验材料 . 10 2.1.2 实验仪器 . 10 2.2 实验方法 . 10 2.2.1 超声提取工艺流程 20 . 10 2.2.2 单因素实验 . 10 2
4、.2.3 正交试验 . 11 2.2.4 提取级数的确定及产率的计算 . 11 2.3 结果与讨论 . 11 2.3.1 最大吸收波长的确定 . 11 2.3.2 单因素实验分析 . 11 2.3.3 正交试验结果分析 . 14 2.3.4 提取级数的确定 . 15 2.3.5 产率的计算 . 15 第三章 松叶粗提物的抗氧化性研究 . 16 4 3.1 实验材料及仪器 . 16 3.1.1 实验材料 . 16 3.1.2 实验仪器 . 16 3.2 实验方法 . 16 3.2.1 松叶粗提物清除超氧阴离子自由基（ O2-）能力的测定 . 16 3.2.2 松叶粗提物清除羟基自由基（ OH）能
5、力的测定 . 16 3.3 结果与讨论 . 17 3.3.1 松叶粗提物清除超氧阴离子自由基（ O2-）能力 . 17 3.3.2 松叶粗提物清除羟基自由基（ OH）能力 . 19 结 论 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 I 松叶中色素的超声提取及其粗提物抗氧化性研究 摘要 ： 本论文对松叶色素的超声提取工艺和其粗提物清除自由基作用进行了研究。采用单因素实验方法，考察了乙醇浓度、提取时间、料液比、温度等因素对提取效果的影响，根据单因素实验结果设计了正交试验，确定超声提取松叶色素的最佳提取工艺：溶剂为 95%乙醇、提取温度为 40、提取时间为 20min、料液比为 1:30。用最
6、佳提取工艺对原料进行多级提取，确定提取级数为三级。在 此工艺条件下 ， 超声波法提取 松叶 色素的提取率可达29.06%。 采用邻苯三酚氧化法测定粗提物清除超氧自由基的能力， 结论表明，松叶粗提物对超氧自由基有一定的清除作用 ，清除率随浓度的增加而增大，随时间的增加而减小。采用邻二氮菲法测定粗提物清除羟基自由基能力，结果表明，松叶粗提物对羟基自由基清除效果随着浓度增加而增加。 关键词： 松叶 超声提取 色素 抗氧化性 II Study on Ultrasonic Extraction of Pigment in Matsuba and Its Crude Extract Antioxidant
7、 Activity Abstract： Ultrasonic extraction of the pigment extract of pine and its free radical scavenging action done related research. Using the single factor experiment method, the effects of alcohol concentration, extraction time, ratio of material to liquid, temperature on the effects of extracti
8、on, according to the result of single factor orthogonal test design, determine the optimal ultrasonic extraction process of leaf pigment: solvent was 95% ethanol, extracting temperature was 40 , extraction time 20min, ratio of material to liquid 1:30. Multistage extraction of raw materials with the
9、best extraction process, determine the extraction series three. Under these conditions, the extraction rate of the pigment extracted from pine needles up to 29.06% ultrasonic method. Determination of capacity, crude extract to scavenge superoxide radicals by the adjacent benzene three phenolic oxida
10、tion conclusion: pine needle extract has a scavenging effect on the superoxide free radical, scavenging rate with the concentration increasing, and decreases with the increase of time. The two adjacent phenanthridine method for the determination of crude extract of hydroxyl free radical scavenging a
11、bility, conclusion: leaf extracts on hydroxyl free radical scavenging effect increases with increase of concentration. Key words: pine; ultrasonic extraction; pigment; antioxidant activity 1 引 言 色素是食品添加剂的重要组成部分，可用于果汁、汽水、酒、糕点、糖果、罐头、冷饮等食品的着色，以改善食品的外观品质，也可用于日用化工产品如牙膏等的添加剂，在医药化工业用作药片外衣的着色，还可用于化妆品的着色。目前常
12、用的食品色素包括两类：天然色素与人工合成色素。天然色素来自天然物，主要由植物组织中提取，也包括来自动物和微生物的一些色素。人工合成色素是指用人工化学合成方法所制得的有机色 素 ， 主要是以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成的。 与天然色素相比，合成色素具有色泽鲜艳、着色力强、稳定性好、易于溶解调色、成本较低、可人工控制其生产过程和工艺、容易改变其发色基团等优点 1。自 1856 年英国人Sir William Henry Perkins2发明了第一个合成色素苯胺紫之后，人工合成色素迅猛发展，很快就取代了天然色素，在食品、医药等行业得到普遍应用。 随着 近代化学的发展，化学合成色素在很大范围内
13、主宰了色素市场。 进入 20 世纪后，随着毒理学和分析化学的不断发展，人类对合成色素展开了 深入的研究，发现很多合成色素长期使用对人体有毒副作用，某些合成色素可损害人体亚细胞结构，干扰多种活动性酶的正常功能，引起腹胀、腹痛、消化不良等症状，有的甚至有致癌或诱发染色体变异的作用 1。如人工色素 “ 苏丹红 ” 等在食品中非天然存在，如果食品中含量过高，则容易诱发肿瘤，特别是它的一些代谢产物是人类的可能致癌物。在上世纪五十年代曾用于食品着色的 100 余种合成色素中，有 25 种以上具有致癌毒性，至今禁用的已有约 60 余种。而天然色素在食用和药用 方面 仍有着不可替代的作用 ，可望逐渐代替化学
14、合成 色素。因此，世界卫生组 织颁发了一系列法规和条例，禁止使用大多数种类的合成食用色素 ； 很多国家和地区也都限制使用合成色素的种类和数量 ； 我国也在葡萄酒、饮料等行业严禁使用合成色素。在此形势下，世界各国开始重视天然色素和无毒无害食品添加剂的开发与应用，并很快掀起了开发天然色素的高潮。 2 第一章 绪论 1.1 研究的背景和意义 随着人类回归自然意识的日益增强以及对合成色素危害性认识的逐步加深，天然色素的优点越来越受到重视。天然色素不仅可以广泛的用作食品、日用化学品和药品等产品的着色剂，还具有一定的药用价值。 消费者对纯天然食品 的兴趣日益增加，天然色素在市场上的份额 也 迅速增加。据预
15、测 ， 在未来的几年天然色素每年将以 510%的速度增加。 天然色素的开发和利用已成为当今社会色素的发展趋势。 松叶是松树加工中的废弃物，随着近年来松树的迅速发展，废弃松叶数量日益增加，造成极大的资源浪费。从松叶中提取色素不仅有利于提高松树的综合利用价值，也是获取天然色素的重要途径，有着广阔的发展和应用前景。目前对松叶色素的提取及其性质已有一些尝试，但还没有真正意义上的松叶色素产品，函待开展相关工作。 因此，在以上背景下提取松树的色素和研究其性质具有重要意义。 1.2 国内外研究现状分析 1.2.1 天然色素及其开发利用现状 （ 1）天然色素的概念和特性 天然色素是指从自然界生物体中提取并经过
16、精制而获得的产品，具有安全、色调色彩自然、来源相对丰富及对环境的无污染等优点。天然色素广泛存在于多种生物体，按其功效成份分类，主要有类胡萝 卜 素类色素、黄酮类色素、花青 素 类色素、叶绿素类色素等；根据其来源划分，主要包括矿物色素、植物色素、动物色素、微生物色素等。颜色包括红、绿、黄、蓝、黑、棕等多种类型。矿物色素大多对人体有害，己不再用于食品的着色；植物色素是天然色素应用 最多的一类，其使用非常广泛，已被广泛应用于饮料、糖果、糕点、酒类等食品和医疗保健品、化妆品的着色 ； 动物、微生物色素的应用较少。 天然色素是生物体生长、代谢等过程的结果，因此具有某些与生物学相关的特性 3。绝大多数天然
17、色素无毒、副作用 (一般经动物急性毒理实验验证 )，安全性高，对人体的危害较小。很多食用天然色素还含有人体所必须的营养物质或其本身就是维生素或具有维生素性质的物质，具有明目提神、降低血脂、稳定血压、延缓衰老、防癌治癌等许多对人体有益的药理作用，如胡萝 卜 素可防止人体维生素 A 的缺乏症和干眼病等 。 天然色素的着色色调比较自然，更接近于天然物质的颜色，有的品种还具有特殊的芳3 香气味。但天然色素种类繁多，性质复杂，就一种天然色素而言，应用时专用性较强，应用范围较窄。绝大部分天然色素对光、热、氧、金属离子、 pH 值等很敏感，如花青素在酸性时呈红色，中性时呈紫色，碱性时呈蓝色，因而稳定性与着色
18、力较差，染色不易均匀。 由于绝大多数天然食用色素具有许多不利的性质，因而使其在应用中受到一定的限制，这也是人们在开发研究天然食用色素中最关切的问题，己成为天然食用色素研究的热点。 （ 2）天然色素的提取 天然色素的获得和生产主要有 3 条途径：一是直接提取；二是人工合成；三是利用生物技术生产。目前绝大多数品种的天然色素是采用直接提取方法生产的。由于生物合成代谢的复杂性，许多天然色素物质很难在人工控制下化学合成，人工合成的方法只能生产极个别的具有天然色素化学组成和分子结构的物质，如胡萝 卜 素等 1。 天然色素的提取方法大致有溶剂提取、超声提取、微波萃取、超临界流体萃取、生物技术生产 法 以及破
19、碎提取法， 1 溶剂浸提 这是目前最常用的天然色素的提取方法。其基本原理是利用各种 溶剂萃取天然色素原料，使色素溶解而进入溶液，这是一种固 -液萃取过程。选用的溶剂要对色素成分溶解度大，对杂质溶解度小。一般来说，脂溶性色素用亲脂性有机溶剂提取，水溶性色素用水或亲水性有机溶剂提取 4。影响萃取的因素很多，包括原料本身的性质，溶剂的性质及固液比、提取温度、时间、次数、原料与溶剂接触情况等。过程包括原料预处理、破碎、浸提、过滤、浓缩、冷冻干燥等工艺。 2 超声提取 超声波是频率在 20KHz 以上的声波，它不能引起人的听觉，是一种机械振动在媒质中的传播过程，具 有聚束、定向、反射、透射等特性，它在媒
20、质中主要产生两种形式的振动即横波和纵波，前者只能在固体中产生，而后者可在固、液、气体中产生 6-8。 超声波在媒质中传播可使媒质质点在其传播空间内进入振动状态，强化溶质扩散、传递，即超声波机制。超声波在媒质质点传播过程中其能量不断被媒质质点吸收变成热能，导致媒质质点温度升高，即超声波热学机制。同时当大量的超声波作用于提取介质，振动处于稀释状态时，介质被撕裂成许多小空穴，这些小空穴瞬时闭合，闭合时产生高达几千大气压的瞬时压力，即空化现象 9。 超声提取技术是以超声波辐 射压强产生的机械效应、热效应、空化效应及超声波的次级效应加速欲提取成分的扩散、释放并充分与溶剂混合，利于提取的一种新型提取方法。
21、 4 这种方法目前在中草药化学成分的提取中应用的较为广泛，它是利用超声具有空化、粉碎、搅拌等特殊作用，对植物细胞进行破坏，使溶剂渗透到植物的细胞中，以便于植物中的化学成分溶于溶剂中，通过分离、提纯，获得所需的化学成分。与常规的提取方法相比，超声波提取法具有实验设备简单、操作方便、提取时间短、产率高、无需加热、低温提取有利于有效成分的保护等优点。 李云雁 10运用超声波技术从板栗壳中提取 棕色素 ， 得到优化的工艺参数为 :提取温度为 70 、超声提取 2 次、每次 1h，在此条件下的提取率为 64mg/g，远高于常规法 。 在对栀子黄色素提取的研究 11中发现 ， 在 150min 相同时间内
22、，超声波 （ 71W）作用下的栀子黄色素浸提率为搅拌 （ 300 r/min） 条件下的 2.38 倍。 目前超声提取技术已在油脂、蛋白质、多糖、色素等物质的提取中得到应用。 超声波提取的优点 12：提取效率高、性质稳定、节省时间、提取温度低、溶剂用量少，节省溶剂、节约能源、提取产品质量高、适用范围广、声提取过程全封闭运行，洁净卫生。 3 微波萃取法 微波是一种频率在 300MHz 至 300GHz 之间的电磁波，它具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大基本特性。微波加热利用分子极化或离子导电效应直接对物质进行加热，因此热效率高、升温快速均匀，大大缩短了萃取时间，提高了萃取效率。 4 超临界
23、流体萃取 超临界流体萃取是新兴的一项萃取分离技术。它既是提取技术，又是较理想的分离技术。根据超临界流体对溶质有很强的溶解能力，且在温度和压力变化时，流体的密度、粘度和扩散系数 随之变化，溶质的亲和力也随之变化，从而使不同性质的溶质被分段萃取出来，达到萃取、分离的目的。 5 生物技术生产天然技术 由于天然色素使用天然原料来提取，受自然条件、原料的质量、产量和价格的影响而波动。为了解决这个问题，人们开始采用生物技术来生产天然色素。采用生化技术选取含有植物色素的细胞，在人工条件下，进行培养、增殖，可在短期内培养出大量的色素细胞，然后用正常方法提取。这种方法不受自然条件的限制，能在短期内生产大量的色素。目前报道过的用植物细胞培养生产的色素有胡萝 卜素、叶黄素、单宁、黄酮体等。 6 破碎提取法 破碎提取法是一种新型的提取技术，其应用原理是在适当溶剂存在下，利用高速机械剪切力和搅拌力，迅速破坏植物细胞组织，使组织细胞内部的化学成分 （ 或有效成分 ） 与溶剂充分接触，使有效成分快速溶解转移，在很短时间内达到内外溶解平衡，然后过滤即
