CN109053519A - 一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明申请属于藻类提取技术领域，具体公开了一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，包括以下步骤：(1)将藻株制成干粉；(2)将藻粉加入提取溶剂中，随后进行超声,所述提取溶剂至少包括两种有机溶剂；(3)将步骤(2)超声后的提取溶剂进行离心分离，取上清液；(4)将步骤(3)得到的上清液进行定容，并经有机滤膜过滤，最后通过HPLC测定叶黄素浓度，计算得率。本方法条件温和，溶剂使用量较少，不易造成产物分解。
Description
技术领域
本发明属于藻类提取技术领域，具体公开了一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法。
背景技术
栅藻是一种真核绿藻，有一层较厚的细胞壁，需要充分破碎细胞壁使色素充分溶出，工业上常用球磨法、匀浆法等先将细胞进行机械破碎，而后用有机溶剂浸提提取，优点是破碎效果好，处理量大，缺点是条件粗放，需要大量溶剂，过强的剪切力和加热会使产物分解造成浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，以解决现有栅藻提取方法条件粗放，需要大量溶剂，容易使产物分解的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：
一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，包括以下步骤：
(1)将藻株制成干粉；
(2)将藻粉加入提取溶剂中，随后进行超声,所述提取溶剂至少包括两种有机溶剂；
(3)将步骤(2)超声后的提取溶剂进行离心分离，取上清液；
(4)将步骤(3)得到的上清液进行定容，并经有机滤膜过滤，最后通过HPLC测定叶黄素浓度，计算得率。超声提取法和传统的有机溶剂浸提法提取率更高，作用时间短，节约溶剂，清洁环保，符合绿色生产的理念，是非常有前景的提取方式，目前广泛应用于实验室提取，实现工业化生产有赖于大型超声装置的研发，提高处理量。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：
本申请采用混合的有机溶剂对藻粉进行浸提，并通过超声波振荡产生剪切力破坏细胞壁，使胞内物质充分溶出，提高藻粉的提取效率，提取方法温和，溶剂使用量较少，不易造成产物分解。
进一步，所述有机溶剂包括甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和二甲亚砜。上述溶剂价廉，容易获取。
进一步，所述提取溶剂体积比为甲醇：二氯甲烷＝3:1，上述提取溶剂对叶黄素的提取效率较佳。
进一步，所述料液比＝2:1，在料液比＝2:1时，提取溶剂对叶黄素的提取效率较佳。
进一步，所述超声功率为135W，超声时间为20min。上述超声条件下，提取溶剂对叶黄素的提取效率较佳。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，包括以下步骤：
(1)将藻株经冷冻干燥制成干粉；
(2)将20mg的藻粉加入提取溶剂(甲醇：丙酮的体积比＝1:1)40ml中，超声功率为135W，超声时间10min，工作模式为1s/3s(即超声1s，间歇3s)。
本申请有机溶剂包括甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和二甲亚砜，并且提取溶剂包括以上两种有机溶剂。
(3)将步骤(2)超声后的提取溶剂进行低温离心分离(转速为12000rpm，离心时间为10min)，取上清液；
(4)将步骤(3)得到的上清液进行定容，并经有机滤膜过滤，最后通过HPLC测定叶黄素浓度，计算得率。
实施例2-实施例24
实施例1-10的区别仅在于所用到的提取溶剂种类不同，实施例11-13的区别仅在于超声功率，实施例14-18的区别仅在于超声时间，实施例19-21的区别仅在于所用到的有机溶剂比例不同，实施例22-24区别仅在于料液比不同，实施例2-实施例24具体参见下表1。
表1
| 试验组 | 提取溶剂(体积比) | 超声功率(W) | 超声时间(min) | 料液比(藻粉质量/提取溶剂体积) |
| 实施例1 | 甲醇：丙酮＝1:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例2 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例3 | 甲醇/氯仿＝1:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例4 | 甲醇/乙酸乙酯＝1:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例5 | 乙酸乙酯/氯仿＝1:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例6 | 甲醇＝20ml | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例7 | 乙醇＝20ml | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例8 | 丙酮＝120ml | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例9 | 二氯甲烷＝20ml | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例10 | 二甲亚砜＝20ml | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例11 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 45 | 10 | 2:1 |
| 实施例12 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 90 | 10 | 2:1 |
| 实施例13 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 180 | 10 | 2:1 |
| 实施例14 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 5 | 2:1 |
| 实施例15 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 15 | 2:1 |
| 实施例16 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 20 | 2:1 |
| 实施例17 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 25 | 2:1 |
| 实施例18 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 30 | 2:1 |
| 实施例19 | 甲醇：二氯甲烷＝2:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例20 | 甲醇：二氯甲烷＝3:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例21 | 甲醇：二氯甲烷＝4:1 | 135 | 10 | 2:1 |
| 实施例22 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 10 | 1.5:1 |
| 实施例23 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 10 | 1:1 |
| 实施例24 | 甲醇：二氯甲烷＝1:1 | 135 | 10 | 1:2 |
| 实施例25 | 甲醇：二氯甲烷＝3:1 | 135 | 20 | 2:1 |
结论
(1)传统的提取方法多采用一元纯溶剂，本申请选取多种有机溶剂配制二元复合溶剂，在相同条件下提取，以叶黄素得率为评价标准，选取几种常用的强极性和弱极性的纯溶剂与新配制的复合溶剂进行对比，确定最佳提取溶剂。叶黄素为含有两个羟基的脂溶性色素，因而叶黄素的极性比其他类胡萝卜素的极性要强，根据相似相溶的原理，不同溶剂之间提取效果差别很大，有机溶剂极性的差异决定了提取溶剂对不同色素提取的选择性，
实施例1(提取溶剂为甲醇和丙酮)和实施例4(提取溶剂为甲醇和乙酸乙酯)对叶黄素选择性较好，其他色素含量少。
实施例2、实施例11-25(提取溶剂为甲醇和二氯甲烷)对叶黄素的提取得率较高。另外，叶黄素含量随着溶剂中甲醇所占的比例的增大先是显著上升后略有下降。当甲醇:二氯甲烷＝2:1时叶黄素含量最大。在二氯甲烷/甲醇的体系中甲醇的极性强于二氯甲烷，甲醇占比越大溶剂极性越强，因为叶黄素虽然属于类胡萝卜素都是脂溶性的，但含有两个轻基使得它的极性比其他大多数类胡萝卜素较强。根据相似相容原理，混合溶剂的比例存在某一点对叶黄素的溶解度最高。但考虑到甲醇的价格比二氯甲烷低，提取液中甲醇含量应尽可能高，甲醇:二氯甲烷＝＝3:1时，叶黄素含量下降不显著(P>0.05)。综合提取效果和成本，选择实施例25(甲醇：二氯甲烷的体积比＝3:1)为最佳提取剂。
实施例3(提取溶剂为甲醇/氯仿)能提取出其他溶剂不能提取的一些色素；实施例10(提取溶剂为二甲亚砜)，对细胞渗透性好，能与水和许多有机溶剂互溶，能提取多种色素，但是对叶黄素的选择性较差，而且由于其带有特殊气味，凝固点高，回收困难，所以不适合作为大量提取叶黄素的溶剂，可以考虑作为调节剂少量加入或用于全色素的提取分析。
(2)叶黄素含量随着超声功率的增大先是上升，90W时达到最大，继续增大功率叶黄素含量明显下降。由于超声波的强度由超声功率决定，功率越大，机械效应和空化效应越强，在一定范围内能加快细胞破碎和叶黄素在溶剂中的传质速率，但是叶黄素性质不稳定，功率过大时由于分子摩擦和热效应过强破坏叶黄素结构，导致含量下降，而且功率过大耗能也增大，仪器也容易受到损害，综合考虑各种因素，最佳功率应控制在90W左右。
(3)随着超声时间的延长叶黄素含量升高，20min时达到最大，继续延长超声时间含量反而下降。这是因为如果超声时间太短，细胞不能完全破碎，由于细胞壁的阻隔叶黄素不能充分溶出。在一定范围内超声时间越长越有利于细胞破碎和叶黄素的溶解，但是由于超声波的热效应，作用时间过长导致温度升高，会破坏叶黄素的结构或产生其他反应，造成含量下降，因此超声时间20min左右为宜。
(4)叶黄素含量受料液比影响较大。随着溶剂的增加叶黄素含量有所上升，当料液比为1.5:1时达到最大为3.1mg}g'}，继续增加溶剂的量叶黄素含量反而下降，这是由于溶剂不足时叶黄素很快达到饱和不能继续溶解于溶剂，相同的提取时间内溶剂越多越有利于叶黄素溶出，但是溶剂的量过大造成体系相对增大弱化了超声的强度，含量反而下降不利于提取，而且造成溶剂的浪费，综合提取效果和成本，最佳的料液比应为1.5:1左右。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (5)
1.一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将藻株制成干粉；
(2)将藻粉加入提取溶剂中，随后进行超声,所述提取溶剂至少包括两种有机溶剂；
(3)将步骤(2)超声后的提取溶剂进行离心分离，取上清液；
(4)将步骤(3)得到的上清液进行定容，并经有机滤膜过滤，最后通过HPLC测定叶黄素浓度，计算得率。
2.如权利要求1所述的一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和二甲亚砜。
3.如权利要求2所述的一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，其特征在于，所述提取溶剂体积比为甲醇：二氯甲烷＝3:1。
4.如权利要求3所述的一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，其特征在于，所述料液比＝2:1。
5.如权利要求4所述的一种超声提取工艺提取斜生栅藻中叶黄素的方法，其特征在于，所述超声功率为135W，超声时间为20min。
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|---|---|---|---|---|
| CN110804323A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-18 | 葛定军 | 一种类胡萝卜素提取方法 |
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| CN1786148A (zh) * | 2004-12-10 | 2006-06-14 | 中国科学院海洋研究所 | 微藻细胞破壁方法 |
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