海带中叶绿素提取工艺及稳定性研究.pdf

第4 1卷 第4期 佳 木 斯 大 学 学 报(自 然 科 学 版)V o l.4 1N o.4 2 0 2 3 年0 7月 J o u r n a l o f J i a m u s iU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)J u l y 2 0 2 3文章编号:1 0 0 8-1 4 0 2(2 0 2 3)0 4-0 1 4 1-0 4海带中叶绿素提取工艺及稳定性研究李 萍(厦门海洋职业技术学院,福建 厦门3 6 1 1 0 2)摘 要:此次研究以海带为原料,探讨了叶绿素的提取工艺:萃取有机溶剂、吸附树脂萃取法、临超界C O2萃取法、超声萃取法以及微波萃取法。实验结果显示,采用微波-超声联合提取法提取的叶绿素,提取速度快、收率高、不需要加热,且节约能源。关键词:海带;叶绿素;提取工艺;稳定性中图分类号:T Q 9 1 4.2 文献标识码:A0 引 言叶绿素是一种天然的生物光合作用的物质,具有无毒性、可食用性,在食品、化妆品、医药等领域有着广泛的应用。一般情况下,海洋植物的叶绿素及其附属色素比陆地植物要多。同时,海洋植物生长速度快,产量大,因此,利用海洋植物提取叶绿素,可以有效地开发海洋资源,并从海洋中提取天然色素。为此,本文探讨从海带中提取叶绿素的方法。1 叶绿素的提取工艺(1)萃取有机溶剂叶绿素的提取方法主要有乙醇,丙酮,丁醇,二氯甲烷,石油醚,异丙醇,三氯乙烯等。料液比例为1:6 1:4 0,提取温度为5 0 8 5,2 5 h。在金属替代反应中,通常采用1 0%的硫酸或盐酸盐进行替代,其取代温度为5 0 8 0,反应周期为1 4 h。叶绿素类的主要成分是叶绿素铜钠盐,它是一种带有金属光泽的深绿色粉末,没有异味或轻微的氨味,具有吸湿性能,对光线和热量都比较稳定。在水中溶解,在酒精和氯仿中略溶解,在乙醚和石油醚中微溶解。提取法按其处理方式可分为研磨法和浸提法。(2)吸附树脂萃取该方法避免了低沸点的有机溶剂,缩短了生产流程,简化了设备,提高了产品的纯度。萃取工艺:从植物叶片的干燥、有机溶剂的萃取、金属的置换、树脂的吸收、酒精的冲洗、脱脂、减压、浓缩、真空干燥、产物的萃取。(3)C O2超临界萃取C O2的超临界萃取工艺为:从植物叶片粉到C O2的超临界萃取减压分离产物。本方法提取温度低,传质速度快,萃取速度快。此外,C O2是一种惰性无毒、廉价易得、对环境友好的产品。岳鹏翔等认为,采用酒精作为夹带剂,可以有效地提高提取效率。陈雪峰等以6 0,压力3 0MP a,时间6 h,料液比1 2.0(桃叶和9 5%乙醇)为最佳萃取条件。(4)超声波萃取陈正等采用超声波法对破碎、烘干的植物叶片进行萃取,获得叶绿素萃取。超声提取方法提取速度快,时间短,收率高,不需要加热,节约能源。本方法通常采用1:1或2:l的乙醇和丙酮的混合物作为萃取溶液,萃取时间2 0-3 0 m i n,料液比为1:6l:l O(g/m L)。与常规方法比较,得到的叶绿素产量增加1 5%1 8%。(5)微波萃取微波提取技术主要是通过对合适的微波环境进行控制,使其选择性、瞬时性、高效。其工艺流程为:干燥、破碎、溶于溶剂、微波消解、过滤、蒸发、浓缩、最终产品。微波萃取技术选择性高,溶剂消耗少,能耗低,升温均匀,反应速率快。王晓飞等采用微波技术对甘蔗糖厂过滤污泥中的叶绿素进行了研究,结果表明,采用超声波萃取技术,其萃取效率收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 8作者简介:李萍(1 9 8 2-),女,山东泰安人,讲师,硕士,研究方向:海洋生物学。佳 木 斯 大 学 学 报(自 然 科 学 版)2 0 2 3年和纯度分别提高了6 9.8%和1 2.1%,比传统的超声萃取方法提高了2 2.2%与1 4.0%。2 材料与方法1)材料与试剂材料:海带。试剂:9 5%丙酮,HC I溶液,醋酸锌,石油醚,氢氧化钠,硫酸镁.氯化钙,氯化铝,亚铁,硫酸盐。三氯化铁,氯化钾,硫酸铜,T B HQ,B HT,V c,V E,蔗糖,食盐,葡萄糖,E D T A,双乙酸钠,都是纯度较高的。2)仪器和设备昆山市超声仪设备有限公司;上海欣茂仪器有限公司7 3 2C可见光谱测量仪;7 5 2紫外可见光谱仪;北京普析通用仪器有限公司9 9 0原子吸收光谱仪。3)处理方式将4 9 g粉碎后的海带倒入烧杯,加入3 0 m L的有机萃取剂,用塑料薄膜密封,在室温下用2 0 0W超声波萃取2 0m i n。取8 m L滤液于分液漏斗中,加4m L石油醚,用等量的氯化钠溶液进行浸提,再用1 2 m L超纯水对有机相进行清洗,反复抽提,除去溶剂和无机物盐,合并石油醚相。将0.9 m o l/L的盐 酸1 5 m L加 入 到 石 油 醚 相 中 进 行1 5 m i n的反萃法,将各水相分离。在气体、乙炔火焰、波长2 8 5.2 n m、窄缝宽度0.2 n m、灯电流3 mA、燃烧室高度5.0 mm。用原子吸收光谱法计算了海带中的叶绿素,并用公式(1)表示。公式中:C是以被测液体中的镁的质量浓度/(u g/m L)作为标准曲线得到的;Vi是总体积I m L的混合萃取溶液;V2是每m L的去除石油醚相中的容积:V3是每m L返回萃取水相的定容容积;8 9 9.3是叶绿素a和叶绿素b(g/m o L)的平均摩尔质量:2 4是每克/m o L的M g。3 结果与分析(1)超声波萃取条件的确定1)浸出物的选用不同的萃取方法对其萃取效果有很大的差别,混合溶液的萃取效果优于单独使用。结果表明,混合液直接从海洋中提取叶绿素的效果显著改善,这是一种协同作用。通过试验,确定了A型溶液(乙醇:1:1)的浸出率。2)浸出液的配比不同的浸出剂用量对其浸出率有明显的影响。在萃取过程中,在溶质浓度与萃取液溶质浓度相同的情况下,萃取达到了平衡。在提取剂用量减少的情况下,叶绿素萃取液的吸光度降低,在3 0 m L时,其吸光度持续增加,但幅度不大。3)选取的时间在萃取前期,吸收率随时间的延长而逐渐增大,在2 0 m i n的萃取过程中,吸收量最大,随后的吸收量基本没有变化,为了节省时间,选取2 0 m i n。4)抽水能力的选取吸光率随着超声功率的增大而增大,在2 0 0W时吸收量最大。随着超声波功率的增加,吸收能力也会下降,因为它的能量过大,会对叶绿素分子产生破坏,导致萃取效率下降。因此,选择了2 0 0 W的抽取功率。5)萃取次数的选择第1次 萃 取 的 时 候,叶 绿 素 的 提 纯 量 只 有1 8%,第2次提纯率是6.8%,第3次提纯只有1.4%。因此,超声波萃取海带中的叶绿素,无需反复萃取,只需二次萃取即可。6)建立超声萃取的工艺条件采用无水乙醇和丙酮比1:1的比例作为萃取液,料液比例为2:1 5(g/m L),在室温下以2 0 0 W超声波能量萃取2次,每次2 0 m i n。(2)反萃法的选取1)反萃法中的盐酸含量选取在不同的盐酸浓度下,反萃取的镁离子含量先是增大,然后几乎不发生变化。在盐酸浓度范围内,以0.9 m o l/L为最佳反萃剂,反萃取充分,盐酸浓度不高,不会造成对金属离子的损害。本研究以0.9 m o l/L的盐酸为反萃剂。2)反萃取盐酸的配比以1 5m L的盐酸反萃效果最好,随盐酸用量的持续增大,其吸光度基本不变,因此,从实际成本考虑,采用1 5m L的反萃取液。3)选择反萃取时间采用0.9 m o l/L的盐酸以及1 5m L反萃剂,在1 5m L的条件下,吸收率最高,但随着反萃取时间的延长,其吸光率的提高并不显著。因此,为了节省时间,最佳的反萃法是1 5 m i n。4)正交试验见表1。表1 反萃取正交试验因素水平设定水平因素A盐酸浓度/(m o l/l)B反萃取时间/m i nC盐酸用量/m L10.71 01 020.91 51 531.12 02 0 从表2可见,在实验中,A2B2C3的吸收率最大,241第4期李 萍:海带中叶绿素提取工艺及稳定性研究也就是叶绿素的浓度最大。通过对R值的分析,发现A2B2C2是ABC,A2B2C2是最优的。因此 以A2B2C2作比较试验,发现A2B2C2的数值大,吸收度0.7 5 6。因此,采用0.9 m o l/l的盐酸1 5r n L反萃法对海带叶绿素的反萃取率进行了优化。表2 反萃取正交试验设计及结果实验号A空列BC吸光度111110.0 3 6222220.5 4 1333330.3 7 4K11.2 7 81.5 1 91.4 3 21.4 8 8K21.9 3 51.6 3 41.6 8 11.6 4 9K31.3 9 71.4 5 51.5 1 51.4 9 1K10.4 2 60.5 0 60.4 7 70.4 9 6K20.4 6 60.5 4 80.5 6 00.5 5 0K30.6 5 10.4 8 90.5 0 50.4 9 7R0.2 2 50.0 5 90.0 8 30.0 5 4因素主次A B C优方案A2B2C2 (3)叶绿素稳定性分析1)光照对海带叶绿素的影响光照对海带的叶绿素稳定性有很大的影响。日光对叶绿素的损害效果最明显,仅能保持2 0d紫外线的损害,其次是3 0 d的光照,对叶绿素也有一定的损害,9 0 d后仍保持绿色,但在黑暗中对叶绿素的影响微乎其微。这是因为紫外线可以促进自由基的生成,室内紫外线的浓度很低,因此室内的紫外线破坏速度比较慢,但是紫外线和红外光可以产生热量来增加温度,加快氧化过程中的自由基和其他氧化剂对叶绿素的伤害,同时长期的光照也会使叶绿素的光敏氧化分解为无色产品。张亮等人对大叶黄杨的叶绿素稳定性进行了研究,结果显示,室内外光照对叶绿素的损害最小。所以在储存和运输时,要注意避免阳光的照射。2)温度对海带叶绿素的影响在高温环境中,叶绿素分解生成的自由基在高温和氧气作用下快速降解叶绿素。在低温度下,如0,2 0,4 0等,叶绿素的吸收能力没有明显下降,这是由于低温能抑制叶绿素和叶绿素的分解,从而使叶绿素的稳定期得以延长,因此,低温是保持叶绿素品质的关键因素,这与温度对叶绿素稳定性的关系。在6 0和8 0以上的4 0以上,随温度升高,叶绿素含量明显下降。曾家豫等对紫堇叶绿素的稳定性进行了分析,结果显示:紫荆叶绿素在56 0时比较稳定,但在较高的温度下,其稳定性会下降。所以,在长期的高温下,要尽量避免产品长期处于常温下的遮光状态。3)p H值对海带叶绿素的影响在各个p H条件下,叶绿素在自然光照下的颜色都是逐渐减少的,但是p H值的降低速度却是不同的。在p H值为69的范围内,叶绿素相对稳定,在p H值为69的范围内p H值为86,最稳定,这可能是因为在酸性环境中,很容易将Z n2从叶绿素中置换出来,从而使卟啉环在酸性环境下由于没有脱锌或碳环分解,所以叶绿素在碱性环境中会转化为更稳定的绿色和叶绿酸盐,颜色相对稳定。但当碱性增加时,一些物质会发生皂化作用,从而产生强烈的氧化作用,从而加速脱酯反应,加速叶绿素的分解,而且Z n(OH)2的解离常数越低,OH-浓度越高,Z n2+就越容易从叶绿素中析出,形成不稳定的叶绿素钠。孙鹤等人对绿色植物汁中叶绿素的稳定性进行了研究,结果显示,当p H值为中性或偏微酸性时,叶绿素的稳定性最好。所以可以将适量的磷酸盐添加到海带制品中以维持微碱或中性。能提高叶绿素的稳定性。4)金属离子对海带叶绿素的影响叶绿素具有极不稳定的多不饱和双键,容易发生氧化反应。F e3+和C u2+对叶绿素的破坏效果最明显,F e3+和A I3+对海带的氧化破坏效果最明显,而C u2+则是较弱的氧化性,M g+,C a2+,K+对叶绿素没有明显的杀伤作用。因此,在制作和储存海藻制品时,要尽量避免接触铁器、铜器和铝制品。5)抗氧化成分对海带叶绿素的影响通过光氧化和游离基氧化,可以将叶绿素进一步分解成不同的无色小分子。在P.B a u r d s e t h的试验中,将抗氧化剂加入菠菜的漂白中,可以减少菠菜的油脂氧化,从而增加其对叶绿素的保留。张憋等人也确认了在植物的干燥过程中,绿叶颜色的变化与游离基有关。T B HQ和B HT都是酚类的抗氧化剂,它们能在氧化时与游离基结合,并能将自由基转化为更稳定的物质。抗氧化剂T B HQ,B HT,VC,VE的加入均能明显改善叶绿素的稳定性。另外,T B HQ在对位上多一个羟基的作用下,其抗氧化能力高于B HT。VC能很好地与氧反应,作为氧的清除剂,但在某些情况下也能促进氧化,因此它的抗氧化能力没有B HT T和T B HQ那么强。所以在海带制品的生产中,可以依据功效添加B HT,T B HQ或者添加VC,VE等营养成分来提高产品的品质。6)食品添加剂对海带叶绿素的影响蔗糖、食盐、葡萄糖对叶绿素的稳定性没有明显的影 响。乌 拉 尔 甘 草 色 素 的 稳 定 性 也 显 示4 N a C I对乌拉尔甘草色素的吸收光谱没有显著的341佳 木 斯 大 学 学 报(自 然 科 学 版)2 0 2 3年影响;添加蔗糖可以在一定程度上降解色素。而在添加葡萄糖的情况下,增加了颜色。7)结合剂对海带叶绿素的影响E D T A和双乙酸钠均可有效地保护海带的叶绿素,因为它与金属离子的结合。如果在加工海带时需要接触铁器、铜器等,可以通过加入配合物来降低叶绿素的损伤。4 结 论研究了利用超声波萃取工艺从海带中提取叶绿素的方法。该方法提取速度快,收率高,不需要加热,节约能源。结果表明,在处理样品时,光,温度,p H,F e l3+,C u2+,B HT,T B HQ,VC,VE对海带的叶绿素稳定性有明显的影响。铝制品中适当添加B HT,T B HQ,VC,VE,并在低温下保存,以进一步改善其叶绿素的稳定性,保持产品的颜色。参考文献:1 赖海涛,吕禹泽,苏国成,等.螺旋藻叶绿素的提取工艺研究J.广东化工,2 0 2 0,4 7(1):1 1-1 2.2 贾朋,钱磊,罗树凯,等.洋紫荆叶绿素含量的分布特征及与叶片氮含量的关系J.中国城市林业,2 0 1 9,1 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e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h ec h l o r o p h y l l e x t r a c t e db yt h em i c r o w a v e-u l t r a s o u n dc o m b i n e de x t r a c t i o nm e t h o dh a sa f a s t e x-t r a c t i o ns p e e d,h i g hy i e l d,n oh e a t i n gr e q u i r e m e n t,a n dt h ee n e r g ys a v i n g.K e yw o r d s:k e l p;c h l o r o p h y l l;e x t r a c t i o np r o c e s s;s t a b i l i t y(上接1 2 7页)S t u d yo nt h eD e s i g nS t r a t e g yo fG u l l yP u b l i cG r e e nS p a c e i nS h a l l o wM o u n t a i nA r e a s f r o mt h eP e r s p e c t i v eo fR a i n w a t e ra n dF l o o dM a n a g e m e n tL IL i l i(S u z h o uU n i v e r s i t y,S u z h o uA n h u i 2 3 4 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:W i t h t h e r a p i dd e v e l o p m e n t o f u r b a n i z a t i o n i nC h i n a,w h e nd e v e l o p i n ga n du t i l i z i n g t h i sl a n d,i t i sv e r ye a s y t o i n t e r f e r ew i t ht h eo r i g i n a l s i t e f r o mt h e a s p e c t so f l a n d f o r m,h y d r o l o g i c a l p r o c e s sa n dv e g e t a t i o ne c o l o g y,w h i c hw i l l l e a d t o t h eo c c u r r e n c eo fw a t e r a n ds o i l l o s s,a n de v e ng e o l o g i c a l d i s-a s t e r s i f t h e s i t u a t i o n i s s e r i o u s.T h e r e f o r e,w h e nd e s i g n i n gp u b l i cg r e e ns p a c e i ns h a l l o wm o u n t a i na r e-a s,i no r d e r t om a k e t h em o u n t a i na r e a sh a v es t r o n g e r r a i n w a t e r s t o r a g ec a p a c i t ya n d f o r mr i c he c o l o g i-c a l b a r r i e r f u n c t i o n s.T h i sp a p e r d i s c u s s e s t h ed e s i g no f p u b l i cg r e e ns p a c e i ng u l l i e s i ns h a l l o wm o u n t a i na r e a s f o r r e f e r e n c e,a i m i n ga t t h em a n a g e m e n to f r a i na n df l o o d.K e yw o r d s:r a i na n df l o o dm a n a g e m e n t;s h a l l o w m o u n t a i na r e a;g u l l y;p u b l i cg r e e ns p a c e441