植物有效成分(胡萝卜素)的提取

植物有效成分（胡萝卜素）的提取

胡萝卜素是Wakenroer于1931年在胡萝卜中发现的一种色素。许多天然食物中，如绿色蔬菜、甘薯、胡萝卜、菠菜、木瓜、芒果等，皆含有丰富的β-胡萝卜素，其中含量最高的是胡萝卜。胡萝卜素有α、β、γ等异构体，其中以β-胡萝卜素的活性最高。世界卫生组织经过论证认为：β-胡萝卜素为最有希望的抗氧化剂之一。它可以防止和消除体内生理代谢过程中产生的自由基，是氧自由基最强的“克星”。β-胡萝卜素的保护视力、防癌、抗癌、防衰老、防治白内障、抗辐射线对人体损伤和提高机体免疫力的功效已得到认可，是联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合委员会认可的无毒、安全、有营养的食品添加剂。

β-胡萝卜素的分子式为C40H56，相对分子质量为536.88，β-胡萝卜素的结构中存在着多个共轭双键，为天然存在的共轭多烯烃化合物。β-胡萝卜素为紫红色或红色结晶性粉末，有轻微异臭或异味受光、热、空气影响后，产品外观色泽变淡。溶于二硫化碳、石油醚、苯、氯仿；几乎不溶于乙醇、水、酸、碱。

β-胡萝卜素的天然品制备方法主要包括有机溶剂萃取法、超临界流体CO2萃取法、盐藻提取法、微生物发酵法等。

有机溶剂萃取法：β-胡萝卜素可用有机溶剂从天然植物胡萝卜、棕榈、沙棘等富含β-胡萝卜素的植物中提取。常用的有机溶剂为无水乙醚、石油醚等。但大量有机溶剂的使用会造成不同程度的环境污染，且不易回收。

超临界流体CO2萃取法：近年来大量资料表明，采用超临界流体CO2萃取法提取β-胡萝卜素可以大大提高β-胡萝卜素提取率，具有萃取效率高、速度快、无污染、工艺简单、萃取物色味纯正等优点。

盐藻提取法：通过大面积培养盐生杜氏藻提取β-胡萝卜素。目前我国相继形成了内蒙古吉兰泰盐场生物工程公司、天津兰太生物工程公司等少数几家养殖盐藻生产天然胡萝卜素的企业。盐藻提取法受外界环境影响特别大，要有盐湖场，需要长时期的高温和强烈光照，作为培养的海水要求具有10%以上的高盐浓度。

微生物发酵法：微生物发酵法是指利用微生物培养技术，通过微生物的培养，在其体内合成β-胡萝卜素，然后自微生物体内分离得到β-胡萝卜素的一种方法。

本次培训主要是采用有机溶剂从天然植物胡萝卜中提取胡萝卜素。提取到的是类胡萝卜素的混合物，可以采用纸层析法对提取物进行粗分离，可以看到叶黄素和胡萝卜素。本实验设计具有方法简便、设备简单、易于操作等特点。

一、课题目标

本课题通过从胡萝卜中提取胡萝卜素，了解有关胡萝卜素的基础知识和提取胡萝卜素的基本原理，初步学会胡萝卜素的提取技术和纸层析的操作方法，并初步了解有机溶剂的相关知识。

二、课题重点与难点

课题重点：胡萝卜素的提取，纸层析的操作。

课题难点：胡萝卜素的提取。

三、实验案例

（一）实验原理

萃取是指用溶剂从液体混合物中提取其中某种组分的操作。它是利用溶液中各组分在所选用的溶剂中溶解度的差异，使溶质进行液液传质，以达到分离均相液体混合物的操作。通过使用有机溶剂可以将天然植物（胡萝卜）中的色素提取出来。

纸层析是分离色素常用的方法。它是利用混合物各组分在流动相和固定相两种不同溶剂中的分配系数差异，将它们分离开。在纸层析中的流动相是指层析液，在毛细拉力作用下，层析液能不断由下向上流动。固定相是指被吸附在滤纸纤维之间的水分。由于纤维素上的亲水羟基使这部分水束缚在纤维素周围，不易扩散而成为固定相。在层析过程中，当层析液在毛细拉力作用下，上升流经色素滤液细线时，滤液细线上的色素就相继融入层析液，随着层析液上升，并发生分配，即有一部分色素从层析液分配溶解到固定相中，直到平衡。由于分配系数的不同，与分子大小有关，那些分配系数大的色素分子，随层析液向上移动得快，形成的色素带集中在滤纸的上部；而分配系数小的色素分子，随层析向上移动得慢，形成的色素带集中在滤纸的下面。纸层析使素色粗提液进行分离，可以将叶黄素和胡萝卜素两大类色素分离开来。

（二）原料，主要试剂、耗材和仪器

1. 原料

新鲜胡萝卜。

2. 试剂

苯、石油醚（沸程60-90℃）、四氯化碳、无水硫酸钠等。

3. 耗材

层析滤纸、中速或快速定量滤纸（φ11cm）、玻璃漏斗、毛细滴灌、15ml 大试管（或25ml比色管）。

4. 仪器

电热鼓风干燥箱、水浴锅、匀浆器或榨汁机。

（三）实验步骤

1. 色素的提取和浓缩

（1）胡萝卜的粉碎和干燥选取500 g（可供10组试验用）新鲜红心的胡萝卜，用清水洗净，沥干、用匀浆机（或榨汁机）切碎，然后在45 ℃的烘箱中烘干，时间约需4.0h，将干燥后的胡萝卜进一步粉碎过筛。注意胡萝卜的粉碎一定要彻底。

（2）萃取取粉末样品1g，放入15ml大试管（或25ml比色管）中，加入10mL溶剂（苯、石油醚、四氯化碳）塞上胶塞（或比色管盖），混匀，放于45℃水浴中萃取15、30、45min，然后加入无水硫酸钠少许，过滤萃取液，除去固体物质及少量的水分，注意要避光。

（3）对萃取的样品进行浓缩取下胶塞（或比色管盖），将水浴锅置于通风橱中进行蒸馏、浓缩2-2.5h，浓缩液至1-2ml即可。注意要避光。

2. 色素提取液的纸层析分离

（1）点样将层析滤纸剪成15cm×1.5cm，在距一端2cm中央处用毛细滴管点样。点样量要少，样点直径控制在0.5cm以内，自然风干或电吹风冷风吹干后再点样，反复数次至风干样点为橙红色。注意要避光。

（2）层析向15ml大试管（或25ml比色管）中加入2.5ml的四氯化碳，将处理好的滤纸条有样点的一端朝下放入试管，浸没在四氯化碳中，加盖，层析约20min。注意要避光。

3. 结果观察

（1）确定提取胡萝卜素的最佳方案

比较采用不同的有机溶剂和时间萃取的实验结果，确定提取胡萝卜素的最佳方案。

（2）是否出现对应的层析带

如果萃取样品中出现了和标准样品一样的层析带，说明提取胡萝卜素的实验成功（如果具有胡萝卜素标准样品）。由于提取物中含有杂质，萃取样品的颜色可能比标准样品的颜色浅，我们也可以通过颜色的比较，初步确定提取的胡萝卜素的量。

说明：胡萝卜素比叶黄素的分散速度快，因此胡萝卜素位于色素带的上面，呈现橙黄色，下面为黄色色素带为叶黄素。

附1 问题参考答案

（一）资料

［资料一］萃取剂的选择讨论题

1. 乙醇和丙酮能够用于胡萝卜素的萃取吗？为什么？

答：胡萝卜素可溶于乙醇和丙酮，但它们是水溶性有机溶剂，因萃取中能与水混溶而影响萃取效果，所以不单独用它们作萃取剂。

2. 在石油醚、醋酸乙酯、乙醚、苯和四氯化碳这几种有机溶剂中，哪种适宜用来提取胡萝卜素？

答：在这五种有机溶剂中，石油醚的沸点最高，在加热萃取时不易挥发，所以石油醚较适宜用作萃取剂。

（二）练习

1. 答：

提取方法实验原理方法步骤适用范围

水蒸气蒸馏利用水蒸气将挥发性较强的芳香油携带出来 1.水蒸气蒸馏 2.分离油层3.除水过滤适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油

压榨法通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油1.石灰水浸泡、漂洗2.压榨、过滤、静置3.再次过滤适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取