海带岩藻黄素提取工艺的优化

刘 梁， 勾 明 玥， 张 春 枝， 武 玺 卓， 李 晓 洋

( 大连工业大学 生物工程学院， 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

岩藻黄素(fucoxanthin)是一种脂溶性天然类胡萝卜素，占类胡萝卜素总量的10%以上。它具有抗氧化活性、抗肿瘤活性、抗炎作用和抗肥胖作用[1-3]，可用于食品加工和动物饲料中。同时，岩藻黄素是一种极好的健康食品，是预防癌症和减肥的有效药物。自然界中岩藻黄素大量存在于褐藻、硅藻及海洋软体动物中。海带(Laminariajaponica)是一种常见的褐藻类植物，我国的海带产量最高达40万t，居世界首位。海带中含有大量岩藻黄素，目前国内有关岩藻黄素提取工艺的报道很少，还没有达到工业化生产。本文以海带为原料，利用有机溶剂提取法，对岩藻黄素的提取工艺进行了优化，不仅为海带的开发利用提供了新的方向，同时为工业化生产提供依据。

1 材料和方法

1.1 材 料

海带，市售；10% 岩藻黄素，大连医诺生物有限公司；甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亚砜为分析纯。

1.2 方 法

1.2.1 海带干粉的制备

新鲜的海带用自来水清洗，用吸水纸去掉表面水分，置于40 ℃ 恒温箱内干燥至恒重；干燥后的海带用多功能粉碎机粉碎，制得海带干粉。

1.2.2 岩藻黄素的提取

称取一定量的海带干粉，加适量有机溶剂反复浸提数次，抽滤，合并滤液，稀释适当倍数，于445 nm出测定吸光值。

1.2.3 岩藻黄素得率的测定方法[4]

2 结果与讨论

2.1 海带甲醇提取液的全波长扫描

将10%岩藻黄素甲醇溶液和海带甲醇提取液在300～700 nm波长进行全波长扫描，见图1、2。

图1 10%岩藻黄素甲醇溶液全波长扫描Fig.1 Full wavelength scanner of 10% fucoxanthin

图2 海带甲醇提取液全波长扫描Fig.2 Full wavelength scanner of methanol extract of Laminaria japonica

由图1和图2可知，海带提取液与10%岩藻黄素的最大吸收峰位置基本一致，显示出了岩藻黄素的特征吸收峰，最大吸收峰在445 nm，因此确定海带甲醇提取液中主要为岩藻黄素。此外，图2中665 nm 处有一个小的吸收峰，图1中665 nm处略有突起，此处为叶绿素a的特征峰[5]，可见提取液中含有一定量的叶绿素。

2.2 提取溶剂的选择

取一定量海带干粉，分别加入5倍体积不同提取溶剂，40 ℃避光提取1 h，抽滤，将滤液稀释适当倍数，445 nm处测定吸光值，结果见表1。由表1可知，DMSO的提取效果最好，DMSO体积分数大于70%，提取液颜色呈橘黄色，纯度较高。其次是甲醇溶液，体积分数在80%～90%提取效果最佳，在此范围内，提取液呈橘黄色。丙酮提取液呈深绿色，提取液中含有大量的叶绿素，不宜选用丙酮作为提取溶剂。DMSO效果虽好，但是成本较高，当甲醇体积分数在80%～90%，完全可以达到DMSO的提取效果，因此选用80% 甲醇水溶液作为提取溶剂。

表1 不同溶剂对提取效果的影响Tab.1 Effect of different solvent on fucoxanthin extraction

2.3 岩藻黄素提取条件的优化

2.3.1 提取温度对提取效果的影响

取等量的海带干粉，以料液比1∶5加入80%甲醇水溶液，分别置于20、30、40、50 ℃水浴浸提1 h，抽滤，将滤液稀释适当倍数，445 nm处测定吸光值，计算岩藻黄素得率，结果见图3。

图3 温度对岩藻黄素提取效果的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on fucoxanthin extraction

由图3可知，温度对岩藻黄素提取效果的影响较大，随着温度的升高，岩藻黄素得率也随着增大。提高温度可以增加岩藻黄素在甲醇中的溶解度和扩散系数，从而提高岩藻黄素得率。40～50 ℃岩藻黄素得率变化不大，岩藻黄素对热不稳定，因此选取40 ℃作为最适提取温度。

2.3.2 浸提时间对提取效果的影响

取等量的海带干粉，以料液比1∶5加入80%甲醇水溶液，分别置于40 ℃水浴浸提30、45、60、75、90 min，抽滤，将滤液稀释适当倍数，445 nm处测定吸光值，计算岩藻黄素得率，结果见图4。

图4 提取时间对岩藻黄素提取效果的影响Fig.4 Effect of extraction time on fucoxanthin extraction

由图4可知，提取时间对岩藻黄素提取效果影响较大，随着提取时间的延长，岩藻黄素得率逐渐上升。料液比增大时，海带组织中的岩藻黄素含量与提取液中的岩藻黄素含量差增大，从而得率增大。30～60 min上升趋势明显，60 min后上升幅度较小，因此提取时间为60 min为宜。

2.3.3 料液比对提取效果的影响

取等量的海带干粉，分别以不同料液比(1∶3、1∶5、1∶10、1∶15)加入80%甲醇水溶液，置于40 ℃水浴浸提1 h，抽滤，将滤液稀释适当倍数， 445 nm处测定吸光值，计算岩藻黄素得率，结果见图5。

图5 料液比对岩藻黄素提取效果的影响Fig.5 Effect of solid-liquid ratio on fucoxanthin extraction

由图5可知，料液比对岩藻黄素提取效果影响较大，随着料液比的增大，岩藻黄素得率呈上升趋势，料液比1∶10 ～ 1∶15之间趋势逐渐很小。从实际生产考虑，选取料液比为1∶10为宜，料液比过大，造成溶剂的浪费。

2.3.4 浸提次数对提取效果的影响

取等量海带粉，采用80%甲醇水溶液、1∶10的料液比，分别40 ℃水浴浸提1、2、3次，每次提取1 h，抽滤，合并滤液，将滤液稀释适当倍数，445 nm处测定吸光值，计算岩藻黄素得率，结果见图6。

图6 提取次数对岩藻黄素提取效果的影响Fig.6 Effect of extraction times on fucoxanthin extraction

由图6可知，提取2次比提取1次岩藻黄素得率增加了48.7%，而提取3次仅仅比提取2次增加不到1%，则提取2次即可，提取2次的提取率为95.3%。

3 结 论

通过岩藻黄素甲醇溶液紫外可见光谱，确定了岩藻黄素的最大吸收峰在445 nm处，利用公式计算岩藻黄素得率。

考察了甲醇、丙酮和DMSO 3种溶剂提取岩藻黄素的效果，从得率及纯度的考虑，选取80%甲醇作为提取溶剂。

岩藻黄素的最佳提取条件为80%甲醇、料液比1∶10、40 ℃提取1 h、提取2次，岩藻黄素得率为0.556 mg/g，提取率为95.3%。

[1] YAN X J, CHUDA Y, SUZUKI M, et al. Fucoxanthin as the major antioxidant in Hijikia fusiformis, a common edible seaweed[J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 1999, 63(3):605-607.

[2] EIICHI K N, TATAUYA S, AKIHIKO N. Antiproliferative effect of neoxanthin and fucoxanthin on cultured cells [J]. Fisheries Science, 2005, 71(2):459-461.

[3] MAEDA H, HOSOKAWA M, SASHIMA T, et al. Fucoxanthin from edible seaweed, Undaria pinnatifida, shows antiobesity effect through UCP1 expression in white adipose tissues[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2005, 332(2):392-397.

[4] 惠伯棣. 类胡萝卜素化学及生物化学[M]. 北京:中国轻工业出版社, 2005:90-94.

[5] SEELY G R, DUNCAN M J, VIDAVER W E. Preparative and analytical extraction of pigments from brown algae with dimethyl sulfoxide[J]. Marine Biology, 1972, 12:184 -188.