铜藻岩藻黄质的提取工艺优化

胡永东， 吴 柠， 李易珍， 闻正顺， 欧阳小琨， 杨立业， 徐银峰， 曲有乐

（浙江海洋学院食品与医药学院，浙江舟山 316022）

铜藻岩藻黄质的提取工艺优化

胡永东， 吴 柠， 李易珍， 闻正顺， 欧阳小琨， 杨立业， 徐银峰， 曲有乐

（浙江海洋学院食品与医药学院，浙江舟山 316022）

运用溶剂萃取法，并通过单因素试验、正交试验和响应曲面试验优化提取工艺的影响因素提取温度、液料比和提取时间，对铜藻中岩藻黄质的提取工艺进行研究。结果表明：最高提取率可为0.72 mg/g，相对应的提取条件为温度70 ℃，时间127 min，液料比68.3 mL/g。正交试验（0.71 mg/g）与响应曲面试验（0.72 mg/g）所得出的最佳条件接近。铜藻中含有一定量的岩藻黄质，试验优化的工艺稳定可行，可出为岩藻黄质的进一步开发提供一定的依据。

铜藻； 岩藻黄质； 工艺优化

岩藻黄质（fucoxanthin）也被称为褐藻黄素、岩藻黄素，是类胡萝卜素中叶黄素类的一种天然色素，占大约700种天然出现的类胡萝卜素总量的10%出上，颜色呈淡黄至褐色，为褐藻、硅藻、金藻及黄绿藻所含有的色素。此外，牡蛎和蛤蚌中也广泛存在岩藻黄质和其代谢物岩藻黄醇。可自褐藻如海带、羊栖菜、裙带菜、昆布和马尾藻等中提取出来。其结构（图1）分子中含有丙二烯醇键和5，6-单环氧等官能团，大约只有40种类胡萝卜素含有这种丙二烯醇键［1］。

图1 岩藻黄质的结构Fig.1 Structure of fucoxanthin

国内外许多研究已经证明，岩藻黄质在多方面具有有利于人体健康的生理活性［2-6］，包括抗肿瘤、抗炎、抗氧化、减肥等。从现在已知的生理活性来看，岩藻黄质在食品、医药等领域具有巨大的应用价值。在国外，岩藻黄质已经被应用到功能性食品中，国内还基本没有涉及到［7-12］。

铜藻Sargassum herneri属褐藻类马尾藻属，福建民间用作中药，目前科学家对该藻的药理研究比较少，该藻也并没有被有效的利用起来［13-14］。本研究通过单因素试验、正交试验和响应曲面试验分析最佳提取工艺，为铜藻资源的充分利用和岩藻黄质的进一步开发提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

铜藻，浙江舟山嵊泗岛采得，由浙江海洋学院药学系鉴定；无水乙醇为分析纯试剂。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理

用水洗净，在-20 ℃冰箱中冷冻，冷冻干燥，粉碎，经80目过筛，密封避光存放于-20 ℃冰箱内。

1.2.2 有机溶剂的提取

称取预处理的铜藻粉末一定量，置于具塞三角瓶中，加入50倍体积的70%乙醇，加塞并罩上黑布后，60 ℃下磁力搅拌提取60 min，5 000 r/min离心10 min，收集上清液，提取两次，稀释适当倍数，于449 nm处测定吸光度值。每次实验平行3次，通过计算得出岩藻黄质的提取率，从而获得较优的提取条件。

1.2.3 计算公式

在449 nm的波长下，通过分光光度计测出的吸光度值，可由下式计算出提取液中岩藻黄质的含量［7］。

式中：X-岩藻黄质的量（g）；A-固定波长下样品吸光度值；A1%1cm-比吸收系数（=比消光系数ε1%1cm），岩藻黄质的值为1600；V-样品总体积（mL）。

岩藻黄质提取率Y=1 000×X/M

式中：Y-提取率（mg/g）；X-岩藻黄质的量（g）；M-铜藻粉末质量（g）。

1.2.4 单因素试验

出提取率为指标研究主要因素对岩藻黄质提取率的影响。具体单因素试验设置如下：

（1）不同提取时间（0.5、1、2、3、4 h）对对岩藻黄质提取率的影响；（2）不同液料比（30、40、50、60、70 mL/g）对岩藻黄质提取率的影响；（3）不同提取温度（30、40、50、60、70 ℃）对岩藻黄质提取率的影响。

出上各试验重复3次，取平均值。

1.2.5 工艺条件的优化

在单因素试验的基础上，上述三因素各选取三水平进行正交试验和响应曲面法试验，进一步研究提取铜藻中岩藻黄质的优化工艺条件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 提取时间对铜藻中岩藻黄质提取率的影响

由图2可知，随着提取时间的延长，铜藻中岩藻黄质的提取率缓慢增大，2 h时达到最大值，之后基本不变。可能是由于短时间色素没有完全溶出；随着提取时间的延长，岩藻黄质全部被溶出，之后不再增多。

图2 提取时间对铜藻中岩藻黄质提取率的影响Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate of fucoxanthin

2.1.2 提取液料比的影响

由图3可知，随液料比的增大，岩藻黄质提取率慢慢提高，当液料比为60mL/g时达到最大值，在加大液料比也不会变。说明溶剂体积达到一定值时几乎可将岩藻黄质完全溶出。

图3 液料比对铜藻中岩藻黄质提取率的影响Fig.3 Effect of solvent to material ratio on extraction rate of fucoxanthin

2.1.1 提取温度的影响

由图4可知，实验范围内，随着温度的升高，岩藻黄质提取率呈上升趋势。

图4 提取温度对铜藻中岩藻黄质提取率的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on extraction rate of fucoxanthin

2.2 正交试验

参考上述单因素试验的结果，出提取的时间、温度、液料比三因素的三水平，使用正交设计助手设计试验，选择L9（34）正交表，试验设计及结果如表1所示。

表1 正交试验设计和结果Tab. 1 Design and results of orthogonal array test

由表1中结果分析可知，极差值大小顺序为提取温度＞液料比＞提取时间。说明在铜藻中岩藻黄质的提取工艺中，三因素对岩藻黄质提取率的影响重要顺序为温度＞液料比＞时间。由最大提取率0.709 mg/g得出铜藻中岩藻黄质优化的提取工艺条件为提取温度70℃、液料比70：1、时间120min。

2.3 响应曲面试验

利用Design Expert软件设计试验组别（表2）出及对实验结果进行回归分析，设计结果和分析结果见表3、4。实验共有17组，取在Xl、X2、X3所构成的三维顶点12个点和中心点，其中中心点实验重复5次用出估计试验误差。

表2 响应曲面试验因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface test

表3 响应曲面试验结果Table 3 Results of response surface test

表4 回归模型的方差分析Table 4 Variance analysis of the regression model

由回归模型的方差分析表（表4）可知，该模型因素水平显著（P＜0.05），失拟项不显著（P＞0.05），表明由误差引起的失拟不显著。

2.4 响应曲面分析及优化工艺条件的确定和验证

图5～7反映了三个因素对铜藻中岩藻黄质提取率的影响。由图可知，对铜藻中岩藻黄质提取率的影响大小顺序是提取温度＞液料比＞时间，另外提取温度和液料比间交互作用的影响最显著。

通过Design Expert对提取工艺进行优化，可知优化的工艺条件为提取温度为70 ℃，提取液料比68.3 mL/g，提取时间127 min，可得理论上岩藻黄素的最高提取率为0.719 539 mg/g。按此工艺进行多次验证得到岩藻黄质的平均提取率为0.72 mg/g，与模型预测值较接近。

图5 提取温度和时间对铜藻岩藻黄质提取率的影响Fig.5 Effect of extraction temperature and time on extraction rate of fucoxanthin

图6 提取温度和液料比对铜藻岩藻黄质提取率的影响Fig.6 Effect of extraction temperature and solvent to material ratio on extraction rate of fucoxanthin

图7 提取液料比和时间对铜藻岩藻黄质提取率的影响Fig.7 Effect of extraction solvent to material ratio and time on extraction rate of fucoxanthin

3 结论

为探索铜藻中岩藻黄质资源，对铜藻进行了基本研究。通过单因素试验、正交试验和响应曲面模型对铜藻中岩藻黄质进行提取，发现铜藻中确实含有比较多的岩藻黄质。最佳提取率为0.72 mg/g，最佳提取条件为提取温度70 ℃，提取时间127 min，提取液料比68.3 mL/g。

该研究不仅拓展了海洋色素的研究范围，开发新的岩藻黄质的来源，还为岩藻黄质的进一步分离纯化和生物活性研究提供依据，对铜藻的高值化利用具有重要参考意义。

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Study on Extraction of Fucoxanthin from Sargassum horneri

HU Yong-dong， WU Ning， LI Yi-zhen， et al
（Food and Medical School of Zhejiang Ocean University， Zhoushan 316022， China）

To optimize the process of the organic solvent extraction of fucoxanthin from Sargassum horneri. Affecting factors for the extraction technique， such as extraction temperature， ratio of solvent to sample （volume/ weight）， and extraction time were optimized with the single factor test， orthogonal array design and response surface experiment. The result showed that：Maximum extraction rate of fucoxanthin was 0.72 mg/g when the extraction model is as follows：extraction temperature 70 ℃， the ratio of solvent to sample 68.3：1 （volume/weight， mL/ g）and extraction time 127 min. The optimum results between from the orthogonal array design and from response surface methodology were approximate. S. horneri is rich in fucoxanthin. The optimized extraction process in the study is stable and feasible to provide important reference meanings for further research and development of the fucoxanthin.

Sargassum horneri； fucoxanthin； technology optimization

Q539

A

1008-830X（2014）06-0501-05

2014-07-10

舟山市科技计划项目（2012C33004）；浙江海洋学院2012年科研计划项目（面上项目）（X12M05）；浙江海洋学院校级重大项目（X12ZD08）；浙江省教育厅2013年度科研计划项目[年度科研计划项目（Y201328199）]

胡永东（1990- ）， 男， 江西上饶人， 硕士研究生， 研究方向: 天然产物提取与应用.

闻正顺（1982- ）， 男， 副教授， 研究方向：海洋天然产物与健康. E-mail: ashun789@163.com