蚕沙中叶绿素的超声波辅助提取研究

张守展，佘鹏飞，夏昊云

（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）

蚕沙中叶绿素的超声波辅助提取研究

张守展，佘鹏飞，夏昊云

（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）

养蚕业在中国具有悠久的历史。蚕沙作为养蚕业的副产物，资源闲置严重，给环境带来巨大压力。从蚕沙中提取叶绿素，用于医药、保健等领域，将提高蚕沙的经济效益。以蚕沙为原料，丙酮-乙醇混合溶剂为提取剂，采用超声波辅助法对蚕沙中叶绿素的提取方法进行了研究。

蚕沙；叶绿素；超声波；丙酮；乙醇

蚕沙是指蚕粪、蚕的蜕皮、香桑叶、糠草等物质的混合物，而可以利用的部分主要是蚕粪[1]。其组成主要有碳水化合物、粗纤维、粗蛋白、粗灰分、粗脂肪等，并且其中含有丰富的叶绿素、类胡萝卜素、叶蛋白、果胶、植物醇等[2]。每年蚕沙产量都很大，但由于利用重视度不高，资源闲置相当严重，蚕沙随意堆弃，严重污染环境，这将对整个养蚕产业的长期发展造成影响。因此，对蚕沙综合利用，变废为宝，既可以解决蚕沙对环境的影响，还能够增加蚕沙的经济价值。提高蚕沙经济价值的方法有很多，提取叶绿素就是其中之一。

目前，叶绿素的提取多采用溶剂提取法[3]。它是根据原料中各成分在溶剂中的溶解性质，借助溶剂渗透作用和溶质扩散作用，使有效成分从原料表面或是组织内部向溶剂中转移的传质过程。为高效、快速地将叶绿素从蚕沙中提取出来，选择合适溶剂至关重要。叶绿素的极性极弱，属于脂溶性物质，只溶于有机物不溶于无机溶剂。根据“相似相容”原理，可知叶绿素易溶于丙酮、乙醇等有机溶剂，而在水中几乎不溶。基于以上考虑，实验过程中提取蚕沙中叶绿素可用的有机溶剂有丙酮、乙醇、石油醚、正己烷及其混合物等。

超声波作为一种新型提取技术，在天然物的物质提取过程中已经崭露头角[4]。而且超声波本身在化学领域已经有了广泛的应用，将其应用于各种分离也显示了许多优越性。其中，超声波辐射压强产生的空化效应、强烈扰动效应、高加速度、击碎和搅拌效应等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行。对于超声波优化工艺来说，超声波强度、超声功率及超声时间是影响目标成分提取率的重要因素。

本研究选取超声波辅助混合溶剂提取蚕沙中叶绿素，对传统的生产工艺进行了改进，提高了叶绿素的提取率。实验过程中，考察了不同溶剂对叶绿素的提取率，通过正交试验，考察了在不同提取时间、提取温度、固液比和提取次数对蚕沙中叶绿素提取率的影响，确定了超声波辅助提取蚕沙中叶绿素的最佳工艺条件。实验结果表明，此工艺降低了提取溶剂的挥发性和提取温度，提高了叶绿素的提取率。因此，利用超声波辅助提取蚕沙中叶绿素的工艺具有广泛的应用前景。

1 蚕沙中叶绿素含量和提取溶剂的选择

1.1 蚕沙中叶绿素含量的测定

将蚕沙风干除杂，准确称取蚕沙各4g共8组，分别加入14mL蒸馏水软化20h。以丙酮为提取溶剂，提取至提取液接近于无色，将各次的提取液及蚕沙放入40mL棕色容量瓶中，并用提取溶剂进行定容。容量瓶避光保存2h，进一步提取蚕沙中叶绿素。将提取液混匀后，离心分离，移取上清液，稀释10倍，在644nm，663nm波长下测定其吸光度，根据提取液中叶绿素总浓度，计算蚕沙中叶绿素总含量（%），利用Amon公式[4]。

叶绿素a浓度/mg·L-1：

ρa=12.7A1-2.69A2=4.193

叶绿素b浓度/mg·L-1：

ρb=22.9A2-4.68A1=3.477

叶绿素总浓度/mg·L-1：

ρa+b=（ρa+ρb）×稀释倍数

式中：A1——叶绿素a在663nm波长下的吸光度；A2——叶绿素a在644nm波长下的吸光度。

式中：ω——叶绿素含量，%。

经计算蚕沙中叶绿素含量为0.767%，远高于植物鲜叶中叶绿素的含量（0.3%）。

1.2 提取溶剂的选择

选取不同的提取溶剂 8种（A、B、C、D、E、F、G、H），准确称量蚕沙4g共8组，在40℃，固液比1∶4（g∶mL），提取60min。

在实际过程中，以吸光度A代替浓度C来计算叶绿素的提取率：

假设将蚕沙中叶绿素提取至几乎无色时提取次数为k次，合并前i次的提取溶剂，则前i次的叶绿素的提取率为：

在相同的提取条件下，8种不同溶剂的提取率如图1所示。

图1 不同提取溶剂所得提取率

由图1可知，在相同提取条件下，丙酮-乙醇（V∶V=1∶1）混合溶剂的提取率最高，因此，选择其作为提取溶剂用于蚕沙中叶绿素的提取。

2 提取蚕沙中叶绿素的影响因素研究

通过选取提取时间、提取温度、固液比、超声功率、超声时间及提取次数六因素建立正交实验L24（46），优化超声提取蚕沙中叶绿素的工艺条件，因素水平见表1，正交实验结果如表2所示。

表1 因素水平表

由极差分析可知，6种因素对超声波辅助提取叶绿素的影响大小依次为：提取次数＞固液比＞提取时间＞提取温度＞超声时间＞超声功率，最优条件为：提取次数4次，固液比1∶4，提取时间60min，提取温度40℃，超声时间30min，超声功率80W。

3 超声波辅助提取和传统恒温水浴提取法对比试验

准确称取质量为4.0g蚕沙6份，分为2组，以丙酮-乙醇为混合溶剂，在上述最优提取次数、固液比、提取时间、提取温度的条件下，第一组加以超声波辅助提取，平行测定3次；第二组采用恒温水浴提取，平行测定3次。得第一组的平均提取率η1=89.01%；第二组平均提取率η1=77.34%，所以在同等水平下，超声波的加速介质质点运到，空化作用和超声波的振动匀化等作用，提高了叶绿素的提取率。

4 结束语

对于大量闲置的养蚕业副产物蚕沙，仅仅作为饲料或者肥料，并未达到“物尽其用”。本文选取丙酮-乙醇为混合溶剂加以超声波辅助提取蚕沙中的叶绿素，对传统生产工艺进行了改进，显著提高了叶绿素的提取率和生产工艺的安全性，减少了提取溶剂的挥发。对蚕沙进行深度加工，变废为宝，延长产业链，促进了蚕区产业的协调发展。

表2 交实验结果表

[1]张华，李景琳，李传欣，等.蚕沙综合利用现状与前景[J].辽宁农业科学，1994(4):24-26.

[2]徐法君.间接光度法测定植物叶片中叶绿素含量[J].理化检验-化学分册，2005，41(9)：661-662.

[3] 邓祥元，沙鹏，高坤，等.不同溶剂提取蚕沙叶绿素效率的研究[J].安徽农业科学，2011，39(4)：21331-21332.

[4]王茂田，谢培山，王忠东.天然有机化合物提取分离与结构鉴定[M].北京：化学工业出版社，2004:5-30.

[5] AmonD L.Copperenzymesinisolatedchloioplasts polyphenoloxidase in Betavulgaris[J].PlantPhysiology，1949，24(1):1-15.

Studyonextractionprocessofchlorophyllfromsilkworm excermentbyultrasonic-assistedmethod

ZHANGShouzhan，SHEPengfei，XIAHaoyun
（DepartmentofChemicalEngineering，TaizhouInstituteofScienceandTechnology，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Taizhou224300，China）

Plantingmulberriesandraisingsilkworm，whichcanproducemillionsofsilkwormexcrement，hasalong historyinchina，andsilkwormexcrementistheco-productofsericultureoccupation.Butnowdays，mostofthe silkwormexcrementisoptionallydiscarded，anditbringsahugepressuretotheenviroment.Theultrasonic-assisted methodofchlorophyllhasbeeninvestigatedwithsilkwormexcrementasrawmaterialandacetone-ethanolasextraction solvent.

silkwormexcrement;chlorophyll;ultrasonic-assistedextraction;acetone;ethanol

X71

A

1674-0912（2014）02-0030-03

2014-01-07）

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目（201313842014Y）

张守展（1991-），男，江苏沛县人，在读本科生，研究方向：废弃物的再生和利用。