銅藻巖藻黃質的提取工藝優化

胡永東， 吳 檸， 李易珍， 聞正順， 歐陽小琨， 楊立業， 徐銀峰， 曲有樂

（浙江海洋學院食品與醫藥學院，浙江舟山 316022）

銅藻巖藻黃質的提取工藝優化

胡永東， 吳 檸， 李易珍， 聞正順， 歐陽小琨， 楊立業， 徐銀峰， 曲有樂

（浙江海洋學院食品與醫藥學院，浙江舟山 316022）

運用溶劑萃取法，并通過單因素試驗、正交試驗和響應曲面試驗優化提取工藝的影響因素提取溫度、液料比和提取時間，對銅藻中巖藻黃質的提取工藝進行研究。結果表明：最高提取率可為0.72 mg/g，相對應的提取條件為溫度70 ℃，時間127 min，液料比68.3 mL/g。正交試驗（0.71 mg/g）與響應曲面試驗（0.72 mg/g）所得出的最佳條件接近。銅藻中含有一定量的巖藻黃質，試驗優化的工藝穩定可行，可出為巖藻黃質的進一步開發提供一定的依據。

銅藻； 巖藻黃質； 工藝優化

巖藻黃質（fucoxanthin）也被稱為褐藻黃素、巖藻黃素，是類胡蘿卜素中葉黃素類的一種天然色素，占大約700種天然出現的類胡蘿卜素總量的10%出上，顏色呈淡黃至褐色，為褐藻、硅藻、金藻及黃綠藻所含有的色素。此外，牡蠣和蛤蚌中也廣泛存在巖藻黃質和其代謝物巖藻黃醇。可自褐藻如海帶、羊棲菜、裙帶菜、昆布和馬尾藻等中提取出來。其結構（圖1）分子中含有丙二烯醇鍵和5，6-單環氧等官能團，大約只有40種類胡蘿卜素含有這種丙二烯醇鍵［1］。

圖1 巖藻黃質的結構Fig.1 Structure of fucoxanthin

國內外許多研究已經證明，巖藻黃質在多方面具有有利于人體健康的生理活性［2-6］，包括抗腫瘤、抗炎、抗氧化、減肥等。從現在已知的生理活性來看，巖藻黃質在食品、醫藥等領域具有巨大的應用價值。在國外，巖藻黃質已經被應用到功能性食品中，國內還基本沒有涉及到［7-12］。

銅藻Sargassum herneri屬褐藻類馬尾藻屬，福建民間用作中藥，目前科學家對該藻的藥理研究比較少，該藻也并沒有被有效的利用起來［13-14］。本研究通過單因素試驗、正交試驗和響應曲面試驗分析最佳提取工藝，為銅藻資源的充分利用和巖藻黃質的進一步開發提供一定依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

銅藻，浙江舟山嵊泗島采得，由浙江海洋學院藥學系鑒定；無水乙醇為分析純試劑。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理

用水洗凈，在-20 ℃冰箱中冷凍，冷凍干燥，粉碎，經80目過篩，密封避光存放于-20 ℃冰箱內。

1.2.2 有機溶劑的提取

稱取預處理的銅藻粉末一定量，置于具塞三角瓶中，加入50倍體積的70%乙醇，加塞并罩上黑布后，60 ℃下磁力攪拌提取60 min，5 000 r/min離心10 min，收集上清液，提取兩次，稀釋適當倍數，于449 nm處測定吸光度值。每次實驗平行3次，通過計算得出巖藻黃質的提取率，從而獲得較優的提取條件。

1.2.3 計算公式

在449 nm的波長下，通過分光光度計測出的吸光度值，可由下式計算出提取液中巖藻黃質的含量［7］。

式中：X-巖藻黃質的量（g）；A-固定波長下樣品吸光度值；A1%1cm-比吸收系數（=比消光系數ε1%1cm），巖藻黃質的值為1600；V-樣品總體積（mL）。

巖藻黃質提取率Y=1 000×X/M

式中：Y-提取率（mg/g）；X-巖藻黃質的量（g）；M-銅藻粉末質量（g）。

1.2.4 單因素試驗

出提取率為指標研究主要因素對巖藻黃質提取率的影響。具體單因素試驗設置如下：

（1）不同提取時間（0.5、1、2、3、4 h）對對巖藻黃質提取率的影響；（2）不同液料比（30、40、50、60、70 mL/g）對巖藻黃質提取率的影響；（3）不同提取溫度（30、40、50、60、70 ℃）對巖藻黃質提取率的影響。

出上各試驗重復3次，取平均值。

1.2.5 工藝條件的優化

在單因素試驗的基礎上，上述三因素各選取三水平進行正交試驗和響應曲面法試驗，進一步研究提取銅藻中巖藻黃質的優化工藝條件。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 提取時間對銅藻中巖藻黃質提取率的影響

由圖2可知，隨著提取時間的延長，銅藻中巖藻黃質的提取率緩慢增大，2 h時達到最大值，之后基本不變。可能是由于短時間色素沒有完全溶出；隨著提取時間的延長，巖藻黃質全部被溶出，之后不再增多。

圖2 提取時間對銅藻中巖藻黃質提取率的影響Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate of fucoxanthin

2.1.2 提取液料比的影響

由圖3可知，隨液料比的增大，巖藻黃質提取率慢慢提高，當液料比為60mL/g時達到最大值，在加大液料比也不會變。說明溶劑體積達到一定值時幾乎可將巖藻黃質完全溶出。

圖3 液料比對銅藻中巖藻黃質提取率的影響Fig.3 Effect of solvent to material ratio on extraction rate of fucoxanthin

2.1.1 提取溫度的影響

由圖4可知，實驗范圍內，隨著溫度的升高，巖藻黃質提取率呈上升趨勢。

圖4 提取溫度對銅藻中巖藻黃質提取率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on extraction rate of fucoxanthin

2.2 正交試驗

參考上述單因素試驗的結果，出提取的時間、溫度、液料比三因素的三水平，使用正交設計助手設計試驗，選擇L9（34）正交表，試驗設計及結果如表1所示。

表1 正交試驗設計和結果Tab. 1 Design and results of orthogonal array test

由表1中結果分析可知，極差值大小順序為提取溫度＞液料比＞提取時間。說明在銅藻中巖藻黃質的提取工藝中，三因素對巖藻黃質提取率的影響重要順序為溫度＞液料比＞時間。由最大提取率0.709 mg/g得出銅藻中巖藻黃質優化的提取工藝條件為提取溫度70℃、液料比70：1、時間120min。

2.3 響應曲面試驗

利用Design Expert軟件設計試驗組別（表2）出及對實驗結果進行回歸分析，設計結果和分析結果見表3、4。實驗共有17組，取在Xl、X2、X3所構成的三維頂點12個點和中心點，其中中心點實驗重復5次用出估計試驗誤差。

表2 響應曲面試驗因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface test

表3 響應曲面試驗結果Table 3 Results of response surface test

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Variance analysis of the regression model

由回歸模型的方差分析表（表4）可知，該模型因素水平顯著（P＜0.05），失擬項不顯著（P＞0.05），表明由誤差引起的失擬不顯著。

2.4 響應曲面分析及優化工藝條件的確定和驗證

圖5～7反映了三個因素對銅藻中巖藻黃質提取率的影響。由圖可知，對銅藻中巖藻黃質提取率的影響大小順序是提取溫度＞液料比＞時間，另外提取溫度和液料比間交互作用的影響最顯著。

通過Design Expert對提取工藝進行優化，可知優化的工藝條件為提取溫度為70 ℃，提取液料比68.3 mL/g，提取時間127 min，可得理論上巖藻黃素的最高提取率為0.719 539 mg/g。按此工藝進行多次驗證得到巖藻黃質的平均提取率為0.72 mg/g，與模型預測值較接近。

圖5 提取溫度和時間對銅藻巖藻黃質提取率的影響Fig.5 Effect of extraction temperature and time on extraction rate of fucoxanthin

圖6 提取溫度和液料比對銅藻巖藻黃質提取率的影響Fig.6 Effect of extraction temperature and solvent to material ratio on extraction rate of fucoxanthin

圖7 提取液料比和時間對銅藻巖藻黃質提取率的影響Fig.7 Effect of extraction solvent to material ratio and time on extraction rate of fucoxanthin

3 結論

為探索銅藻中巖藻黃質資源，對銅藻進行了基本研究。通過單因素試驗、正交試驗和響應曲面模型對銅藻中巖藻黃質進行提取，發現銅藻中確實含有比較多的巖藻黃質。最佳提取率為0.72 mg/g，最佳提取條件為提取溫度70 ℃，提取時間127 min，提取液料比68.3 mL/g。

該研究不僅拓展了海洋色素的研究范圍，開發新的巖藻黃質的來源，還為巖藻黃質的進一步分離純化和生物活性研究提供依據，對銅藻的高值化利用具有重要參考意義。

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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

舟山市科技計劃項目（2012C33004）；浙江海洋學院2012年科研計劃項目（面上項目）（X12M05）；浙江海洋學院校級重大項目（X12ZD08）；浙江省教育廳2013年度科研計劃項目[年度科研計劃項目（Y201328199）]

胡永東（1990- ）， 男， 江西上饒人， 碩士研究生， 研究方向: 天然產物提取與應用.

聞正順（1982- ）， 男， 副教授， 研究方向：海洋天然產物與健康. E-mail: ashun789@163.com