蠶沙中葉綠素的超聲波輔助提取研究

張守展，佘鵬飛，夏昊云

（南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300）

蠶沙中葉綠素的超聲波輔助提取研究

張守展，佘鵬飛，夏昊云

（南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300）

養蠶業在中國具有悠久的歷史。蠶沙作為養蠶業的副產物，資源閑置嚴重，給環境帶來巨大壓力。從蠶沙中提取葉綠素，用于醫藥、保健等領域，將提高蠶沙的經濟效益。以蠶沙為原料，丙酮-乙醇混合溶劑為提取劑，采用超聲波輔助法對蠶沙中葉綠素的提取方法進行了研究。

蠶沙；葉綠素；超聲波；丙酮；乙醇

蠶沙是指蠶糞、蠶的蛻皮、香桑葉、糠草等物質的混合物，而可以利用的部分主要是蠶糞[1]。其組成主要有碳水化合物、粗纖維、粗蛋白、粗灰分、粗脂肪等，并且其中含有豐富的葉綠素、類胡蘿卜素、葉蛋白、果膠、植物醇等[2]。每年蠶沙產量都很大，但由于利用重視度不高，資源閑置相當嚴重，蠶沙隨意堆棄，嚴重污染環境，這將對整個養蠶產業的長期發展造成影響。因此，對蠶沙綜合利用，變廢為寶，既可以解決蠶沙對環境的影響，還能夠增加蠶沙的經濟價值。提高蠶沙經濟價值的方法有很多，提取葉綠素就是其中之一。

目前，葉綠素的提取多采用溶劑提取法[3]。它是根據原料中各成分在溶劑中的溶解性質，借助溶劑滲透作用和溶質擴散作用，使有效成分從原料表面或是組織內部向溶劑中轉移的傳質過程。為高效、快速地將葉綠素從蠶沙中提取出來，選擇合適溶劑至關重要。葉綠素的極性極弱，屬于脂溶性物質，只溶于有機物不溶于無機溶劑。根據“相似相容”原理，可知葉綠素易溶于丙酮、乙醇等有機溶劑，而在水中幾乎不溶。基于以上考慮，實驗過程中提取蠶沙中葉綠素可用的有機溶劑有丙酮、乙醇、石油醚、正己烷及其混合物等。

超聲波作為一種新型提取技術，在天然物的物質提取過程中已經嶄露頭角[4]。而且超聲波本身在化學領域已經有了廣泛的應用，將其應用于各種分離也顯示了許多優越性。其中，超聲波輻射壓強產生的空化效應、強烈擾動效應、高加速度、擊碎和攪拌效應等多級效應，增大物質分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行。對于超聲波優化工藝來說，超聲波強度、超聲功率及超聲時間是影響目標成分提取率的重要因素。

本研究選取超聲波輔助混合溶劑提取蠶沙中葉綠素，對傳統的生產工藝進行了改進，提高了葉綠素的提取率。實驗過程中，考察了不同溶劑對葉綠素的提取率，通過正交試驗，考察了在不同提取時間、提取溫度、固液比和提取次數對蠶沙中葉綠素提取率的影響，確定了超聲波輔助提取蠶沙中葉綠素的最佳工藝條件。實驗結果表明，此工藝降低了提取溶劑的揮發性和提取溫度，提高了葉綠素的提取率。因此，利用超聲波輔助提取蠶沙中葉綠素的工藝具有廣泛的應用前景。

1 蠶沙中葉綠素含量和提取溶劑的選擇

1.1 蠶沙中葉綠素含量的測定

將蠶沙風干除雜，準確稱取蠶沙各4g共8組，分別加入14mL蒸餾水軟化20h。以丙酮為提取溶劑，提取至提取液接近于無色，將各次的提取液及蠶沙放入40mL棕色容量瓶中，并用提取溶劑進行定容。容量瓶避光保存2h，進一步提取蠶沙中葉綠素。將提取液混勻后，離心分離，移取上清液，稀釋10倍，在644nm，663nm波長下測定其吸光度，根據提取液中葉綠素總濃度，計算蠶沙中葉綠素總含量（%），利用Amon公式[4]。

葉綠素a濃度/mg·L-1：

ρa=12.7A1-2.69A2=4.193

葉綠素b濃度/mg·L-1：

ρb=22.9A2-4.68A1=3.477

葉綠素總濃度/mg·L-1：

ρa+b=（ρa+ρb）×稀釋倍數

式中：A1——葉綠素a在663nm波長下的吸光度；A2——葉綠素a在644nm波長下的吸光度。

式中：ω——葉綠素含量，%。

經計算蠶沙中葉綠素含量為0.767%，遠高于植物鮮葉中葉綠素的含量（0.3%）。

1.2 提取溶劑的選擇

選取不同的提取溶劑 8種（A、B、C、D、E、F、G、H），準確稱量蠶沙4g共8組，在40℃，固液比1∶4（g∶mL），提取60min。

在實際過程中，以吸光度A代替濃度C來計算葉綠素的提取率：

假設將蠶沙中葉綠素提取至幾乎無色時提取次數為k次，合并前i次的提取溶劑，則前i次的葉綠素的提取率為：

在相同的提取條件下，8種不同溶劑的提取率如圖1所示。

圖1 不同提取溶劑所得提取率

由圖1可知，在相同提取條件下，丙酮-乙醇（V∶V=1∶1）混合溶劑的提取率最高，因此，選擇其作為提取溶劑用于蠶沙中葉綠素的提取。

2 提取蠶沙中葉綠素的影響因素研究

通過選取提取時間、提取溫度、固液比、超聲功率、超聲時間及提取次數六因素建立正交實驗L24（46），優化超聲提取蠶沙中葉綠素的工藝條件，因素水平見表1，正交實驗結果如表2所示。

表1 因素水平表

由極差分析可知，6種因素對超聲波輔助提取葉綠素的影響大小依次為：提取次數＞固液比＞提取時間＞提取溫度＞超聲時間＞超聲功率，最優條件為：提取次數4次，固液比1∶4，提取時間60min，提取溫度40℃，超聲時間30min，超聲功率80W。

3 超聲波輔助提取和傳統恒溫水浴提取法對比試驗

準確稱取質量為4.0g蠶沙6份，分為2組，以丙酮-乙醇為混合溶劑，在上述最優提取次數、固液比、提取時間、提取溫度的條件下，第一組加以超聲波輔助提取，平行測定3次；第二組采用恒溫水浴提取，平行測定3次。得第一組的平均提取率η1=89.01%；第二組平均提取率η1=77.34%，所以在同等水平下，超聲波的加速介質質點運到，空化作用和超聲波的振動勻化等作用，提高了葉綠素的提取率。

4 結束語

對于大量閑置的養蠶業副產物蠶沙，僅僅作為飼料或者肥料，并未達到“物盡其用”。本文選取丙酮-乙醇為混合溶劑加以超聲波輔助提取蠶沙中的葉綠素，對傳統生產工藝進行了改進，顯著提高了葉綠素的提取率和生產工藝的安全性，減少了提取溶劑的揮發。對蠶沙進行深度加工，變廢為寶，延長產業鏈，促進了蠶區產業的協調發展。

表2 交實驗結果表

[1]張華，李景琳，李傳欣，等.蠶沙綜合利用現狀與前景[J].遼寧農業科學，1994(4):24-26.

[2]徐法君.間接光度法測定植物葉片中葉綠素含量[J].理化檢驗-化學分冊，2005，41(9)：661-662.

[3] 鄧祥元，沙鵬，高坤，等.不同溶劑提取蠶沙葉綠素效率的研究[J].安徽農業科學，2011，39(4)：21331-21332.

[4]王茂田，謝培山，王忠東.天然有機化合物提取分離與結構鑒定[M].北京：化學工業出版社，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）

江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目（201313842014Y）

張守展（1991-），男，江蘇沛縣人，在讀本科生，研究方向：廢棄物的再生和利用。