40Special Wild Economic Animal and Plant Research 特产研究
文章编号：1001-4721（2009）03-0040-03
万寿菊提取物中高纯度叶黄素反应条件的研究
张伟，唐晓丹，张静
（辽宁科技大学化工学院，辽宁
鞍山114051）
摘要：叶黄素是一种天然的食用色素。研究发现叶黄素具有护眼、护肤、防癌的功效，而且利用其着色性还可作为饲料及食品添加剂的成分，因此具有广阔的市场开发价值。本实验的主要目的是对叶黄素提纯过程中的皂化条件加以研究，考察加碱量、加碱浓度、皂化温度、皂化时间以及皂化试剂等几个因素对叶黄素含量的影响，最终确定出最佳的皂化条件并筛选出较好的淋洗条件和重结晶条件。
关键词：叶黄素；叶黄素酯；分离纯化；皂化中图分类号：TQ202
文献标识码：A
The Research of Reaction Conditions of High-purity Lutein
in the Extraction of Tageles Erecta Linn
ZHANG Wei , TANG Xiao-dan , ZHANG Jing
（School of Chemical Engineering, University of Science and Technology,Anshan,114051China ）
Abstract:Lutein is a sort of natural food coloring matter. Through the research, we found the lutein has the efficiency of eye health, skin care and anti-cancer. Furthermore it is the composition of feedstuff and food additives applied its stain ability, so lutein has broad market exploitability. The primary purpose of this experiment was study the conditions of saponification in the course of purification with Lutein. Self-made marigold extraction for raw material, View the effication of lutein content with saponification agent, quantity added to base, con-centration added to base, temperature of saponification and time of saponification, finally defined the optimal conditions of saponification and screen out the better conditions of leaching and re-crystallization. Keywords:Lutein ；Lutein esters ；Separation and purification ；Saponification
[1]
叶黄素（Lutein ）又名“植物黄体素”，是一种天然的纯度叶黄素的研究工作，并且在叶黄素的分离纯化、降解等方面取得了一些成果，生产出了比较纯的叶黄素产品，但都未形成大批量生产。因此，利用新方法制备高纯度的叶黄素在我国具有广阔的市场前景。本实验的主要目的是对叶黄素提纯过程中的皂化条件加以研
食用色素，具有色泽鲜艳、着色力强、安全无毒、富含营养等特点[2]。研究发现，叶黄素是一种优良的抗氧化剂，具有护眼、护肤、防癌的功效[3～6]，而且利用其着色性还可作为饲料及食品添加剂的成分。许多科研院所开展了高
收稿日期：2009-03-16
基金项目：国家科技部科技型中小企业技术创新基金项目（03G[1**********]）；辽宁省专利转化基金项目-模拟床技术在中药现代化中的应用。
作者简介：张伟（1979-），男，辽宁昌图人，讲师，模拟移动床技术及天然产物中间体的色谱分离。
第3期张伟，等：万寿菊提取物中高纯度叶黄素反应条件的研究
41
究，以万寿菊提取物为原料，考察加碱量、加碱浓度、皂化温度、皂化时间以及皂化试剂等几个因素对叶黄素含量的影响，最终确定出最佳的皂化条件并筛选出较好的淋洗条件和重结晶条件。
从图1可以看出，在10%～20%范围内，随着NaOH 浓度的增加，皂化后反应物中的叶黄素含量逐渐升高，高于20%后，则有下降趋势。这可能是由于高浓度的强碱环境会导致游离叶黄素分解，从而降低了其因此，确定用质量浓度为20%的NaOH 作为皂化得率。液进行试验。2.2.2
99.599叶黄素含量（%）
98.59897.59796.5
45
50
55
60
65
70
75
80
1
1.1
材料
主要仪器
UV200Ⅱ紫外可变波长检测器，LC-10ATVP 洗脱
皂化温度的选择按照2.1所述的实验方法，
泵（日本岛津公司），分析柱SUPELCO-C18（Agilent 公R2002旋转蒸发器（上海申生科技有限公司），司），N2000色谱工作站（上海申生科技有限公司）。1.2
试剂
万寿菊正己烷提取物（沈阳中迪色素提取有限公司），甲醇、乙腈、无水乙醇、正丁醇、二氯甲烷、丙酮、NaOH 、KOH 、Na 2CO 3、K 2CO 3和Ca (OH)2均为分析纯，V C 分析纯（东药集团沈阳东瑞科技有限公司）。
于不同温度水浴条件下皂化4h ，试验结果如图2。
2
2.1
方法及结果
皂化试剂的选择
称取万寿菊正己烷提取物20g ，量取40mL 正丁
皂化温度(℃
)
图2皂化温度对叶黄素含量的影响
醇，在55℃密封条件下加入0.2gVc ，然后分别加入浓度为20%的NaOH 、KOH 、Na 2CO 3、K 2CO 3和Ca (OH)2溶液40mL ，于70℃水浴皂化5h ，皂化后过滤，将滤渣挥干。用流动相溶解微量滤渣定容到10mL ，稀释后用HPLC 分析，测定叶黄素的含量，实验结果如表1。
表1
皂化试剂叶黄素含量（%）
由图2可知，在50～70℃范围内，随着温度的升高，游离叶黄素的含量逐渐增加，当温度高于70℃后开始降低。这可能是由于温度过低不利于叶黄素酯在皂化体系中分散，而皂化温度过高则会导致叶黄素的分解和叶黄素的一些活性成分被破坏。因此，试验确定的皂化温度为70℃。2.2.3
皂化时间的选择
按照2.1所述的实验方法，
皂化试剂对叶黄素含量的影响
NaOH 99.3
KOH 64.9
Na 2CO 338.8
K 2CO 35.8
Ca(OH)2
2.0
试验结果如图3。于70℃水浴条件下皂化不同的时间，
99.699.5叶黄素含量（%）
99.499.399.299.19998.998.8
3
5
7
皂化时间(h)
9
11
从表1可看出，70℃用NaOH 皂化叶黄素酯分散好，产品色泽、性状较好。这是由于NaOH 和KOH 是强碱，反应过程中能提供更多的OH ˉ，有利于皂化反应的进行；用NaOH 作为皂化试剂得到的叶黄素含量最选用NaOH 作为皂化试剂进行试验。高。因此，2.22.2.1
单因素试验皂化液浓度的选择
按照2.1所述实验方法，
分别加入不同质量浓度的NaOH 溶液40mL ，于70℃水浴皂化4h ，实验结果如图1。
10095叶黄素含量（%
）
[1**********]560
5
10152025
NaOH 的质量浓度（g/mL）
30
35
图3皂化时间对叶黄素含量的影响
由图3可知，随着皂化时间的延长，产品中游离叶纯黄素的含量首先不断增加，在皂化时间达到8h 时，度达到最高，时间再继续延长，叶黄素的纯度又有所下降。这可能是因为皂化8h 后，几乎所有的叶黄素均以游离状态存在，延长皂化时间只能使叶黄素的氧化量增加，从而减少了得率。因此，试验确定皂化时间为8h 。2.2.4
皂化液体积的选择
按照2.1所述的试验方
（WNaOH=20%）溶液，法，分别加入不同体积的NaOH 于70℃水浴皂化4h ，试验结果如图4。
图1皂化液浓度对叶黄素含量的影响
42
[1**********]500
10
20
30
(mL)V （N aO H ）
特产研究2009年第3期
叶黄素含量（%）
内，随着皂化液体积的增加，产品中游离叶黄素的含量逐渐升高，而在30mL 以后叶黄素的含量趋于平衡。这可能是由于加碱量过多，用水洗涤泡沫非常多，过滤慢，叶黄素暴露于空气时间过长，叶黄素部分氧化，影响了叶黄素的纯度，且增加碱量还增加生产成本，增加后期
40
50
废水处理的难度，因此我们选择皂化加碱量为30mL 。2.3
叶黄素水洗滤渣淋洗条件的选择
分别取不同体积比的正己烷和无水乙醇淋洗叶黄）水洗滤渣。实验结果见表2
。素（W 叶黄素=69.85%
无水乙醇与正己烷体积比
1∶21∶12∶13∶14∶1
叶黄素含量（%）
62.779.499.389.163.869.8
图4皂化液体积对叶黄素含量的影响
由图4可知，当皂化液的体积在10~30mL范围
表2
无水乙醇体积（mL ）
2030404548
正己烷体积（mL ）
4030201512
未淋洗的滤渣
叶黄素水洗滤渣的淋洗条件
通过表2可以看出，水洗滤渣在无水乙醇和正己烷的体积比为2∶1时叶黄素的含量最高。所以用体积比为2∶1的无水乙醇和正己烷淋洗的叶黄素的水洗滤渣效果较好。
表3
二氯甲烷的体积（mL ）
1.52344.5
甲醇体积（mL ）
4.54321.5
未淋洗的滤渣
2.4叶黄素的结晶纯化
分别用不同体积比的甲醇和二氯甲烷溶液对叶黄
素（W 叶黄素=96.9%）重结晶，实验结果见表3。
二氯甲烷与甲醇的体积比
1∶31∶21∶12∶13∶1
叶黄素含量（%）
99.698.099.099.7100.097.0
重结晶溶剂对叶黄素含量的影响
通过表3可以看出，水洗滤渣在二氯甲烷和甲醇的体积比为3∶1时叶黄素的含量最高。所以选择体积比为3∶1的二氯甲烷和甲醇混合液作为重结晶体系较好。
己烷的体积比为2:1的体系中淋洗，水洗滤渣中叶黄素的含量可由69.85%上升到99.31%。在二氯甲烷与甲醇体积比为3:1的体系中重结晶，水洗滤渣中叶黄素的含量可由96.94%上升到99%以上。
参考文献
[1]薛永强. 从万寿菊中提取叶黄素工艺的研究[D].哈尔滨:黑
龙江大学，2005.
[2]郭薇. 万寿菊叶黄素提取工艺优化及分离纯化[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学，2006.
[3]Landrum J T ，Bone R A Lutein ，zeaxanthin ，and the macular pigment. Arch. Biochem[J].Biophys ，2001,385:28-40. [4]Krinsky N I ，Antioxidant functions of carotenoids [J].Free Radic. Biol.M ed ，1989,7:617-635. [5]
Virtamo I ，Korhonen P ，et al. Intake of Hirvonen T ，
flavonoids,carotenoids ，Vitamin C and E ，and risk of stroke male smokers[J].Stroke ，2000，31:2301-2306.
[6]Holick C N ，M ichaud D S ，Stolzenberg-Solomon R ，et al.
Dietary Carotenods ，serum beta carotene ，and retinol and risk of lung cancer in the alpha-tocopherol ，beta-carotene cohort study[J].Am. J. Epidemiol ，2002，156:536-547.
3结论
通过对叶黄素提纯过程中影响叶黄素含量的各种
因素进行分析，最终确定了优化的皂化条件：密闭条件下，利用30mL 质量分数为20%的NaOH 作为皂化试剂，在70℃下皂化8h 可得到质量分数为99.6%的叶黄素。实验结果如图5。
8060电压（m v ）402000
2
4
时间（min ）
6
8
图5用30mL NaOH
皂化的叶黄素色谱
较优的淋洗条件和结晶条件为：在无水乙醇和正
40Special Wild Economic Animal and Plant Research 特产研究
文章编号：1001-4721（2009）03-0040-03
万寿菊提取物中高纯度叶黄素反应条件的研究
张伟，唐晓丹，张静
（辽宁科技大学化工学院，辽宁
鞍山114051）
摘要：叶黄素是一种天然的食用色素。研究发现叶黄素具有护眼、护肤、防癌的功效，而且利用其着色性还可作为饲料及食品添加剂的成分，因此具有广阔的市场开发价值。本实验的主要目的是对叶黄素提纯过程中的皂化条件加以研究，考察加碱量、加碱浓度、皂化温度、皂化时间以及皂化试剂等几个因素对叶黄素含量的影响，最终确定出最佳的皂化条件并筛选出较好的淋洗条件和重结晶条件。
关键词：叶黄素；叶黄素酯；分离纯化；皂化中图分类号：TQ202
文献标识码：A
The Research of Reaction Conditions of High-purity Lutein
in the Extraction of Tageles Erecta Linn
ZHANG Wei , TANG Xiao-dan , ZHANG Jing
（School of Chemical Engineering, University of Science and Technology,Anshan,114051China ）
Abstract:Lutein is a sort of natural food coloring matter. Through the research, we found the lutein has the efficiency of eye health, skin care and anti-cancer. Furthermore it is the composition of feedstuff and food additives applied its stain ability, so lutein has broad market exploitability. The primary purpose of this experiment was study the conditions of saponification in the course of purification with Lutein. Self-made marigold extraction for raw material, View the effication of lutein content with saponification agent, quantity added to base, con-centration added to base, temperature of saponification and time of saponification, finally defined the optimal conditions of saponification and screen out the better conditions of leaching and re-crystallization. Keywords:Lutein ；Lutein esters ；Separation and purification ；Saponification
[1]
叶黄素（Lutein ）又名“植物黄体素”，是一种天然的纯度叶黄素的研究工作，并且在叶黄素的分离纯化、降解等方面取得了一些成果，生产出了比较纯的叶黄素产品，但都未形成大批量生产。因此，利用新方法制备高纯度的叶黄素在我国具有广阔的市场前景。本实验的主要目的是对叶黄素提纯过程中的皂化条件加以研
食用色素，具有色泽鲜艳、着色力强、安全无毒、富含营养等特点[2]。研究发现，叶黄素是一种优良的抗氧化剂，具有护眼、护肤、防癌的功效[3～6]，而且利用其着色性还可作为饲料及食品添加剂的成分。许多科研院所开展了高
收稿日期：2009-03-16
基金项目：国家科技部科技型中小企业技术创新基金项目（03G[1**********]）；辽宁省专利转化基金项目-模拟床技术在中药现代化中的应用。
作者简介：张伟（1979-），男，辽宁昌图人，讲师，模拟移动床技术及天然产物中间体的色谱分离。
第3期张伟，等：万寿菊提取物中高纯度叶黄素反应条件的研究
41
究，以万寿菊提取物为原料，考察加碱量、加碱浓度、皂化温度、皂化时间以及皂化试剂等几个因素对叶黄素含量的影响，最终确定出最佳的皂化条件并筛选出较好的淋洗条件和重结晶条件。
从图1可以看出，在10%～20%范围内，随着NaOH 浓度的增加，皂化后反应物中的叶黄素含量逐渐升高，高于20%后，则有下降趋势。这可能是由于高浓度的强碱环境会导致游离叶黄素分解，从而降低了其因此，确定用质量浓度为20%的NaOH 作为皂化得率。液进行试验。2.2.2
99.599叶黄素含量（%）
98.59897.59796.5
45
50
55
60
65
70
75
80
1
1.1
材料
主要仪器
UV200Ⅱ紫外可变波长检测器，LC-10ATVP 洗脱
皂化温度的选择按照2.1所述的实验方法，
泵（日本岛津公司），分析柱SUPELCO-C18（Agilent 公R2002旋转蒸发器（上海申生科技有限公司），司），N2000色谱工作站（上海申生科技有限公司）。1.2
试剂
万寿菊正己烷提取物（沈阳中迪色素提取有限公司），甲醇、乙腈、无水乙醇、正丁醇、二氯甲烷、丙酮、NaOH 、KOH 、Na 2CO 3、K 2CO 3和Ca (OH)2均为分析纯，V C 分析纯（东药集团沈阳东瑞科技有限公司）。
于不同温度水浴条件下皂化4h ，试验结果如图2。
2
2.1
方法及结果
皂化试剂的选择
称取万寿菊正己烷提取物20g ，量取40mL 正丁
皂化温度(℃
)
图2皂化温度对叶黄素含量的影响
醇，在55℃密封条件下加入0.2gVc ，然后分别加入浓度为20%的NaOH 、KOH 、Na 2CO 3、K 2CO 3和Ca (OH)2溶液40mL ，于70℃水浴皂化5h ，皂化后过滤，将滤渣挥干。用流动相溶解微量滤渣定容到10mL ，稀释后用HPLC 分析，测定叶黄素的含量，实验结果如表1。
表1
皂化试剂叶黄素含量（%）
由图2可知，在50～70℃范围内，随着温度的升高，游离叶黄素的含量逐渐增加，当温度高于70℃后开始降低。这可能是由于温度过低不利于叶黄素酯在皂化体系中分散，而皂化温度过高则会导致叶黄素的分解和叶黄素的一些活性成分被破坏。因此，试验确定的皂化温度为70℃。2.2.3
皂化时间的选择
按照2.1所述的实验方法，
皂化试剂对叶黄素含量的影响
NaOH 99.3
KOH 64.9
Na 2CO 338.8
K 2CO 35.8
Ca(OH)2
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试验结果如图3。于70℃水浴条件下皂化不同的时间，
99.699.5叶黄素含量（%）
99.499.399.299.19998.998.8
3
5
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皂化时间(h)
9
11
从表1可看出，70℃用NaOH 皂化叶黄素酯分散好，产品色泽、性状较好。这是由于NaOH 和KOH 是强碱，反应过程中能提供更多的OH ˉ，有利于皂化反应的进行；用NaOH 作为皂化试剂得到的叶黄素含量最选用NaOH 作为皂化试剂进行试验。高。因此，2.22.2.1
单因素试验皂化液浓度的选择
按照2.1所述实验方法，
分别加入不同质量浓度的NaOH 溶液40mL ，于70℃水浴皂化4h ，实验结果如图1。
10095叶黄素含量（%
）
[1**********]560
5
10152025
NaOH 的质量浓度（g/mL）
30
35
图3皂化时间对叶黄素含量的影响
由图3可知，随着皂化时间的延长，产品中游离叶纯黄素的含量首先不断增加，在皂化时间达到8h 时，度达到最高，时间再继续延长，叶黄素的纯度又有所下降。这可能是因为皂化8h 后，几乎所有的叶黄素均以游离状态存在，延长皂化时间只能使叶黄素的氧化量增加，从而减少了得率。因此，试验确定皂化时间为8h 。2.2.4
皂化液体积的选择
按照2.1所述的试验方
（WNaOH=20%）溶液，法，分别加入不同体积的NaOH 于70℃水浴皂化4h ，试验结果如图4。
图1皂化液浓度对叶黄素含量的影响
42
[1**********]500
10
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(mL)V （N aO H ）
特产研究2009年第3期
叶黄素含量（%）
内，随着皂化液体积的增加，产品中游离叶黄素的含量逐渐升高，而在30mL 以后叶黄素的含量趋于平衡。这可能是由于加碱量过多，用水洗涤泡沫非常多，过滤慢，叶黄素暴露于空气时间过长，叶黄素部分氧化，影响了叶黄素的纯度，且增加碱量还增加生产成本，增加后期
40
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废水处理的难度，因此我们选择皂化加碱量为30mL 。2.3
叶黄素水洗滤渣淋洗条件的选择
分别取不同体积比的正己烷和无水乙醇淋洗叶黄）水洗滤渣。实验结果见表2
。素（W 叶黄素=69.85%
无水乙醇与正己烷体积比
1∶21∶12∶13∶14∶1
叶黄素含量（%）
62.779.499.389.163.869.8
图4皂化液体积对叶黄素含量的影响
由图4可知，当皂化液的体积在10~30mL范围
表2
无水乙醇体积（mL ）
2030404548
正己烷体积（mL ）
4030201512
未淋洗的滤渣
叶黄素水洗滤渣的淋洗条件
通过表2可以看出，水洗滤渣在无水乙醇和正己烷的体积比为2∶1时叶黄素的含量最高。所以用体积比为2∶1的无水乙醇和正己烷淋洗的叶黄素的水洗滤渣效果较好。
表3
二氯甲烷的体积（mL ）
1.52344.5
甲醇体积（mL ）
4.54321.5
未淋洗的滤渣
2.4叶黄素的结晶纯化
分别用不同体积比的甲醇和二氯甲烷溶液对叶黄
素（W 叶黄素=96.9%）重结晶，实验结果见表3。
二氯甲烷与甲醇的体积比
1∶31∶21∶12∶13∶1
叶黄素含量（%）
99.698.099.099.7100.097.0
重结晶溶剂对叶黄素含量的影响
通过表3可以看出，水洗滤渣在二氯甲烷和甲醇的体积比为3∶1时叶黄素的含量最高。所以选择体积比为3∶1的二氯甲烷和甲醇混合液作为重结晶体系较好。
己烷的体积比为2:1的体系中淋洗，水洗滤渣中叶黄素的含量可由69.85%上升到99.31%。在二氯甲烷与甲醇体积比为3:1的体系中重结晶，水洗滤渣中叶黄素的含量可由96.94%上升到99%以上。
参考文献
[1]薛永强. 从万寿菊中提取叶黄素工艺的研究[D].哈尔滨:黑
龙江大学，2005.
[2]郭薇. 万寿菊叶黄素提取工艺优化及分离纯化[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学，2006.
[3]Landrum J T ，Bone R A Lutein ，zeaxanthin ，and the macular pigment. Arch. Biochem[J].Biophys ，2001,385:28-40. [4]Krinsky N I ，Antioxidant functions of carotenoids [J].Free Radic. Biol.M ed ，1989,7:617-635. [5]
Virtamo I ，Korhonen P ，et al. Intake of Hirvonen T ，
flavonoids,carotenoids ，Vitamin C and E ，and risk of stroke male smokers[J].Stroke ，2000，31:2301-2306.
[6]Holick C N ，M ichaud D S ，Stolzenberg-Solomon R ，et al.
Dietary Carotenods ，serum beta carotene ，and retinol and risk of lung cancer in the alpha-tocopherol ，beta-carotene cohort study[J].Am. J. Epidemiol ，2002，156:536-547.
3结论
通过对叶黄素提纯过程中影响叶黄素含量的各种
因素进行分析，最终确定了优化的皂化条件：密闭条件下，利用30mL 质量分数为20%的NaOH 作为皂化试剂，在70℃下皂化8h 可得到质量分数为99.6%的叶黄素。实验结果如图5。
8060电压（m v ）402000
2
4
时间（min ）
6
8
图5用30mL NaOH
皂化的叶黄素色谱
较优的淋洗条件和结晶条件为：在无水乙醇和正