专利名称：一种从海藻中分离岩藻黄素的方法
技术领域：
本发明涉及岩藻黄素的提取分离，具体说是一种从海藻中分离岩藻黄素的方法。
背景技术：
岩藻黄素(fucoxanthin，本文缩写为fucox)又叫墨角藻黄素，呈黄褐色，是类胡萝卜素家族的重要成员之一，具有非常强的抗氧化作用。分子式为C40H60O6；结构式为 岩藻黄素主要存在褐藻和硅藻中，作为外周捕光色素，在藻体中的含量非常大。早在20世纪60年代，人们就发现用海藻食品喂养家禽能够加深蛋黄的颜色，这种效应是由于家禽吸收了藻体中的岩藻黄素引起的。近几年日本学者在做抗肿瘤的实验研究中，发现岩藻黄素具有很强的抗肿瘤活性。Murakami 2002年研究表明，岩藻黄素是哺乳动物复制型DNA聚合酶(polα)的一种有效的抑制剂。北海道大学细川雅史领导的研究小组2003年发现，裙带菜和海带等海藻中的色素成分使癌细胞内防碍癌细胞自然死亡的蛋白质大量减少，促使直肠癌细胞自然死亡和抑制癌细胞增殖，癌细胞的增值率约减少15％。实验同时还证明，岩藻黄素抑制癌细胞增殖的效果，远远超过水果和蔬菜色素成分。
岩藻黄素是一种天然活性物质，由于它具有强还原性，同时又是维生素A原类的化合物，因此具有非常重要的潜在开发利用价值。可作为(1)药品，如用于肿瘤治疗，抗衰老药品，化妆品添加剂以及防治眼科疾病等；(2)食品、饮料添加剂；(3)水产品饵料，提高免疫力，增加色泽；(4)禽畜饲料，富集在卵中，这样不仅使蛋黄的颜色变深，蛋的营养价值也大幅提高。
岩藻黄素的大规模提取技术及其应用的研究在国内还没有开展，国内尚未见有关岩藻黄素的专利发表。
海带是重要的大型经济海藻，它的养殖规模和产量占养殖海藻的首位，世界年产量约为310万吨，我国约占一半以上。我国的海带最初是由日本引进到中国大连，后发展起海带栽培业，成功克服度夏难关后，现已在我国沿海由北至南广泛的开展起来。海带含有丰富的岩藻黄素，加之海带产量之大，因此以海带作为大规模提取岩藻黄素的材料，非常方便有效，不会存在来源不足的问题。但是海带同时含有大量的褐藻胶质和多糖，给岩藻黄素的分离纯化工作带来了很大困难。
常规的从新鲜大型海藻或植物叶片中提取色素的方法为先将大的新鲜藻体剪成小块，再加入一定体积的丙酮等有机溶剂研磨，提取出的色素与残渣的混合物用几层纱布过滤或离心分离。此种方法用于从海带等褐藻中提取岩藻黄素存在以下的缺陷(1)费时费力，抽提过程要进行研磨，因此大的藻体必须剪的很碎，且色素与残渣要经过离心或纱布过滤。
(2)由于海带等大型褐藻中藻胶和多糖含量特别大，给提取工作带来很大的难度。
(3)得率低，用丙酮抽提，同时将叶绿素a[chl a]及叶绿素c[chl c]大量的提取出来了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、速度快、收率高的从海藻中分离岩藻黄素的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种从海藻中分离岩藻黄素的方法，其具体操作过程为将新鲜海藻或冰冻保存的海藻在室温解冻后，用海水清洗3-5遍，去除表面杂质和胶质再用蒸馏水清洗2-3遍，去除藻体表面的盐离子，然后吹干、阴干或用吸水纸去除其表面水分；再将海藻用二甲基亚砜(DMSO)在黑暗中浸提15～60分钟，二甲基亚砜的用量为2～6ml/每克海藻；最后精制即可得岩藻黄素。
所述海藻为海带、马尾藻(Sargassum)、墨角藻(Fucus)、鹅肠菜(Endarachne)、囊藻(Colpnmenina)、绳藻(Chorda)、裙带菜(Undaria)、巨藻(Macrocystis)、鹿角菜(Pelvetia)、海黍子(S.kjellmanianum)、羊栖菜(S.fusiforme)或海蒿子(S.pallidumm)等；浸提过程中，当浸提时间为40～50分钟，DMSO的用量为4～6ml/每克海藻时，分离效果最佳，岩藻黄素的得率最高。
本发明浸提液中色素可按如下过程进行纯化DMSO的去除由于DMSO的沸点太高(189℃)，低温时不宜蒸发去除，且蒸发温度太高会破坏岩藻黄素的结构，因此色素混合物难以进一步纯化得到干粉制剂。纯的DMSO溶于乙酸乙酯，当混合有水溶液时，DMSO则被萃取到水相，与乙酸乙酯分开，且DMSO在硫酸氨溶液(浓度≥0.5mol/l)中易产生沉淀。本发明中加入1倍体积乙酸乙酯和1倍体积硫酸氨(浓度分别为0.25mol/l，0.5mol/l，1mol/l，2mol/l，3mol/l)萃取，很快分层(见图7)。上层橘黄色为乙酸乙酯层，大部分色素都转到上层。由图7可见，当不加硫酸氨或硫酸氨浓度太小时，分层不明显，下层(硫酸氨和DMSO混合层)还含有较多色素；浓度为0.5mol/l时分离效果较好，但下层仍有少量色素，再用乙酸乙酯萃取2-3次后，下层色素基本不见了；当浓度为1mol/l时分离效果好，下层几乎没有色素分配，浓度再高时(2-3mol/l)对分离效果影响不大。上层溶液可加入0.2倍体积0.5mol/l硫酸氨溶液萃取几次(进一步去除少量残留的DMSO)。
色素的分离纯化可利用常规的硅胶柱层析法，具体实施步骤可参照文献‘Vitamin A-related compounds，all-trans retinal and retinoic acids，selectively inhibit activities of mammalian replicative DNA polymerases’，Chikako Murakami etc.Biochimica et Biophysica Acta，2002(1574)85-92。经过3-4次硅胶层析柱即可得到纯度很高的岩藻黄素。
本发明具有如下优点1.操作简单。本发明操作工艺非常简单，分离效果好，所用的浸提试剂和仪器设备都很少，故费用少、成本很低。
2.分离速度快。本发明分离的时间较短，浸提过程只需几十分钟即可。
3.收率高。本发明采用二甲基亚砜从海带根中提取岩藻黄素，与现有技术采用丙酮溶剂的提取方法相比，得率高，纯度好，且所用试剂甲基亚砜是一种良好的医用溶剂，无毒害，不会影响岩藻黄素的天然构象。
4.为工厂化生产奠定了基础。本发明提出了一种简便高效的岩藻黄素提取方法，而且初步研究了多种因素对岩藻黄素提取的影响，有助于其提取工艺的进一步研究，从而最终用于工厂化的大规模生产。
图1为海带根用丙酮(丙酮用量为3ml/每克海带根)分别浸提30min(1)和70min(2)后，浸提液的可见光吸收光谱。
图2为海带根用丙酮(丙酮用量为3ml/每克海带根)分别浸提30min(1)和70min(2)后，浸提液的常温荧光发射光谱(激发波长EM＝452nm)。
图3D为海带根用DMSO(DMSO用量分别为2ml、4ml、6ml/每克海带根)浸提40min后，浸提液的可见光吸收光谱。
图3A为海带根用DMSO(DMSO用量分别为2ml、4ml、6ml/每克海带根)浸提40min，残渣再用丙酮(丙酮用量为3ml/每克海带根)分别浸提30min后，残渣浸提液的可见光吸收光谱。
图4D为海带根用DMSO(DMSO用量分别为2ml、4ml、6ml/每克海带根)浸提40min后，浸提液的常温荧光发射光谱(激发波长EM＝452nm)。
图4A为海带根用DMSO(DMSO用量分别为2ml、4ml、6ml/每克海带根)浸提40min，残渣再用丙酮(丙酮用量为3ml/每克海带根)分别浸提30min后，残渣浸提液的常温荧光发射光谱(激发波长EM＝452nm)。
图5D为海带根用DMSO(DMSO用量为4ml/每克海带根)分别浸提20、40、60min后，浸提液的可见光吸收光谱。
图5A为海带根用DMSO(DMSO用量为4ml/每克海带根)分别浸提20、40、60min，残渣再用丙酮(丙酮用量为3ml/每克海带根)分别浸提30min后，残渣浸提液的可见光吸收光谱。
图6D为海带根用DMSO(DMSO用量为4ml/每克海带根)分别浸提20、40、60min后，浸提液的常温荧光发射光谱(激发波长EM＝452nm)。
图6A为海带根用DMSO(DMSO用量为4ml/每克海带根)分别浸提20、40、60min，残渣再用丙酮(丙酮用量为3ml/每克海带根)分别浸提30min后，残渣浸提液的常温荧光发射光谱(激发波长EM＝452nm)。
图7为DMSO相用乙酸乙酯和不同浓度的硫酸氨溶液萃取结果；其中硫酸氨浓度分别为1. 3mol/l；2. 2mol/l；3. 1mol/l；4. 0.5mol/l；5. 0.25mol/l，具体实施方式
将海带假根、马尾藻和墨角藻用分别用海水清洗3-5遍，去除表面杂质和部分胶质后，直接用于提取色素或置于-20℃冰箱中冰冻备用。
实施例1将新鲜的或冰冻的海带根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。称取1g海带根放入小烧杯中，加入DMSO 3ml，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中浸提50min，将浸提液倒入棕色瓶中，再用3ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。测定吸光度A665，A631，A582，A480，按下列公式计算色素浓度[chl a]＝A665/72.8；[chl c]＝(A631+A582-0.298 A665)/61.8；[Fucoxanthin]＝(A480-0.723(A631+A582-0.298 A665)-0.049 A665)/130。计算得率以每克海带根中提出的色素量为依据，结果见表1。
表1每克海带根中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
实施例2将新鲜的或冰冻的海带根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。称取1g海带根放入小烧杯中，加入DMSO 4ml，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中浸提15min后，将浸提液倒入棕色瓶中，再用4ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。吸光度测定及色素浓度计算方法同实施例1，计算得率以每克海带根中提出的色素量为依据，结果见表2。
表2每克海带根中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
实施例3
将新鲜的或冰冻的海带根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗5遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。称取1g海带根放入小烧杯中，加入DMSO 7ml，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中浸提30min后，将浸提液倒入棕色瓶中，再用7ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。吸光度测定及色素浓度计算方法同实施例1，计算得率以每克海带根中提出的色素量为依据，结果见表3。
表3每克海带根中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
实施例4将新鲜的或冰冻的马尾藻根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。称取1g马尾藻放入小烧杯中，加入DMSO 3ml，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中浸提50min后，将浸提液倒入棕色瓶中，再用3ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。吸光度测定及色素浓度计算方法同实施例1，计算得率以每克马尾藻中提出的色素量为依据，结果见表4。
表4每克马尾藻中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
实施例5将新鲜的或冰冻的墨角藻根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。称取1g墨角藻放入小烧杯中，加入DMSO 3ml，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中浸提50min后，将浸提液倒入棕色瓶中，再用3ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。吸光度测定及色素浓度计算方法同实施例1，计算得率以每克墨角藻中提出的色素量为依据，结果见表5。
表5每克墨角藻中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
实施例6(对比例)将新鲜的或冰冻的海带根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻体表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。称取两组0.9g海带根，放在2个小烧杯中，按丙酮3ml/每克海带根，分别加入2.7ml100％丙酮，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中分别浸提30min和70min后，将浸提液倒入棕色瓶中。测定其可见光吸收光谱(见图1)和荧光发射光谱(见图2)。以100％丙酮为空白对照，测定吸光度A661，A628，A580，A470，按下列公式计算色素浓度[chl a]＝A661/83.3；[chl c]＝(A628+A580-0.239 A661)/62.0；[Fucoxanthin]＝(A470-0.774(A628+A580-0.239 A661)-0.031 A661)/142，计算得率以每克海带根中提出的色素量为依据，结果见表1。
表6每克海带根中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
由图1看出海带根用丙酮分别浸提30min(1)和70min(2)后，两者光谱形状相似，最大吸收峰为432nm，其次为661nm，为叶绿素a的特征吸收峰，620nm和580nm处的小峰为叶绿素c的吸收峰，由此图中看不出岩藻黄素的特征吸收峰。
由图2看出海带根用丙酮分别浸提30min(1)和70min(2)后，激发波长EM＝452nm，两者的光谱形状相似，最大荧光发射峰为646.5nm左右，其次为676.8nm左右，前者为岩藻黄素的荧光发射峰，后者为叶绿素a的特征发射峰。可以看出，其中叶绿素a贡献的荧光比例很大。
实施例7(对比例)将新鲜的或冰冻的海带根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。分别称取2.55g、3.2g、3.0g海带根，放在3个小烧杯中，按DMSO/每克海带根为2ml、4ml、6ml分别加入DMSO 5.1ml、12.8ml、18ml(编号依次为1D，2D，3D)，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中浸提40min，结束后将抽提液倒入棕色瓶中，再分别用1.25ml、3.2ml、4.5ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。残渣用蒸馏水清洗3遍后，用吸水纸吸干，然后按实施例6中所述，分别加入7.65ml、9.6ml、9ml丙酮(编号依次为1A，2A，3A)，浸提30min，将浸提液分别过滤到棕色瓶中。测定其可见光吸收光谱(见图3A，3D)和荧光发射光谱(见图4A，4D)。色素含量测定，DMSO相按实施例1中所述，丙酮相按实施例6中所述，计算得率以每克海带根中提出的色素量为依据，结果见表7。
表7每克海带根中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
由图3D看出最大吸收峰为452nm，来自岩藻黄素；2D和3D在581nm、630nm和665nm处有小的吸收峰，其中581nm和630nm来自叶绿素c，665nm来自叶绿素a；1D在此3处几乎没有吸收峰，但是1D的452nm吸收峰也比2D和3D低。
由图3A看出最大吸收峰为431nm，其次为661nm，417nm处有一肩峰，3者来源于叶绿素a；578nm和617nm的小吸收峰来源于chl c，没有岩藻黄素的特征吸收峰。
由图4D看出最大荧光发射峰为654-655nm，为岩藻黄素的特征荧光发射峰，没有来源于叶绿素a的特征荧光发射峰。
由图4A看出最大荧光发射峰为674-679nm，为叶绿素a的特征荧光发射峰，其中1A的644nm和3A的645nm小峰来源于岩藻黄素，2A的岩藻黄素荧光发射肩峰为647nm。
实施例8将新鲜的或冰冻的海带根取出，室温解冻后，用蒸馏水清洗3遍，去除藻表面的盐离子，然后用吸水纸吸干表面水分。分别称取2.0g、3.2g、2.0g海带根，放在3个小烧杯中，按DMSO/每克海带根为4ml分别加入DMSO 8ml、12.8ml、8ml，用两层保鲜膜封住烧杯口，在黑暗中分别浸提20、40、60min(编号依次为4D，5D，6D)，结束后将浸提液倒入棕色瓶中，再分别用2ml、3.2ml、2ml蒸馏水清洗残渣后倒入棕色瓶中。残渣用蒸馏水清洗3遍后，用吸水纸吸干，然后按实施例6分别加入6ml、9.6ml、6ml丙酮(编号为4A，5A，6A)，浸提30min，将抽提液分别过滤到棕色瓶中。测定其可见光吸收光谱(见图5A，D)和荧光发射光谱(见图6A，D)。色素含量测定，DMSO相按实施例1中所述，丙酮相按实施例6中所述，计算得率以每克海带根中提出的色素量为依据，结果见表8。
表8每克海带根中所含的色素量及岩藻黄素所占总色素的比例
由图5D看出最大吸收峰为452nm，来自岩藻黄素；5D和6D在665nm处有小的吸收峰，来自叶绿素a；4D在581nm和630nm处有小的吸收峰，来自叶绿素c。
由图5A看出最大吸收峰为431nm，其次为661nm，416nm处有一肩峰，3者来源于叶绿素a；578nm和617nm的小吸收峰来源于chlc，没有岩藻黄素的特征吸收峰。
由图6D看出最大荧光发射峰为654-655nm，是岩藻黄素的特征荧光发射峰，没有来源于叶绿素a的特征荧光发射峰。
由图6A看出最大荧光发射峰为676-679nm为叶绿素a的特征荧光发射峰，其中4A的644.8nm和6A的645nm小峰来源于岩藻黄素，5A的岩藻黄素荧光发射肩峰为647nm。
实施例9DMSO的去除由于DMSO的沸点太高(189℃)，低温时不宜蒸发去除，且蒸发温度太高会破坏岩藻黄素的结构，因此色素混合物难以进一步纯化得到干粉制剂。纯的DMSO溶于乙酸乙酯，当混合有水溶液时，DMSO则被萃取到水相，与乙酸乙酯分开，且DMSO在硫酸氨溶液(浓度≥0.5mol/l)中易产生沉淀。
本发明将由实施例7和实施例8所得的DMSO浸提液，分别加入1倍体积乙酸乙酯和1倍体积硫酸氨(浓度分别为0.25mol/l，0.5mol/l，1mol/l，2mol/l，3mol/l)萃取，很快分层(见图7)。上层为乙酸乙酯层，呈现橘黄色，大部分色素都被萃取到乙酸乙酯层。由图7可见，当不加硫酸氨或硫酸氨溶液浓度太小时，分层不明显，下层(硫酸氨和DMSO混合层)还含有较多色素；浓度为0.5mol/l时分离效果较好，但下层仍有少量色素，再用乙酸乙酯萃取2-3次后，下层色素基本不见了；当浓度为1mol/l时分离效果好，下层几乎没有色素分配，浓度再高时(2-3mol/l)对分离效果影响不大。上层溶液可加入0.2倍体积0.5mol/l硫酸氨溶液萃取几次(以进一步去除少量残留的DMSO)。
二甲基亚砜(DMSO)，分子式为(CH3)2SO，它是一种非质子极性溶剂，毒性极低。DMSO对化学反应具有特殊溶媒效应和对许多物质的溶解特性，又被称为“万能溶媒”。广泛地应用于石油加工、有机合成、合成纤维、农药、医药以及气体、液体混合物的分离纯化、农作物栽培育种、微生物的诱变育种等领域。在医药工业领域作为反应溶剂在医药中间体合成中应用很多，它具有消炎、止痛、利尿、镇静、促进血液循环和伤口愈合并且有明显的抑制肿瘤的作用，对肌体具有很强的渗透能力和对其他药物的携带、增效作用，能增加药物吸收和提高疗效。
本发明以DMSO为溶剂，创立了从大型褐藻海带中简便快速高效的提取纯度较高的岩藻黄素的实验技术。实验结果表明(1)由图片可说明用丙酮提取的效果远远低于用DMSO处理的效果，用丙酮处理时将叶绿素a大量的提取出来了，其可见光吸收光谱中根本没有岩藻黄素的吸收峰(图1)，荧光发射光谱以452nm激发，叶绿素a和岩藻黄素的荧光强度相当(图2)。而所有选择DMSO处理的，其可见光吸收光谱岩藻黄素的吸收峰非常强，而chla和chlc的吸收峰非常弱(图3D，5D)，在荧光发射光谱图中，只有岩藻黄素的特征荧光峰(图4D，6D)。
(2)由表说明，用DMSO进行不同处理a.不同体积(2倍，4倍，6倍)处理相同时间(40min)，随着DMSO处理量的增加，岩藻黄素得率不断提高(6倍体积处理每克海带根含90.38μg)，纯度也最大(1.26)，其次为4倍处理(纯度为0.98)；残渣用丙酮处理后，4倍处理的残渣其岩藻黄素得率最低，纯度也最低。详细数据见表2。
b.用4倍体积DMSO处理不同时间(20、40、60min)，40min处理的得率最高，纯度最好。详细数据见表3。
(3)本实验通过用DMSO从冰冻的海带根中提取岩藻黄素，得率高，纯度好，方法简单快速，成本低，且DMSO为无毒溶剂。通过多因子筛选，发现用3-6倍体积(DMSO藻，mlg)抽提40-50min效果最佳。本发明不仅提出了一种简便高效的岩藻黄素提取方法，而且初步研究了多种因素对岩藻黄素提取的影响，将有助于其提取工艺的进一步研究，从而最终用于工厂化的大规模生产。
权利要求
1.一种从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于具体操作过程为，将新鲜海藻或冰冻海藻于室温下解冻后，用蒸馏水清洗，然后除去其表面水分，再将海藻用二甲基亚砜在黑暗中浸提，浸提时间为15～60分钟，二甲基亚砜的用量为2～6ml/每克海藻。
2.按权利要求1所述从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于所述冰冻海藻可以通过将新鲜海藻，用海水清洗后于-5℃或-5℃以下，冰冻2小时以上获得。
3.按权利要求1所述从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于所述海藻为海带、马尾藻、墨角藻、鹅肠菜、囊藻、绳藻、裙带菜、巨藻、鹿角菜、海黍子、羊栖菜或海蒿子。
4.按权利要求1所述从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于所述浸提时间为40～50分钟，二甲基亚砜的用量为4～6ml/每克海藻。
5.按权利要求1所述从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于浸提后浸提液中二甲基亚砜的去除，在浸提液中加入0.5-1.5倍体积乙酸乙酯和1倍体积硫酸氨溶液萃取；色素转移到上层的乙酸乙酯层中。
6.按权利要求5所述从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于所述硫酸氨浓度为0.25-3mol/l。
7.按权利要求5所述从海藻中分离岩藻黄素的方法，其特征在于色素的分离纯化，将含色素的乙酸乙酯层液经过硅胶层析柱即可得到纯度很高的岩藻黄素。
全文摘要
本发明涉及岩藻黄素的提取分离，具体说是一种从海藻中分离岩藻黄素的方法，具体操作过程为，将新鲜海藻或冰冻海藻于室温下解冻后，用蒸馏水清洗去除表面盐离子，然后除去其表面水分，再将海藻用二甲基亚砜在黑暗中浸提，浸提时间为15～60分钟，二甲基亚砜的用量为2～6ml/每克海藻，最后用乙酸乙酯和硫酸氨混合溶液将二甲基亚砜浸提液中的色素萃取到乙酸乙酯中。本发明优点为操作简单，分离速度快，收率高，为工厂化生产奠定了基础，从而最终用于工厂化的大规模生产。
文档编号C07D303/12GK1706836SQ20041002072
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月11日 优先权日2004年6月11日
发明者王广策, 汪文俊, 王发左, 曾呈奎 申请人:中国科学院海洋研究所