1、课题2 胡萝卜素的提取 一、胡萝卜素的基础知识 1.胡萝卜素的种类:依据碳碳双键的数目可以划分为、三类,其中 _是最主要的组成成分。一分子的-胡萝卜素可被氧化成两分子 的_。2.胡萝卜素的用途:(1)治疗因缺乏_而引起的各种疾病。(2)广泛地用作_、饮料、饲料的添加剂。(3)使_恢复成正常细胞。必备知识自主学习 -胡萝卜素 维生素A 维生素A 食品 癌变细胞 3.胡萝卜素的性质:胡萝卜素是_结晶,化学性质比较稳定,不溶于_,微 溶于乙醇,易溶于_等有机溶剂。4.工业生产胡萝卜素的方法:(1)从_,如胡萝卜等蔬菜。(2)从大面积养殖的_中获得。(3)利用微生物的_生产。橘黄色 水 石油醚 植物中
2、提取 岩藻 发酵 二、胡萝卜素的提取 1.方法:_。2.原理:胡萝卜素的化学性质_,不溶于水,易溶于_等有机溶剂。3.实验流程:胡萝卜粉碎_萃取_浓缩胡萝卜素 4.胡萝卜素的鉴定:_法。5.萃取剂的选择:(1)种类:_和水不溶性。(2)原则:萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有_的沸点,能够充分溶解胡萝卜素,并且不与_混溶。比较稳定 石油醚 干燥 过滤 纸层析 水溶性 较高 水 萃取法 6.影响萃取的因素:萃取的效率主要取决于_的性质和使用量,同时还受 到_、紧密程度、含水量以及萃取的_和时间等条件的影响。7.胡萝卜素提取装置的设计:(1)萃取过程应该避免明火加热,采用_。(2)为防止加热时有机溶剂
3、挥发,要在加热瓶口安装_。(3)萃取液的浓缩可直接使用_。(4)浓缩前要进行_。萃取剂 原料颗粒的大小 温度 水浴加热 回流冷凝装置 蒸馏装置 过滤 三、结果分析与评价 1.胡萝卜素的鉴定方法:_法。2.实验步骤:做基线_层析观察。纸层析 点样【易错辨析】1.胡萝卜素的化学性质不稳定,其易溶于石油醚等有机溶剂。()分析:胡萝卜素的化学性质比较稳定,易溶于石油醚等有机溶剂。2.萃取胡萝卜素的有机溶剂应具有高沸点、不溶于水和不易挥发的性质。()分析:萃取胡萝卜素的有机溶剂应具有高沸点、不溶于水且易挥发的性质。3.乙醇和丙酮均适合作为胡萝卜素的萃取剂。()分析:乙醇和丙酮能够与水混溶,不适合作为胡萝
4、卜素的萃取剂。4.新鲜的胡萝卜含水量高,干燥时可采用高温以节省时间。()分析:干燥时要控制温度,温度太高、时间太长会使胡萝卜素分解。5.食用胡萝卜能预防维生素A缺乏症,说明胡萝卜中含有大量的维生素A。()分析:胡萝卜中含有大量的胡萝卜素,其中-胡萝卜素可以被氧化成维生素A。6.萃取装置上的冷凝管主要用于防止胡萝卜素挥发。()分析:胡萝卜素无挥发性,因此萃取装置上的冷凝管不是用于防止胡萝卜素挥发,而是为了防止有机溶剂挥发,通过冷凝管可以使有机溶剂冷凝回流。关键能力合作学习 一、胡萝卜素的提取 1.原理:根据胡萝卜素易溶于有机溶剂的特点,采用有机溶剂萃取的方法。2.萃取剂的选择:(2)萃取剂的选择
5、原则。具有较高的沸点,能够充分溶解胡萝卜素且不与水混溶。还要考虑萃取效率、对人的毒性、是否易燃,有机溶剂是否能从产品中完全除去,会不会影响产品质量等问题。综合分析以上原则,本实验最好选用石油醚作为萃取剂。3.影响萃取的因素及解决方法:影响因素解决方法萃取剂的性质选择沸点高、水不溶性、无毒的有机溶剂萃取剂的使用量选择最适用量原料颗粒的大小、紧密程度将胡萝卜粉碎含水量将粉碎的胡萝卜干燥萃取温度适当提高萃取温度萃取时间延长萃取时间4.提取胡萝卜素的实验装置设计:(1)提取装置:如图甲所示,由铁架台、酒精灯、水浴锅、烧瓶、冷凝管等组成。安装顺序是由下而上,拆除时相反。(2)浓缩装置:与水蒸气蒸馏装置相
6、同,如图乙。5.实验操作:(1)材料处理:500 g新鲜胡萝卜洗净、沥干、切碎烘干(40,2小时)粉碎(2)萃取:将样品放入500 mL圆底烧瓶中,加入200 mL石油醚混匀,按图甲所示安装萃取回流装置,萃取30 min。(3)过滤:过滤萃取液,除去固体物质。(4)浓缩:按图乙所示安装蒸馏装置,对萃取液进行浓缩,以挥发掉有机溶剂。易错提醒:蒸馏装置的两种用法(1)在蒸馏法中的应用:用于蒸馏过程,蒸馏后植物有效成分随水蒸气一起蒸馏,冷凝后存在于油水混合物中。(2)在萃取法中的应用:用于萃取液的浓缩,植物有效成分存在于蒸馏烧瓶中,冷凝后收集到的是有机溶剂。【选修对接必修】对接必修1:叶绿体中的色素
7、(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂_中,因此可以用该溶剂提取。(2)绿叶中的色素有4种,纸层析的结果是这些色素在滤纸条自上而下的顺序是:_。无水乙醇 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b【典题通关】哈佛大学的研究者发现,饮食中摄入大量胡萝卜素,可将视力衰退与丧失的风险降低25%35%。请回答与胡萝卜素有关的问题:(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中,最主要的是_(填“-胡萝卜素”“-胡萝卜素”或“-胡萝卜素”),该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子_,后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症,该疾病称为_,胡萝卜素是_(填“挥发性”或“非挥发性”)物质。(2)工业生产上,用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素
8、时,_(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂,应选用其中的_作为胡萝卜素的萃取剂,不选用另外一种的理由是_。【解题关键】解答本题需明确:(1)胡萝卜素的种类和作用。(2)选择萃取剂需要考虑的因素。【解析】(1)胡萝卜素的化学分子式中包含多个碳碳双键,根据双键的数目可以将胡萝卜素划分为、三类,-胡萝卜素是其中最主要的组成成分;一分子的-胡萝卜素在人或动物的小肠、肝脏等器官被氧化成两分子的维生素A;缺乏维生素A会造成夜盲症。胡萝卜素为非挥发性物质。(2)提取胡萝卜素时新鲜的岩藻具有大量的水分需要进行干燥,以提高萃取效率。(3)乙酸乙酯属于水不溶性有机溶剂,能够
9、溶解胡萝卜素;乙醇是水溶性有机溶剂,因萃取中能与水混溶而影响萃取效果,所以不宜选作萃取剂。答案:(1)-胡萝卜素 维生素A 夜盲症 非挥发性(2)需要(3)乙酸乙酯 萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶,而乙醇属于水溶性有机溶剂 【跟踪小练】1.下列关于胡萝卜素提取的有关叙述中,不正确的是()A.萃取胡萝卜素的效率主要取决于萃取温度和时间 B.萃取剂选择时要考虑沸点、对人的毒性、易与产品分离等特点 C.萃取效率与原料颗粒大小、含水量、紧密程度均呈负相关 D.萃取液的浓缩可以直接使用蒸馏装置 【解题关键】解答本题的关键:(1)萃取剂的选择原则。(2)影响萃取的各种因素对萃取效率的影响。【解析】选A
10、。萃取胡萝卜素的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量,A项不正确。萃取剂选择时要考虑沸点、对人的毒性、易与产品分离等特点,B项正确。萃取效率与原料颗粒大小、含水量、紧密程度有关,其中原料颗粒越小、含水量越低、紧密程度越小,萃取效率越高,因此萃取效率与原料颗粒大小、含水量、紧密程度均呈负相关,C项正确。萃取液的浓缩即挥发有机溶剂的过程,因此可以直接使用蒸馏装置,D项正确。2.石油醚经常被用作植物有效成分提取时的萃取剂,其原因是()A.具有较高的沸点、萃取效率高、毒性很小 B.具有较低的沸点、萃取效率高、毒性很小 C.具有较高的沸点、萃取效率一般、毒性较小 D.具有较低的沸点、萃取效率高、毒性较大【
11、解析】选A。石油醚、乙酸乙酯、乙醚、苯、四氯化碳等不能与水混溶,是水不溶性有机溶剂,石油醚具有较高的沸点、萃取效率高、毒性很小,故选A。3.某同学想研究萃取胡萝卜素的最佳温度,在设计实验时应注意()A.萃取时间不用考虑是否相同 B.使用不同萃取剂,但量要相同 C.原料颗粒大小不同 D.除温度外,其他因素相同,以保证单一变量【解析】选D。本实验的目的是研究提取胡萝卜素的最佳温度,因此,温度就应该是本实验中的实验变量,也是唯一变量,为了排除其他因素对实验结果的干扰,应保证其他条件相同。4.从胡萝卜中提取胡萝卜素时,首先要将原料干燥、粉碎,其主要原因是()A.胡萝卜太大,不能放入烧瓶中 B.整个胡萝
12、卜不能溶于有机溶剂 C.使原料充分与有机溶剂接触,增大溶解度 D.减少萃取的时间,从而提高效率【解析】选C。影响萃取的因素主要有萃取剂的性质和使用量,此外,原料颗粒的大小及含水量也能影响萃取效果。因此,先将胡萝卜干燥脱水并粉碎,使之与萃取剂充分接触,提高溶解度。另外,萃取时间一般要长一些,效果也会好些。5.回答下列有关“胡萝卜素提取”的问题。(1)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是_法。以下为提取胡萝卜素的实验流程:胡萝卜粉碎干燥A过滤B胡萝卜素。其中,A过程叫_,B过程叫_。(2)在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中,应严格将_和_控制在一定范围内。(3)如图为提取胡萝卜素的装置示意图,请指出图中一
13、处错误并改正:_。【解析】(1)根据胡萝卜素易溶于有机溶剂的特点,一般用萃取法提取。提取胡萝卜素的实验流程中,A是萃取,B是浓缩。(2)新鲜的胡萝卜含有大量水分,需要进行干燥,但在干燥时需要注意控制温度和时间,温度太高,干燥时间太长会导致胡萝卜素的分解。(3)萃取剂为有机溶剂,如果使用明火加热容易引起燃烧和爆炸,应该采用水浴加热。答案:(1)萃取 萃取 浓缩(2)温度 时间(3)应避免明火加热,而采用水浴加热【误区警示】选择萃取剂需要考虑的因素(1)萃取剂能够充分溶解提取物,并且不与水混溶。(2)萃取剂要有较高的沸点,保证萃取效率,但是沸点也不能过高,否则不易从产品中除去。(3)需要考虑对人体
14、是否有毒等安全问题。二、胡萝卜素的鉴定 1.鉴定方法:纸层析法。2.鉴定原理:不同色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸上的扩散速度不同,通过比较萃取样品和标准样品层析的结果,可以判断萃取样品的纯度。3.鉴定步骤:做基线:在18 cm30 cm滤纸下端距底边2 cm处做一基线,在基线上取A、B、C、D四点 对照点样:A、D点点上标准样品,B、C点点上萃取样品 干燥层析:吹干滤纸上的溶剂,放入密封色谱容器中层析 对比观察:对比观察样品色素点与标准色素点的异同 4.分析评价:(1)如果提取到的胡萝卜素含杂质,则层析后在滤纸上出现多个不同高度的色素样点。(2)如果萃取样品中出现了和标准样品一样的
15、层析带,说明提取胡萝卜素的实验成功。(3)由于提取物中含有杂质,萃取样品的颜色可能比标准样品的颜色浅,也可以通过颜色的比较,初步确定提取的胡萝卜素的量。【典题通关】某同学在鉴定胡萝卜素粗品中,所做的纸层析实验如图所示,请指出其中的三处错误:_。_。_。【解题关键】解答本题需注意:(1)层析液易挥发,是否加盖密封。(2)层析液是否没及基线。(3)滤纸两边是否接触。【解析】进行胡萝卜素粗品鉴定时,色谱容器应加盖密封;层析液不能没及基线,且滤纸筒边缘不能接触。答案:色谱容器未加盖密封 层析液过多,没过了基线 滤纸两边接触 【误区警示】纸层析法分离色素的注意事项(1)层析时层析液不能没及基线,防止色素
16、溶解在层析液中。(2)点好样后将滤纸卷成筒状,注意滤纸不能相互接触,以免因毛细现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快,影响分离结果。【跟踪小练】1.如图为胡萝卜素的纸层析结果示意图,请据图回答问题:(1)该图所示的鉴定方法称为纸层析鉴定法。基线一般距底边_cm。(2)A、B、C、D四点中,属于标准样品的样点是_。点样的要求是_。在图中的层析谱中,代表的物质是_。(3)该层析的目的是_,在“绿叶中色素的提取和分离”实验中层析的目的是_。【解题关键】解答本题的关键是明确图中各层析点的含义,区别标准样品和萃取样品。【解析】(1)纸层析鉴定法鉴定胡萝卜素时,在滤纸上画的基线不能太高或太低,离滤纸的下端底边一
17、般是2 cm。(2)点样应该快速细致,圆点细小,每次点样时滤纸都要干燥,图中的A和D点属于标准样品的样点,代表其他色素和杂质。(3)该实验层析的目的和绿叶中的色素层析目的不同,胡萝卜素的层析是为了鉴定,而绿叶中色素的层析是为了将叶绿体中的四种色素分离。答案:(1)2(2)A和D 快速细致,圆点细小,每次点样时滤纸都要干燥 其他色素和杂质(3)鉴定提取的胡萝卜素是否含有杂质 分离叶绿体中的色素 【互动探究】本题图中所代表的色素有何差异?提示:颜色不同、在层析液中的溶解度不同。2.胡萝卜素不仅可以用来治疗缺乏维生素A的疾病,还可以广泛用作食品、饮料等的添加剂,近年发现天然胡萝卜素具有使癌变细胞恢复
18、成正常细胞的功能,所以市场需求量大,经济效益高。某工厂利用植物组织培养来提取胡萝卜素,过程如图所示。据此回答下列问题:(1)胡萝卜韧皮部细胞培养后能产生胡萝卜素的原因是它具有_,诱导形成愈伤组织的过程叫_,该过程需添加的激素有_。(2)培养几天后发现少数培养基感染杂菌,原因可能是_,杂菌和培养细胞之间的关系是_。(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素,常用的萃取剂是_,加热提取过程中,应严格控制_,原因是_。(4)提取的胡萝卜素可通过_法进行鉴定,在鉴定过程中需用_对照。【解析】(1)胡萝卜韧皮部细胞含有该生物一整套的遗传物质,包括产生胡萝卜素的有关基因,因此利用韧皮部细胞培养得到的细胞团能产生胡萝卜素
19、;植物组织培养时,脱分化形成愈伤组织,需要添加的植物激素有细胞分裂素和生长素。(2)如果培养基感染杂菌说明培养基灭菌不彻底或培养时没有严格进行无菌操作;杂菌能利用营养物质在培养基上大量繁殖,与培养细胞之间的关系是竞争。(3)胡萝卜素易溶于石油醚中,并且石油醚不溶于水,因此可以使用石油醚萃取胡萝卜素;加热提取过程中,要严格控制温度和时间,当温度过高或时间过长时会导致胡萝卜素分解。(4)提取的胡萝卜素可以采用纸层析法进行鉴定,通过与标准样品的分离结果进行比较可以得出结论。答案:(1)产生胡萝卜素的基因(或全能性)脱分化 细胞分裂素和生长素(2)灭菌不彻底或培养时未严格进行无菌操作 竞争(3)石油醚 温度和时间 温度过高和时间过长会导致胡萝卜素分解(4)纸层析 标准样品