收稿日期:2005-03-29
作者简介:徐清海(1968-),男,吉林长春人,沈阳农业大学副教授,学士,从事天然产物的提取与开发研制工作。电话:
(024)88493096,E -mail :xqh81069686@https://www.doczj.com/doc/f010071204.html,
天然色素的提取及其生理功能
徐清海,明 霞
(沈阳农业大学基础部,辽宁沈阳 110161)
摘 要:介绍了天然色素的提取和精制方法,讨论了溶剂萃取法、超临界CO 2萃取法、微波辐射提取法、酶法、吸附解吸法、膜分离法的特点。针对天然色素不稳定的特点,介绍了天然色素的稳定化方法。综述了天然色素的生理功能,对类胡萝卜素、叶黄素类、黄酮类、花色苷类等色素的抗氧化活性、抗菌活性及保健功能进行了介绍。开发功能性的天然色素具有广阔的应用前景。关键词:天然色素;天然色素提取;生理功能
中图分类号:T S 202.3 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2005)05-0268-03
Extraction on natural pigment and its physiological functions
X U Qing -hai ,MING X ia
(Department of Basic Science ,Sheny ang Ag riculture University ,Shenyang 110161,China )
A bstract :The extracting and purifying technologies on natural pig ments were introduced .The charac -teristics of every kind of prog ress such as solvent ex traction ,supercritical CO 2extraction ,microw ave
radiation extraction ,enzy matic extraction ,adso rbent separation technology and membrane separation technology w ere discussed .The stabilization technologies of natural pigments w ere introduced based on its characteristics of lability .The phy siological functions of some natural pigments w ere reviewed ,some natural pigments such as caro tenoid ,xanthophy lls ,flavano nes and anthocyanin w ere introduced on an -tio xidant activities ,antibacterial activities and health protection .It showed wide application prospect to exploit functional natural pigments .
Key words :natural pigment ;natural pigment extraction ;phy siolog ical functions 食用色素是食品添加剂的一个重要分支,广泛应用于食品、日化、医药等行业。国际上对食品安全问题日益重视,回归天然、崇尚绿色成为发展的潮流。随着医学毒理学和生物学试验工作的进展,陆续发现化学合成色素中不少品种具有严重的慢性毒性和致癌性,而逐渐被天然色素替代
[1]
。天然色素
作为食品添加剂,具有安全性高、色泽自然鲜艳的特点,而且有些天然色素对人体的多种疾病还具有治疗、预防等药理作用和保健功能。现对天然色素的提取和生理功能介绍如下。
1 天然色素的提取、精制及稳定化
1.1 天然色素的提取1.1.1 溶剂萃取法 对水溶性、醇溶性的花色苷类、黄酮类、脂溶性色素的生产多采用有机溶剂浸提,再经过滤、减压浓缩、真空干燥的工艺。花色苷
在中性或弱碱性溶液中不太稳定,提取过程中通常采用酸化乙醇。溶剂萃取法的缺点是溶剂需回收、
产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残留。1.1.2 超临界CO 2萃取法 此法特别适于萃取挥发性、热敏性或脂溶性色素,如辣椒红素、β-胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素和番茄红素[2]
。与溶剂萃取法相比,无化学溶剂的消耗、残留和污染,并可避免萃取物在高温下分解,保护生理活性物质的活性及保持萃取物的天然风味。1.1.3 微波辐射提取法 借助微波提取天然色素是近年来发展的新技术[3]。对番茄红素等脂溶性色素,有机溶剂不易渗透细胞壁和细胞膜,不能很好地将提取物从细胞器中溶出,使提取时间延长。而采用微波辐射萃取可大大缩短时间,降低生产能源,溶剂的消耗以及废物的产生,从而可以提高萃取效
第34卷第5期2005年5月
应 用 化 工Applied Chemical I ndustry
Vol .34No .5M ay .2005
率。将叶黄素以微波加热提取,还可避免在温度过高的情况下发生氧化降解反应。
1.1.4 酶法提取 纤维素酶可使纤维素、半纤维素等物质降解,引起细胞壁和细胞间质结构发生局部疏松、膨胀等变化,从而增大胞内有效成分向提取介质的扩散,促进色素提取效率的提高。应用纤维素酶提取红花中的红花黄色素,与传统水浸提取工艺相比,提取率提高了9.40%～13.35%。具有提取条件温和、有效成分理化性质稳定等优点[4]。应用酶促反应还可改变天然栀子黄色素中的栀子苷的结构,生产出栀子红、蓝色素[5]。
1.2 天然色素的精制
经浓缩或干燥方法得到的天然色素大多是粗制品,其中仍含有胶质、淀粉、糖类、脂肪、有机酸碱、无机盐、重金属离子等,甚至具有特殊的异味。这直接影响到天然色素的稳定性和染色力。这是天然色素未能得到推广、应用的主要原因之一。因此,色素的分离及其浓缩是天然色素生产加工中的一个重要环节。
1.2.1 吸附解吸法 采用大孔树脂吸附精制天然色素是提高色素纯度的有效方法,精制过程易于控制,并且树脂洗脱后可反复使用。如AB-8大孔树脂对紫甘薯色素具有较好的吸附能力,可采用70%乙醇溶液解脱[6]。
1.2.2 膜分离法 将纤维素超滤膜和反渗透膜、微孔滤膜技术联用,可简化工艺流程,提高效率。在对栀子黄色素的提取过程中,采用无机陶瓷微滤膜对浸提液进行精密过滤,用聚酰胺卷式膜进行反渗透浓缩过滤液,工艺过程简单,又可保证色素的质量[7]。此外,还尝试采用壳聚糖膜对天然色素进行富集,2%壳聚糖膜对萝卜红色素的富集率达84%[8]。
1.2.3 酶法 天然色素粗制品中的杂质可以通过酶反应除去。酶的催化作用一般在常温、近中性的条件下进行,这对耐热性不强的天然色素特别适合。用水作溶剂提取姜黄色素时,提取物中的淀粉可用淀粉酶降解成麦牙糖和葡萄糖等色素吸附力较小的小分子物质,并能在酸性溶液中保持溶解状态并与沉淀的姜黄色素相分离[9]。
1.3 天然色素的稳定化
1.3.1 微胶囊技术 天然色素含量低,稳定性不好。在加工流通中易受光、温度、pH、金属离子、盐类、氧等外界因素的影响,使用受到了一定的限制。若将天然色素用微胶囊包裹,不仅可以防止直接受光和热的影响,同时也能掩盖其不良风味,并兼具作缓释剂,是解决天然色素不稳定性的一项可行方法。如类胡罗卜素是脂溶性的,稳定性差。选用喷雾干燥法包埋胡罗卜素,微胶囊包埋率>90%[10]。栀子黄色素和β环糊精可形成1∶1包合物[11]。对油溶性的辣椒红色素,采用混合乳化剂进行改性后用琼脂、阿拉伯胶进行赋型,可获得具有良好水溶性的产品[12]。
1.3.2 色素的结构修饰 花色苷颜色易随pH变化,这是由其C-2位水化引起的,通过掩盖C-2位,就可以抑制水化反应,稳定花色苷。稳定化作用可添加多糖类、配糖体、酚类以及有机酸,其中研究最多的是添加有机酸进行酰化掩盖C-2位,所用的酸有4-香豆酸、阿魏酸、咖啡酸以及芥子酸等[13]。
2 天然色素的种类及生理功能
天然食用色素是从植物、微生物、动物材料的可食部分用物理方法提取、精制而得到的食用着色剂,具有较高安全性,而且其中很多品种具有防腐作用和抗氧化活性[14,15]。
2.1 类胡萝卜素色素
类胡萝卜素按其化学结构和溶解性,又可分为类胡萝卜素和叶黄素两类,均是具有生理活性的功能性抗氧化剂,这与其本身的多烯烃结构有关。
2.1.1 类胡萝卜素 系共轭烯烃,能有效防止自由基对脂质内侧生物膜的损害。β-胡萝卜素是维生素A的前体,可提高机体的免疫功能,抵御紫外线辐射、预防V A缺乏症,并可防治中风、心肌梗塞等心血管疾病,并具有抗癌作用[16];番茄红素存在于成熟的红色果实中,清除自由基能力在类胡萝卜素中最强[17],能有效预防前列腺癌、消化道癌的发生,还具有激活免疫细胞、防止心脑血管疾病的作用。
2.1.2 叶黄素类 系共轭多烯烃的含氧衍生物,是有效的氧自由基捕获剂[18]。其中玉米黄色素存在于玉米、辣椒、柑橘中,是单线态氧及自由基的清除剂,可与氧以及由亚油酸氧化而产生的自由基快速反应,阻止脂质过氧化反应的链式传递,其抗氧化效果与BH T相当,将成为新一代营养抗氧化剂;叶黄素存在于万寿菊属植物金盏花中,能清除膜内自由基,维持生物膜的完整性。近年发现高摄入量叶黄素能减少发生年龄相关性视网膜黄斑退化和白内障的危险水平。叶黄素还可通过其抗氧化功能而表现抗癌活性,可降低动脉粥样硬化和冠心病的发病率;从辣椒中提取的辣椒红素具有抗氧化作用,可用来治疗脑血管硬化症;从栀子果实中提取的栀子黄色素具有抗氧化能力和消炎、解热、利胆的作用[19]。2.2 类黄酮类色素
黄酮类色素是带C6-C3-C6的水溶性酚类物质,
269
第5期徐清海等:天然色素的提取及其生理功能
能捕捉生物体内膜脂质过氧化自由基和超氧化物,切断体内导致衰老和疾病的脂质过氧化连锁反应,同时具有螯合金属离子、阻断氧化酶的作用,具有抗衰老的功能[15]。黄酮类色素还可作血管保护剂,能调节冠状、下肢血管的扩张,防止动脉硬化和栓塞。在黄酮类色素中,高粱红色素、可可色素、洋葱色素具有较强的抗氧活性;从黑米、黑豆、黑芝麻中提取的黑色素具有强的氧自由基清除能力[20];红花黄色素具有保护心肌、降血压的药理功能[21];花生衣红有凝血作用。
2.3 花色苷类色素
花色苷类色素存在于植物的花、叶、果中,由糖苷配基和糖组成。一般情况下为水溶性,但受pH 值影响会变色,对光、温度、氧均敏感。花色苷能强烈吸收紫外光,在体内起着紫外屏障作用,使细胞分化和其它生命过程正常进行,同时能预防冠心病和心肌缺损,治疗循环紊乱和心绞痛,推迟癌细胞的生长[22]。从紫色甘薯中提取的紫心甘薯花色素,能清除氧自由基、抗脂质过氧化以及抗由H2O2引发的红细胞溶血作用[23];从压榨葡萄汁的残留物葡萄皮中提取的葡萄皮红色素有较好的抗氧化功能,抗自由基抑制率为82.1%,有益于预防冠心病和动脉硬化;从我国食药两用的紫苏中提取的紫苏色素,有解毒,散寒,行气和胃的功效。
2.4 叶绿素(卟啉类色素)
存在于高等植物叶、果和藻类中的叶绿素单体,不稳定,通过稀酸分离的方法可除去其卟啉环中心的镁,形成脱镁叶绿素,用铜取代镁后可获得对光稳定的衍生物叶绿素铜钠,具有补血、造血、活化细胞、抗菌消炎、抑制癌细胞生成的功效。
2.5 醌类
醌类色素具有抗菌、抗病毒、抗癌的作用。从中药紫草根中提取的紫草红色素系萘醌类,具有消炎、促进肉芽生长的作用[14];从紫胶虫分泌的棕色树脂中提取的紫胶红色素系蒽醌类色素。两者均具有一定的抗氧化活性,这与结构中的多个酚羟基有关。2.6 其它类色素
2.6.1 红曲 红曲中含有降血脂因子莫那克林K,对合成胆固醇的限速酶具有抑制作用,特别是对低密度脂蛋白胆固醇具有优先降低作用[24]。红曲霉中还含有降血压功能因子—γ氨基丁酸和降血糖的生物活性物质。
2.6.2 二酮类 姜黄色素是抗氧化活性较高的多酚类物质,这与其苯环上的酚羟基有关。姜黄色素还具有抗炎、抗凝、抗菌作用[25],能抑制花生四烯酸代谢产物的生成,抑制癌细胞表达,具有抗诱变作用,还可以降血脂和抗动脉粥样硬化。
3 结束语
我国有丰富多样的植物资源,很多植物的花、叶、果、皮均含有类胡萝卜素、黄酮类、花色苷等多种功能成分。还有几十种药食两用的草药可供开发天然色素。发展满足不同人群需要的营养食品,需要各种功能因子。相信随着毒理学研究的进展,发展功能性天然色素具有广阔的前景。
参考文献:
[1] 马自超.天然食用色素化学及生产工艺学[M].北京:
中国林业科技出版社,1994.
[2] 孙庆杰,顾琼芬.超临界萃取技术在天然色素中的应用
[J].农牧产品开发,1997,(12):3-5.
[3] 李巧玲,陈学武.微波条件下提取天然色素的研究[J].
食品工业科技,2002,23(6):28-31.
[4] 薛伟明,张效林.红花黄色素的酶法提取应用研究[J].
化学工程,1999,27(1):42-44.
[5] 李 华.β-葡苷酶高产株的筛选在及栀子色素制备中
的应用[J].武汉化工学院学报,2001,23(1):28-30. [6] 陈 勇,张 晴.AB-8大孔吸附树脂吸附和分离紫甘
薯色素的研究[J].中国食品添加剂,2001,(1):6-9. [7] 赵宜江,姚建民.无机膜提取栀子黄色素的工艺研究
[J].南京化工大学学报,1997,19(1):77-81.
[8] 宋常春,王晓鹏.壳聚糖膜的制备及对植物色素富集作
用的研究[J].食品科学,2003,24(10):88-90.
[9] 王贤纯.姜黄色素及其提制方法[J].生物学杂志,
2000,17(1):36-37.
[10] 赵卫生.微囊化天然胡萝卜素的研制[J].海湖盐与化
工,1997,25(5):6-9.
[11] 刘淑玲,仝建波.栀子黄色素包合物的研究[J].波谱
学杂志,2003,20(4):409-413.
[12] 李 炎,叶秀娇.辣椒红色素的改性和赋型的研究
[J].中国食品添加剂,2000,(1):9-11.
[13] 唐传核,马 青.花色苷色素以及其在食品中的应用
[J].中国食品用化学品.1998,(6):29-31.
[14] 马庆一,卫 军.天然色素作为防腐剂的筛选及应用
研究(一)[J].食品科学,2002,23(5):121-124. [15] 王 威.黄酮类食用天然色素抗氧化活性的研究[J].
食品科学,2001,22(15):26-28.
[16] 黄佩丽.β-胡萝卜素[J].大学化学,2001,16(4):24-
26.
[17] 孙庆杰,丁霄霖.番茄红素的保健作用与开发[J].食
品与发酵工业,1997,23(4):72-75.
[18] 李浩明.万寿菊叶黄素及其生理功能研究概况[J].中
国食品添加剂,2001,(4):31-34.
[19] 谢学建,张俊慧.中药栀子研究进展[J].时珍国医国
药,2000,11(10):943-945.
(下转第273页)
270应用化工第34卷
与异戊醇的摩尔比为1∶2.4,每摩尔酸酐用催化剂1.2g,用苯为带水剂,回流分水1.5h,马来酸二异戊酯收率达93.99%[18]。固载型杂多酸盐是近年来研究者热衷的环境友好催化剂[19]。余新武等制备了TiO2-SiO2固载的磷钨酸(HPA),并催化合成了马来酸二异戊酯,当0.05mol马来酸与0.30mol 异戊醇,5mL苯为带水剂,0.75g制备的催化剂一起回流分水50min,马来酸二异戊酯收率达91.0%,回收的催化剂经处理后重复使用产品收率仍超过90%[20]。
5 结束语
上面讨论了10多种催化合成马来酸二异戊酯的固体酸催化剂,对于合成马来酸二异戊酯十分有利,在优化反应条件下马来酸二异戊酯的收率(或酯化率)均在90%以上,同时这些催化剂易于保管、运输和使用,操作方便,对设备腐蚀小,甚至无腐蚀,对环境污染很低或几乎无污染,其中不少具有环境友好催化剂的特点,很有工业应用前景,值得深入研究。
参考文献:
[1] 章思规.精细有机化学品技术手册(上册)[M].北京:
科学出版社,1993.
[2] A nastas P T,Bar tlett L B,Kirehhoff M M,et al.T he
role of catalysis in the desig n,development and imple-
mentation of g reen chemistry[J].Catalysis T oday,2000,
55:11-12.
[3] 朱清时.绿色化学[J].化学进展,2000,12(4):410-414.
[4] 王潍平,杨锦宗,张振刚,等.不同酸催化合成马来酸双
酯[J].化学世界,1989,31(11):489-492.
[5] 俞善信,李旺英.对甲苯磺酸催化合成马来酸二异戊酯
[J].四川化工与腐蚀控制,2002,5(1):11-12.
[6] 吴东辉,施 磊,汪 信.微波辐射固体酸催化合成马
来酸双酯[J].分子催化,2003,17(3):198-201.[7] 张竟清.氨基磺酸催化合成马来酸二异戊酯[J].佛山
大学学报,1996,14(4):79-81.
[8] 俞善信,文瑞明.氨基磺酸催化合成马来酸二异戊酯
[J].化学与粘合,2004,26(5):256-257.
[9] 丁亮中,罗新湘,俞善信.强酸性阳离子交换树脂催化
合成马来酸二异戊酯[J].合成化学,2002,10(2):156-
157,160.
[10] 何子乐.有机化学中的软硬酸碱原理[M].北京:科学
出版社,1987.
[11] 俞善信,文瑞明.六水三氯化铁在酯合成中的应用
[J].精细石油化工进展,2000,1(5):9-12.
[12] 刘海平,俞善信.氯化铁催化合成马来酸二异戊酯
[J].贵州教育学院学报(自然科学版),2004,15(2):
76-77.
[13] 俞善信,文瑞明,龙立平.四氯化锡催化合成马来酸二
异戊酯[J].常德师范学院学报(自然科学版),2003,
15(2):22-23.
[14] 丁亮中,俞善信,文瑞明.硫酸铁铵催化合成马来酸二
异戊酯[J].化学试剂,2002,24(2):113-114.
[15] 杨得锁.FeN H4(SO4)2·12H2O催化合成顺丁烯二酸
二酯[J].宝鸡文理学院学报(自然科学版),2002,22
(4):283-284.
[16] 丁亮中,罗新湘,俞善信.硫酸氢钠催化合成马来酸二
异戊酯[J].山西师范大学学报(自然科学版),2002,
16(2):45-48.
[17] 王兰芝,林 进.稀土固体超强酸SO42-/TiO2/La3+催
化合成马来酸二异戊酯[J].化学试剂,2000,22(6):
335-336,338.
[18] 赵 光,田景光,潘为森,等.磷钨酸催化合成马来酸
双酯[J].化学工程师,1996,(5):12-14.
[19] Pizzio L,Vazquer P.T ungsto pho sphoric and moly b-
dophosphoric acids supported on zirconia as esterification
ca taly sts[J].Catal Latt,2001,77(4):233-239. [20] 余新武,曹桂能,梁 伟.混合金属氧化物固载杂多酸
催化剂的制备及其催化性能研究[J].工业催化,
2004,12(4):31-34.
(上接第270页)
[20] 孙 玲,张名位.黑色植物天然色素的特性和利用潜
力[J].食品研究与开发,1998,20(14):39-41. [21] Toshiro Watanabe,Shigeru T erabe.Analysis of natural
food pigments by capillary electropho resis[J].J Chro-
matography A,2000,880:311-322.
[22] 任玉华,李 华.天然色素-花色苷[J].食品科学,
1995,16(7):22-27.
[23] 姜平平,吕晓玲.紫心甘薯花色苷抗氧化活性体外实
验研究[J].中国食品添加剂,2002,(6):8-11. [24] Endo A,M onacolin J.New inhibito rs o f choler terol
biosy nthesis produced by mo nascus rubber[J].J A ntibi-
otics,1985,38:420-422.
[25] Korutla L,Cheung J Y.Inhibition of lig and-induced acti-
vation of epidermal grow th factor receptor tyrosine phos-
phory lation by curcumin[J].Carcinogenesis,1995,16
(8):1741-1745.
273
第5期俞善信等:固体酸催化合成马来酸二异戊酯
实验五薄层色谱和天然色素的提取（7学时） 一、实验目的 1．了解薄层色谱的一般原理和意义，学习薄层色谱的操作方法。 2．掌握液体有机化合物的干燥。 3．掌握天然色素的提取方法。 二、实验原理 绿色植物如菠菜叶中含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素。其结构如下： 叶绿素中a的含量通常是b的3倍。尽管叶绿素分子含有一个极性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。 胡萝卜素是具有长链结构的共轭多烯，它有三种异构体，即α或-、β-和γ-异构体，其中β-异构体含量最多，也最重要。生长期较长的绿色植物中，异构体β-体的含量多达90%。β-体具有维生素A的生理活性，其结构是两分子维生素A在链端失去两分子水结合而成的。在生物体内，β-体受酶催化即形成维生素A。目前β-体已可进行工业生产，可作为维生素A使用，也可作为食品工业中的色素。 叶黄素是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。故本实验采用甲醇——石油醚的混合溶剂提取以上三种色素。 薄层色谱又称为薄层层析,属于固-液吸附色谱。其基本原理是利用混合物各组分在某一物质中的吸附或溶解性能（分配）的不同，或其亲和性的差异，使混合物的溶液流经该种物质进行反复的吸附或分配作用，从而使各组分分离。 当流动相（展开剂）带着混合物组分以不同的速率沿板移动，即组分被吸附
剂不断地吸附，又被流动相不断地溶解——解吸而向前移动。由于吸附剂对不同组分有不同的吸附能力，流动相也有不同的解吸能力。因此，在流动相向前移动的过程中，不同的组分移动不同的距离而形成了互相分离的斑点。在给定条件下（吸附剂、展开剂的选择，薄层厚度及均匀度等），化合物移动的距离与展开剂前沿移动的距离之比值（Rf 值）是给定化合物特有的常数。即： 沿的距离样品原点中心到溶剂前心的距离 样品原点中心到斑点中 Rf 影响Rf 值的因素很多，如样品的结构、吸附剂和展开剂的性质、温度以及薄层板的质量等。当这些条件都固定时，化合物的比移值R f 是一个特性常数。 但由于实验条件容易改变而不易固定，因此在鉴定一个具体化合物时，经常采用与已知标准样品对照的方法。 利用薄层色谱进行分离及鉴定工作，在灵敏、快连、准确方面比纸色谱优越。薄层色谱的特点是：（1）设备简单，操作容易；（2）分离时间短，只需数分钟到几小时即可得到结果，因而常用来跟踪有机反应监测有机反应完成的程度；（3）分离能小虽，斑点集中，特别适用于挥发性小，或在高温下易发生变化而不能用气相色谱分离的物质；（4）可采用腐蚀性的显色剂如浓硫酸，且可在较高温度下显色；（5）不仅适用于小量样品（几毫克）的分离，也适用于较大量样品的精制（可达500毫克）。应该指出，薄层色谱是否成功，与样品、使用的吸附剂、展开剂以及薄层的厚度等因素有关。 三、试剂及器材 1．器材：剪刀、研钵、布氏漏斗、圆底烧瓶、直形冷凝管、层析缸、玻棒、洒精灯、石棉网、载玻片(2.5 cm ×7.5 cm ，6块)。 2．试剂：硅胶G ，羧甲基纤维素钠、中性氧化铝(150～160目)、甲醇、95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚、菠菜叶。 四、主要试剂及产品的物理常数 未完，请自己查 五、实验内容与基本操作 1．薄层色谱 （1）吸附剂与展开剂： 吸附剂（固定相）：用于与样品发生吸附作用的固定不动的物质。在混合物样品流经吸附剂（固定相）的过程中，由于各组分与吸附剂（固定相）吸附力的不同，就产生了速度的差异，从而将混合物中的各组分分开。一般常用的吸附剂为氧化铝和硅胶。硅胶可分为硅胶H （不含黏合剂）、硅胶G （含黏合剂）和硅胶HF （含荧光物质，可在紫外光下观察）等。氧化铝同样也可分为以上几种类型。
文献综述 生物技术 天然色素及其提取方法的研究现状 摘要：天然色素比合成色素安全性更高，副作用更少，是食品，化妆品工业所青 睐的染色剂。 关键词：色素；有机溶剂萃取；超临界CO2流体萃取；色素提取 1 前言 色素的食品中添加必不可少的要素，各种色彩鲜艳的色素，一方面可以提高食欲，另一方面能提高商品价值。色素分为天然色素和人工合成两种，目前食品中的大部分色素仍然是通过人工合成的。近几年来，苏丹红、孔雀绿等合成色素事件引起了人们对合成色素的安全性疑虑。随着现在生物学和医学的发展发现，大部分人工合成色素都有不同程度的毒性，严重的有致癌、致畸和致突变作用，而天然色素不仅安全可靠，而且种类繁多[1]。因此发展天然色素是食用色素的必然趋势。 2 色素研究现状 天然色素主要是从植物、动物和微生物中提取。植物中提取的天然色素的原料主要是甜菜红、姜黄素、红花黄素、叶黄素、叶绿素铜钠、辣椒红色素、高粱红色素和玉米黄色素等[2]。近年来，随着对天然色素的研究越来越广泛，所利用的原材料也更加丰富。如朱彩燕[3]以常见的中药材决明子为原料，成功分离纯化大黄素，适用于大量制备高纯度的大黄素以及含量测定。周岩[4]从中药红花中提取红花红色素，研究了红花红色素的分离纯化条件，并且对红花红色素的体外抗氧化活性进行了研究。孙明奇[5]利用柑橘果皮为原料提取类胡萝卜素，并且采用超声波和机械搅拌辅助，优化了类胡萝卜素的提取最佳工艺条件为9.3h，选定提取转速为2400r/min，提取料液比为1:80，获得提取率为82.1%。唐琳[6]以迎春花为原料提取黄色素，确定了色素提取条件，分析了该黄色素组分。朱洪梅[7]以玉米糁为原料提取黄色素优化了黄色素提取条件，并研究了玉米黄色素抗氧化活性。赵丹青等[8]利用向日葵花瓣提取黄色素，并研究了该色素的稳定性。蔡璇[9]等以四季桂为原料提取类胡萝卜素色素。但从植物中提取天然色素存在两个缺
实验菠菜色素的提取与分离 实验概要 通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法；了解柱层析和薄层色谱分离的基本原理，掌握柱层析和薄层色谱分离的操作技术。通过柱色谱和薄层色谱分离操作，加深了解微量有机物色谱分离鉴定的原理。 实验原理 层析法是一种物理分离方法。柱层析法是层析方法中的一个类型，分为吸附柱层析法和分配柱层析法。本实验仅介绍吸附柱层析法。 吸附柱层析法是分离、纯化和鉴定有机物的重要方法。它是根据混合物中各组分的分子结构和性质（极性）来选择合适的吸附剂和洗脱剂，从而利用吸附剂对各组分吸附能力的不同及各组分在洗脱剂中的溶解性能不同达到分离目的。吸附柱层析法通常是在玻璃层析柱中装入表面积很大、经过活化的多孔性或粉状固体吸附剂（常用的吸附剂有氧化铝、硅胶等）。当混合物溶液流过吸附柱时，各组分同时被吸附在柱的上端，然后从柱顶不断加入溶剂（洗脱剂）洗脱。由于不同化合物吸附能力不同，从而随着溶剂下移的速度不同，于是混合物中各组分按吸附剂对它们所吸附的强弱顺序在柱中自上而下形成了若干色带。 在洗脱过程中，柱中连续不断地发生吸附和溶解的交替现象。被吸附的组分被溶解吸出来，随着溶剂向下移动，又遇到新的吸附剂颗粒，把组分从溶液中吸附出来，而继续流下的新溶剂又使组分溶解而向下移动，这样经过适当时间移动后，各种组分就可以完全分开，继续用溶剂洗脱，吸附能力最弱的组分随溶剂首先流出，再继续加溶剂直至各组分依次全部由柱中洗出为止，分别收集各组分。 绿色植物如菠菜叶中的叶绿体含有绿色素（包括叶绿素a和叶绿素b）和黄色素（包括胡萝卜素和叶黄素）两大类天然色素。这两类色素都不溶于水，而溶于有机溶剂，故可用乙醇或丙酮等有机溶剂提取。 叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素 b(C55H70O6N4Mg)，其差别仅是叶绿素a中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素b。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需
让天然色素提取的杂质分离和浓缩的压力作为动力，依靠传输介质膜选择实现物质分离和提纯浓缩，分离过程不涉及相变的使用。 膜分离包括微滤MF、超滤UF、纳滤NF、反渗透RO四种主要的交叉流膜工艺，各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。膜过滤技术在西方发达国家已经很广泛地用于医药、染料、食品果汁处理工业了，将膜过滤技术应用在天然色素的生产，可以提高天然色素的生产收率、去除副染料及小分子杂质、降低生产成本，无疑膜技术为巩固其在天然色素工业中的地位起了致关重要的作用，并在国内某天然色素的生产企业中得以成功应用。
在天然色素工业中应用的膜过滤技术主要有超滤和纳滤：超滤用于发酵生产色素的澄清，替代了传统澄清方法，其典型操作压为4~10bar，它能将大分子悬浮物及蛋白进行有效截留而让澄清的色素提取液渗透通过膜进入渗透液侧。
过程中料液通过泵的加压，料液沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质、分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。在超滤过程中，浓缩液中的悬浮物及大分子物质会吸附一些色素，通过加水进行透析可将有效的色素洗涤出来，提高生产收率，在纳滤过程中，通过加水透析可将浓缩液中的小分子杂质及无机盐透析出来，提高产品的纯度。 膜与原工艺结合：应用膜工艺可回收上清夜中的剩余色素，提高收率20%以上，同时离心分离液经超滤后滤液澄清透明，杂质少，纳滤膜在常温的条件下进行预浓缩避免了升温蒸发对色素的破坏提高成品质量，浓缩液浓度可达20-30%，节省纳滤浓缩的除水成本在20-30元/吨水，喷雾干燥除水成本在80-100元/吨水。该工艺的应用色素的效价提炼收率将接近100%，且由于副产品的脱除成品色阶将比原工艺提高15-30%。 此外，研究表明，去除杂质后，浓缩天然色素提取的分子量在200 - 300之间，通过选择特定的小型纳滤试验设备的截留分子量可以透析的一部分，橘霉素能减少可接受的水平，完全解决质量问题的。 注：以上资料由莱特莱德提供
绿色植物中色素的提取和分离
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ?
绿色植物中色素的提取和分离 [实验名称] 绿色植物色素的提取及色谱分离 [教学目标] 知识与技能: 通过对绿色植物色素的提取与分离,了解天然产物分离提纯的方法 [教学重点] 学习柱色谱和薄层色谱分离的基本原理及操作方法 ［教学难点] 薄层色谱、柱层析实验操作要点的掌握和应用 ［教学方法] 陈述法，讲演法 ［教学过程] [讲述］【实验目的】 1. 通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法； 2. 通过对柱色谱和薄层色谱操作方法的掌握,加深了解微量有机物色谱分离、鉴定的原理。[讲述］【背景知识】 绿色植物的叶、茎中，如菠菜叶,含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素(黄）等多种天然色素。叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Ｍg)和叶绿素b(C55Ｈ70O6N４Mｇ）,其差别仅是叶绿素ａ中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素ｂ。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。植物中叶绿素a的含量通常是b的3 倍。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团,但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素(C４0H56)是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即a-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素，其中β-胡萝卜素含量最多，也最重要。叶黄素(C4０H56O2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比,叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。 本实验先根据各种植物色素的溶解度情况将胡萝卜素(橙）、叶黄素(黄）、叶绿素a和叶绿素b从菠菜叶中提取出来,然后根据各化合物物理性质的不同用色谱法进行分离和鉴定。 ［图示］【分离产物结构式】 叶绿素a、叶绿素b、叶黄素(黄)和β－胡萝卜素的结构式如下图所示： [讲述］【色谱法原理】 色谱法是分离、提纯和鉴定有机化合物的重要方法。其分离原理是利用混合物中各个成分的物理化学性质的差别，当选择某一个条件使各个成分流过支持剂或吸附剂时,各成分可由于其物理性质的不同而得到分
蔬菜中天然色素的提取、分离和测定 一、目的与要求 1．进一步熟悉和掌握薄层色谱的原理。 2．掌握薄层层析法分离微量组分的操作技术。 3．了解蔬菜中主要色素的基本性质，通过色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法 及原理。 二、基本原理 （一）菠菜中的色素简介 菠菜叶中富含多种色素成分，如叶绿素（绿色）、胡萝卜素（橙黄色）和叶黄素（黄色） 等多种天然色素。 叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C 55H 72O 5N 4Mg) 和叶绿素 b(C 55H 7O 6N 4Mg)，结构见图1。二者差别仅是 a 中一个甲基被 b 中的甲酰基所取代。它们 都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。 N N N N H 3C CH CH 2 R CH 2CH 3CH 3 H 3C O CO 2CH 3 CH 2CH 2O O CH 3CH 3 CH 3CH 3CH 3Mg 图1 叶绿素a 和叶绿素b 的结构（叶绿素a ：R=CH 3， 叶绿素b ：R=CHO ） H 3C CH 3R CH 3H 3C R H 3C CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3 图2 β-胡萝卜素和叶黄素的结构（β-胡萝卜素：R =H ，叶黄素：R = OH ） 胡萝卜素（C 40H 56，见图2）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即 α-, β - 和 γ - 胡萝卜素，其中β - 异构体含量最多，也最重要。在生物体内，β - 体受酶催化氧化即形 成维生素 A 。目前β - 胡萝卜素已可进行工业生产，可作为维生素 A 使用，也可作为食 品工业中的色素。 叶黄素（C 40H 56O 2，见图2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含
绿色植物中色素的提取和分离 [实验名称] 绿色植物色素的提取及色谱分离 [教学目标] 知识与技能: 通过对绿色植物色素的提取与分离，了解天然产物分离提纯的方法 [教学重点] 学习柱色谱和薄层色谱分离的基本原理及操作方法 [教学难点] 薄层色谱、柱层析实验操作要点的掌握和应用 [教学方法] 陈述法，讲演法 [教学过程] [讲述] 【实验目的】 1. 通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法； 2. 通过对柱色谱和薄层色谱操作方法的掌握，加深了解微量有机物色谱分离、鉴定的原理。 [讲述] 【背景知识】 绿色植物的叶、茎中，如菠菜叶，含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素。叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素b(C55H70O6N4Mg)，其差别仅是叶绿素a中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素b。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。植物中叶绿素a的含量通常是b的3 倍。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素（C40H56）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即a-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素，其中β-胡萝卜素含量最多，也最重要。叶黄素（C40H56O2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。 本实验先根据各种植物色素的溶解度情况将胡萝卜素（橙）、叶黄素（黄）、叶绿素a和叶绿素b从菠菜叶中提取出来，然后根据各化合物物理性质的不同用色谱法进行分离和鉴定。 [图示] 【分离产物结构式】 叶绿素a、叶绿素b、叶黄素（黄）和β-胡萝卜素的结构式如下图所示： [讲述] 【色谱法原理】 色谱法是分离、提纯和鉴定有机化合物的重要方法。其分离原理是利用混合物中各个成分的物理化学性质的差别，当选择某一个条件使各个成分流过支持剂或吸附剂时，各成分可由于其物理性质的不同而得到分
《风味化学与食品添加剂》 课程论文 学 专 姓 日期2013.6.19 食品科学与工程学院
食用天然色素的提取方法与发展趋势 XXX （甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州，730070） 摘要：食用天然色素是指从植物、动物或微生物中提取的对食品具有着色能 力的物质的总称。随着世界各国相继制订法规、淘汰大部分有毒的化学合成 色素, 那些不仅有染色功能, 而且还有营养和保健功效, 并能赋予食品许 多新功能的天然色素将面临广阔的市场前景。文章详细地介绍了食用天然色 素及其提取技术和发展趋势。 关键词：食用天然色素提取方法发展趋势 前言 天然色素广泛存在于多种生物特别是动植物体中,其安全性和营养价值高,有的兼具一定的药理作用。用天然色素着色,色调自然纯正。由于传统的提取方法存在提取时间长,劳动强度大,原料预处理能耗高,热敏性组分易被破坏,生产的色素产品纯度差,有异味和溶剂残留等缺点,直接影响了天然色素的发展及应用。伴随着现代化工业技术的迅速发展以及人们安全意识的提高,一些现代化高新技术不断应用到天然色素的生产中。开发天然色素是世界食用色素业和医药等业的发展趋势之一。我国目前还处在合成色素与天然色素并存及同时发展的状态。由于合成色素的安全性问题, 本文就目前天然色素的提取种类、提取方法及提取物的性质研究进行综述。 1发展简史 我国使用天然色素已有悠久历史，《史记·货殖传》记载：“茜栀千亩，亦比千乘之家。”说明古代就利用了茜草科植物和黄栀子等天然色素。北魏末年（公元6世纪）农学家贾思勰所著的《齐民要术》一书中就有从植物中提取色素的记载。［1］我国古代使用天然色素，在日本近年出版的《天然着色料》一书就引证了这些文献。公元前1500年，埃及墓碑上就绘有着色的糖果。公元前4世纪，葡萄酒就用色素着色，大不列颠的阿利克撒人就开始利用茜草色素。公元10世纪，美洲的托尔铁克人与阿芝特克族人相继栽培胭脂虫的寄生植物，繁殖胭脂虫，并提制胭脂红用于食品着色等。［2］然而，这些天然色素不论在品种上或是性能上都远不能满足食品工业发展的需要。天然色素着色力低，对光、热、氧气、pH 等稳定性差，成本高。随着科学技术的发展，特别是染料化工的发展，出现了合成色素。1856年英国W.H．珀金斯(Perkins)发明了第一个合成有机色素苯胺紫，
竭诚为您提供优质文档/双击可除绿色植物色素的提取实验报告 篇一：绿色植物中色素的提取和分离 绿色植物中色素的提取和分离 [实验名称]绿色植物色素的提取及色谱分离 [教学目标]知识与技能:通过对绿色植物色素的提取与分离，了解天然产物分离提纯的方法 [教学重点]学习柱色谱和薄层色谱分离的基本原理及操作方法 [教学难点]薄层色谱、柱层析实验操作要点的掌握和应用 [教学方法]陈述法，讲演法 [教学过程] [讲述]【实验目的】 1.通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法； 2.通过对柱色谱和薄层色谱操作方法的掌握，加深了解微量有机物色谱分离、鉴定的原理。
[讲述]【背景知识】 绿色植物的叶、茎中，如菠菜叶，含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素。叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(c55h72o5n4mg)和叶绿素b(c55h70o6n4mg)，其差别仅是叶绿素a中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素b。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。植物中叶绿素a的含量通常是b的3倍。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素（c40h56）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即a-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素，其中β-胡萝卜素含量最多，也最重要。叶黄素（c40h56o2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。 本实验先根据各种植物色素的溶解度情况将胡萝卜素（橙）、叶黄素（黄）、叶绿素a和叶绿素b从菠菜叶中提取出来，然后根据各化合物物理性质的不同用色谱法进行分离和鉴定。 [图示]【分离产物结构式】 叶绿素a、叶绿素b、叶黄素（黄）和β-胡萝卜素的结构式如下图所示：
周又红 从中草药中提取天然色素 一．问题的提出 当你吃五颜六色的食品时，你注意到或关心过这些食品的颜色是从哪里来的？你是不是很担心食品中色素是否有毒？原来食品颜色可以分成自然色彩和人工着色，苹果红、橘子黄、大米白、菠菜绿都是这些植物自然的颜色，我们不必担心它们有毒。但是一些饮料、加工食品等需要加入食品着色剂，用以改善食品的色泽，这应当引起我们的高度重视。 二．适用对象 本活动适合12-18岁青少年 三．活动目的 希望青少年通过从中草药或天然植物中提取天然色素，了解食用色素知识，研究天然色素。 四．活动准备 1．样品：从中药房购买5~10种不同的中草药各1克。例如：栀子、黄柏、鸡血藤、紫草、茜草、大青叶、玫瑰花苞、姜黄、桑葚、鸡冠花、草红花、木槿花、金银花、荆芥、紫苏等，可以在活动前将它们分别浸泡在酒精里。收集橘子皮、西红柿汁、西瓜汁等， 2．用具：烧杯、试管、试管夹、胶头滴管、玻璃棒、酒精灯、量筒等 3．药品：药用酒精、酸、碱 4．信息：查阅关于食用色素的相关知识，了解人工色素对人体健康的影响，调查人们对食品天然色素知识掌握的程度。 四．活动内容 1．取少量紫草样品于两只小烧杯（各约0、1克）中，分别加入10毫升蒸馏水和10毫升药用酒精（最好在活动前将它浸泡在酒精里）。 2．将装有紫草水浸液的试管放在酒精灯上加热，促进其中色素的溶解。 3．除去紫草渣，将液体分成两份于三只试管中，其中一只试管中加入酸液，一只试管中加入碱液，一只试管作对照。将实验结果记录。 4．取紫草的酒精浸液于三只试管中，同上操作，记录实验结果。 5．选取多种实验样品同紫草一样的操作，将实验结果填入下表
[论文]菠菜中色素的提取与分离 菠菜中的色素提取与分离 食品11—2班李薇 110424228 一、实验目的 1 、通过对菠菜中色素的提取和分离,了解天然物质分离提纯方法, 2 、通过柱色谱分离操作,加深了解微量有机物色谱分离鉴定的原理。 二、实验原理 绿色植物如菠菜叶中含有叶绿素,绿,、胡萝卜素,橙,和叶黄素,黄,等多种天然色素。 叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素 a(C HONMg) 557254和叶绿素 b(CHONMg),其差别仅中一个甲基被b中的甲酰基所55764 取代。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物,是植物进行光合作用所必需的催化剂。植物中叶绿素a的含量通常是b的3倍。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团,但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。 胡萝卜素(CH )是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体,4056 即a-,β -γ-胡萝卜素,其β-异构体含量最多,也最重要。在生物体内,β-体受酶催化氧化即形成维生素A。目β-胡萝卜素已可进行工业生产,可作为维生素A 使用,也可作为食品工业中的色素。 叶黄素(CHO)是胡萝卜素的羟基衍生物,它在绿叶中的含量40562 通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比,叶黄素较易溶于醇而在石 油醚中溶解度较小。 柱色谱,柱色谱法,又称层析法.是一种以分配平衡为机理的分配方法.色谱体系包含两个相,一个是固定相,一个是流动相.当两相相对运动时,反复多次的利用混合物中所含各组分分配平衡性质的差异,最后达到彼此分离的目的。柱色谱是在一根
玻璃管或金属管中迸行的色谱技术,将吸附剂填充到管中而使之成为柱状,这样的管状柱称为吸附色谱柱。使用吸附色谱柱分离混合物的方法,称为吸附柱色谱。这种方法可以用来分离大多数有机化合物,尤其适合于复杂的天然产物的分离。分离容量从几毫克到百毫克级,所以,适用于分离和精制较大量的样品。 1. 装柱色谱柱的大小规格由待分离样品的量和吸附难易程度来决定。一般柱管的直径为0.5,l.0Cm,长度为直径的10,40倍。填充吸附剂的量约为样品重量的20,50倍,柱体高度应占柱管高度的3/4,柱子过于细长或过于粗短都不好。装柱前,柱子应干净、干燥,并垂直固定在铁架台上,将少量洗脱剂注入柱内,取一小团玻璃毛或脱脂棉用溶剂润湿后塞入管中,用一长玻璃棒轻轻送到底部,适当捣压,赶出棉团中的气泡,但不能压得太紧,以免阻碍溶剂畅流 (如管子带有筛板,则可省略该步操作)。再在上面加入一层约0.5 cm厚的洁净细砂,从对称方向轻轻叩击柱管,使砂面平整。 常用的装柱方法有干装法和湿装法两种: (1)干装法,在柱内装入2/3溶剂,在管口上放一漏斗,打开活塞, 让溶剂慢慢地滴入锥形瓶中,接着把干吸附剂经漏斗以细流状倾泻到管柱内,同时用套在玻璃棒 (或铅笔等)上的橡皮塞轻轻敲击管柱,使吸附剂均匀地向下沉降到底部。填充完毕后,用滴管吸取少量溶剂把粘附在管壁上的吸附剂颗粒冲入柱内,继续敲击管子直到柱体不再下沉为止。柱面上再加盖一薄层洁净细砂,把柱面上液层高度降至0.1,l cm,再把收集的溶剂反复循环通过柱体几次,便可得到沉降得较紧密的柱体。 (2)湿装法,基本方法与干装法类似,所不同的是,装柱前吸附剂需要预先用溶剂调成淤浆状,在倒入淤浆时,应尽可能连续均匀地一次完成。如果柱子较大,应事先将吸附剂泡在一定量的溶剂中,并充分搅拌后过夜 (排除气泡),然后再装。无论是
化学与制药工程学院 综合与设计性化学实验实验类型：综合 实验题目：菠菜中天然色素的提取和分离
蔬菜中天然色素的提取和分离 一、目的与要求 1.了解叶绿素的基本性质及提取方法。 2.掌握薄层层析法分离微量组分的操作技术。 二、基本原理 叶绿素是一种十分重要的植物色素。它的存在确保了植物能够进行光合作用。即在太阳光能的作用下，植物将所吸收的二氧化碳和水变成糖类并释放氧气的过程：6CO2+6H2O---→ C6H12O6+6O2 绿色植物的叶片时进行光合作用的主体，而叶绿素是光合作用的重要细胞器官，在进行光合作用时，叶绿体的光合色素将光能转变成化学能，提供了植物生长所必需的养分。 叶绿体色素包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素等组分，其中叶绿素的吸光能力极强。叶绿素a和叶绿素b的化学式如下： 叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色。它们的吸收光谱如图所示 从图中可以看出，叶绿素a、叶绿素b的强吸收带有两个，一个在波长为630-680nm的红光区，另一个在波长为400-460nm的蓝紫光区。 从叶绿素a和叶绿素b的化学式可以看出，叶绿素是叶绿酸的脂。叶绿酸是双脂酸，其2个羧基分别被甲醇和叶绿醇(C20H39OH)所醇化。 叶绿素a，叶绿素b的分子结构如下图所示：
叶绿素a（R′=CH3）叶绿素b（R′=CHO） 图1.1 叶绿素a和叶绿素b的化学结构式 可以看出，叶绿素分子含有4个吡咯环，它们和4个次甲基（=CH-）连接成一个大环，称为卟啉。镁原子居于卟啉环的中央。另外有一只含碳原子的副环（Ⅴ），在环上连接有一个羰基和羧基，羧基与甲醇结合生成酯。叶绿醇则和第Ⅳ吡咯环侧链上的丙酸生成酯。各种叶绿素之间的差别在于和吡咯环相连接的侧链结构有所不同。叶绿素a和叶绿素b的区别， 在于第Ⅱ吡咯环上第三碳位上的取代基R′的不同。叶绿素a的R′为甲基，而叶绿素b的R′则为一个羰基。 在第Ⅳ吡咯环上的叶绿醇侧链是相对高分子质量的碳氢化合物，这是叶绿素分子的亲脂部分，使其具有亲脂性；叶绿素分子的上端金属卟啉环中，镁原子偏向于带正电荷，而氮原子带负电荷，呈极性，因而具有亲水性。但叶绿素不溶于水，而溶于乙醇、丙酮、和石油醚等有机溶剂。大多数植物体中叶绿素a的含量比叶绿素b的含量多2～3倍。 由于叶绿素卟啉环中的镁可被氢离子置换形成脱镁叶绿素，在脱镁叶绿素中引入其它金属离子（如Zn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+等）则生成各种改性叶绿素。但只有离子半径与Mg2+半径（0.065nm）相近的离子才易引入卟啉环的空腔，并形成足够稳定的络合物。 2.薄层层析法的基本原理 薄层层析是一种分离、鉴定微量组分的常用方法。这种方法把固定相吸附剂（或载体）均匀地铺在一块玻璃板上形成薄层，在此薄层上进行层析。待分离的
天然色素的研究与应用 摘要：本文主要论述了天然色素的特点与特性、分类、性质与作用、应用与开发，简要介绍了合成色素给人们带来的危害，倡导人们进一步研制开发出品种多样的天然色素。 关键词：色素；天然色素；花色素；应用开发； 1天然色素的概况 随着社会的进步，天然色素在食品业和化妆行业的使用逐渐普及，使用技术逐渐提高，天然色素逐渐成为美化社会生活不可缺少的一部分。天然色素的研究与开发受到世界各国的重视。目前国际上已开发的食用天然色素共100余种。中国正式批准的(1998)共47种，日本列为允许使用的共102种，欧共体13种，英国26种。 目前，我国提取天然色素的原料多为植物性原料，主要包括以下三种:(1)从人工种植的植物中提取的天然色素，如辣椒红色素、甜菜红色素、姜黄色素、红花色素、黑芝麻色素、红甘蓝色素、黑米色素等；(2)从农产品副产物或废弃物中提取的天然色素，如高粱红色素(高粱壳)、β-胡萝卜素(蚕沙)、桔皮色素(桔皮)、紫草红色素(紫草根)等；(3)从野生植物和野浆果类提取的天然色素，如越桔红色素、黑加仑色素、万寿菊色素、茜草色素、桑椹色素等。这些资源在我国取之不尽，用之不完，如能科学合理的应用，不但可以大大降低天然色素的成本，增加经济收入，而且对国家农业种植结构的调整都将具有潜在的意义[1、2]。 2天然植物色素的特点及特性 2.1天然色素的呈色机理 植物的花、叶、果实、皮等往往呈现出各种各样的颜色，这与植物自身内部的天然色素有关。植物体内的一些有机分子(色素)在阳光的照射下，吸收了一定频率的有色光后，使分子内电子发生振动跃迁现象。由于各种植物的有机分子(色素)中的电子成键能力不同，电子激发跃迁时所需的能量也就不一样，故对吸收光的频率就有一定的选择性。不同植物具有合成适应自身特点的有机色素分子的能力各有差异，因此，不同的植物就表现出不同的体色及花色，从而使大自然呈现出姚紫嫣红的美丽景色。 2.2天然植物色素的特点 (1)绝大多数天然色素无毒和无副作用，安全性高； (2)天然植物色素大多为花青素类、黄酮类、类胡萝卜素类化合物，它们不但具有着色作用，而且具有增强人体功能、保健防病等功效； (3)天然色素的着色色调比较自然，更加接近天然物质的颜色； (4)天然色素对pH值变化十分敏感，色调会随之发生很大变化。如花青素在酸性时呈红色，中性时呈紫色，碱性时呈蓝色。 诚然，天然色素也并不是完美无缺的，也存在一些缺陷: (1)溶解性差，溶解度较低，使用时不易混合均匀，有时易发生沉淀，不易调色和着色[3]； (2)纯度较低。天然色素是从天然动、植物等生物体中提取出来的化合物，常共存有其它成份，纯化难度较大； (3)色调不稳定，受周围环境影响较大。大部分天然色素对光、热、氧、金属离子、pH值等的变化敏感，稳定性较差[4]； (4)天然色素种类繁多、性质复杂，就一种天然色素而言，应用时专用性较强，运用范围较窄。 2.3天然色素的特性 2.3.1溶解性
食用天然色素的提取及研究现状 摘要：随着生活水平的提高和人们对食品质量安全的重视，从天然产物中提取天然色素是目前和未来天然色素发展的主要趋势。本文就天然食用天然色素的提取、纯化方法及应用存在的问题进行介绍。 关键词：天然食用色素；提取；应用 Extraction And Application Of Natural Edible Pigment Abstract: With the increasing of people’s living level and attentions on quality and safety problems, extracting natural pigments from natural products becomes to be the main direction now and future.This paper mainly talks about several kinds of extracting methods of the natural pigments and problems in applications. Keywords: natural edible pigment;extraction;application 1 前言 食用色素按来源可分为天然和人造色素两大类。近年来发现人工化学合成色素有的存在致癌和致突变作用，故天然色素日益受到人们重视。食用天然色素色泽自然，种类繁多，其中很多主要成分是食物中的固有成分，许多食用天然色素对人体的多种疾病还具有非常突出的治疗、预防等药理作用和保健功能。由于食用天然色素具有安全、色泽自然鲜艳、多数不受添加剂的限制和使用范围广泛而得到迅速发展。近年来，随着人们日益增长的物质生活需求及文化素养、科学水平的不断提高，人们意识到合成色素对人体有害，甚至有致癌的危险。天然食用色素安全可靠、无毒副作用，色调自然，接近天然物质的颜色；有些天然食用色素还具有营养功效[23]和对人体的某些疾病具有预防、治疗等药理作用和保健功能。因此，寻求和开发天然色素对保障人类身体健康，促进食品工业的发展具有十分重要的意义。 我国自然资源十分丰富，如红花、栀子、紫草、玫瑰茄等广泛分布在我国新疆、江西、河南、河北、安徽等地。它们不仅是我国的传统药材，而且是提取红色、黄色、紫色等色素的优良原料。另外一些农副产品经过深加工后，可制得天然色素，如玉米色素、红米色素、辣椒色素、萝卜素，高粱红等。合理开发利用
实验四天然色素的提取与薄层色谱分离 一、实验目的 掌握薄层色谱分析原理和天然色素的提取方法。 二、实验原理 番茄红素 β-胡萝卜素 用适合的萃取液提取天然物质，再利用薄层色谱进行分离。薄层色谱是色谱分析的一种方法，和柱色谱一样属于固液吸附色谱。其基本原理是利用混合物中各组分的吸附或分配的不同，或其他亲和作用性能的差异，通过在两相之间的分配使混合物各组分得到分离。 三、主要仪器和试剂 仪器：锥形瓶、分液漏斗、圆底烧瓶、蒸馏头、直形冷凝管、毛细管、薄层色谱板试剂：番茄酱3g、丙酮20mL、石油醚20mL、饱和食盐水50mL、蒸馏水40mL、薄层色谱板、无水硫酸钠。 四、实验仪器及装置图 五、试验流程
萃取（丙酮、石油醚）干燥（无水硫酸钠）蒸馏放入层析液中 六、实验步骤和现象 1.萃取：去3g番茄酱放入锥形瓶中，加入10mL丙酮，用玻璃棒不停地搅拌，然后 将萃取液用滤纸小心的过滤到分液漏斗中，再用10mL丙酮萃取，萃取液同上操作， 再用20mL石油醚分两次萃取，将混合的萃取液都倒入分液漏斗中。 2.洗涤：将混合萃取液用50mL饱和食盐水分两次洗涤，放出丙酮；再用40mL蒸馏 水分两次洗涤。 3.干燥：将有机层放入锥形瓶中用少量无水硫酸钠干燥。 4.蒸馏：将干燥后的有机层倒入圆底烧瓶中，加入沸石，进行蒸馏，蒸到圆底烧瓶中 还剩2到3mL液体时，停止蒸馏。 5.点样：用毛细管吸取圆底烧瓶中的液体，点在画好线的薄层色谱板上，点样5-6次。 6.层析：将点好样的板放入层析液中，等3到5分钟后即可在紫外光下观察运动轨迹。 七、实验结果讨论 第一次点样效果较好；第二次由于点样时，多点了数滴，导致液体较多，分离时没能保证在同一条线上，未能得到较好的试验效果。
菠菜中天然色素的提取和分离 一、实验目的 （1）了解叶绿素的基本性质 （2）掌握薄层层柱法和柱层层柱法分离微量组分的操作技术 二、实验原理 （1）叶绿素的性质 叶绿素是一种非常重要的植物色素，它的存在确保了植物能够进行光合作用。叶绿体色素包括叶绿素a，叶绿素b，胡萝卜素和叶黄素等成分，其中叶绿素的吸光能力极强。叶绿素a、叶绿素b的结构式如下： 叶绿素是绿色植物的主要色素，分子由脱镁叶绿素母环、叶绿酸、叶绿醇、甲醇、二价镁离子等部分构成。高等植物中有两种叶绿素即叶绿素a和叶绿素b 共存，它们的含量约3：1，叶绿素a为一蓝黑色固体粉末，在乙醇溶液中为蓝绿色，并有深红色荧光，而叶绿素b为暗绿色固体粉末，其乙醇溶液为黄绿色，并有红色荧光。叶绿素不溶于水，易溶于有机溶剂，常可用极性有机溶剂（例如丙酮、乙醇、乙酸乙酯等）从植物匀浆中提取它。叶绿素存在于植物细胞的叶绿体中，与类胡萝卜素、类脂物质及脂蛋白复合在一起，分布在叶绿体内的蝶形体的片层膜上。叶绿素a和叶绿素b及衍生物在600~700mm（红光）和400~500mm （蓝光）有尖锐的吸收峰，可借助这一特性来鉴定它们。游离叶绿素很不稳定，
对光和热都较敏感。 胡萝卜素是一种橙色的天然色素，属于四萜，为一长链共轭多烯，有α、β、γ三种异构体，，其中β异构体最多。在植物组织中，它们可能以固态微粒或者以与蛋白质、脂质、或者糖类复合的形式存在，特别是在有色体中存在。其为典型的脂溶性色素，易溶于石油醚，、乙醚而难溶于乙醇。如遇氧化条件，易受氧化和光化学氧化形成加氧产物或者进一步分解为更小的分子，在受强热时可分解为多种挥发性小分子化合物。 叶黄素是一种黄色色素，与叶绿素同存在与植物体内，是胡萝卜素的羟基衍生物，较易溶于乙醇，在石油醚中溶解度较小。 、 色素所呈现的颜色和在叶绿体中的含量见下表： 高等植物体内叶绿体色素的种类、颜色及含量比例 项目 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a 叶绿素b β-胡萝卜素 叶黄素 颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄 叶绿体内各色素的含量 56 19 17 8 （2）色谱法的原理 色谱法的基本原理是利用混合物中各组分在某一物质中的吸附或溶解性能的不同，或和其它亲和作用性能的差异，使混合物的溶液流经该种物质，进行反复的吸附或分配等作用，从而将各组份分开。 薄层层析是一种微量、快速和简便的色谱方法。由于各种化合物的极性不同，吸附能力不相同，在展开剂上移动，进行不同程度的解析，根据原点至斑点中心 及展开剂前沿的距离，计算比移值（R f ）： 展开剂移动的距离化合物移动的距离 f R 化合物的吸附能力与它们的极性成正比，具有较大极性的化合物吸附较强，因此Rf 值 较 小。在给定的条件下（吸附剂、展开剂、板层厚度等），化合物移动的距离和展开剂移动的距离之比是一定的，即R f 值是化合物的物理常数，其大小只与化合物本身的结构有关，因此可以根据R f 值鉴别化合物。 吸附柱层析法是分离、纯化和鉴定有机物的重要方法。它是根据混合物中各
收稿日期:2005-03-29 作者简介:徐清海(1968-),男,吉林长春人,沈阳农业大学副教授,学士,从事天然产物的提取与开发研制工作。电话: (024)88493096,E -mail :xqh81069686@https://www.doczj.com/doc/f010071204.html, 天然色素的提取及其生理功能 徐清海,明 霞 (沈阳农业大学基础部,辽宁沈阳 110161) 摘 要:介绍了天然色素的提取和精制方法,讨论了溶剂萃取法、超临界CO 2萃取法、微波辐射提取法、酶法、吸附解吸法、膜分离法的特点。针对天然色素不稳定的特点,介绍了天然色素的稳定化方法。综述了天然色素的生理功能,对类胡萝卜素、叶黄素类、黄酮类、花色苷类等色素的抗氧化活性、抗菌活性及保健功能进行了介绍。开发功能性的天然色素具有广阔的应用前景。关键词:天然色素;天然色素提取;生理功能 中图分类号:T S 202.3 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2005)05-0268-03 Extraction on natural pigment and its physiological functions X U Qing -hai ,MING X ia (Department of Basic Science ,Sheny ang Ag riculture University ,Shenyang 110161,China ) A bstract :The extracting and purifying technologies on natural pig ments were introduced .The charac -teristics of every kind of prog ress such as solvent ex traction ,supercritical CO 2extraction ,microw ave radiation extraction ,enzy matic extraction ,adso rbent separation technology and membrane separation technology w ere discussed .The stabilization technologies of natural pigments w ere introduced based on its characteristics of lability .The phy siological functions of some natural pigments w ere reviewed ,some natural pigments such as caro tenoid ,xanthophy lls ,flavano nes and anthocyanin w ere introduced on an -tio xidant activities ,antibacterial activities and health protection .It showed wide application prospect to exploit functional natural pigments . Key words :natural pigment ;natural pigment extraction ;phy siolog ical functions 食用色素是食品添加剂的一个重要分支,广泛应用于食品、日化、医药等行业。国际上对食品安全问题日益重视,回归天然、崇尚绿色成为发展的潮流。随着医学毒理学和生物学试验工作的进展,陆续发现化学合成色素中不少品种具有严重的慢性毒性和致癌性,而逐渐被天然色素替代 [1] 。天然色素 作为食品添加剂,具有安全性高、色泽自然鲜艳的特点,而且有些天然色素对人体的多种疾病还具有治疗、预防等药理作用和保健功能。现对天然色素的提取和生理功能介绍如下。 1 天然色素的提取、精制及稳定化 1.1 天然色素的提取1.1.1 溶剂萃取法 对水溶性、醇溶性的花色苷类、黄酮类、脂溶性色素的生产多采用有机溶剂浸提,再经过滤、减压浓缩、真空干燥的工艺。花色苷 在中性或弱碱性溶液中不太稳定,提取过程中通常采用酸化乙醇。溶剂萃取法的缺点是溶剂需回收、 产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残留。1.1.2 超临界CO 2萃取法 此法特别适于萃取挥发性、热敏性或脂溶性色素,如辣椒红素、β-胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素和番茄红素[2] 。与溶剂萃取法相比,无化学溶剂的消耗、残留和污染,并可避免萃取物在高温下分解,保护生理活性物质的活性及保持萃取物的天然风味。1.1.3 微波辐射提取法 借助微波提取天然色素是近年来发展的新技术[3]。对番茄红素等脂溶性色素,有机溶剂不易渗透细胞壁和细胞膜,不能很好地将提取物从细胞器中溶出,使提取时间延长。而采用微波辐射萃取可大大缩短时间,降低生产能源,溶剂的消耗以及废物的产生,从而可以提高萃取效 第34卷第5期2005年5月 应 用 化 工Applied Chemical I ndustry Vol .34No .5M ay .2005