金盏菊花类胡萝卜素的提取及性质研究

圈Food Sciem'e and Technology No．3，2001 2001年第三期害盐盐主凇 金盏菊花类胡萝 卜素的提取及性质研究 胡晓丹 谢笔钧 (1．北京林业大学 100083； 2 华中农业大学 武汉 ·430070) Study on the Extraction and Property of Carotenoids from Colendula 0fficinalis L．Flowers IIU Xiao—dan’ XIEBi—jlIlI (1．Bering Forest Universi~-．100083；2 Huazhong Agnculture University，Wuhan，430070j Abstract：The paper mainly ud】ed the extraction purification、stability of carotenoids from calendula oftlcinabs L Flowers in China， v,hich provides sciontfic basis for the extraction and application of the carotenoids Key words：Calendula officinalis L nowem，~：arolenoids，extraction，purification．stability 摘要：主要对中国产金盏菊花中娄胡萝卜紊的 提取、纯化及其稳定性进行 了研 究，为垒盏菊花 娄胡萝 素的提取和应用提供了科学依据。 关键词：金盏菊花；粪胡萝 卜紊；提取；纯化；稳 定性 中图分类号 ：TS202 3 文献标识码：A 文章编号 ：1005—9989(2001)03—0036—02 0 前言 金盏菊 (Calen&da offidnalisL)属于菊科金盏菊 属，是一种常见的观赏花卉和中草药 ，金盏菊容易栽 培，资源丰富，世界各地均有种植。已有的研究结果表 明 1，金盏菊花不仅含有醇溶碳水化合物、脂肪、氨基 酸、果胶、半纤维素等常见化学成分，而且含有类胡萝 素、类黄酮、三萜皂甙、香豆素 、挥发油等活性成分。 从二十世纪 5O年代出来．国外许多学者开始了对世界 各地的金盏菊花中类胡萝 素的研究 ，并陆续报道了 其类胡萝 素的组成、含量及应用 。但是迄今为止， 对中国产金盏菊花 中类胡萝 卜素的研究几乎是空白。 近些年来 ，随着人们对台成色素毒陛问的认识 及各 国对使用合成色素的种类限制增多，消费者对天 然色素的需求急剧增加。类胡萝 素不仅是重要 的天 然色素 ，而且因其具有重要的生理活性得到了人们的 重视 ，寻找富含类胡萝 素的生物资源一直是研究的 热点。金盏菊花类胡萝 素显示出很高的商业价值，国 外已将它应用到食品、化妆品、药品等多个领域 美国 每年都要从东南亚进 口大量 的金盏菊花 ，以满足美 国 市场的需求 。在我国．金盏菊花虽然作为一种观赏花卉 被广泛种植 。但是这～资源没有得到利用。为了充分利 用这一资源，本文首次对中国产金盏菊花中类胡萝 h 素的提取、纯化和稳定性进行了研究。 1 材料与方法 1．1 实验材料 金盏菊花 ：鲜花在 4O℃下真空干燥 15h制得 ，产 收稿日期：2000—12 16 怍者简介：胡晚丹f1974一)，男，湖北^．碰士，讲师．研究方向是 蟓屯食品、保健食品的研制和开发 地为武汉华中农业大学林学花卉基地。 1 2 主要仪器 紫外可见分光光度计 uv一265FW：Shima&u Co． (Japan)；旋转蒸发器：Bfichi Co (Switzerland)；自动柱 层析仪：LKB Co (Sweden)。 1 3 实验方法 1 3 1 色素的提取”1 称取一定量的干花，加适量溶 剂浸提数次 ，过滤，合并滤液，在 30℃下真空浓缩 ，得 到类胡萝 h素提取液。 1．3 2 色素的纯化 经活化后 的氧化镁、氧化铝和 层析硅胶分别装填于三根玻璃层析柱中 (啦 6cm× 20era)．装填高度为 10cm，用石油醚浸润。分别取 2mL 类胡萝 素提取液上柱 ，各用 50mL石油醚洗脱，得洗 脱液 《I)，随后即用石油醚 一丙酮 (10：1)混合洗脱液 洗脱类胡 萝 素，收集洗脱液 (Ⅱ)，再用薄层色谱法评 价各种填料的纯化效果 。 1．3．3 色素 的稳定性研究 不同加热温度、不同光 照条件(日光、室内散射光、紫外光)、氧化介质(H：0：)、 还原介质 (Na~SO，)、酸碱度 、金属离子和络合刺对色素 稳定性 的影 响。按下 式计算 色素 保存率 (波长 为 446nm)：色素保存率 =(测定吸光值／初始 吸光值)× 100％ 。 2 结果与分析 2．1 色素提取液的紫外可见光谱 金盏菊花色素提取液 的紫外可 见光 谱如图 1所 示。图中显示出类胡萝 卜素的特征吸收，一个主峰在 446nm，两个肩峰在442nm和 470nm。 围 l 金盏菊花色素提取j受紫外可见光谱围 溶剂 ：石 油醚 (30—60o巴1 2001年第三期 Food Science and Teehnol0gY No．3．2001圈 2 2 提取溶剂的选择 类胡萝 素是一类脂溶性色素 ，常用有机溶剂进 行提取 。本文分别对甲醇、无水乙醇 、无水 乙醚、石油 醚 、丙酮及石油醚 丙酮 (1：1)等 6种溶剂系统的浸提 效果进行了比较 (见表 11，其中 无水乙醚浸提的效 果最佳 ，石油醚一丙酮次之 ，浸提率为前者的 80％左 右 ，而分别为石油 醚和丙酮单独溶 剂的 1 5和 l 3 倍。考虑到成本和安全性等因素 ，故选用石油醚 一丙酮 混合溶剂作为浸提溶剂。 表 1 不同溶剂的浸提效果比较 往 干 ：0 50g． 匪： ℃，爱握絮数：3鬟 ．浸提E司 0 5h．粒箍比 -1．50 mL)c 2．3 色素提取液的纯化介质选择 分别用氧化镁、氧化铝和层析硅胶对提取液进行 纯化 ，用 TLC分离，硫酸显色来评价纯化效果 从图 2 可见 ，氧化铝和层折硅胶均不能将类胡萝 素与非粪 胡萝 卜素的脂溶性杂质分离 ；而氧化镁却显示出与 上 述吸附剂完全不同的吸附特 性，在氧化镁柱上用石油 醚可首先洗脱除去所有的脂溶性杂质 ，而粪胡萝 素 却全部保 留在层析柱上，随后用石油醚一丙酮 (10：1) 洗脱得到已不含有脂溶眭杂质的类胡萝 素。这表 明 氧化镁对类胡萝 素具有特异的吸附能力，因此 ，氧化 镁是优良的类胡萝 素纯化介质。 薄层色谱条件：固定相为硅腔 G．展开剂为石油醚 一丙酮(95 5)，硫酸显 色 ●一类胡萝 h裹斑点；0一硫醯显色后出现的非樊胡萝 h衰 脂培性 杂质斑点 ^ 色索提取被 B 氧化镁f I J C 氧化磋II】) D 氧化铝(I) E 氧化铝(Ⅱ) F 硅肢(I) G 硅 ⅡJ I—— 石油醴冼脱 Ⅱ一 石油醚一雨 10：lj冼脱 国2 不同柱色谱纯化方法的薄层色谱比较 2．4 色素的稳定性实验结果 2．4．1 耐热性 不同温度对色素稳定性的影响如表 2所示，在 2O℃或 35℃保存 2．5h，类胡萝 素保存率 均在 99％以上 ；在 5O℃或 65 保存 2 5h，保存率在 97％左右；在80℃或95℃的高温保存2 5h，保存率仍 在91％ 以上。由此可见，该色素对热较稳定，但应避免 在 80℃以 的高温使用或保存： 表2 温度对色素稳定性的影响 避 2．4．2 耐光性 比较不同光照条件下色素的稳定性 l见表 3)，该色素对 日光很不稳定，经过 5h的日光照 射 ，保存率仅为 36 7％ ，但对室内散射光和一定强度 的紫外光很稳定 表3 不同光照条件对色素稳定性的影响 迁 -呈 。 2．4．3 耐氧化性 从表 4可见 ，不同浓度的 H。O：对 其稳定性影响不大，当 HzOz浓度高达 12．8％时 ，放置 5h后保存率仍为 96．1％ 2．4．4 耐还原性 色素对 0 5％ ～8％ 的亚硫 酸钠很 稳定(见表 5)，放置5h后 ，色素几乎没有损失。 表4 o2对色素稳定性的影响 H202浓度(％) 0．8 1 6 3．2 6．4 12．8 色素传存率(％) 100．0 99 6 97．6 98 4 96．I 注 室温 ，避光．添加 啦 后艘置5h到定保存率 表 5 N s 对色素稳定性的影响 里 堕! ! ： ． ． ． 色素保存率(％j 100．0 lo0 0 100 0 100．0 Io0 0 注．室温 ，避光．添加 N s03后放置 5h 定保存率。 2．4．5 酸碱度对其稳定性的影响 用氢氧化钠或柠 檬酸调节 pH值 ，使其 pH范围在 2．3～12．5之间 ，该 色素表现出较好的稳定性，见表 6所示，仅在 pH值低 F 2 5后，保存率有所下降，但怕 为91％左右。 表6 酸碱度对色素稳定性的影响 DH值 色素保存率(％) pH值 色素睬存直(％) 2 3 90 2 8．5 100 2 T 96 0 9．5 99 9 3 0 97 l l0 5 99 9 4 0 97 7 【『．5 99 9 4 3 98 3 l2 5 99 9 7．0 100 注 室品．避光 ，诡节酸砸厦后般置 测定I晕夸翠。 2．4．6 金属 离子和络合剂对其稳定性 的影响 从表 7可见，该色素对 500mg／L的 EI)TA及金属离子 ca“、 N 、Bd 、K 、M 一、sn“。等有很好的稳定眭；但对 500mg／L的Fe¨ 、Al¨ 和 cu 不稳定 ，经过这三种金属 离千处理 ，7d后其 保存 率分别 为 4．2％ 、7．8％ 和 12 3％。因此 ，该色素在使用 中应避免与 Fe¨ 、Al“‘和 cu 等金属离子接触。 (下转第 35页) 盘池 2001年第三期 Food Science and Techrwtogy‰．3，2001圈 由表 1可见，前 4个馏分的色价诅低 《d】201，并 且随着累计 收率的增加，色价基本 没有提高。当第 5 个馏分累计收率达到 90％ ，其色价相对而言出现较大 增幅时 ，色价也仅达到 0 46。由此说明超临界丙烷对 玉米油及玉米黄色素的萃取分离选择性搬佳 ，可以谯 极小的色价损失下 ，使原料 叶}的有救成分玉米黄色索 几乎完全保留在馏分 6中。 2．2 萃取压力的影响 根据以上结果，拔们采用恒压革取方式，把低色价 原料经超临界丙烷萃取切割成两个馏分，馏分 1为玉 米油等成分，馏分 2为 目的产物。重点考察萃取压力对 革取选择性及萃取效率的影响，结果见表 2。 表 2 超临界丙烷革取玉米黄的实验结果 1王 ：柬 笆 『3 25。 由表 2可见，在不同的萃取压力下 ．馏分 1的色价 普遍较低 ，一般 d1．20；馏分 2的色价则随着莘取压 力、馏分 l拔出率的升高而提高：但萃取压力并不足愈 高愈好 ，因为压力高时超临界丙烷的溶解 陛大，使馏分 1的拔出率提高 ，导致萃取选择 性降低 ：根据实验结果 可以得出．萃取压力为 8 5～10 OMPa最佳 ．既分离效 果好 ，萃取时间又短 把原料与超临界丙烷萃取所得的玉米黄色素产物 配成一定浓度正 己烷溶液 ，在分光光度if上f 300～ 550nm范围内进行扫描 ，见甾 2。通过 潜图峰对比【】=f 见．二者的最大吸收峰末发生偏称，峰形也基本来有改 变，但产物在44ln瑚处的最大吸收峰明显高于原料。 这说明经超临界丙烷萃取后 ，产物的性质没有发生改 变．但有效成分玉米黄色素的含量大大提高。 f上接 第 37页) >● 一～>● >● ⋯ ．●●⋯ ⋯一 ● 表7 金属离子及络合剂对色素稳定性的影响 注 至温 ，避 ．孟属禹子及绍酋刑橛爱坛 500m k 3 结论 3 1 金盏菊花类胡萝 素属于脂溶 色素 ，l牛产 L 可用石油醚 一丙酮 (1：1)作浸提剂 ．用氧化镁作柱色谱 纯化的介质。 3．2 金盏菊花类胡萝 素对热 、酸 、碱 、氧化剂 还原 及大部分金属离子稳定 ，但 对目光及少数金属离子 00 0nnL l50／di I 550 0曲 l 300 0nm (50 dl I 550．0nm ^米黄隙科 玉 非黄产晶 图 2 原料与玉米黄色素产物的扫描光谱 囤 2 3 工业生产应用 北京7亡通科技发展中心把上述加工玉米黄的工艺 运用l丁300L工业装置中，考察该工艺放大生产的可能 性 ，结果见表 3： 表 3 超临界丙烷革取工业装置／jp"r~米黄的结果 革 鼬仕 8 0～I2 OMP 由表 3可见，用超临界丙烷工业生产装置不仅能 够脱除常规法提取低色价玉米黄所残 留的溶剂及异 昧．而 且能够根据客户需要分离出玉米油，得到不同色 价的玉米黄．并且人们普遍关．12"的C 溶残问题也得到 r很好的解决。 3 结论 由实验研究及工业生产应用表 明，低色价的玉米 黄原料运用超临界丙烷萃取分馏方法，可得到色价高 达 4O的 下 米黄 色素 产 品 ，且 该 产品 的溶 残 小于 2．39mg／I．。 参考文献 ： 【l】周立国 食用天然色素及其提取应用．山东科学 技 术出版社 ，1993．5 I如 Fe”、AL 、Cu )不稳定 3．3 金盏菊花类胡萝 素属于天然色素，资源丰富， 且金盏菊花传统上用作中草药，使用安全系数高，但有 关其结构和性质有待进一步研究。 参考文献 ： 【1】江苏新医学院 中医大辞典 上海科学技术出版 社 ．1985．1 398～1399 [2】Mamchur F I，et al Calendula ag a medicinal plant Farm Zh(K【ev1，1987．(31：68～69 I 3 1 Matemva I． et al A phytochemical review of the constituent in Ca]endula O伍cinalis L． and their therapeutic evaluation．Cesk Fama，1992，41(4～ 5)：l73一l76 I4】SDMovehan．Carotene pigmentsinpetals ofCalendula officinatis．ZhurRridlad Fdainn．196O,33：484～486 『51王业勤，车勤生 天然粪胡萝 素——研究进展、 生产、应用 中国医药科技出版社，1997