从胡萝卜中提取色素的实验

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1、从胡萝卜中提取色素的实验、，一 、前言色素分天然色素和合成色素两大类，天然色素的应用有着悠久的历史，我国古代就有使用天 然色素作纺织品染料、米饭、酿酒、化妆品等色料的记载。自从1856 年英国人帕金合成出 第一种人工色素苯胺紫之后，合成色素因其色泽鲜艳、着色力强、性质稳定且价格便宜等 特点，在人们的生活中就开始扮演着非常重要的角色。随着毒理学和分析化学的不断发展， 人类逐渐认识到多数合成色素品种对人体有较为严重的毒性和致畸、致癌性，世界各国严格 限制使用尚未弄清其安全性的合成色素品种，不少合成色素相继从各国许可使用的名单中删 除。因而，现在利用无毒无害的天然物质提取食用、化妆品和医用色素，成为

2、一种新的发展 趋势。第一部分：天然色素天然色素来自天然物质，现今主要由植物组织中提取，也包括来自动物和微生物的一些色素 天然色素具有安全、健康的特点，许多还具有一定的营养价值和药理功能。1 天然色素的提取 天然色素的生产和获得主要有三条途径：一是直接提取；二是人工合成；三是利用生物技术 生产1。目前绝大多数品种的天然色素是采用直接提取方法生产的。色素的提取主要有下 列方法：溶剂提取法、萃取法、酶法、压榨法、粉碎法、组织培养法、微生物发酵法及人工 合成法等，下面仅介绍几种常用的、具有发展前景的天然色素提取方法。1.1 溶剂提取法溶剂提取法是目前从动植物中提取色素的一种普遍常用的方法。溶剂提取法包

3、括浸渍法、渗 漉法、煎煮法和回流提取法。以水为溶剂提取天然色素可用浸渍法和煎煮法，前者适用于有 效成分能溶于水，对湿、热稳定且不易挥发的原料用有机溶剂提取可采用回流提取法。提取 高粱红色素是用0.1%的盐酸水溶液浸泡2h,除去杂质和杂色后，再用7%的乙醇水溶液在 40C下浸提，然后过滤、浓缩、干燥而得2。利用有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙 酯等提取姜黄中的姜黄色素3。将虾壳用盐酸浸泡24h后过滤，滤渣用95%乙醇浸泡，提 取液经蒸馏后得到浓缩的粗制虾青素提取物4。相对而言，有机溶剂提取法萃取剂便宜， 设备简单，操作步骤简单易行，提取率较高，但用其提取的某些产品的质量较差，纯度较低， 有异味

4、或溶剂残留，影响产品的应用范围。1.2超临界流体萃取法目前在超临界流体萃取(SFE)技术中使用最普遍的溶剂是CO2。超临界二氧化碳流体萃取是近一二十年发展起来的一种新型物质分离、精制技术。它兼备有气体低粘度、高扩散和流体 的高密度、大溶解度两方面的特点。由于超临界CO2提取工艺简单，能耗低，萃取剂便宜, 提取的产品具有纯度高、溶剂残留少，无毒副作用等优点，越来越受到人们的重视Rozzi.NL 研究了 3286C、13.780048.2686kPa条件下从番茄副产品中提取番茄红素。结果表明， 在86C、34.478 6 kPa条件下得到了 38.8%的最大提取率。超临界CO2流体萃取技术是一 种

5、新型的绿色分离技术，但因为存在技术尚不完善、设备复杂且昂贵、运行成本高等问题 使这种萃取方法在该领域的发展和应用受到了一定的限制。1.3微波萃取法微波萃取是在密闭容器中用微波加热样品及有机溶剂，将待测物质组分从样品基体中提取出 来的一种方法。其能在短时间内完成多种样品组分的萃取，溶剂用量少，结果重现性好。目 前，微波技术用于提取色素的报道不断出现，涉及生物碱、黄酮、单宁类等物质。王伟华等 人研究出了利用微波萃取番茄红素的最佳工艺条件，使得番茄红素的提取率达到 95%，使 提取时间大大缩短，与超临界CO2萃取相比，它成本低，投资少，提取率高5。微波萃取 天然色素技术在实验工作中虽然已经取得一定重

6、要成果，但由于受它的特性的限制，应用范 围受到了一定的影响。1.4酶法在植物色素提取的过程中，色素往往被包裹在细胞壁内，而大部分植物的细胞壁由纤维素构 成。用纤维素酶可以破坏0-D 葡萄糖苷键，使植物细胞壁破坏，有利于成分提取。根据 此原理，在提取植物成分前先用纤维素酶酶解，使植物细胞壁破坏后再进行提取，可提高活 性成分的提取率。而不管是否使用酶，提取物的成分一致，这说明酶解没有破坏植物色素的 成分。总结，传统的提取方法如粉碎法、压榨法、有机溶剂提取法、回流法等存在着提取时 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

7、素的发展及应用。对人工合成法而言，由于生物 合成代谢的复杂性，许多天然色素物质很难在人工控制下化学合成，人工合成的方法只能生 产极个别的具有天然色素化学组成和分子结构的物质，如胡萝卜素。近年来随着生物技术的 发展，利用生物技术生产天然色素已为人们开阔了广泛的领域，利用微生物发酵方法生产蓝 色素、红曲色素等多种天然色素已成为现实6。2 天然色素的分类和应用天然色素按来源可分为：植物色素、动物色素和微生物色素三大类；按其溶解性质不同又可 分为水溶性色素和脂溶性色素；天然色素按其功效成分可分为：类胡萝卜素类；黄酮类色素； 花青苷类色素；叶绿素类色素；其他类色素如姜黄、红曲、甜菜红、紫草红、紫胶红、蓝

8、藻 等。这里仅就几种有代表性的天然色素的生理功能和用途作如下介绍。2.1 类胡萝卜素 类类胡萝卜素是植物和微生物合成的天然色素，是多烯类色素代表，是胡萝卜素 (carotene)和胡萝卜醇(xanthophylls)总称。广泛分布于生物界中，目前已发现类胡萝卜素就有600多种。 类胡萝卜素按其组成和溶解性质可分为两类：胡萝卜素类和叶黄素类。类胡萝卜素类是国际 公认具有生理活性功能抗氧化剂，为单线态氧有效淬灭剂，能消除羟基自由基，在细胞中与 细胞膜中脂类相结合，有效抑制脂质氧化。较多摄入类胡萝卜素能减少老年性前列腺症和老 年性视网膜黄斑变性7。近年有报道，其在抗癌、抗衰老等方面也有不少新的功能价

9、值， 因此类胡萝卜素色素是一类开发前景十分广阔的功能性食品添加剂。2.2 黄酮类色素黄酮类色素是广泛分布于植物组织中一类天然色素，多呈浅黄色乃至无色，少数为鲜亮橙黄 色。黄酮类化合物一直是人们所关注的抗氧化剂和自由基清除剂,众多的研究表明,黄酮类化 合物具有广泛的生物活性,如抗氧化、抗突变、抗衰老、抗肿瘤抗菌等等12。其中最主要的 是黄酮的抗氧化活性,主要表现在减少自由基的产生和清除自由基两个方面。在黄酮类色素 中，高粱红色素、可可色素和洋葱色素具有较强的抗氧活性。王立等人对乌饭树树叶中提取 出的色素进行了分离纯化,分离出了 4种黄酮类物质。并且对这4 种物质清除活性氧自由基 的能力进行了研究

10、,发现乌饭树提取物都具有很强的清除自由基能力,清除能力最强的槲皮素 和 6#提取物的 IC50 达到了 519ug/mL 左右 8。2.3 花青素类色素花色素又称花青素，存在于植物果实、花、茎和叶中细胞的液泡内，是植物体内一种水溶性 色素。由于各种花色素分子结构上差异或酸碱度不同，花色素就呈红、紫、蓝等不同颜色。 花青素类不仅资源丰富，色彩绚丽，构成色素王国中绝大部分，且生理活性也高，它是羟基 供体，自由基清除剂，在眼科学和治疗各种血液循环失调疾病等方面均有疗效。2.4 叶绿素类色素这类色素主要包括叶绿素及其铜钠盐、锌钠盐。叶绿素广泛存在于高等植物的叶、果实和藻 类中。叶绿素具有补血、促进造血

11、、活化细胞、抗菌消炎等功效，近年来还发现叶绿素有抑 制癌细胞生成作用，因而是一种保健食用色素。叶绿素锌钠在医用上能用于治疗慢性骨髓炎、 慢性溃疡、皮肤创伤、白血球减少等症，在食品工业上是很好的着色剂和营养强化剂。叶绿 素铜钠除作为一种绿色素、脱臭剂外，在医学上也有许多生理功能，如叶绿素铜钠盐或其衍 生物能促进机体细胞新陈代谢、胃肠溃疡面愈合及肝功能恢复，能用于治疗传染性肝炎、痔 疮、白血病、子宫疾患及胃和十二指肠溃疡等，还能增进造血机能及促使放射线损伤机体恢 复。2.5 其它类色素主要指红曲色素、姜黄色素和紫草色素等。红曲色素除应用于食品中，起到增强食品风味和抗菌、抑菌、提高产品保质期作用外，

12、还具 有抗菌作用。另外，红曲色素作为中药还具有降脂、降压、降糖、抑制肿瘤细胞及治疗痢疾 和胃病等功能。姜黄色素，因其着色力强，且具有抗炎、消除自由基、抑制毒素和抗癌等性能而广泛应用于 食品及医药中，是难得药食两用药材，同时还是一种香料。它最主要生理功能为抗氧化，及 与之相关生理功能，如可保护细胞的组分子不被破坏，对癌症引发有抑制作用，甚至有报道， 它还具有抗HIV病毒功能等。紫草作为中草药，其临床已有相当长历史，具有凉血、活血、解毒、透疹功效和抗炎、抗菌、 抗病毒等作用。而从中提取的紫草色素，是一种很有前途的生物色素，其鲜艳明亮红色用作 化妆品添加剂，能明显提高化妆品抗菌、消炎、润肤、消斑功效

13、；用作果酒、饮料、点心等 食品添加剂，能增加其清热消毒、消炎抗菌、防病抗癌等功能。3 天然色素的开发中存在的问题及研究方向9与合成色素相比,天然色素也存在一些需要改进的缺陷：大部分天然色素对光、热、氧、金 属等敏感，稳定性较差；绝大多数天然色素染着力较差，染着不易均匀；天然色素对pH值 变化十分敏感，色调会随之发生很大变化；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。另外一个问题是许多未发现的色素可能位于未发 展的陆地和海洋，商业开发难度较大。鉴于这些困难，目前天然色素的研究工作主要集中在 以下三个方面：合成工艺、生产技术和可替代的色素资源。另外研究开发新

14、的食用天然色素 以外，必须加强天然色素稳定性和使用过程中色素稳定化技术的研究。在自然界中微生物能产生色素的种类非常丰富，且具有不受资源、环境和空间限制的优越性， 因此被开发利用的潜力巨大，尤其是通过大量的发酵培养微生物即可获得天然色素产品，使 生产成本大大降低，同时保护了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，具有可持续开发 利用的优势，而且产生的色素具有天然色素的特点，可应用于食品、医药、化妆品等行业中。 微生物色素也将是天然色素开发的一大方向。第二部分：从胡萝卜中提取色素的实验1实验目的1）掌握从胡萝卜中提取分离胡萝卜素的原理和方法；2）学会用色谱柱和纸色谱的实验操作；3）学习并掌握柱色谱法

15、的装柱操作。2实验原理胡萝卜是营养价值很高的蔬菜，其胡萝卜素含量丰富，胡萝卜素与VA的性质 很相似，存在于有色植物中，有a、p和丫等几种异构体。其中，以0胡萝卜素 的生理作用最好，可在动物的小肠、肝脏中转化成V，所以也称vA元。在胡萝 卜育种中，胡萝卜素的含量是一项重要指标。近年来，由于p胡萝卜素在防癌、抗癌方面的显著作用，使得胡萝卜素的研究更趋重要（10）。0 胡萝卜素大都难溶 于水，易溶于极性或非极性的有机溶剂，分子式C40H56.分子量536.85，熔点184 是不饱和碳氢化合物，难溶于甲、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、丙酮等有机 溶剂）。目前，对植物性食品中的胡萝卜素含量的测定，可以用生物

16、学鉴定法、 溶剂分配法和层析法（，。本实验通过柱色谱法，薄层色谱法提取胡萝卜中的胡萝卜素）并进行鉴定A. 柱色谱法原理：柱层析是化合物在液相和固相之间的分配，属于固液吸附层 析，在一般柱色谱装置中，柱内装有“活性”固体（固定相）如氧化铝或硅 胶等，液体样品从柱顶加入，流经吸附柱时即被吸附在柱的上端，然后从柱 顶加入洗脱溶剂冲洗，由于固定相对各组分吸附能力不同，以不同速度沿柱 下移，形成若干色带。再用溶剂洗脱，吸附能力最弱的部分随溶剂首先流出, 分别收集各组分，再逐个鉴定，若各组分是有色的物质，则在柱上可以直接 看到色带。B. 薄层色谱法原理：薄层色谱法是快速分离和定性分析少量物质的一种重要的

17、实验技术，也用于跟踪反应进程。在玻璃板上均匀的铺上一薄层吸附剂，制 成薄层板，用毛细管将样品溶液点在起始处，将此薄层板置于盛有溶剂的容 器中，待溶液到达前沿后取出，晾干，显色，测定色斑的位置。3仪器与试剂1）仪器：色谱柱、滤纸、玻璃棒、毛细管、50 mL烧杯、烘箱、250 mL 广瓶2）试剂：新鲜胡萝卜5g、丙酮30mL、石油醚（bp 30一60）20 mL、石油H（bp 6090C） 150 mL、丁醇-水、乙醇、无水硫酸钠、羧甲基纤维 素钠水溶液、层析用硅胶（80_100 目） 40g、1： 9丙酮-石油醚注：1层析缸；2薄层板3-展开剂蒸气；4展开剂图1 1柱色谱装置图12薄层色谱装置4

18、实验操作1.胡萝卜素石油醚溶液的制备阳称取10g新鲜胡萝卜，捣碎，置于50mL的三角烧瓶中，重复萃取2次，每 次用10mL.丙酮。最后用石油H（bp30_60C ）萃取固体2次，每次用10mL。把 石油醚溶液加到丙酮溶液里面中。在分液漏斗中将混合物与50mL饱和氯化钠溶液 振荡，分出有机层，用蒸馏水洗涤2次，每次 50mL，分去水，用无水硫酸钠干燥石油醚溶液（约1小时），再往制得的固体加入3mL石油醚（bp 6090C ）拌硅 胶lg,在通风橱抽干溶剂，得黄色硅胶颗粒，待上柱。2. 装柱和分离选色谱柱20cmX 1 cm，关闭活塞，向柱内倒入石油醚（bp 6090C ）至约 为柱高的3/4处，

19、打开活塞，控制流速为1滴/S,将层析硅胶用石油醚先调成糊 状，再徐徐倒入柱中，用洗耳球轻轻敲打柱身，使填装紧密。当柱装到3/4时，再在上面加一层0.5 cm厚的海石沙，操作时一直保持上述 流速，当溶剂面流至离海石沙面lcm处，立即从玻璃漏斗加入已制备好的含胡萝 卜素的黄色硅胶，随后用0.5 mL石油醚洗下管壁的硅胶，如此连续几次，直至洗 净。然后在色谱柱上装上滴液漏斗，用石油醚（bp 6090C ）作洗脱剂，洗速1 滴/s。当有一黄色的谱带分出，待黄色组分绝大部分洗出后，把洗脱液换成10% 丙酮和90%石油醚（bp 6090C ）混合液进行洗脱，控制流出速度如前，分出黄 色组分。在4590mi

20、n内，柱内的物料将全部洗脱下来。收集好3份洗出液，对 各段洗出液进行薄层色谱分析。3. 胡萝卜素的薄层色谱法分析将前面得到的胡萝卜素样品以及柱色谱分离得到的样品分别进行薄层色谱分 析，以检查柱色谱分离的效果。薄层层析板预先用硅胶制备并活化好，展开剂为 10%丙酮和90%石油醚（bp 6090C），薄层分离后观察斑点位置，计算各斑点 的Rf值（理论值0-胡萝卜素黄色Rf值为0.89），其中比移值Rf=溶质移动的距 离/溶液移动的距离。5. 注意事项1、洗脱剂用以洗脱混和提取液中的胡萝卜素。2、洗脱剂由丙酮-石油醚组成，丙酮所占比例越多，洗脱力越大，但必须注意 丙酮用量，控制在只将胡萝卜素洗下来而

21、不将其它色素洗下。3、胡萝卜素在光下易分解破坏，应在较暗处操作。6. 实验结果与分析实验现象的记录如下：操作实验现象10g胡萝卜，捣碎成粉末，丙酮萃取两次，每 次取内酮10mL橙黄色液体石油醚萃取两次，每次取石油醚10mL橙黄色液体合并萃取液于分液漏斗中，加50mL饱和 NaCl溶液洗涤分层，上层为橙黄色，下层为 乳黄色。用水洗涤，每次取50mL水上层为橙黄色油状液体,下层 为乳黄色取上层溶液加少量无水硫酸钠干燥澄清橙色液体，瓶底出现少量 固体取澄清液进行水浴蒸馏，加热直至烧瓶内 剩余少量黄色溶液为止，再冷却后加入3mL石黄色硅胶颗粒为样品油醚拌硅胶1g，用洗耳球吹干装柱：先往柱内装 层细沙，

22、再 边加入 硅胶与石油醚的糊状一边用洗耳球轻敲柱，是 均匀装柱无气泡产生，在装柱达3/4处停止装 柱，再往柱加一层细沙即可。柱呈为白色加样品于柱中，再接上滴液漏斗(内装1： 9丙酮-石油醚)分三层，上层颜色较深，为橙 色，接着是橙黄色，最后是黄色， 不过不明显洗脱后得黄色溶液，柱依旧为白色参考文献1 邓祥元，王淑军,李富超，秦松天然色素的资源和应用中国调味 品，2006(10):49-53.2 张兆俊，肖丽娟.天然色素高粱红开发应用粮食与油脂，2005, (5)： 40-41.3 刘树兴，胡小军.姜黄色素的研究进展陕西科技大学学报， 2003. 21(4)： 3739.4 丁纯梅，陶庭先，吴之

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