蔬菜中天然色素的提取、分离和测定

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

量通常是胡萝卜素的两倍。与β - 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。根据这些色素在有机溶剂中的溶解性,可将它们提取出来。

1．菠菜中各色素的理化性质

绿色植物中的叶绿体色素在把光能转变为化学能的光和作用中起着重要作用。叶绿体色素有叶绿素和类胡萝卜素两类，主要包括β-胡萝卜素，叶黄素，叶绿素a和叶绿素b四种色素，它们在叶绿体中的含量比约为2：1：3：1。叶绿素是植物进行光合作用所必需的催化剂。

（1）叶绿素a

有四个甲基与卟吩核连接(R—CH3)，蜡状蓝黑色微小晶体，熔点117～120℃，溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和苯，不溶于石油醚。其乙醇溶液是蓝绿色，并有深红色荧光。

（2）叶绿素b

有三个甲基和一个醛基与卟吩核连接(R=—CHO)，蜡状蓝黑色微小晶体，熔点120～130℃，溶于乙醇和乙醚，难溶于石油醚。乙醚溶液有亮绿色，其它有机溶剂的溶液通常是绿色至黄绿色，并有红色荧光。可用作肥皂、脂肪、油蜡、食品、化妆品和医药用的无毒着色剂。由绿叶用乙醇萃取而制得，也可用化学方法合成。

（3）胡萝卜素

胡萝卜素有多种异构体，是四萜类化合物。α-胡萝卜素为红色结晶，熔点187℃，旋光度+385°(c=0.08,苯)，溶于乙醚、苯、氯仿；β-胡萝卜素为红棕色结晶，熔点181℃，溶于乙醚、丙酮、苯、石油醚；γ-胡萝卜素为紫色棱形结晶，熔点177.5℃，溶于苯、氯仿。α-，β-和γ-胡萝卜素常共存于许多植物中。β-胡萝卜素含量最高，β-胡萝卜素在植物中几乎总是和叶绿素共存，含量最多的是胡萝卜、棕榈油以及多种绿叶植物。用做食物色素、保健食品，以及作防晒化妆品成分，还可用作制造维生素A的原料。

（4）叶黄素

又称胡萝卜醇，一类羟基类胡萝卜素的衍生物，以乙醚加甲醇精制，得黄色穗状物，具金属光泽的结晶。熔点183℃，不溶于水，溶于油性溶剂，光稳定性较好，主要与叶绿素、胡萝卜素共存于绿色植物的叶和花中。在天然黄色素中，它的价格较贵，可用于食品着色。也有添加于禽饲料中，使禽蛋蛋黄增进黄色。

2．叶绿素的吸收光谱

叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色。从图3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。

（二）薄层层析（薄层色谱）

薄层层析是快速分离和定性分析微量物质的一种极为重要的实验技术，具有设备简单、操作方便而快速的特点，可用于精制样品、化合物鉴定、跟踪反应进程和柱色谱的先导（即为柱色谱摸索最佳条件）等方面。

薄层层析是将固定相支持物均匀地铺在玻片上制成薄层板，待分离的样品溶液点在薄层一端，试样中各组分就被吸附剂所吸附，但吸附剂对不同物质的吸附能力是不同的。将薄层板点有样品的一端浸入层析容器中，在合适的溶剂做为流动相展开剂的作用下展开。由于薄层吸附剂（如硅胶）的毛细作用，展开剂将沿着薄板逐渐上升。当溶剂流经试样时，样品中的各组分就溶解在展开剂中。在吸附剂的吸附力和展开剂的毛细上升力作用下，物质就在吸附剂和展开剂之间发生连续不断的吸附和解析平衡。吸附力强的物质相对移动得慢一些，而吸附力弱的物质相对移动得快一些。经过一段时间的展开，样品中各物质就彼此分开，最后形成互相分离的斑点，称为薄层层析谱。用此法分离时几乎不受温度的影响，可采用腐蚀性显色剂，而且可在高温下显色，特别适用于挥发性小或在较高温度下易发生反应的物质，同时也常用来跟踪有机反应或监测有机反应完成的程度。

薄层层析按分离机制不同可分为吸附层析、分配层析、离子交换层析等，最常用的为吸附薄层层析。吸附层析中样品在薄层板上经过连续、反复的被吸附刑吸附及展开剂解吸附过程，由于不同的物质被吸附剂吸附的能力及被展开剂解吸附的能力不同，放在薄层上以不同速度移动而得以分离。

1．薄层层析的器材选择

（1）基板：玻璃、塑料、金属箔，常用玻璃板。

溶剂在薄层板上爬升的距离越长，化合物的分离效果越好。宽的薄层板也可用于量较大的样品，具有1~2 mm厚的大板可用于50~1000 mg样品的分离制备。

由于薄层色谱法用途非常广泛，国内外均有现成的铺有吸附剂的薄层板出售。一般实验室中也可自己制备。

（2）吸附剂

吸附剂要有合适的吸附力，并且必须与展开剂和被吸附物质均不起化学反应。可用作吸附剂的物质很多，常用的有硅胶和氧化铝，由于吸附性好，适用于各类化合物的分离，应用最广。选择吸附剂时主要根据样品的溶解度、酸碱性及极性。以下简单介绍吸附剂的几个基本参数。

种类：常用：氧化铝（强极性）、硅胶（中强极性）

不常用：硅藻土、纤维素、糖类、活性碳

符号：H——无任何添加剂；

G——加有锻石膏（Gypsum，CaSO4·1/2 H2O）粘合剂；

F——加有荧光素（Fluorescein）CMC——加有羧甲基纤维素钠（Carboxymethyl cellulose）

例：硅胶GF254表示硅胶中既加有煅石膏粘合剂，也加有荧光素，可以在波长254nm的紫外光下激发出荧光

粒度：目：1cm2内的筛孔数，数目越大，颗粒越小。薄层所用吸附剂颗粒较细，氧化铝为200目，硅胶为100~150目。

μ：颗粒的平均直径，以微米表示。例如：40μ的颗粒与100目相当。

活性：

活化通常是加热粉末以脱去水分。化合物极性越大，它在硅胶和氧化铝上的吸附力越强，所以吸附剂均制成活性精细粉末。吸附剂按其含水量的多少各分为五个等级：I级含水量最少，活性最高；V级含水量最多，活性最低；但并不是活性越高分离效果越好，选用哪种活性级别的吸附剂，要用实验的方法来确定。

酸碱性：

市售氧化铝有酸性（用以分离酸性化合物）、中性、碱性（用以分离生物碱等碱性化合物），其蒸馏水洗出液的pH值分别为4、7.5、9-10；其中以中性氧化铝应用最广，可用来分离各种化合物，特别是那些对酸、碱敏感的化合物。硅胶没有酸碱性之分。