蔬菜中天然色素的提取分离和测定.docx

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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（C55H72O5N4Mg）和叶绿素b（C55H7O6N4Mg），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。

图1叶绿素a和叶绿素b的结构（叶绿素a：

R=CH3，叶绿素b：

R=CHO）

图2β-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（C40H56，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（C40H56O2，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1~2mm厚的大板可用于50~1000mg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，CaSO4·1/2H2O）粘合剂；

F——加有荧光素（Fluorescein）

CMC——加有羧甲基纤维素钠（Carboxymethylcellulose）

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。

（3）展开剂

在样品组分-吸附剂-展开剂三个因素中。

对一确定组分，样品的结构和性质可看作是一不变因素，吸附剂和展开剂是可变因素。

而吸附剂的种类有限，因此选择合适的展开剂就成为解决问题的关键。

展开剂的选择有以下要求：

a．对待测组分有很好的溶解度。

b．能使待测组分与杂质分开，与基线分离。

c．使展开后的组分斑点圆而集中，不应有拖尾现象。

d．使待测组分的Rf值最好在0.4~0.5，如样品中待测组分较多，Rf值则可在0.25~0.75范圈内，组分间的Rf值最好相差0.1左右。

e．不与组分发生化学反应，或在某些吸附剂存在下发生聚合。

f．具有适中的沸点和较低的粘滞度。

展开剂的极性是指与样品组分相互作用时。

展开剂分子与吸附剂分子的色散作用、偶极作用、氢键作用及介电作用的总和。

展开剂要根据样品的极性及溶解度，吸附剂活性等因素进行选择，总的原则是展开剂的极性能使组分的Rf值在0.5左右。

常用溶剂极性次序是：

石油醚<环己烷<苯<乙醚<氯仿<乙酸丁酯<正丁醇<丙酮<乙醇<甲醇。

如一种溶剂不能充分展开，可选用二元或多元溶剂系统。

2．样品的制备与点样

样品必须溶解在挥发性的有机溶剂中，浓度最好是1~2%。

溶剂应具有高的挥发性以便于立即蒸发。

丙酮、二氯甲烷和氯仿等是常用的有机溶剂。

分析固体样品时，可将20~40mg样品溶到2mL的溶剂中。

在距薄层板底端约1cm处，用铅笔划一条线，作为起点线。

用毛细管（内径小于1mm）吸取样品溶液，垂直地轻轻接触到薄层板的起点线上。

样品量不能太多，否则易造成斑点过大，互相交叉或拖尾，不能得到很好的分离效果。

3．展开槽与展开

薄层的展开在密闭的容器即展开槽或称为层析缸中进行。

合适的展开剂用量为浸及下端薄层板，但不浸及样点；点样端向下，每次只展开一块，放在正中，以免爬斜（进而展开倾斜）。

4．显色

如果化合物本身有颜色，就可直接观察它的斑点。

如果本身无色，可先在紫外灯光下观察有无荧光斑点（有苯环的物质都有），用铅笔在薄层板上划出斑点的位置；对于在紫外灯光下不显色的，可放在含少量碘蒸气的容器中显色来检查色点（因为许多化合物都能和碘成黄棕色斑点），显色后，立即用铅笔标出斑点的位置。

常用

普适性显色剂：

浓硫酸、碘蒸气、荧光素，专用显色剂：

茚三酮、三氯化铁溶液等。

5．Rf（比移值）的测定

Rf（比移值）表示物质移动的相对距离，即展开后样品点到原点的距离和溶剂前沿到原点的距离之比，常用分数表示。

Rf值与化合物的结构、薄层板上的吸附剂、展开剂、显色方法和温度等因数有关。

但在上述条件固定的情况下，Rf值对每一种化合物来说是一个特定的数值。

当两个化合物具有相同的Rf值时，在未做进一步的分析之前不能确定它们是不是同一个化合物。

在这种情况下，简单的方法是使用不同的溶剂或混合溶剂来作进一步的检验。

通常用比移值（Rf）表示物质移动的相对距离：

Rf值计算示意图

1．起点线；2.展开剂前沿

a.色斑最高浓度中心至原点中心的距离b.展开剂前沿至原点中心的距离

物质的比移值随化合物的结构、吸附剂、展开剂等不同而异，但在一定条件下每一种化合物的比移值都为一个特定的数值。

故在相同条件下分别测定已知和未知化合物的比移值．再进行对照，即可对未知化合物鉴别。

对于不同的样品，可以选择不同的吸附剂和展开剂；可以做吸附层析，也可以做分配层析或离子交换层析。

层析谱不仅可做定性鉴定，也可以进行定量分析。

每次点样所需的样品量仅几微升到几十微升，因此它是一种高效、快速的微量分析方法。

本实验利用薄层层析进行菠菜中叶绿素的提取、分离和测定。

三、仪器和试剂

仪器：

研钵，层析缸，分液漏斗

试剂：

硅胶G（200-300目），羧甲基纤维素钠（CMC）（0.5%），碳酸钙，石英砂，丙酮，乙醚，石油醚，乙醇，苯，乙酸乙酯，氯化钠，无水硫酸钠。

四、实验步骤

1．制板

选用5.0⨯30.0（cm）规格的玻璃板两块，用肥皂水洗净，用蒸馏水淋洗两次后烘干，用时再用酒精棉球擦除手印至对光平放无斑痕。

称取5g硅胶G粉于100mL烧杯中，按硅胶和水1∶3（w/w）的比例加入0.5%CMC水溶液，调成均匀的糊状（在平铺玻璃板上能晃动但不能流动），用倾泻法涂在干净薄层板上，用玻璃棒均匀地摊开，然后，用手托住玻璃板一头，另一头放在桌面上轻轻振敲，使硅胶浆料均匀平整铺开，成薄厚均匀、表面光洁平整、无气泡的薄层板，厚度为0.25~1.0mm。

水平放置，待薄层发白近干（注意：

室温放置必须使玻板干透，否则会出现断裂现象），然后将晾干的薄层板放在烘