1、江西农业大学学报 2010， 32( 1): 0175 0180 http: / /xuebao. jxau. edu. cnActa Agriculturae Universitatis Jiangxiensis E mail: ndxb7775 sina. com芦荟皮叶绿素的提取及稳定性研究陈新香 ， 蔡碧琼 ， 蔡珠玉 ， 陈杰博 ， 苏金为( 福建农林大学 生命科学学院 ， 福建 福州 350002)摘要 : 以芦荟皮为原料 ， 采用醇提法提取芦荟皮中的叶绿素 。通过单因素试验分析了浸提溶剂种类 、浸提溶剂浓度 、浸提温度 、浸提时间和料液比等 5 个主要因素对芦荟皮叶绿素提取效果的
2、影响 。在单因素的基础上 ， 采用 L9( 34) 正交试验设计优化芦荟皮叶绿素的提取工艺 ， 并对叶绿素的光稳定性 、热稳定性以及耐酸碱性等方面进行研究 。结果表明 : 体积分数 ( 乙醇 ) =85%、浸提温度 80 、浸提时间 5. 0 h、料液比 1 50 是最优工艺条件 ， 叶绿素的提取率可达 0.197 0 mg/g。芦荟皮叶绿素具有良好的耐热性 ; 自然光长时间照射会影响叶绿素的稳定性 ; 在弱碱性介质环境中 ， 叶绿素稳定性良好 。关键词 : 芦荟皮 ; 叶绿素 ; 提取 ; 稳定性中图分类号 : S567.23+9 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 2286( 20
3、10) 01 0175 06Extraction and Stability of Chlorophyll from the Husk of Aloe veraCHEN Xin-xiang， CAI Bi-qiong， CAI Zhu-yu， CHEN Jie-bo， SU Jin-wei( College of Life Science， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China)Abstract: The husk of Aloe vera was used as the raw material fo
4、r extracting chlorophyll with ethanol as ex-tractant. Using single factor analysis method， the influences of extracting solvents， extracting solvent concen-tration， extraction temperature， extraction time and ratio of liquid to solid on extraction efficiency were stud-ied. L9( 34) orthogonal experim
5、ent was adopted for getting the optimal mixed technique parameters. Moreo-ver， the photo stability and thermo stability of the chlorophyll and its tolerance for acidifi cation were fur-ther studied. The result indicated that the extraction ratio of chlorophyll could amount to 0. 197 0 mg/g with85% o
6、f ethanol， 80 of extraction temperature， 5.0 h of extraction time and 1 50 of liquid to solid ratio.The study also showed that chlorophyll had good tolerance for thermo stability. The stability of the chloro-phyll could be influenced by lightening. Chlorophyll was relatively stable under alkalescent
7、 circumstances.Key words: the husk of Aloe vera; chlorophyll; extraction; stability叶绿素作为从绿色植物中提取的一种天然色素 ， 具有安全无毒 、着色自然鲜艳等优点 ， 广泛应用于食品 、化妆品及药物的着色 1; 同时它还具有改善便秘 、降低胆固醇 、抗衰老 、排毒消炎 、脱臭 、抗癌抗突变等功能 ， 在医药 、除臭剂及各种口服保健品中也具有广泛应用 2， 3。目前 ， 叶绿素的提取多以植物的叶子或以叶绿素含量较高的蚕沙为原料 ， 这不仅会受季节的影响 ， 而且有些树叶含有难以分离的毒素 4。芦荟 ( Aloe
8、vera) 是一种多年生常绿肉质草本植物 5， 据不完全统计 ， 目前全国芦荟种植面积约为800 hm2， 分布较广 ， 其中主要集中在云南 、海南及福建等地 ， 涉及芦荟丰产栽培与利用等方面的研究文献甚多 6 8。芦荟产品主要是用去皮的芦荟原汁和叶肉冷冻干燥粉末作为原料加工而成的 ， 它的加工收稿日期 : 2009 08 31 修回日期 : 2009 12 15基金项目 : 福建省自然科学基金 ( B0710008) 和福建农林大学青年教师科研基金项目 ( 06A11)作者简介 : 陈新香 ( 1982 )， 女 ， 助理实验师 ， 硕士 ， 主要从事生物化学方面的研究 ， E mail:
9、。江西农业大学学报 第32 卷副产品如芦荟皮亟待开发利用 。而以芦荟皮为原料提取叶绿素的研究尚未见报道 。因此 ， 以芦荟皮为原料 ， 提取其中的叶绿素 ， 变废为宝 ， 既能提高芦荟的经济价值 ， 也将为芦荟皮的开发利用提供一条新的途径 。本研究将采用醇提法提取芦荟皮中的叶绿素 ， 通过单因素及正交试验对 芦荟皮中所含的叶绿素进行工艺优选 ， 并对所得的叶绿素的稳定性进行研究 ， 旨在为开发芦荟皮叶绿素及其综合利用提供理论依据 。1 材料与方法1.1 试验材料 、试剂及仪器1.1.1 材料 取新鲜芦荟 ( 福州市盆栽芦荟 )， 洗净 ， 凝胶 ， 烘干 ， 粉碎 ， 过 40 目筛后备用 。
10、1.1.2 试剂 无水乙醇 、丙酮 、乙醚 、乙酸乙酯 、氢氧化钠均为分析纯 。1.1.3 仪器 Cary50 型紫外可见分光光度计 ( 美国 VARIAN 公司 ); 粉碎机 ( 北京市永光明医疗仪器厂 ); BS224S 电子天平 ( 北京赛多利斯天平有限公司 ); HHS6 数显电热恒温水浴锅 ( 上海锦屏仪器仪表有限公司 ); SHB 循环水真空泵 ( 郑州长城科工贸有限公司 ); HX 1050 恒温循环器 ( 北京博医康实验仪器有限公司 ); 旋转蒸发仪 ( 上海亚荣生化仪器厂 ) 。1.2 试验方法1.2.1 芦荟皮叶绿素的提取工艺流程 芦荟皮粉末浸提 抽滤 减压蒸馏 膏状叶绿素
11、半成品。1.2.2 叶绿素的检测方法 测定植物叶片叶绿素含量常规方法是分光光度法 。对芦荟皮叶绿素提取液用紫外 可见分光光度计在波长范围为 390 700 nm 内进行扫描 ， 确定样品最大吸收峰 ， 在此波长下测定提取液的吸光度 ( A)， 根据吸光度大小确定优化的工艺条件 9。1.2.3 单因素试验 ( 1) 不同浸提溶剂对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 。选用无水乙醇 、丙酮 、无水乙醚 、乙酸乙酯 4 种溶剂为提取剂 ， 各取 30 mL， 每种溶剂中分别加入清洁粉碎的芦荟皮 0. 500 0 g， 浸提 48 h 后观察莴笋叶叶绿素在这些提取剂中的溶解性 ， 提取液用 Cary50 型紫
12、外可见分光光度计 ， 在665 nm 波长下进行测定 ， 以蒸馏水为参比液 ， 根据吸光度值确定色素相对含量 。( 2) 乙醇对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 。称取 0.500 0 g 清洁粉碎的芦荟皮样品 7 份 ， 分别移入100 mL 的圆底烧瓶中 ， 以体积分数 ( 乙醇 ) =65%， 70%， 75%， 80%， 85%， 90%， 95% 乙醇水溶液为提取液 ， 料液比为 160， 在 60 下提取 1.5 h， 测定提取液吸光度值 。( 3) 浸提温度对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 。称取 0.500 0 g 清洁粉碎的芦荟皮样品 5 份 ， 分别移入 100 mL 的圆底烧瓶中
13、， 以体积分数 ( 乙醇 ) =85% 乙醇为浸提溶剂 ， 料液比为 1 60， 分别在 40，50， 60， 70， 80 条件下提取 1.5 h， 测定提取液吸光度值 。( 4) 浸提时间对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 。称取 0.500 0 g 清洁粉碎的芦荟皮样品 5 份 ， 分别移入 100 mL 的圆底烧瓶中 ， 以体积分数 ( 乙醇 ) =85%乙醇为浸提溶剂 ， 料液比为 160， 在 80 下分别提取 4.0， 5.0， 6.0， 7.0， 8.0 h， 测定提取液吸光度值 。( 5) 料液比对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 。称取 0.500 0 g 清洁粉碎的芦荟皮样品 4 份
14、 ， 分别移入 100 mL 的圆底烧瓶中 ， 以体积分数 ( 乙醇 ) =85%乙醇为浸提溶剂 ， 料液比分别为 1 50， 160， 170，180， 在 80 条件下回流提取 6.0 h， 测定提取液吸光度值 。1.2.4 正交试验 为了进一步确定最佳提取工艺 ， 采用 3 水平 4 因素正交试验对提取过程进行研究 ，根据单因素试验结果确定各因素的合理水平 ( 表 1) 。按照 L9( 34) 正交设计的试验方案 ( 表 2) 进行 。表 1 正交试验因素水平Tab.1 Factors and levels in the orthogonal experiment水平Levels因素 F
15、actorsA 温度 /TemperatureB 时间 /hTimeC 料液比 /( gmL1)Ratio of liquid to solid1 60 5.0 1 502 70 6.0 1 603 80 7.0 1 70671第 1 期 陈新香等 : 芦荟皮叶绿素的提取及稳定性研究图 1 芦荟皮叶绿素的吸收光谱曲线Fig.1 The visible adsorption spectrum ofthe chlorophyll from the peel of aloes表 2 浸提条件正交试验结果Tab.2 The orthogonal experimental results of extr
16、action condition试验号NumberA B C D( 空白 Contrast)吸光度 ( 665 nm)Abs ( 665 nm)1 1 1 1 1 1.440 32 1 2 2 2 1.095 93 1 3 3 3 0.978 24 2 1 2 3 1.306 65 2 2 3 1 0.924 06 2 3 1 2 1.415 87 3 1 3 2 1.448 38 3 2 1 3 1.891 29 3 3 2 1 1.674 8K13.514 4 4.195 2 4.747 3 4.039 1K23.646 4 3.911 1 4.077 3 3.960 0K35.014 3
17、 4.068 8 3.350 5 4.176 0R 1.499 9 0.284 1 1.396 8 0.216 01.2.5 叶绿素含量的计算 将所得膏状物质用无水乙醇稀释 100 倍 ， 用 Cary50 型紫外可见分光光度计分别在 665 nm 和 649 nm 波长下进行吸光值的测定 ， 并计算叶绿素的含量 。计算公式如下 10:叶绿素 a 浓度 ( mg/L): Ca= 13.95A6656.88A649( 1)叶绿素 b 浓度 ( mg/L) : Cb= 24.96A6497.32A665( 2)叶绿素总浓度 ( mg/L): C( a + b)= Ca+ Cb( 3)叶绿素含量 (
18、 mg/g) = 叶绿素总浓度 浸提液体积 稀释倍数 /样品 ( 鲜 ) 干质量 ( 4)1.2.6 芦荟皮叶绿素的稳定性研究 ( 1) 光照对叶绿素稳定性的影响 。取浓度相同的叶绿素稀释液分别置于自然光下和棕色瓶中避光保存 ， 观察溶液颜色变化 ， 并测定吸光度值 。( 2) 温度对叶绿素稳定性的影响 。取浓度相同的叶绿素稀释液置于 40， 60， 80 的水浴锅中 ， 在放置不同的时间后 ， 观察其颜色变化 ， 冷却至室温后测定吸光度值 。( 3) pH 值对叶绿素稳定性的影响 。取浓度相同的叶绿素稀释液 ， 然后用 0.10 mol/L HCl 和 0.10 mol/LNaOH 溶液调节
19、其酸碱度分别为 pH =1， 3， 5， 7， 8， 9， 11， 13， 观察溶液颜色变化 ， 并测定吸光度值 。2 结果与分析2.1 叶绿素提取液最大吸收波长的确定用 Cary50 型紫外 可见分光光度计对芦荟皮叶绿素提取液在波长范围为 390 700 nm 内进行扫描 ， 结果见图 1。由图 1 可知 ， 在 410 nm 和 665 nm波长处叶绿素提取液有两个最大吸收峰 。由于在浸提过程中没有除杂 ， 浸提液中杂质的含量较大 ， 如叶黄素 、胡萝卜素等 ， 而这些杂质的最大吸收峰接近410 nm， 因此 ， 试验中应以 665 nm 处的吸光度为准 11。2.2 单因素试验结果分析2
20、.2.1 不同浸提溶剂对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 图 2 显示 ， 在相同条件下 ， 影响芦荟皮叶绿771江西农业大学学报 第32 卷图 2 不同浸提剂对提取效果的影响Fig.2 Effects of solvents onextraction result图 3 乙醇对提取效果的影响Fig.3 Effects of ethanol concentration on extraction result图 4 浸提温度对提取效果的影响Fig.4 Effects of extraction temperature on extraction result图 5 浸提时间对提取效果的影响Fig.5
21、 Effects of extraction time on extraction result素浸提效果的顺序是无水乙醇 、丙酮 、无水乙醚 、乙酸乙酯 。故本试验选取无水乙醇为浸提溶剂 。2.2.2 乙醇体积分数对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 图 3 显示 ， 随乙醇体积分数增加 ， 芦荟皮叶绿素提取率先升高后降低 ， 当乙醇体积分数达到 85% 时 ， 叶绿素提取率最大 。因为虽然叶绿素是脂溶性叶绿素 ， 溶剂极性越大 ， 溶解性越小 ， 但也并不是溶剂极性越小越好 ， 而应该是有一个适当的极性范围 。乙醇体积分数为 85%时 ， 可能溶剂极性正好与叶绿素极性接近 ， 叶绿素溶解性最大 ，
22、 提取率最大 ， 故选择 85%为最佳乙醇体积分数 。2.2.3 浸提温度对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 图 4 显示 ， 温度在 40 80 时 ， 随着温度的升高叶绿素浸出量逐渐增大 ， 这是因为提取温度升高 ， 可使分子的运动加剧 ， 植物组织软化 ， 促进膨胀 ， 从而加速溶剂对芦荟皮的渗透及对叶绿素的溶解 ， 同时促进叶绿素分子的扩散 ， 提高提取效果 。但在实践中 ，如果提取温度过高 ， 不仅会影响到提取叶绿素的保存率 ， 而且也会因为温度的提高而增加成本以及提取液的逸失 。因此 ， 提取温度应以 80 ( 回流 ) 为宜 。2. 2.4 浸提时间对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 图 5
23、 显示 ， 随着提取时间的增加 ， 叶绿素提取率先升高后降低 。当提取时间为 6.0 h 时 ， 提取率达到最大 。这说明提取时间为 6. 0 h 时 ， 已达到溶解 扩散平衡 ， 若延长提取时间 ， 反而会使叶绿素在热的条件下发生分解 ， 导致提取率降低 ， 故选择 6. 0 h 为最佳提取时间 。2.2.5 料液比对芦荟皮叶绿素提取效果的影响 图 6 显示 ， 叶绿素提取率随料液比的增大而减小 ， 故选择料液比为 150。2.3 正交组合设计试验从正交试验 ( 表 2) 可见 ， 极差 RA， RB， RC均大于空列 ， 说明 A， B， C3 因素对质量指标影响是可靠的 ，871第 1
24、期 陈新香等 : 芦荟皮叶绿素的提取及稳定性研究图 6 料液比对提取效果的影响Fig.6 Effects of liquid to solid ratio on extraction result影响顺序为 RA RC RB。对表 2 的结果进行方差分析 ， 结果见表 3。表 3 表明 ， 浸提温度和料液比是影响叶绿素提取率的显著因子 ; 浸提时间对提取率有影响 ， 但不显著 。本试验提取最佳工艺条件为A3B1C1组合 ， 即浸提温度为 80 ， 浸提时间为 5.0 h，料液比为 150。在此工艺条件下 ， 叶绿素的得率为0.197 0 mg/g。2.4 验证试验结果为进一步证实优化组合的可靠
25、性和合理性 ， 对所选择的最佳工艺条件做验证试验 ， 试验重复 3 次 ， 结果表明 ， 所得提取液的吸光度分别为 2.028 9、2.028 7、2.028 5， 平均值为 2.028 7， 远大于试验组合中的其它任何一组 。可见本试验所选的工艺条件是适宜的 。表 3 正交试验结果的方差分析Tab.3 The variance analysis of the orthogonal experimental results方差来源Source of variation离差平方和Mean square deviation自由度Degrees of freedom均方Mean square均方比F
26、 valueF0.05( 2， 2)显著性SignificanceA 0.459 8 2 0.229 9 57.53 19.00 *B 0.013 5 2 0.006 8 1.690 4C 0.325 4 2 0.162 7 40.71 *D 0.008 0 2 0.004 0总和 Total 0.806 7 8 0.403 42.5 芦荟皮叶绿素的稳定性试验2.5.1 光照对芦荟皮叶绿素稳定性的影响 由图 7 可知 ， 在自然光长时间照射下 ， 溶液吸光度变化较大 ， 这说明光照会加速叶绿素的分解 ， 而置于棕色瓶中的溶液的吸光度变化较小 。因此 ， 用芦荟皮叶绿素着色的食品在运输和贮存过程
27、中 ， 应尽量避免暴露在自然光下长时间照射 。图 7 光照对叶绿素稳定性的影响Fig.7 Effects of light on the stability of chlorophyll图 8 温度对叶绿素稳定性的影响Fig.8 Effects of temperature on the stability of chlorophyll2.5.2 温度对芦荟皮叶绿素稳定性的影响 由图 8 可知 ， 随着加热时间的延长 ， 40， 60， 80 处理后 ，溶液吸光度有小幅度波动 ， 但不同处理之间差异并不显著 ， 且溶液颜色几乎没有变化 。可见 ， 芦荟皮叶绿素对热的耐受性较好 。2.5.3 p
28、H 值对芦荟皮叶绿素稳定性的影响 由图 9 可见 ， 在弱碱性溶液中 ( 溶液呈绿色 )， 溶液吸光度较大 ， 随着 pH 值的降低或升高 ( 溶液颜色均逐渐变浅 )， 溶液吸光度均逐渐减小 。这可能是因为酸性971江西农业大学学报 第32 卷图 9 pH 值对叶绿素稳定性的影响Fig.9 Effects of pH values on the stability of chlorophyll过强会导致叶绿素脱镁而褪色明显 ， 碱性过强则会加速脱酯反应使叶绿素分解 ， 反之 ， 在弱碱性条件下若不发生脱镁或碳环裂解反应却能保持相对稳定的色泽 。因此 ， 在使用中只要控制介质在弱碱性环境中 ，
29、就基本上能维持芦荟皮叶绿素的稳定性 。3 结 论本研究通过乙醇浸提的单因素及正交试验 ， 得到从芦荟皮中提取叶绿素的最佳浸提条件为 : 体积分数 ( 乙醇 ) =85%， 浸提温度 80 ， 浸提时间 5.0 h，料液比 150， 叶绿素提取率可达 0.197 0 mg/g。在影响芦荟皮叶绿素提取的各因素中 ， 除乙醇因素外 ，其它 3 个因素中影响最大的为浸提温度 ， 其次分别为料液比和浸提时间 。由本试验所得的芦荟皮叶绿素具有良好的热稳定性 ， 长时间光照会影响色素的稳定性 。因此 ， 用芦荟皮叶绿素着色的食品在运输和贮存过程中 ， 应尽量避免暴露在自然光下长时间照射 。芦荟皮叶绿素在弱碱
30、性条件下基本上能稳定存在 。参考文献 : 1 黄寿吾 . 叶绿素的药理和临床应用 J . 食品与药学 ， 2006， 8( 4): 5 8. 2 郑国栋 ， 欧阳文 ， 颜苗 ， 等 . 叶绿素及其衍生物的药理研究进展 J . 中南药学 ， 2006， 4( 2): 146 148. 3 柳新平 ， 王新明 ， 周开文 ， 等 .叶绿素在肿瘤防治中的应用研究进展 J .中国肿瘤临床与康复 ， 2007， 14( 3): 269 271. 4 杨国恩 ， 吴志平 ， 李坤平 . 竹叶叶绿素的提取及其性质的稳定 J . 中南林学院学报 ， 2005， 25( 3): 109 110. 5 国家药典
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