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蜀葵紫红色素及其理化性质研究
孙健1 ,彭子模2(1.中国科学院华南植物园 ,广东 广州 510650;2.新疆师范大学生命与环境科学学院 , 新疆 乌鲁木齐 830054)
摘要:研究了蜀葵(Althaea rosea L.Cavan .)紫红色素的提取纯化工艺 、理化性质。实验以蜀葵紫红色花瓣为材料 , 采用溶剂
浸提法 、硅胶柱层析法对色素进行提取纯化 , 效果较好。利用光谱扫描对该色素进行理化性质鉴定时发现:该色素属于花色苷类
色素;色素耐光性好;耐氧化性 、耐还原性较差;对热有一定的耐受性;防腐剂及多数金属离子对色素的稳定性无不良影响;但
Fe3+ 、Fe2+、Cu2+ 、Pb2+ 、Sn2+对色素具有不利影响。
关键词:蜀葵;色素;提取;性质;花色苷
中图分类号:Q946·83+6;TS264·4　　文献标识码:A　　文章编号:1004-311X(2005)04-0030-03
Research on the Purple-red Pigments of Althaea rosea L.Cavan .
and its Properties
SUN Jian
1 ,PENG Zi-mo2
(1.South China of Botany , The Chinese Academy of Sciences , Guangzhou 510650 , P.R.China;
2.Life and Envi ronment Science Institute , Xinjiang Normal University , Urumuqi 830054 ,P.R.China)
Abstract:In this paper , the extraction , purification , properties , crude components harm tace elements and edible-safety of purple-red pigments
of Althaea rosea L.Cavan.were researched.The pigments were successful extracted from purple-red petals using solvent and purified using col-
umn chromatography.When identifying the properties of this pigment by the visible spectra , the results indicated this pigment was a type of ancho-
cyanin.It was strong in resisting light but poor in resisting oxide and reduant.To some extent , it was resistant to the temperature.It was also
found in the experiments that conservative and some metal ions did not exert negative effects on the stability of the pigment.While other metal
ions , such as Fe3+ , Fe2+ , Cu2+ , Pb2+ and Sn2+ , had presented negative effects.
Key words:Althaea rosea L.Cavan ;pigment;extraction;properties;anchocyanin
收稿日期:2004-10-30;修回日期:2005-05-26
作者简介:孙健(1978-),男 ,博士研究生 ,从事植物生理 、园艺作物采
后生物学研究 ,发表论文 6篇。
　　蜀葵(Althaea rosea L.Cavan.)为锦葵科蜀葵属一年生草
本植物。原产我国 , 现世界各地均有栽培。蜀葵一般供观赏
用 ,其茎皮纤维可代麻用 , 种子可榨油。此外花和根皮能入
药 ,《别录》载蜀葵“主理心气不足。” ;《本草拾遗》载其能“治小
儿风疹。花有五色 , 白者疗痢疾 、去邪气 、阴干未食之。” ;《纲
目》记载蜀葵“治带下 , 目中溜火 , 和血润燥 , 通窍 、利大小
肠。” [ 1] 。蜀葵亦为维吾尔族 、白族 、蒙古族 、纳西族等少数民
族常见民特中草药[ 2 ,3] , 具有镇静安神 、止咳平喘 、发汗透疹 、
调经 、利尿等功效 , 是一种开发潜力极大的“ 功能型色素” 资
源。新疆日照长 、光照强 , 在此条件下 , 蜀葵生长迅速 、花期较
长 、花多而艳丽 、色素含量较高。文中笔者对该色素的提取纯
化工艺及稳定性进行了比较系统的研究 , 以期开拓出新的天
然色素产品。
1　材料与方法
1.1　材料
1.1.1　实验材料:锦葵科植物蜀葵(Althaea rosea L.Cavan.)的
紫红色花瓣 ,采自新疆哈密 , 花序艳丽时采摘 ,自然阴干 。
1.1.2　主要仪器:722 型光栅分光光度计(上海第三分析仪器
厂);PHS—3C 数字酸度计(杭州万达仪器仪表厂);800 型离心
机(上海市手术器械厂);DK-S24 电热恒温水浴锅(上海森信
实验仪器厂);ZK-82A 电热真空干燥箱(上海市实验仪器
厂);RE—52A旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);SHB— Ⅲ型
循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)。
1.2　方法
1.2.1　蜀葵花紫红色素的最佳提取条件及提取工艺流程
采用正交法设计实验组合 , 按正交表 L16(44)[ 4] 对提取温
度(25℃、45℃、65℃、85℃)、提取时间(1h 、2h 、3h、4h)和物料配
比(1∶10、1∶15、1∶20 、1∶25)等三个因子 , 每个因子四个水平进
行试验 ,最终确定蜀葵花紫红色素的最佳提取条件。提取工
艺流程:蜀葵紫色干花※除杂※称量※粉碎※按最佳提取条
件以60 %的酸化乙醇水溶液浸提三次※过滤※滤液合并※
真空浓缩※干燥※色素粗品。
1.2.2　色素的分离与纯化
硅胶柱层析法是目前比较广泛使用的一种分离与纯化色
素的方法 , 效果较好。 本实验所用层析硅胶为青岛海洋化工
厂产品。采用湿法装柱 , 将浓缩的色素粗品均匀上柱 , 采用石
油醚—氯仿—乙酸乙酯—丙酮—乙醇—乙醇:甲醇(1∶9)—甲
醇—甲醇︰水(9∶1)极性递增的梯度洗脱方式进行洗脱。根据
色泽选择理想的洗脱液样品。通过薄层层析判断样品纯度 ,
浓缩干燥得到纯化的色素样品。
1.2.3　色素的鉴定
1.2.3.1　色素的溶解性试验:取蒸馏水 、甲醇 、氯仿 、丙酮 、苯 、
冰乙酸 、石油醚 、乙酸乙酯 、不同浓度的乙醇等溶剂各 5ml分别
加入适当浓度的色素样品 , 观察其溶解状况。
1.2.3.2　色素吸收光谱的测定:用蒸馏水将色素样品稀释后 ,
在 200 ～ 750nm 范围内扫描 , 观察其色素水溶液的吸收光谱特
性。
1.2.3.3　盐酸—镁粉反应:取稀释 10 倍的色素液 5ml ,加入少
许镁粉 , 振荡后再加几滴浓盐酸 ,观察颜色变化。
1.2.3.4　中性醋酸铅沉淀反应:取稀释 10 倍的色素液 5ml , 逐
滴加入新配制的饱和中性醋酸铅溶液 , 观察颜色变化。
1.2.3.5　三氯化铁显色反应:取稀释 10 倍的色素液 5ml ,逐滴
加入 1%FeCl3 溶液 ,振荡后观察颜色变化。
1.2.4　色素的稳定性[ 5-9]
配制 pH 3.35 的色素水溶液 , 分别测定光照 、温度 、pH 值
的不同引起最大吸收波长处的吸光度值的改变情况;另外测
定不同浓度的氧化剂 、还原剂 、防腐剂 、金属离子加入色素液
中导致的最大吸光度值的变化。 以此来判断各种因素对色素
稳定性的影响。
2　结果及分析
2.1　最佳提取条件及得率
通过正交试验发现提取温度为主要影响因素 , 45℃时和
65℃时提取率相差较小 , 因温度过高会影响色素结构 , 最后决
定 45℃为最佳提取温度。提取时间为 1h , 物料配比为 1∶20 时
提取率较高 , 从节约资源和能源的角度出发 , 认为提取温度
45℃, 提取时间1h ,物料配比1∶20的组合是提取蜀葵花色素的
最佳提取条件。通过提取工艺流程对 200g蜀葵干花进行提取
得到约 93.7g色素粗品 , 外观为紫红色固体粉末 , 其色素粗品
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2005 年 8 月 　　　　　　　　　　　　　　　　
生　物　技　术
BIOTECHNOLOGY
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Aug.2005
提取率达 46.9 %。
2.2　色素粗品的分离纯化
通过硅胶柱层析法对色素粗品浓缩液进行处理得 9 个洗
脱流分(有黄色 、红褐色 、紫红色 、淡紫色等), 从提取色素的角
度出发 ,选择 8 号洗脱液样品(紫红色乙醇洗脱液)作为下一
步研究的色素样品。
2.3　色素的鉴定
2.3.1　色素的溶解性
溶解试验发现色素易溶于冰乙酸 、甲醇 、水 、乙醇等极性
溶剂 ,不溶于乙醚 、石油醚 、苯 、氯仿 、乙酸乙酯 、丙酮等非极性
溶剂。这与花青素类色素的溶解性极相似 , 可初步推测该色
素可能属花青素类色素。
2.3.2　色素的吸收光谱
测定结果如图 1。
图 1　蜀葵花紫红色素水溶液的吸收光谱
Fig.1　Absorption spectrum of the purple-red pigments of Althaea rosea L.
Cavan.inwater
从图 1 可见 ,蜀葵花色素水溶液在 280nm 处有一吸收高
峰 ,在可见光区域内最大吸收峰位于 530nm 处 ,表明该色素与
花青素苷类色素的吸收光谱相似。由此进一步推测该色素很
可能是花色素苷类色素。
2.3.3　盐酸—镁粉反应
向色素液中加入少许镁粉 ,振荡后颜色无变化;加入数滴
浓盐酸 ,振荡后颜色加深并有气泡产生。说明色素为黄酮类
化合物 , 可能是花青素类 , 能在盐酸—镁粉作用下被氧化还
原。其原理过去认为是生成了花色甙元 , 现在认为是生成了
阳碳离子的缘故[ 9] 。
2.3.4　中性醋酸铅沉淀反应
滴加新配制的饱和中性醋酸铅溶液后 , 颜色由红色变为
蓝绿色 ,并产生少量沉淀;随着饱和中性醋酸铅水溶液加入量
的增大 ,沉淀也逐渐增多。说明色素分子中有酚羟基 ,能与铅
盐生成有色络合物。酚羟基也是黄酮类化合物分子结构官能
团之一。
2.3.5　三氯化铁反应
加入数滴 FeCl3 水溶液 , 振荡 , 颜色由红色变为紫色最终
变为褐色 , 并有少量沉淀产生。FeCl3 为常用酚类显色剂 , 该反
应说明色素分子中有酚羟基 , 能与铁盐生成络合物。
综合上述 , 通过色素定性研究结果及光谱吸收特征 , 初步
判断该色素为花色苷类色素。
2.4　色素的稳定性
2.4.1　光对色素稳定性的影响
分别配制 pH 3.35 的色素水溶液 , 放置在室外自然光 、室
内自然光照射 6d , 定时取样 , 记录其在 530nm 处的吸光度值
(最大吸光度值)。结果见图 2。
图 2自然光对蜀葵色素稳定性的影响
Fig.2　Effects of naural light on the stability of the purple-red pigments of
Althaea rosea L.Cavan.
从图 2 可见:蜀葵花紫红色素在室内自然光和室外自然
光下放置 6d 后 ,其吸光度值呈下降趋势 , 色素颜色逐渐变淡 ,
说明该色素的耐光性较差 , 使用时应避免光线照射。
2.4.2　温度对色素稳定性的影响
取色素水溶液 , 分别置于 25℃、45℃、65℃、85℃下恒温
4h , 每隔 1h 取样 1 次 , 冷却至室温后 , 测定其最大吸光度值。
结果见表 1。
表 1　温度对蜀葵色素稳定性的影响
Table 1　Effects of temperature on the stability of the
purple-red pigments of Althaea rosea L.Cavan.
时间(h) 0 1 2 3 4
吸光度(A)
25℃ 0.592 0.543 0.533 0.530 0.529
45℃ 0.581 0.501 0.502 0.509 0.500
65℃ 0.582 0.469 0.463 0.462 0.499
85℃ 0.593 0.233 0.215 0.211 0.221
　　从表 1 可见:随着温度的升高 , 加热时间的延长 , 蜀葵色
素吸光度值有所下降;但在 65℃以下 , 吸光度变化很小 , 只有
超过 85℃以上较高温度时 , 变化才较大。 说明该色素具有一
定的耐热性 , 可以控制在 65℃以下使用。
2.4.3　pH 对色素稳定性的影响
配制柠檬酸—磷酸氢二钠缓冲液和 1mol L NaOH 溶液 , 分
别量取 1 ml色素液 ,加入不同 pH 值的缓冲液及NaOH 溶液各
9ml ,放置相同的时间 , 进行光程扫描 , 记录最大吸光度值。 结
果见表 2。
表 2　pH值对蜀葵色素稳定性的影响
Table 2　Effects of pH value on the stability of the purple-red pigments of Althaea rosea L.Cavan.
pH 值 1.02 2.02 3.01 4.00 5.02 6.03 7.00 8.00 8.97 9.97 11.00 11.99 12.95
吸光度(A) 1.544 1.517 0.953 0.439 0.283 0.267 0.399 0.631 0.514 0.644 0.538 0.430 0.282
颜色 红 红 红 粉红 粉 淡粉 蓝灰 灰绿 绿 黄绿 褐 黄褐 深黄
　　从表2 可见:当 pH 为1—3 的范围内 ,色素溶液色泽明亮 ,
呈现鲜红色 ,较稳定;pH 值在 4—6 范围内 , 红色逐渐变淡;当
pH 值≥7 时 , 呈不稳定变化趋势 , 色泽消退 , 由红色逐渐变为
深黄色。说明该色素适宜在酸性条件下使用。
2.4.4　氧化剂和还原剂对色素稳定性的影响
分别配制含不同浓度 H2O2 和 Na2SO3 的色素水溶液 , 室
温下放置 2h , 每隔 1h 取样 1 次 ,记录最大吸光度值。结果见
表 3和表 4。
从表 3和表 4 可见:随着氧化剂 H2O2 和还原剂Na2SO3 浓
度的增大 ,色素的吸光度值急剧下降 , 颜色逐渐消退。说明该
色素耐氧化 、耐还原性差 ,在使用时 , 应尽量避免与氧化性或
还原性物质接触。
2.4.5　防腐剂对色素稳定性的影响
以苯甲酸钠作为防腐剂 , 配制含不同浓度苯甲酸钠的色
素水溶液 , 室温下放置 2h , 每隔 1h 取样 1 次 , 记录最大吸光度
值。结果见表 5。
表 3　H2O 2 对蜀葵色素稳定性的影响
Table 3　Effects of H2O2 on the stability of the purple-red
pigments of Althaea rosea L.Cavan.
H2O2 的浓度(mol L) 0 5×104 1×103 2×103 3×103
吸光度(A) 1.0h 0.426 0.254 0.19 0.146 0.119
2.0h 0.433 0.207 0.152 0.120 0.106
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表 4　Na2SO3 对蜀葵色素稳定性的影响
Table 4　Effects of Na2SO 3 on the stability of the purple-red
pigments of Althaea rosea L.Cavan.
Na2SO3 的浓度(mol L) 0 6.25×103 12.5×103 25.0×103 50.0×103
吸光度(A) 1.0h 0.509 0.191 0.183 0.168 0.140
2.0h 0.491 0.184 0.179 0.166 0.137
表 5　防腐剂对蜀葵色素稳定性的影响
Table 5　Effects of conservative on the stabi lity of the
purple-red pigments of Althaea rosea L.Cavan.
苯甲酸钠的浓度(mol L) 0 1×104 5×104 1×103 1.5×103 2×103
吸光度(A) 1.0h 0.410 0.425 0.421 0.444 0.472 0.536
2.0h 0.421 0.448 0.401 0.439 0.477 0.534
　　从表 5可见:随着防腐剂苯甲酸钠浓度的增加 , 色素溶液
的吸光度值呈递增趋势 , 但变化不大 , 颜色也 。无显著变化。
说明该色素在食品中使用时 ,防腐剂对其无不良影响。
2.4.6　金属离子对色素稳定性的影响
用三氯化铁(FeCl3·6H2O)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸
锌(ZnSO4·7H2O)、三氯化铝(AlCl3·6H2O)、硫酸铜(CuSO4·
5H2O)、醋酸铅[ Pb(CH3COO)2·3H2O] 、二氯化锡(SnCl2·2H2O)、
硫酸镁(MgSO4·7H2O)、氯化钙(CaCl2)、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)分别配制一定浓度的供试液 , 测定最大吸光度值。结果
见表 6。
从表 6可见:Fe3+ 、Fe2+、Cu2+ 、Pb2+ 、Sn2+对蜀葵色素吸光
度有较大影响 ,且发生了色变 , 在色素生产 、保存 、运输和使用
过程中应尽量避免和这些离子接触。其余多数离子对色素影
响微弱 ,颜色变化较小。
3　讨论
蜀葵花紫红素属于花色苷类水溶性色素 , 易溶于极性溶
剂。色素稳定性实验表明:蜀葵花紫红色素耐光性好;耐氧化
性 、耐还原性较差;对热具有一定的耐受性;该色素在 PH5 以
下色泽较好;防腐剂及金属离子 Zn2+ 、Ca2+、K+ 、Na+、Al3+和
Mg2+对色素的稳定性无不良影响 , 而 Fe3+ 、Fe2+ 、Cu2+、Pb2+ 、
Sn2+对色素具有不利影响。
蜀葵作为食用色素 ,其开发利用及规模化生产潜力很大 ,
是一种较为理想的新的天然“功能型色素” 。
表 6　不同金属离子对蜀葵色素稳定性的影响
Table 6　Effects of the dif ferent metal ions on the stability of the
purple-red pigments of Althaea rosea L.Cavan.
金属离子 离子浓度(mol L) 吸光度(A) 颜色
Fe3+ 50.0×105 0.942 深紫
Fe2+ 50×105 1.209 深蓝
Zn2+ 50×105 0.492 红
Al3+ 50.0×105 0.698 紫红
Cu2+ 50.0×105 0.720 蓝紫
Pb2+ 50.0×105 0.643 浅蓝
Sn2+ 50.0×105 1.109 蓝
Mg2+ 50×105 0.473 红
Ca2+ 50×105 0.495 红
K + 50.0×103 0.467 红
Na+ 50.0×103 0.476 红
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技术与方法
TECHNIQUE AND METHODS
卡瓦胡椒 RAPD反应体系的建立
辛莉1 ,施江2(1.河南科技大学食品工程学院 , 河南 洛阳 471003;2.河南科技大学农学院 ,河南 洛阳 471003)
摘要:卡瓦胡椒 RAPD分子标记的研究 ,目前国内外尚未见有报道。该试验通过 CTAB 法提取卡瓦胡椒基因组 DNA , 通过对
模板 DNA 用量 、Mg2+浓度 、退火温度 、电泳上样量等几个单因子试验来建立 RAPD 稳定扩增体系和反应条件 , RAPD扩增结果重
复性好 ,稳定可靠 , 为卡瓦胡椒 RAPD分子标记的研究打下基础 。
关键词:卡瓦胡椒;基因组 DNA;聚合酶链式反应;随机扩增多态性 DNA
中图分类号:Q789　　文献标识码:A　　文章编号:1004-311X(2005)04-0032-03
Study on the RAPD Amplification System of Kava
XIN Li
1 ,SHI Jiang2
(1.College of Food , Henan University of S cience and Technology , Luoyang 471003, P.R.China;
2.College of Agriculture , Henan University of Science and Technology , Luoyang 471003 , P.R.China)
Abstract:The RAPD molecular markers research of Piper methysticum , Piper nigrum and its close relatives have not been reported.Firstly , we
extracted Kava s genomic DNA from its young leaf;then we did several one-facter tests , such as variant template DNA , variant Mg2+ concen-
tration , variant annealing temperature , variant loading , etc., in order to set up the RAPD amplification conditions.The results showed that the
PCR reaction was reliable.
Key words:Piper methysticum;genomic DNA;PCR;RAPD
收稿日期:2005-03-10;修回日期:2005-04-01
攻关项目:“十五”国家重点攻关课题资助(编号:2001BA707B02)
作者简介:辛莉(1967-),女 ,工程师 , 从事食品科学研究 , 发表论文 3
篇 , Tel:0379-4280115;＊通讯作者:E-mail:shi jiang66 @ 21cn.com。
　　卡瓦胡椒(Piper methysticum Forst.f.), 俗称卡瓦(Kava or kawa), 是瓦努阿图 、斐济 、汤加 、巴布亚一新几内亚及所罗门群
岛等南太平洋诸岛野生或种植的一种多年生胡椒科胡椒属灌
木类药用植物[1] 。卡瓦胡椒具有治疗焦虑症 、抑郁症 、促进睡
眠和提高睡眠质量的显著疗效 , 对于缓解精神紧张和放松肌
体都有很好的作用 , 且毒副作用小[2-5] 。
卡瓦胡椒及其近缘种的 RAPD聚类分析目前国内外尚未
见有报道 , 本研究的目的是想通过卡瓦胡椒 RAPD反应体系的
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