全 文 : 1影响分光光度法测定钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的因素
罗光宏 1, 许耀照 2*,何 琳 3
(1甘肃省微藻工程技术研究中心,甘肃 张掖 734000;
2.河西学院 河西生态与绿洲农业研究院,甘肃 张掖 734000; 3.张掖市科学技术局,甘肃 张掖 734000)
摘 要:为快速检测藻类干粉叶绿素含量提供可借鉴的试验依据。以钝顶螺旋藻干粉为材料,采用不同浸
提剂,不同浸提时间和不同浸提温度处理下采用分光光度法测定其叶绿素,叶绿素 a 和类胡萝卜素含量。
结果表明:钝顶螺旋藻干粉不同浸提剂处理下叶绿素含量依次为 T1(V95%乙醇:V 99.5%丙酮=1:1)>T4(V95%乙醇:V
99.5%丙酮 =2 :1)>T5(V95%乙醇: V 99.5%丙酮 =1:2)>T2(V99.5%丙酮)>T3(V95%乙醇);不同浸提时间下测定叶绿素含量依
次为 8h>6h>4h>14h>12h>10h>24h>2h;不同浸提温度下测定叶绿素含量依次为 21℃>22℃>20℃>15℃>25
℃。分光光度法测定钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量最优条件是浸提剂为 V95%乙醇:V 99.5%丙酮=1:1、浸提时间为
8h和浸提温度为 21℃。本研究结果可为测定藻类干粉叶绿素含量提供理论依据。
关键词:钝顶螺旋藻; 分光光度法; 干粉; 叶绿素含量;
Test of Factors of Influencing Chlorophyll Content in Spirulina Platensis powder by
Spectrophotometry
LUO Guang-hong1, XU Yao-zhao2* , HE Lin3
(1 Research center of micro algae engineering Gansu province,Zhangye Gansu 734000, China ;
2 Institute of Hexi ecology and oasis agriculture Hexi University,Zhangye Gansu 734000, China;
3 Science and Technology Department of Zhangye,Zhangye Gansu 734000, China)
Abstract:The aim was to rapid determine the Chlorophyll content on algae powder in this paper. Total
Chlorophyll content, Chlorophyll a and Carotenoid content on algae powder were determined by spectro-
photometric method with the different extraction temperature and the different extraction time and the different
extraction solvent treatment with Spirulina platensis powder as material. The results showed that the Chlorophyll
content of Spirulina platensis powder was decreased progressively in accordance with T1 (95% ethanol: 99.5%
acetone = V1:V1), T4 (V 95% ethanol: V 99.5% acetone =2: 1), T5 (V 95% ethanol: V 99.5% acetone =1: 2), T2
(99.5% acetone) , T3 (95% alcohol) with the different extraction solvent treatment. The Chlorophyll content of
Spirulina platensis powder was decreased progressively in accordance with 8h, 6h,4h,14h,12h,10h,24h,2h with the
different extraction time treatment. the Chlorophyll content of Spirulina platensis powder was decreased
progressively in accordance with 21℃,22℃, 20℃, 15℃,25℃ with the different extraction time treatment. The
optimal conditions of the Chlorophyll content of Spirulina platensis powder was determined with extraction
solvent of V 95% ethanol: V 99.5% acetone =1: 1, extraction time of 8h and extraction temperature of 21 .℃ This
article is intended to provide theoretical basis for the determin of Chlorophyll content algae powder.
Key words:Spirulina platensis , spectrophotometry; Powder; Chlorophyll content
中图分类号:Q31 文献标志码:A 文章编号:
螺旋藻又名蓝藻,是地球上最古老的物种之一,由于螺旋藻富含各种营养物质和生物活性物质,
已成为一种新型“食药同源”的优质菌体蛋白[1-2]。 螺旋藻是成功开发并实现产业化生产的微藻。目
收稿日期:
基金项目:甘肃省第九批科技计划项目(1009FTGG017);甘肃省中小企业创新基金(1110FCG112)
作者简介:罗光宏(1965-)男,教授,硕士,研究方向为为植物资源开发与利用。E-mail:luoguanghong@163.com
*通信作者:许耀照(1975-),男,讲师,硕士,研究方向为植物生理与栽培研究。E-mail:xuyaozhao@126.com
2014-05-26
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网络出版时间:2014-05-27 16:14
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20140527.1614.024.html
前工业化生产的螺旋藻只有钝顶螺旋藻(Spirulina platnsis) 和极大螺旋藻(Spirulina maxima)[3-4]。螺旋藻
具有提高机体免疫力,防癌、抗辐射、抗衰老以及放射防护等能力[5-7],被联合国粮农组织(FAO)和联
合国教科文组织推荐为“21世纪人类蛋白质的来源”和“人类明天最理想的保健食品”[8-9]。
螺旋藻为浮游性原始藻类植物,其叶绿素含量丰富,因此具有改善血红素水平,提高血液循环
系统的功能[10]。螺旋藻叶绿素 a含量大约占有机物干重的 1~2%,可作为估计藻类的生物量和生产力
的指标的重要指标[11]。测定浮游植物叶绿素 a的方法可以分为高效液相色谱法、荧光光度计法和分光
光度计法等[12]。其中,可见分光光度法是测定浮游植物叶绿素最常用的方法[13-14]。国内外在该领域采
用的叶绿素 a测定方法是国家环保总局《水和废水监测分析方法》和联合国教科文推荐的分光光度法,
其具有灵敏度高、仪器设备简单、操作简便、应用广泛等优点。彭文彬[15]等人利用两种分光光度法测
定浮游植物叶绿素 a含量,表明三色法和单色法分光光度法具有相同的精密度,但是单色法更具有较
好的稳定性和理论的符合性;戴荣继[16]等人通过分光光度计法测定了藻类叶绿素含量,发现不同藻类
具有很大差异。段刚[17]等人通过丙酮-分光光度法测定了滇池藻类叶绿素含量,间接测定了滇池藻类
生长情况。董育红[18]等人通过分光光度计发测定荣康牌螺旋藻粉 β-胡萝卜素含量,发现其胡萝卜素的
含量是胡萝卜的 10 倍以上。根据所用的色素萃取液不同,可分为了丙酮法、甲醇法和乙醇法以及丙
酮乙醇混合液提取法等。国内常用的丙酮-分光光度法测定叶绿素含量,而国际上较通用的是热乙醇-
分光光度法。前人研究发现,提取液种类、提取方式以及提取时间等是影响叶绿素含量测定稳定性的
重要因素[19-23]。
目前关于螺旋藻叶绿素含量的测定多集中于从藻液中获得的藻体,而关于钝顶螺旋藻干粉叶绿素
含量测定的报道较少,本研究拟对影响分光光度法测定钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的因素进行探讨,
旨在为快速、高效检测螺旋藻类干粉叶绿素含量和螺旋藻干粉的研究开发提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
钝顶螺旋藻(Spirulina platensis),,绿色干片,由甘肃省微藻工程技术研究中心提供。95%乙醇
(AR),99.5%丙酮(AR)。
1.2 仪器与设备
UV-1200可见光分光光度计 郑州南北仪器设备有限公司生产;BSA224S电子天平 赛多利斯科
学仪器(北京)有限公司;DHG-9123A 电热恒温鼓风干燥箱 上海美普达仪器有限公司生产;
RXZ-300D智能型人工气候箱 宁波市科技园区新江南仪器有限公司生产。
1.3 方法
称取 5.0 g钝顶螺旋藻绿色干片,在 45 ℃ 下烘干 1.5 h, 然后置干燥器中冷却至室温,用研钵(Φ=9
cm)反复研磨钝顶螺旋藻为干粉,备用。试验于 2013 年 8 月-12 月在甘肃省河西走廊特色资源利用
重点实验室进行。
1.3.1 浸提剂的影响
精确称取备用的钝顶螺旋藻干粉 0.030 g (精确至 0.0001g)样品于 50 mL的具塞玻璃刻度试管中,
分别加入以下试剂:T1(V 95%乙醇: V 99.5%丙酮= 1: 1)12mL,T2(99.5%丙酮)10 mL,T3(95%乙醇)
10 mL,T4 (V 95%乙醇: V 99.5%丙酮= 2: 1) 12 mL,T5 (V 95%乙醇:V 99.5%丙酮= 1: 2) 12 mL,每个处理重复 3次,
与室温(23 ±2℃ ℃)下避光浸提,每隔 2h搅动 3~5 min,浸提 24 h后沉淀 1~2 min,将浸提液置于 25
mL的棕色容量瓶中,用 T1、T2、T3、T4和 T5浸提剂溶液定容于容量瓶刻度线,并记录定容液的体
积数(mL)。并测定不同波长下浸提液的吸光度值。
1.3.2 浸提时间的影响
精确称取备用的钝顶螺旋藻干粉 0.030 g (精确至 0.0001g) 置于 50 mL的具塞玻璃刻度试管中,
加入以 1.3.1选择的最优浸提剂 10 mL,于室温(23 ±2℃ ℃)下避光浸提,每隔 2h搅动 3~5 min,静
置沉淀 1~2 min,浸提时间设为 2、4、6、8、10、12、14和 24 h 8个处理,每个处理重复 3次,浸
提时间到时测定不同波长下浸提液的吸光度值。
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1.3.3 浸提温度的影响
精确称取备用的钝顶螺旋藻干粉 0.030 g (精确至 0.0001g) 置于 50 mL的具塞玻璃刻度试管中,
加入 1.3.1选择的最优浸提剂 10 mL和 1.3.2 选择的最优浸提时间下避光浸提,每隔 2 h搅动 3~5 min,
静置沉淀 1~2 min,浸提温度设为 15、20、21、22和 25℃ 5个处理,每个处理重复 3次,在 1.3.2 选
择的最优浸提时间测定不同波长下浸提液的吸光度值。
1.3.4 正交试验设计
在单因素试验的基础上设计正交试验[24-26],采用 L9(34)正交试验设计,考察浸提剂、浸提时间、
浸提温度 3个因素对钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的影响,每个因素选择 3个水平。正交试验因素与水
平如表 1所示。
表 1 正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels used for orthogonal array design
水平
因素
A浸提剂/V B浸提时间/h C浸提温度/℃
1 95%乙醇:99.5%丙酮=V 1: V 1(T1) 6 20
2 99.5%丙酮(T2) 8 21
3 95%乙醇(T3) 10 22
1.4 叶绿素含量计算
以浸提液相对应的浸提剂溶液作为空白,用带塞的 1 cm的玻璃比色皿在 450 nm、630 nm、645 nm、
652 nm、663 nm、750 nm处测定浸提液的吸光度值。再根据(1)、(2)和(3)式计算出浸提液中叶绿素、
叶绿素 a和类胡萝卜素含量的浓度,并依据(4)、(5)和(6)计算叶绿素、叶绿素 a和类胡萝卜素含量。
C(叶绿素含量 mg/L)= (A652×1000)/34.5 (1)
Ca(叶绿素 a含量 mg/L)=[12.12(A663-A 750)-1.58(A645-A750)-0.08(A630-A750)] ×3/1000×1 (2)
Cx.c(类胡萝卜素含量 mg/L) =(1000A450-2.05 Ca)/248 (3)
叶绿素含量(mg/g)= (C×V×N)/(W×1000) (4)
叶绿素 a含量(mg/g)= (Ca×V×N)/W×1000 (5)
类胡萝卜素含量(mg/g)= (Cx.c×V×N)/W×1000 (6)
式中:Ca:叶绿素 a含量 mg/L;Cx.c:类胡萝卜素含量 mg/L;A450:450 nm处的吸光度值;A630 :
630 nm处的吸光度值;A645:645 nm处的吸光度值;A663:663 nm处的吸光度值;A652:652nm处的
吸光度值;A750:663 nm 处的吸光度值;V:色素提取浸提混合液的体积;N:测定叶绿素是稀释倍
数;W:样品的质量 g。
1.5 数据分析
采用Microsoft Excel 2003软件对数据进行分析和作图;用 DPS 7.05软件对数据进行方差分析;
利用 Duncan式多重比较对差异显著性进行分析,P<0.05表示差异显著。
2 结果与分析
2.1 不同浸提剂对钝顶螺旋藻干粉叶绿素含
量的影响
由图 1 可以看出,不同的浸提剂对钝顶
螺旋藻干粉叶绿素含量有明显的影响。T1浸提
剂处理的叶绿素、叶绿素 a和类胡萝卜素含量
最高,依次为 11.20 mg/g、8.03 mg/g 和 2.03
mg/g,与 T2、T3、T4 和 T5 浸提剂处理的叶
绿素、叶绿素 a和类胡萝卜素含量达到显著差
异(P<0.05);T2浸提剂处理的叶绿素 a含量 图1 不同浸提剂对钝顶螺旋藻叶绿素含量的影响Fig.1 Effect of Chlorophyll content on Spir ulina platensis
w ith Differe nt extraction solvent
a
ab
abc
bc ca
bbcc
c
a
b b
a a
1
3
5
7
9
11
13
T1 T2 T3 T4 T5
浸提剂处理/Extraction t reatment
叶
绿
素
含
量
m
g/
g
/C
hl
or
op
hy
ll
co
nt
en
t
Chl Chla Cx.c
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和类胡萝卜素含量最小,依次为 5.87 mg/g和 1.25 mg/g;T3浸提剂处理的叶绿素含量最小为 7.45 mg/g;
不同浸提剂处理对钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量依次为 T1> T4> T5> T2> T3。这表明单一的丙酮或乙醇
不宜做钝顶螺旋藻干粉叶绿素的浸提剂,丙酮和乙醇以不同的体积比混合可以有效提高钝顶螺旋藻干
粉叶绿素含量,且以丙酮和乙醇的体积比 1:1浸提钝顶螺旋藻干粉叶绿素是可选择的适宜浸提剂。
2.2 不同浸提时间对钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的影响
由表 2可以看出,由 T1处理浸提剂浸提钝顶螺旋藻干粉叶绿素,不同浸提时间对其叶绿素含量
有明显的影响。随着浸提时间增加,T1 处理浸提剂浸提钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量不断增加,当浸
提时间为 8h 时,浸提的钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量达到最大值为 14.59 mg/g,当浸提时间超过 8h后,
浸提的叶绿素含量略有下降,但无明显的降低。浸提 8 h 与其他浸提时间处理间达到显著差异(P<
0.05)。当浸提时间为 8h 时,钝顶螺旋藻干粉叶绿素 a的含量最大为 8.97 mg/g,与其他浸提时间处
理间达到显著差异(P<0.05),浸提时间为 2h、4 h、6 h、10 h、12 h和 14 h处理的叶绿素 a的含量
无显著差异。当浸提时间为 8h 时,钝顶螺旋藻干粉类胡萝卜素的含量最大为 2.98 mg/g,与其他浸提
时间处理间达到显著差异(P<0.05),浸提时间 2 h 时,钝顶螺旋藻干粉类胡萝卜素的含量最小为
2.09 mg/g,且不同的浸提时间处理间类胡萝卜素含量达到显著差异(P<0.05)。这表明浸提时间明
显影响钝顶螺旋藻干粉叶绿素、叶绿素 a和类胡萝卜素的含量,且浸提时间为 8 h是测定钝顶螺旋藻
干粉叶绿素含量可选择的适宜浸提时间。
表 2 不同浸提时间对钝顶螺旋藻叶绿素含量的影响
Table 2 Effect of chlorophyll content on Spirulina platensis with Different extraction time
时间/
(h)
叶绿素/
(mg/g)
叶绿素 a/
(mg/g)
类胡萝卜素/
(mg/g)
2 11.08±0.109 d 8.04±0.058 c 2.09±0.009 f
4 13.59±0.124 bc 7.95±0.115 c 2.63±0.015 e
6 14.06±0.210 ab 7.95±0.173 c 2.71±0.037 d
8 14.59±0.133 a 8.97±0.058 a 2.98±0.014 a
10 13.31±0.742 bc 7.95±0.115 c 2.78±0.001 c
12 13.46±0.082 bc 7.97±0.173 c 2.62±0.001 e
14 13.51±0.063 bc 7.96±0.231 c 2.73±0.001 cd
24 13.04±0.086 c 8.24±0.118 b 2.85±0.018 b
注:表中数据为平均数±标准误,同列不同小写字母表示在 0.05差异显著水平,下表同。
Note: Data in the table was mean ±Sx, the different small letters mean significant difference at 0.05 level within the same column, as the
same belows.
2.3 不同浸提温度对钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的影响
T1浸提剂处理,浸提 8 h测定钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量时,由表 3可以看出,不同浸提温度对
其叶绿素含量有明显的影响。随着浸提温度升高,T1浸提剂处理浸提 8 h时钝顶螺旋藻干粉叶绿素含
量不断增加,当浸提温度为 21℃时,钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量达到最大值为 13.21 mg/g,当浸提温
度低于 20℃和超过 22℃时,叶绿素含量显著下降(P<0.05),浸提温度为 20℃、21℃和 22℃与 15℃
和 25℃温度处理间达到显著差异(P<0.05),浸提 20℃、21℃和 22℃间无明显差异,但浸提温度为
21℃时,测定其叶绿素含量最大。浸提温度对钝顶螺旋藻干粉叶绿素 a含量无显著差异。浸提温度为
21℃时对钝顶螺旋藻干粉类胡萝卜素含量与其他浸提温度达到显著差异(P<0.05)。这表明浸提温
度明显影响钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的测定,浸提温度为 21℃是测定钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量
可选择的适宜浸提温度。
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表 3不同浸提温度对钝顶螺旋藻叶绿素含量的影响
Table 3 Effect of Chlorophyll content on Spirulina platensis with different extraction temperature
2.4 正交试验分析
由表 4可以看出,各因素影响钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的主次顺序为浸提剂>浸提时间>浸提温
度,最优因素水平组合为 A1B2C2,即在浸提剂为 T1 (V 95%乙醇:V 99.5%丙酮= 1:1)、浸提时间为 8 h,浸提
温度为 21℃时,浸提钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量最高,为 13.21 mg/g。由表 5可知,浸提剂对钝顶螺
旋藻干粉叶绿素含量影响达到显著水平(P<0.05)。
表 4 正交试验设计与结果
Table 4 results and analysis of orthogonal arry design
试验号 A B C 叶绿素含量 mg/g
1 1 1 1 10.89
2 1 2 2 13.21
3 1 3 3 11.24
4 2 1 2 9.10
5 2 2 3 9.59
6 2 3 1 9.08
7 3 1 3 8.76
8 3 2 1 8.88
9 3 3 2 8.56
k1 11.78 9.58 9.62
k2 9.26 10.56 10.29
k3 8.73 9.63 9.86
R 3.05 0.98 0.67
表 5 方差分析表
Table 5 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal arry design
来源 平方和 自由度 均方 F值 Fa 显著水平
A 15.92 2 7.96 20.94
F0.05(2,2)=19.00
*
B 1.83 2 0.91 2.40
C 0.70 2 0.35
误差 0.82 2 0.41
3 结论
本试验对影响分光光度计法测定钝顶螺旋藻干粉叶绿素含量的因素进行了探讨,以确定快速测定
叶绿素含量的操作参数。其最佳测定叶绿素含量的参数为:浸提剂为 V 95%乙醇 : V 99.5%丙酮= 1:1,浸提
时间 8 h和浸提温度 21℃时测定钝顶螺旋藻干粉的叶绿素含量最高,其中浸提剂成分对钝顶螺旋藻干
粉的叶绿素含量有明显影响。该方法简便易行,浸提效果良好,可用于分光光度法测定藻类干粉的叶
绿素含量。
温度/
(℃)
叶绿素/
(mg/g)
叶绿素 a/
(mg/g)
类胡萝卜素/
(mg/g)
15 11.51±0.233 bc 7.43±0.072 a 2.12±0.056 bc
20 12.10±0.187 ab 7.99±0.356 a 2.20±0.028 b
21 13.21±0.486 a 8.03±0.303 a 2.53±0.093 a
22 13.10±0.315 a 7.86±0.453 a 2.24±0.018 b
25 10.44±0.647 c 7.24±0.603 a 1.89±0.138 c
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2014-05-26
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