天然植物色素的提取、分離及純化方法研究進展*

張琦忻，呂 丹，于佳慧

(沈陽工業大學環境與化學工程學院，遼寧 沈陽 110870)

天然色素歷史悠久，據史記載，黃帝時期我國就開始利用天然色素作紡織布料的染色劑。后來，歐洲英國的帕金斯首先發明了人工合成色素，漸漸地更多的人工合成色素被發明出來，方便了人們的生活。雖然人工合成色素造價低廉，但是其安全問題讓人擔憂。天然色素來源豐富，綠色健康，個別天然色素還有特殊的藥用醫療作用，如番茄紅素、葡萄皮紅色素、紅花黃色素等，天然色素具有很大的利用價值。本文以不同側重點對天然植物色素提取、分離及純化的方法進行概括總結。

1 天然植物色素提取、分離及純化方法

1.1 天然植物色素提取方法

1.1.1 有機溶劑萃取法

有機溶劑萃取法是提取植物色素最簡單的方法。現階段有機溶劑萃取法在萃取條件和萃取劑的選擇上有明顯的進步。汪建紅[2]以乙醇為溶劑，采用內部沸騰法提取臍橙皮色素，實驗結果表明臍橙皮色素的最佳提取條件為：液料比45∶1 g/mL，操作溫度60 ℃、浸提時間10 min。有機溶劑萃取法設備簡單，操作容易，常用于實驗室天然植物色素提取。

1.1.2 加壓液體萃取法

加壓液體萃取法萃取效率高，在高溫高壓下進行，萃取時間短。曹會凱等[3]采用加壓溶劑萃取方法提取山楂總黃酮，并探究最佳實驗條件優化提取工藝，實驗結果表明：乙醇濃度50%、實驗溫度80 ℃、實驗時間5 min、循環3次。提取率最高可達到4.99%，相對標準偏差為1.01%。提取率較高，表明加壓液體萃取法優于其他傳統提取法。

1.1.3 微波輔助提取法

微波輔助提取法是20世紀80年代后發展起來的一種提取方法，其具有節能高效、選擇性好、安全環保等優點，被普遍用于食品安全，醫療保健，生物成分，土壤、環境檢測，礦物成分等樣品分析中。隨著科學技術的發展，微波萃取技術已用于皂苷、多糖、萜類、黃酮等多種天然化合物的提取。劉建福[4]采用微波輔助提取法對芒果中黃色素成分的提取工藝進行改進，得到最佳工藝參數：提取劑90%乙醇，料液比1∶3 g/mL，微波功率280 W，微波時間50 s，在此實驗條件下提取率最高達到97.82%。

1.1.4 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取不會對提取物的有效成分的結構、性質產生影響，適用于大部分有效化學成分的提取[5]。晏全等[6]采用超聲波輔助提取法提取紫藍草中的紫藍色素，并進行單因素實驗探究各種因素對提取效果的影響，實驗結果表明：優化后的提取工藝條件為料液比1∶60 g/mL，提取劑為46%乙醇溶液，超聲功率54%，超聲時間30 min，再用響應面法進行實驗結果分析，結果證明此條件下的提取效果較好,其實驗操作簡單易行，得到的提取料液雜質少，有效成分的后處理也較為容易。

1.1.5 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法常使用超臨界狀態的二氧化碳做萃取劑，具有無毒安全、可循環利用、化學性質穩定等特點。畢靜[7]探究更合理地利用超臨界CO2萃取(SCFE-CO2)莧菜紅色素工藝條件，控制超臨界流體CO2的流量0.05 m3/h，得到莧菜紅色素含量可達37.5%。李雄[8]以梔子黃色素為研究對象，采用超臨界CO2萃取技術探究最佳色素提取工藝，實驗以超臨界流體CO2流量為12 L/h為條件，梔子黃色素的相對提取率為2.42%，色價3.09。超臨界二氧化碳萃取與普通的有機溶劑萃取相比，有很大的優勢。只需要簡單的改變壓力和溫度就能改變其溶解能力和選擇性，分離速率快，分離效率高，所以在提取各種天然物質如植物油、大蒜素、天然色素等各領域受到廣泛應用。

1.1.6 微生物發酵及酶反應提取法

微生物發酵及酶反應提取法是利用微生物或者生物酶的分解作用，使植物的細胞壁快速分解，讓細胞內的色素滲透擴散出來，有利于提取操作。南京師范大學團隊[9]采用微生物發酵和提取技術生產藍色天然色素，主要原料：淀粉等常用碳、氮原料，產品得率較高，色素性能穩定。傳統提取方法獲取的植物色素或者植物精華，其純度和活性一般大約在20%～30%。而用微生物發酵提純技術獲取的植物色素與植物精華均可高達99.99%。但是在適宜微生物種類的選擇和培養上又是一大難題，該方法還有很大的提升空間。

1.1.7 亞臨界流體提取技術

亞臨界流體具有分子擴散速度快，對溶質組分的溶解性和滲透能力強等特點。所以亞臨界流體提取技術以亞臨界流體做萃取劑，具有很好的分離效果。田曉花等[10]以四氟乙烷為萃取劑，采用亞臨界萃取技術萃取黑花生衣原花青素。實驗結果表明最佳工藝條件為：最佳料液比1∶23 g/mL、萃取溫度50 ℃、時間45 min、次數3次，萃取量可達9.45 mg/g。實驗結果說明采用亞臨界流體萃取技術萃取得到的產量大，萃取時間較短，萃取效果更好。

亞臨界流體萃取技術經常使用純水做萃取劑，可以避免有機溶劑對待提取物質的污染，并且綠色環保。目前，亞臨界水萃取技術已在多酚類物質、植物精華、果膠等有效成分的提取中得到了廣泛應用[11]。

1.1.8 聯合輔助提取法

許多單一操作的方法單獨使用不能達到理想的提取要求，所以采用多種提取方法聯合使用。宋丹靚敏等[12]以黑木耳粉末為材料，研究了超聲微波聯用輔助提取黑木耳黑色素的方法，并與傳統溶劑提取法及超聲輔助提取法進行比較。實驗結果表明：超聲微波聯用輔助提取黑木耳黑色素的方法相較于傳統溶劑法可節約溶劑的使用量，相較于超聲輔助提取法所耗費的時間有所減少，并且可提升黑木耳黑色素得率。

1.2 天然植物色素分離及純化方法

天然植物色素的分離及純化有多種方法，現階段天然植物色素分離純化法方法有紙層析法、薄層色譜分析法、柱層析法、高效液相色譜法、膜分離技術等。

1.2.1 紙層析法

天然植物色素分離方法中最傳統、最簡單的分離方法就是紙層析法，只需要濾紙做載體，具有分離快速、設備簡易等優點。胡慧玲等[13]以鹽藻為研究對象，利用鹽藻中β-胡蘿卜素極性最小，易溶于石油醚的特點，用丙酮-石油醚混合溶劑提取鹽藻中的β-胡蘿卜素，再采用紙層析法分離，得到分離后的β-胡蘿卜素。進行多次重復試驗對多個鹽藻樣品進行了測定，實驗結果表明：回收率在84.1%～112.0%之間。

1.2.2 薄層色譜分析法

薄層色譜分析分離效果好，檢測靈敏度高、形成斑點顏色明顯穩定，廣泛應用于有機合成中跟蹤反應進程的檢測操作。張倩茹等[14]采用薄層色譜法分離菠菜中的天然植物色素，實驗結果表明：在分離溫度110 ℃條件下，進行活化30 min，在以石油醚-甲醇(3∶2)為提取劑，石油醚-丙酮(8∶2)為混合展開劑時分離效果最好等。除了分離操作，薄層色譜分析還可用于色素鑒別，樊高潔[15]采用薄層色譜法對黃酮類化合物蒙花苷、刺槐素，倍半萜類化合物豚草素A、野菊花內酯四個不同成分進行定性分析，薄層色譜特征明顯。

1.2.3 柱層析法

柱層析法是實驗室分離操作常用的一種分離方法，具有操作性強，分離效果較好等特點。吳波等[16]制備紅辣椒色素，以乙醇為萃取劑，以硅膠為填料，采用柱層析法分離紅辣椒色素，最后采用石油醚重結晶精制。在60～90 ℃石油醚中得到深胭脂紅色針狀結晶，mp：174～176 ℃。柱層析法有以上提到的很多優點，但也存在分離工序繁瑣、分離得到有效成分劑量小、所耗溶劑量大等缺點，所以目前柱層析法還未能實現工業化。

1.2.4 高效液相色譜法

高效液相色譜法廣泛應用于有效醫藥成分提取、環境保護監測、精細石油化工產品分離等行業，是重要的分離分析方法。高效液相色譜法可以同時測定多種色素，在食品藥品安全監測方面有重要應用。如郭占魁等[17]采用高效液相色譜法建立一種可以同時測定食品中10種人工合成色素的方法。該方法先采用Pro Elut PWA-2固相萃取小柱，對食品中的色素進行提取凈化。實驗結果為該方法能在18 min內完成10種人工合成色素的分析檢測，分析速度快，10種色素的線性范圍為0.5～100 mg/L，檢出限在0.05～0.17 mg/kg，具有很大的線性相關性，檢測結果準確，加標回收率在72.8%～105.8%，具有較寬的線性范圍和較低的檢出限，說明高效液相色譜法能夠進行靈敏檢測。

1.2.5 膜分離技術

膜分離技術是在分子水平上進行過濾分離，使被分離的物質保持原有的活性和結構。膜分離技術的中采用的分離膜種類有很多，各種膜技術廣泛應用于各個領域，具有分離純度高、綠色環保、分子級過濾、易操作等特征。熊福軍等[18]采用不同類型的膜分離技術提取梔子黃色素。分別采用50 nm陶瓷膜進行提取、過濾和除雜，3000分子量超濾膜分離純化，納濾膜濃縮，三種膜技術制備梔子黃色素。經過三步操作，實驗得到梔子黃色素色價為402，OD值穩定低于0.24，其分離純度非常高。張賽男等[19]探究使用超濾膜、納濾膜技術純化、濃縮玫瑰茄花青素，實驗聯合使用UH100超濾膜和NS027納濾膜。最后實驗組產品得到花青素純度大，含量高，高達32.7 mg/g干粉重。

1.2.6 高速逆流色譜法

高速逆流色譜具有綠色環保、分析快速、處理量大等優點，是近年來新發展起來的分離技術。我國研究高速逆流色譜的時間雖短，但是現階段我國的高效逆流色譜法已經獲得了很大發展，張瓊月等[20]利用高效逆流方法分離提純紫薯中的紫色花青素，實驗得到的紫色花青素含量為1.245 mg/g，與其他方法相比獲得產量較高。蔣明廉等[21]采用高效逆流萃取提取分離松樹皮低聚體原花青素。他們是國內首次使用高效逆流萃取松樹皮提取物，使其有效成份OPC的含量高達95%。使高效逆流色譜分離技術在色素分離領域更加成熟，有利于形成穩定的生產工藝和規模化生產，使產品質量符合要求。

1.2.7 固相萃取法

固相萃取常與高效液相色譜聯用，可以降低基質干擾，提高分離純度，進而提高檢測靈敏度。陳連梅等[22]用固相萃取法結合高效液相色譜同時測定肉制品中胭脂紅、日落黃、誘惑紅和莧菜紅4種合成色素的含量。樣品先采用固相萃取分離純化，萃取劑為乙醇、氨水和水溶液(7∶2∶1，V/V/V)，再經C18柱分離，用紫外檢測器檢測。結果表明：以上4種合成色素檢出限為0.0～0.08 mg/kg，分離效果良好，回收率為66.7%～99.7%，相對標準偏差1.9%～3.6%。使用該方法的測定結果準確度較高、精密度較好。

1.2.8 毛細管電泳法

毛細管電泳法發展很快，具有微量高效的特點。羅軍漫等[23]聯用毛細管電泳法和激光誘導熒光法，同時測定紅棗中的熒光桃紅B、羅丹明6G、藏紅T和孟加拉玫瑰紅四種工業染料。實驗結果表明最佳分離條件：電泳介質采用硼砂-30%乙腈，濃度為0.01 mol/L，pH為9.5，分離時間8 min。在此條件下上述四種色素能較好的分離。

毛細管電泳法的分離設備的選擇與制造體現了顯著的優越性，毛細管電泳法還可選擇不同規格數量的毛細管而分為為多種分離模式，也可應用于其他領域如蛋白質分離、生物堿、有機酸等。微量高效，分離程度大，靈敏度高等特點使其具有良好的發展前景，相信隨著科技的發展，毛細管電泳法將會在更多方面取得更大進展。

1.2.9 結晶法

結晶法主要是利用結晶時選的溶劑的不同改變結晶環境，從而實現分離有效組分。如張瑞等[24]以孔雀草為原料，探究孔雀草脂溶性色素在不同結晶法下的分離效果。該實驗分別進行了飽和溶液降溫法、外加晶核法、雙溶劑結晶法等不同的結晶操作，匯總實驗數據，進行對比分析。實驗結果為在采用三溶劑結晶法時孔雀草脂溶性色素出現液晶態，而常規的在結晶方法中并沒有出現晶體，表明結晶法在色素分離純化方面還有更多未知因素需要研究探索。

2 結 語

天然植物色素具有應用廣泛、來源豐富、附加值高等特點，人們對于天然植物色素的需求越來越高。隨著科學技術的發展，天然植物色提取、分離技術的研究與開發已經成為國際范圍的大趨勢。我國地緣廣大，天然色素原材料豐富，在國內外有很大的供求市場，對于我們來說是一個很好的發展機會。因此我們需要加大創新力度，培養專業人才，尋找新的提取分離提純天然植物色素方法，改進現有技術來適應新的發展需求，探究天然植物色素資源的綜合開發利用新途徑新方法。