類胡蘿卜素純化及分析技術最新研究進展

張小明 賈艷青 許春潮 牟德華*

1（河北科技大學生物科學與工程學院，石家莊 050018）2（定興縣質量技術監督檢驗所，定興 072650）

·綜述評論·

類胡蘿卜素純化及分析技術最新研究進展

張小明1*賈艷青2許春潮2牟德華1**

1（河北科技大學生物科學與工程學院，石家莊 050018）2（定興縣質量技術監督檢驗所，定興 072650）

類胡蘿卜素是一類重要的天然色素的總稱，隨著現代分析檢測技術的快速發展，發現了越來越多的類胡蘿卜素。通過對類胡蘿卜素的分析檢測技術如液相色譜法、質譜法等以及前處理純化方法如膜分離技術、高速逆流色譜技術等進行總結，以期為今后進一步研究類胡蘿卜素的結構及性質提供方便。

類胡蘿卜素；純化；分析技術

類胡蘿卜素是一類重要的天然色素，此外還具有許多重要的生理功能，如抗氧化、防癌、利于心血管和眼睛健康。類胡蘿卜素主要分為胡蘿卜素和葉黃素兩大類，幾種常見的類胡蘿卜素有番茄紅素、玉米黃素、全反式-β-類胡蘿卜素、花藥黃素、α-類胡蘿卜素、紫黃素等，普遍存在于動物、高等植物、真菌、藻類和細菌中。自從19世紀初分離出胡蘿卜素以來，至今已經發現近700多種天然的類胡蘿卜素，但是類胡蘿卜素的機體作用機制至今未解釋清楚，主要是因為其種類繁多，許多類胡蘿卜素還存在多種異構體。近年來出現了很多關于類胡蘿卜素的研究，如張春秋等從馬鈴薯中成功提取類胡蘿卜素。還有一些研究人員以柿子皮、沙棘果、銀杏葉、螺旋藻、海蟹等為原料提取類胡蘿卜素。隨著可利用食品新資源的不斷豐富，提取出來的類胡蘿卜素種類也相應增加，而其種類及其含量的準確分析測定就成為當代研究的一個重要內容。

1 類胡蘿卜素檢測前純化技術研究進展

類胡蘿卜素在分析檢測之前一般要經濃縮或者干燥過程進行純化，常用的方法有利用溶液極性不同進行梯度萃取分離法、薄層層析法等，雖然簡便易行，但分離效果較差。近年隨著科學技術的進步，出現了許多純化速度更快、效果更好的方法，如柱層析法、膜分離法、液相色譜法等。

1.1 柱層析法

柱層析法是將固定相裝在一金屬或玻璃柱中，或是將固定相附著在毛細管內壁上做成色譜柱，試樣從柱頭到柱尾沿一個方向移動而進行分離的方法。胡曉丹等在提取金盞菊花中的類胡蘿卜素過程中，采用氧化鎂、氧化鋁和層析硅膠三種玻璃層析柱，以石油醚浸潤，類胡蘿卜素粗提液通過層析柱后，將洗脫液用薄層色譜法評價三種填充料的純化效果，數據顯示氧化鎂純化效果最優。Cristiane H等應用活化的氧化鎂/硅藻土（質量比1∶1） 填充柱純化β-胡蘿卜素、葉黃素、新黃素和紫黃質等幾種類胡蘿卜素，以便于高效液相色譜檢測。柱層析法一般用于類胡蘿卜素的粗提取，對單體顆粒以及直徑大小要求不嚴格，目前此種方法在國內外應用比較廣泛。

1.2 膜分離法

膜分離技術指在分子水平上，使不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時選擇性分離，從而有效地實現溶液的濃縮，除去其他雜質。李媛媛在研究膜分離技術法純化梔子黃色素影響因素時，采用陶瓷膜微濾對梔子黃色素萃取液原料進行不同壓力及膜孔徑條件下純化實驗，最終確定了陶瓷膜孔徑200 nm，壓力0.125 MPa是最佳的工藝參數。Ming Chih Chiu等曾利用平板高分子膜（NF10） 從粗制的棕櫚油中精制類胡蘿卜素，結果顯示分離效率極佳，建議在色素精制乃至食品行業進行推廣。

1.3 大孔吸附樹脂法

大孔吸附樹脂是依靠他和被吸附的分子之間的范德華引力，通過他巨大的比表面進行物理吸附而工作，使有機化合物根據吸附力及其分子量大小可以經一定溶劑洗脫分開而達到分離、純化目的。陸偉等選擇了幾種不同的大孔樹脂對提取的梔子黃色素進行精制，結果顯示D3520和D140兩種樹脂精制效果較好。多種研究結果表明大孔吸附樹脂法兼具操作簡便，效率高等優點，可直接應用于工業生產。

1.4 凝膠層析法

凝膠過濾層析是利用具有網狀結構的凝膠分子篩作用，根據被分離物質的分子大小不同來進行分離。呂曉玲等采用凝膠層析法對梔子黃色素進行精制，采用的支持劑為葡聚糖凝膠，進行了雙柱串聯層析，精制得率48.9%，得到的精制黃色素穩定性得到極大提高。此種方法對于高分子物質具有很好的分離效果，在未來的研究過程中可以逐步得以推廣。

1.5 高速逆流色譜法

高速逆流色譜是一種液-液色譜分離技術，即利用兩相溶劑體系在高速旋轉的螺旋管內建立起一種特殊的單向性流體動力學平衡，當其中一相作為固定相，另一相作為流動相，在連續洗脫的過程中能保留大量固定相，不需要固體支撐體，物質的分離依據其在兩相中分配系數的不同而實現。Hua Bin Li等應用體積比為5∶5∶6.5∶3的正己烷、乙酸乙酯、甲醇和水溶劑體系成功地從蝦青素綠球藻粗提物中得到純度大于97 g/100 g的蝦青素。Susanne Baldermann等采取體積比為30∶11∶18的正己烷、二氯甲烷、乙腈溶劑系統，在10℃、15℃、20℃和25℃四個溫度條件下從番茄醬粗提物中分離出全反式番茄紅素。此種方法可以避免因不可逆吸附而引起的樣品損失、變性、失活等，不但可以全部回收樣品，而且回收得到的樣品更能反映其本來的特性。

2 類胡蘿卜素分析檢測技術

類胡蘿卜素的分析檢測方法以前常用包括紙層析法、薄層色譜法、紫外可見光分光光度計法等。利用這些方法只能進行簡單的分析測定，卻不能實現含量、結構的準確分析鑒定，因此近年來出現了許多新的快速準確的檢測技術。

2.1 色度計法

亨特色度法由三個基本坐標表示顏色，亮度L*（L*=0生成黑色而L*=100指示白色），a*（負值指示綠色而正值指示品紅），b*（負值指示藍色而正值指示黃色）。色度計法主要是通過建立色度-含量曲線，再通過測得的色度結果推斷類胡蘿卜素的含量。此種方法廣泛應用于測定蔬菜水果經熱處理后顏色的變化，而且色度值與食品中的物質含量及種類有關。A.Bengtssona等將實驗測得的參數結果α為橫坐標，以β-類胡蘿卜素含量為縱坐標，得到直線方程為y=25.4x－55.6（R=0.96），從而快速測定黃色果肉甘薯中β-胡蘿卜素含量。利用此種方法進行含量測定方便快捷，主要是外國學者研究此類方法。

2.2 高效液相色譜法

高效液相色譜系統由流動相儲液體瓶、輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和記錄器組成。N.M.Sachindra等采用C18柱子，流動相為體積濃度80%～100%的甲醇溶液，流速為2.0 mL/min，吸收波長為440 nm，結果顯示在印度海洋生長的蟹中其蝦青素及其酯類為主要的類胡蘿卜素，而在淡水中生長的蟹玉米黃質占其類胡蘿卜素的大部分。J.P.Chena等應用了一種改進的HPLC的方法，流動相為體積比99∶1的甲醇/異丙醇（A） 與二氯甲烷（B） 進行梯度流動分析，采用C30柱，檢測波長為450 nm，進樣流速1.0 mL/min，測定出來臺灣芒果中至少存在25種類胡蘿卜素。Verica Dragovic-Uzelac等利用此種法分析了三個品種的杏中的類胡蘿卜素含量與成熟期及品種的關系，分析得到的類胡蘿卜素主要為β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和葉黃素等。高效液相色譜法在國內外各種研究中應用非常普遍。

2.3 毛細管液相色譜法

毛細管液相色譜法與普通的液相色譜法的檢測原理類似，即用毛細管柱代替了常規液相柱。這種分析方法可以節省樣品的用量，因而減少了有機溶劑的消耗和對環境的污染。

Hui Xu等采用毛細管液相色譜法對固相微萃取技術提取的β-胡蘿卜素進行測定分析，采用單片硅ODS柱，其中最優條件：樣品量100 nL；檢測波長452 nm；甲醇做流動相；流速1.0 μL/min。β-胡蘿卜素檢測限1.9 ng/mL，結果顯示此方法的峰面積標準偏差小于5%。隨著分析儀器向小型化發展的趨勢，毛細管液相色譜將越來越多地被人們使用。

2.4 凝膠滲透色譜法

凝膠滲透色譜法是根據物質在分離柱上不同的分子流體力學體積大小進行分離測定。當儀器和實驗條件確定后，溶質的淋出體積與其分子量呈反比關系。Dan Qiu等借助凝膠滲透色譜法，進行了固體β-胡蘿卜素經加熱后異構化產物及降解反應產物的鑒定，系統由Waters 1525 HPLC高壓泵、Waters 2414 RI檢測器、HR3-HR2-HR1色譜柱組成，采用洗提液為四氫呋喃，流速1.0 mL/min，通過得到的分子量與時間曲線進行結果分析。應用凝膠滲透色譜法可以有效的鑒定不同分子大小的類胡蘿卜素。

2.5 質譜儀法

質譜儀法是一種利用電場和磁場將運動的離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）按他們的質荷比分離后進行檢測的方法。Cristiane H等在測定菊苣和新西蘭菠菜中類胡蘿卜素受成熟度、季節及加工因素的影響時，采用質譜儀法進一步鑒定類胡蘿卜素的分子量，電子轟擊質譜Waters集成系統配置有HPLC-MS接口，霧化器溫度為90℃，電離電壓為70 eV，離子源溫度為210℃，質核比為150～650，最后得到的鑒定結果顯示，新葉黃素和紫黃質質荷比m/z為600，葉黃素分子量為568，β-胡蘿卜素分子量為536，為更準確地鑒定物質提供了有利的數據。由于質譜分析具有靈敏度高，樣品用量少，分析速度快，分離和鑒定同時進行等優點而被人們廣泛采用。

2.6 紅外光譜法

每種物質分子都具有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，用紅外光譜法，可以根據光譜中吸收峰的位置、形狀來推斷被檢測物質的結構，依照特征吸收峰的強度來測定混合物中各組分的含量。

Daniel E等在分析西紅柿中類胡蘿卜素含量時，借助FTS 3 500GX傅立葉變化紅外光譜儀，操作分辨率為8 cm-1，吸收波譜通過高頻區400 cm-1～7 000 cm-1確定，通過類胡蘿卜素的化學結構，分析西紅柿中的類胡蘿卜素，從而確定西紅柿的品種及產區，該方法快速簡單，科學性強。Xinjuan Chen等利用近紅外系統，采用的反射光譜（log 1/R） 為1 100 nm～2 500 nm，以2 nm為間隔，檢測了151個中國羽衣甘藍樣品中的葉黃素和β-胡蘿卜素。這種方法與HPLC法相比更加精確，同時此法具有快速、高靈敏度、檢測試樣用量少等優點，將來必然會應用到類胡蘿卜素的更多檢測工作中。

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Arecent survey research on purification and analysis ofcarotenoids

ZHANGXiao-ming1*JIAYan-qin2XUChun-chao2Mou De-hua1**
1(College ofbiologyscience and engineering，Hebei universityofscience and technology，Shijiazhuang 050018，China)
2(Hebei province dingxingcountyqualityand technical supervision&testinginstitute，Dingxingxian 072650，China)

Carotenoids comprise a class of natural pigments.With the rapid development of analysis methods，more and more carotenoids were found.The high-performance ion chromatography （HPIC），Mass Spectrometry（MS），membrane separation and High-speed Countercurrent Chromatography （HSCCC）were summarized.These enabled further investigation of Structure and Properties ofcarotenoids.

carotenoids；purification；analysis method

*張小明，男，1986年出生，河北科技大學在讀碩士研究生。

**通訊作者：牟德華，男，教授，主要從事農產品深加工以及天然產物分離的研究。Email:dh-mou@163.com.

2010-09-25