不同比例有機溶劑浸提除甲醛植物葉片色素效果研究

智 慧,夏 清

(呂梁學院生命科學系,山西呂梁 033001)

常見的除甲醛植物主要有吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、蘆薈、白掌等,它們主要通過莖葉吸收、根系微生物的降解及土壤吸收等凈化甲醛。而植物莖葉吸附甲醛的能力則與植物葉綠素細胞對甲醛分子的喜好程度有關。葉綠素是植物進行光合作用最重要的物質基礎,不溶于水,可溶于有機溶劑[1],主要分為葉綠素a和葉綠素b兩大部分,前者為藍黑色晶體,后者為深色晶體[2-3]。葉綠素提取通常采用有機溶劑中的葉綠素溶解原理,該方法操作簡單、效率高、誤差小、穩定性較好[4]。目前常用的有機溶劑有甲醇、乙醇、丙酮、丙酮-乙醇混合液、石油醚及二甲基甲酰胺等。任紅等[5]對菜心葉片葉綠素進行提取發現丙酮與乙醇體積比為2∶1時效果最佳。王紅梅等[6]研究發現適合三角槭葉片葉綠素的浸提液比例為丙酮∶乙醇=1∶1。胡秉芬等[1]研究表明棗樹葉片提取效果最佳的比例為95%乙醇和乙醇∶丙酮=1∶1。向芬等[7]認為茶樹葉綠素提取最佳比例為丙酮∶乙醇=1∶2。牟建梅等[8]研究發現白菜葉綠素提取效果較好的溶劑比例為乙醇∶丙酮=1∶1、1∶2。

前人研究多集中在果樹及蔬菜葉片的葉綠素提取,而對除甲醛植物的提取方面鮮有報道。因此,該研究擬選用吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、碧玉4種除甲醛植物為材料,用不同比例的乙醇與丙酮混合液進行提取,探索除甲醛植物葉片葉綠素提取的最佳有機溶劑比例。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試材料分別為吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、碧玉。丙酮和95%乙醇試劑均為純度較高的分析純,試驗用水為去離子水。

1.2 試驗設計采用有機溶劑浸提法,設置7種有機溶劑處理:處理A,95%乙醇;處理B,80%丙酮;處理C,80%丙酮∶95%乙醇=1∶1;處理D,80%丙酮∶95%乙醇=2∶1;處理E,80%丙酮∶95%乙醇=1∶2;處理F,80%丙酮∶95%乙醇∶水=3∶6∶1;處理G,80%丙酮∶95%乙醇∶水=4.5∶4.5∶1。

1.3 試驗方法選用正常生長的新鮮健全植株葉片,用紗布擦凈表面污物,避開主脈進行取樣,將其剪碎后稱取0.2 g左右,分別加入設定好的7種浸提液研磨成漿狀,然后加入10 mL的提取液攪拌均勻,放置于陰涼處浸泡24 h,過濾后,將殘渣用浸提液反復浸泡至無綠色為止,濾液與浸提液定容至25 mL。用紫外分光光度計分別測定其在663和645 nm、665和649 nm(丙酮溶液中的葉綠素a、b在長波光方面的最大吸收峰位于663和645 nm,乙醇溶液中的葉綠素a、b在長波光方面的最大吸收峰位于665和649 nm)以及470 nm波長下的吸光度。

1.4 指標測定用紫外分光光度計在663、645、470 nm波長下測定其吸光度(D),并根據以下公式進行葉綠素和類胡蘿卜素含量的計算:

葉綠素a=12.70D663-2.69D645

葉綠素b=22.90D645-4.68D663

類胡蘿卜素=8.73D470+2.11D663-9.06D645

在665、649、470 nm波長下測定其吸光度(D),并根據以下公式進行葉綠素和類胡蘿卜素含量的計算:

葉綠素a=13.70D665-5.76D649

葉綠素b=25.80D649-7.60D665

類胡蘿卜素=8.73D470+2.11D665-9.06D649

1.5 數據分析用Excel軟件對所得的數據進行整理,用SPSS軟件對試驗數據進行方差分析與多重比較,結果用平均值表示。

2 結果與分析

2.1 不同比例有機溶劑提取葉綠素a含量圖1分別為波長663和645 nm、665和649 nm下測得的4種植物葉綠素a含量,整體來看,在663和645 nm的波長下測定的葉綠素a含量高于在665和649 nm處波長下測定的葉綠素a含量。從浸提液角度來看,95%乙醇(處理A)提取的葉綠素a含量明顯高于80% 丙酮(處理B),在663和645 nm的波長下,綠蘿高出8.3%,虎尾蘭和吊蘭均高出10.5%,碧玉高出11.6%;在665和649 nm的波長下,綠蘿高出8.2%,虎尾蘭高出10.8%,吊蘭高出10.9%,碧玉高出12.5%。80%丙酮∶95%乙醇混合液中,1∶1混合液(處理C)較2∶1混合液(處理D)、1∶2混合液(處理E)要好,在663和645 nm的波長中,綠蘿高出8.5%～17.8%,虎尾蘭高出9.3%～18.2%,吊蘭高出4.4%～9.3%,碧玉高出0.4%～4.1%;在665和649 nm的波長中,綠蘿高出8.6%～18.1%,虎尾蘭高出9.5%～18.6%,吊蘭高出2.3%～7.5%,碧玉高出1.3%～4.3%;在80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液中,3∶6∶1(處理F)提取的葉綠素a含量明顯高于4.5∶4.5∶1(處理G),在663和645 nm的波長下,綠蘿高出8.7%,虎尾蘭高出10.5%,吊蘭高出9.5%,在665和649 nm的波長下,綠蘿和虎尾蘭均高出10.1%,吊蘭高出15.6%,兩段波長下碧玉均高出32.5%左右。

圖1 不同比例溶劑提取除甲醛植物葉片葉綠素a含量Fig.1 Chlorophyll a content of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

從植物角度來看,綠蘿和虎尾蘭2種植物提取結果依次為處理C>處理D>處理E>處理A>處理B>處理F>處理G。吊蘭和碧玉則是95%乙醇(處理A)提取的葉綠素a含量明顯高于其他的浸提液,提取效果依次為處理A>處理B>處理C>處理D>處理E>處理F>處理G。不管提取哪種植物,7種浸提液中的丙酮∶乙醇∶水混合液(處理F、G)提取葉綠素a效果最差。4種植物葉綠素a含量從高到低依次是綠蘿>虎尾蘭>吊蘭>碧玉。

結果表明,單一的丙酮和有機溶劑與水的混合液并不能完全提取到葉綠素a,但有機溶劑與水混合液中,若乙醇比例高于丙酮,效果顯而易見。總體來看仍然是95%乙醇(處理A)和丙酮乙醇混合液(處理C、D、E)下浸提效果較佳。

2.2 不同比例有機溶劑提取葉綠素b含量圖2分別為波長663和645 nm、665和649 nm下測得的4種植物葉綠素b含量。從浸提液角度來看,80%丙酮(處理B)提取的葉綠素b明顯低于95%乙醇(處理A),在663和645 nm的波長下,綠蘿降低3.0%,虎尾蘭降低6.7%,吊蘭降低11.6%,碧玉降低13.4%;在665和649 nm的波長下,綠蘿降低3.2%,虎尾蘭降低5.1%,吊蘭降低9.1%,碧玉降低13.9%。80%丙酮∶95%乙醇混合液中,同樣1∶1混合液(處理C)效果最佳,比2∶1混合液(處理D)、1∶2混合液(處理E)高,在663和645 nm的波長下,綠蘿高出5.5%～9.8%,虎尾蘭高出7.1%～15.0%,吊蘭高出5.5%～17.0%,碧玉高出10.2%～17.0%;在663和645 nm的波長下,綠蘿高出5.1%～9.1%,虎皮蘭高出7.3%～15.4%,吊蘭高出4.4%～14.8%,碧玉高出13.1%～26.2%。在80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液中,3∶6∶1(處理F)提取的葉綠素b含量明顯高于4.5∶4.5∶1(處理G),663和645 nm波長下,綠蘿高出13.4%,虎尾蘭高出15.1%,吊蘭高出17.0%,碧玉高出27.5%;在665和649 nm波長下,綠蘿高出13.9%,虎皮蘭高出15.7%,吊蘭高出19.8%,碧玉高出25.3%。

圖2 不同比例溶劑提取除甲醛植物葉片葉綠素b含量Fig.2 Chlorophyll b content of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

從植物角度來看,綠蘿和虎尾蘭2種植物提取結果依次為處理C>處理D>處理E>處理A>處理B>處理F>處理G。吊蘭和碧玉則是在95%乙醇(處理A)提取效果最佳,由高到低依次為處理A>處理B>處理C>處理D>處理E>處理F>處理G。不論提取哪種植物,7種浸提液中的丙酮∶乙醇∶水混合液(處理F、G)提取葉綠素b效果仍然最差。4種植物葉綠素b含量從高到低依次是綠蘿>虎尾蘭>吊蘭>碧玉。

2.3 不同比例有機溶劑提取葉綠素a+b、a/b圖3分別為波長663和645 nm、665和649 nm下測得的4種植物葉綠素a+b含量,整體來看,兩組數據均是在95%乙醇(處理A)水平下測定的碧玉和吊蘭葉綠素a+b含量最高,在丙酮∶乙醇(1∶1)混合液(處理C)水平下測定的綠蘿和虎尾蘭葉綠素a+b含量最高。

圖3 不同比例溶劑提取除甲醛植物葉片葉綠素a+b含量Fig.3 Chlorophyll a+b content of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

從浸提液角度來看,80%丙酮∶95%乙醇混合液中,1∶1混合液(處理C)提取的葉綠素a+b含量較2∶1混合液(處理D)、1∶2混合液(處理E)要好,在663和645 nm的波長下,綠蘿高出7.2%～14.2%,虎尾蘭高出8.3%～16.8%,吊蘭高出4.9%～12.8%,碧玉高出4.8%～12.5%;在665和649 nm的波長下,綠蘿高出7.1%～14.1,虎尾蘭高出8.5%～17.2%,吊蘭高出3.3%～10.8%,碧玉高出6.7%～14.2%。而80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液,4.5∶4.5∶1(處理G)提取的葉綠素a+b含量明顯低于3∶6∶1(處理F),在663和645 nm的波長下,綠蘿降低10.9%,虎尾蘭降低12.6%,吊蘭降低17.0%,碧玉降低30.1%;在665和649 nm的波長下,綠蘿降低11.8%,虎尾蘭降低12.7%,吊蘭降低17.4%,碧玉降低29.1%。

從植物角度來看,綠蘿和虎尾蘭2種植物提取結果依次為處理C>處理D>處理E>處理A>處理B>處理F>處理G,吊蘭和碧玉提取結果依次為處理A>處理B>處理C>處理D>處理E>處理F>處理G。不管提取哪種植物,結果與浸提葉綠素a、b含量結果一致。7種浸提液中丙酮∶乙醇∶水混合液提取葉綠素a+b效果仍然最差。4種植物葉綠素a+b含量從高到低依次是綠蘿>虎尾蘭>吊蘭>碧玉。

圖4分別為波長663和645 nm、665和649 nm下測得的4種植物葉綠素a/b。綜合來看,4種植物中葉綠素a含量高于葉綠素b含量,葉綠素a/b值在1.5左右。從浸提液角度來看,不同比例浸提液之間各自比較差異并不明顯。從植物角度來看,碧玉葉綠素a/b值明顯大于其他植物,說明碧玉的葉綠素a比其葉綠素b大很多。

圖4 不同比例溶劑提取除甲醛植物葉片葉綠素a/b Fig.4 Chlorophyll a/b of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

2.4 不同比例有機溶劑提取類胡蘿卜素含量圖5分別為波長663和645 nm、665和649 nm下測得的4種植物類胡蘿卜素含量,綜合來看,類胡蘿卜素含量明顯低于葉綠素a、b含量,且663和645 nm波長下測得的類胡蘿卜素效果要好。

圖5 不同比例溶劑提取除甲醛植物葉片類胡蘿卜素含量Fig.5 Carotenoid content of plant leaves extracted with different proportion of solvent to remove formaldehyde

從浸提液角度來看,95%乙醇(處理A)提取的類胡蘿卜含量明顯高于80%丙酮(處理B),在663和645 nm的波長中,綠蘿高出2.7%,虎尾蘭高出3.7%,吊蘭和碧玉均高出10.9%;在665和649 nm的波長中,綠蘿高出6.4%,虎尾蘭高出4.9%,吊蘭高出2.4%,碧玉高出5.8%。80%丙酮∶95%乙醇混合液中,1∶1混合液(處理C)較2∶1混合液(處理D)、1∶2混合液(處理E)要好,在663和645 nm的波長中,綠蘿高出6.3%～21.1%,虎尾蘭高出7.5%～19.6%,吊蘭高出7.6%～14.3%,碧玉高出8.6%～25.0%;在665和649 nm的波長中,綠蘿高出5.3%～11.1%,虎尾蘭高出10.2%～14.4%,吊蘭高出5.7%～13.3%,碧玉高出3.1%～8.4%。在80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液中,3∶6∶1混合液(處理F)提取的類胡蘿卜素含量明顯高于4.5∶4.5∶1混合液(處理G),在663和645 nm的波長中,綠蘿高出11.2%,虎尾蘭高出11.4%,吊蘭高出5.2%,碧玉高出17.0%;在665和649 nm的波長中,綠蘿高出4.3%,虎尾蘭高出7.8%,吊蘭高出15.3%,碧玉高出22.4%。

從植物角度來看,綠蘿和虎尾蘭2種植物提取結果依次為處理C>處理D>處理E>處理A>處理B>處理F>處理G;吊蘭和碧玉則是于95%乙醇提取的類胡蘿卜素含量明顯高于其他的浸提液,提取結果依次為處理A>處理B>處理C>處理D>處理E>處理F>處理G。4種植物類胡蘿卜素含量從高到低依次是綠蘿>虎尾蘭>吊蘭>碧玉。

3 討論

隨著人們生活水平的不斷提高,人們的消費理念及審美觀念也發生了改變,各種消除室內甲醛的方法越來越受到消費者的青睞。綠色植物去除甲醛是公眾去除甲醛的最佳方法,因為綠色植物不僅可以起到裝飾作用,而且還有很多植物具有吸附甲醛的作用。在具體的實踐過程中,或多或少地關注著植物的選擇。所以,選擇真正能吸收甲醛的植物來處理甲醛是很重要的。事實上,對于所有的綠色植物來說,它們或多或少都有吸附甲醛的效果。它們通過進行光合作用和呼吸作用完成所有的生長,所以在實施這2個功能的過程中,對于室內甲醛來說,它已經達到了一定的轉換效果。那么要想知道綠色植物的除甲醛能力,首先要從基礎出發,對其葉綠素進行一定的提取,由此來判斷它們各自的能力。

不同植物葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的最佳有機溶劑提取比例不同,有的植物乙醇丙酮混合液和乙醇溶液提取較好,有的植物丙酮∶乙醇(1∶1)混合液浸提效果最好。胡秉芬等[1]研究發現用丙酮乙醇混合液和乙醇提取液浸提棗樹葉片葉綠素a、b含量效果最佳,而用丙酮溶液提取的葉綠素a、b含量明顯較少。劉絢霞等[9]研究表明用80%丙酮∶95%乙醇(2∶1)混合液提取效果較好。王文杰等[10]研究發現丙酮提取薇甘菊幼葉類胡蘿卜素效果最好。胡曉丹等[11]對金盞菊花中類胡蘿卜素的最佳提取條件的研究表明,金盞菊花中類胡蘿卜素最佳提取條件為石油醚∶丙酮(1∶1)混合溶劑浸提。

該試驗結合了前人試驗的所有比例對綠蘿、虎尾蘭、吊蘭、碧玉4種植物進行葉綠素浸提,提取結果與上述研究結果中大部分研究結果一致,個別存在差異。原因可能是有機溶劑浸提植物,要破壞并且分解整個植物細胞來提取,這就要取決于植物組織細胞及其葉綠體結構,因為不同植物組織細胞及葉綠體結構數量各不相同,故在不同溶劑下的浸出效果也截然不同。但整體表現為乙醇效果好于丙酮,可能是丙酮存在一定毒性,又有辛辣刺鼻味道,所以無論是單獨浸提還是混合浸提,隨著丙酮含量增加,效果則明顯下降。盡管在乙醇丙酮混合液中,乙醇∶丙酮1∶1效果較好,但是在科研人員實際操作中,鑒于人體健康來看,還是優選乙醇單獨提取更為安全、環保。

梁雙燕[12]選用了13種不同葉片的盆栽植物,在一定的光照條件下對甲醛的凈化試驗表明,多肉及披針形植物對甲醛的去除效率較弱,而香蘭對甲醛的去除效率最高。郭銘偉等[13]以蘆薈和虎皮蘭為研究對象,探討在不同條件下對甲醛凈化的作用,結果表明,光照能夠提高植物吸附甲醛的能力,而蘆薈的凈化甲醛作用不如虎皮蘭效果好。占婷[14]通過對植物和土壤表面微生物在低濃度甲醛的凈化效果研究,發現盆栽對甲醛的凈化率為33%,其中綠蘿土壤中微生物在甲醛凈化中作用最顯著。該試驗提取的植物葉綠素含量、類胡蘿卜素含量從高到低依次是綠蘿>虎尾蘭>吊蘭>碧玉。因此推斷葉綠素含量高,則其除甲醛能力相對好點。采用植物凈化降解法連續吸收空氣中的甲醛,處理效果穩定,并且不會產生二次污染,既安全又環保。但是由于該方法存在凈化速度較慢、花費時間長、受到的環境因素影響較大等問題,使得其對室內甲醛的凈化作用受到一定的限制。本著對除甲醛植物中葉綠素的高效浸提和減少試驗中對丙酮溶液的使用量,并且保護實驗人員人身安全作為出發點,建議選用80%丙酮∶95%乙醇(1∶1)混合液作為除甲醛植物葉片葉綠素浸提溶劑。

4 結論

該研究選用7種浸提液在兩組波長663和645 nm、665和649 nm下浸提4種植物葉片色素,丙酮∶95%乙醇(1∶1)混合液浸提綠蘿和虎尾蘭葉片的葉綠素含量、類胡蘿卜素含量效果最好。95%乙醇提取液浸提吊蘭和碧玉葉片的葉綠素含量、類胡蘿卜素含量效果最好。無論提取哪種植物,7種提取液中丙酮∶乙醇∶水混合液提取葉綠素含量、類胡蘿卜素含量效果均最差。4種植物葉綠素含量、類胡蘿卜素含量從高到低依次表現為綠蘿>虎尾蘭>吊蘭>碧玉。