葉綠素提取及其分散體系研究進(jìn)展

趙明慧，宋慶元，魏文文，李?lèi)倫偅?霞

（1.鞍山師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 鞍山 114007；2.遼寧省天然產(chǎn)物活性分子開(kāi)發(fā)及利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 鞍山 114007）

隨著人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)性、健康性的不斷追求，天然植物色素的開(kāi)發(fā)也不斷成為研究熱點(diǎn)，葉綠素具有良好的生理功能，但因其極不穩(wěn)定，故具有一定的應(yīng)用局限性。近年來(lái)，在食品行業(yè)中為提高色素、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、風(fēng)味物質(zhì)的穩(wěn)定性及生物利用率，包埋技術(shù)已成為一種廣泛應(yīng)用的方法，并且這種新技術(shù)也廣泛應(yīng)用于藥品、化妝品等領(lǐng)域。由于包埋技術(shù)存在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在胃液中快速異構(gòu)化、無(wú)效吸收營(yíng)養(yǎng)成分等問(wèn)題，因此探究2 種或2 種以上壁材進(jìn)行包埋已成為研究熱點(diǎn)，且最理想的壁材主要是生物聚合物，尤其是食品蛋白質(zhì)和多糖。

1 葉綠素的功能及其應(yīng)用局限性

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用所必需的催化劑，是有4 個(gè)吡咯環(huán)與鎂離子相互配合而形成的鎂卟啉類(lèi)化合物[6]，具有排毒養(yǎng)顏、抗致突變、降解膽固醇、促進(jìn)傷口愈合等生理功能。此外，在食品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)中，葉綠素還是良好的著色劑、脫臭劑[7-8]。葉綠素性質(zhì)不穩(wěn)定，遇光、熱、酸、堿等易分解，其在應(yīng)用中具有較大的困難。

2 葉綠素的提取方法

葉綠素的常用提取方法有研磨法和浸提法，還包含超聲波輔助提取法、微波萃取法、超臨界萃取法等。

2.1 研磨法和浸提法

葉綠素提取方法應(yīng)用較為普遍的有研磨靜置法、單一溶劑和混合溶劑浸提法、冷凍浸提法等。提取溶液主要是無(wú)水乙醇、丙酮及不同比例有機(jī)溶劑形成的混合溶液。盛璐等人[9]將鐵線蓮葉綠素提取的研磨法與浸提法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明采用浸提法所提取的葉綠素含量高于研磨法。劉湘慶等人[10]基于此利用分光光度計(jì)法采用80%丙酮、95%乙醇、丙酮-乙醇、乙醇-丙酮4 種提取劑對(duì)滸苔藻體葉綠素提取的研磨法、浸提法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，研磨法的提取效率最高，更適合快速檢測(cè)。張秀君等人[11]對(duì)不同方法提取菠菜葉綠素進(jìn)行了比較，其中無(wú)水乙醇與丙酮1∶1 時(shí)為最佳研磨提取條件，葉綠素含量可達(dá)0.823 mg/g，浸提法最佳條件為丙酮與95%乙醇配比為2∶1，浸提時(shí)間7 h，葉綠素含量為1.302 mg/g。

研磨法和浸提法雖都能較完全地提取葉綠素，但研磨法操作較為復(fù)雜、研磨較為費(fèi)力且無(wú)法保證研磨完全，研磨過(guò)程中也很有可能會(huì)破壞葉綠素的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降；而浸提法工作量少、操作簡(jiǎn)單，但提取時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是利用超聲波產(chǎn)生的空化、振動(dòng)、粉碎、攪拌等綜合效應(yīng)來(lái)破壞細(xì)胞壁，以達(dá)到提取細(xì)胞內(nèi)容物的過(guò)程[12]。近年來(lái)，關(guān)于超聲輔助法提取色素的研究日益增多。超聲波的空化作用可以增大樣品與提取劑的接觸面積。

超聲波輔助提取法適合于提取熱穩(wěn)定性較差的天然色素，是目前較為先進(jìn)的一種手段。李文香等人[13]優(yōu)化芹菜葉中葉綠素提取，在料液比1∶33，超聲溫度57 ℃，超聲時(shí)間22 min 條件下，提取率約為9.87%。

2.3 微波萃取法

微波是一種非離子的電磁輻射波，在這種電磁波作用下植物細(xì)胞膜和細(xì)胞壁會(huì)發(fā)生不同程度的破壞或破碎，從而使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來(lái)[14]。海洪等人[15]利用響應(yīng)面法優(yōu)化了蠶沙中葉綠素的微波提取工藝，結(jié)果表明在微波時(shí)間59 s，料液比1∶27（g∶mL），提取時(shí)間26 min，提取溫度70 ℃，葉綠素提取率驗(yàn)證值為4.26 mg/g，是浸提法的4.8 倍。微波萃取法工藝簡(jiǎn)單、高效快速、對(duì)原材料均勻加熱且成本較低，更有研究表明微波法可以減少色素降解[16]，但其對(duì)試驗(yàn)條件要求較高，葉綠素對(duì)熱極為敏感，故采用微波提取法時(shí)對(duì)溫度要求格外嚴(yán)苛[17]。

綜上所述，對(duì)幾種提取方法進(jìn)行比較，微波萃取法與超聲輔助提取法均具有用時(shí)更短、提取率更高、操作更簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，但微波萃取法的操作條件要求更高，超聲輔助提取法更具有優(yōu)勢(shì)。

3 色素包埋運(yùn)載體系

色素包埋的目的主要是保護(hù)并提高生物利用率、物理修飾、控制釋放及去除異味[18]。目前，主要的包埋技術(shù)有乳液分散體系、微膠囊、納米顆粒等。

3.1 乳液分散體系

3.1.1 微乳

傳統(tǒng)的乳液是油水混合后向其中添加乳化劑均質(zhì)而成，一般由于乳化劑包裹穩(wěn)定性低，在極端環(huán)境下容易破乳。而微乳液是一種將非極性相、極性相和表面活性劑在適當(dāng)比例下形成的無(wú)色、透明、低黏度的穩(wěn)定熱力學(xué)體系，與傳統(tǒng)乳液相比，其制備過(guò)程更加簡(jiǎn)單，同時(shí)也具有提高食品組分消化率、抗氧化、抑菌的作用。

目前，微乳體系主要集中于核桃油、橄欖油、植物精油等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，對(duì)葉綠素的乳液分散體系研究未見(jiàn)報(bào)道。

匡建[19]利用Gemini 表面離子活性劑制備微乳液對(duì)姜黃素進(jìn)行包埋。研究表明，利用微乳液包埋姜黃素，可以使得該體系獲得一定的耐酸耐堿性，且對(duì)姜黃色的體外釋放作用具有明顯的緩釋作用。

3.1.2 多重乳液

多重乳液是由帶相反電荷的乳化劑相互作用而形成的乳化劑，包括油包水包油型（O/W/O） 和水包油包水型（W/O/W）。與傳統(tǒng)乳液相比，多重乳液包封率更高，可同時(shí)包封親疏性不同的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域。

目前，多重乳液在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，吳曉瓊等人[20]對(duì)原花青素多重乳液進(jìn)行包裹，并對(duì)所制得的水凝膠球的粒徑、形貌、包封率、穩(wěn)定性及體外模擬釋放進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明包封率高達(dá)78.47%，在室溫避光條件下多重乳液的原花青素水凝膠球穩(wěn)定性較好，連續(xù)包封7 d 后包封率可達(dá)45%左右；在室溫避光條件下物理穩(wěn)定性較好，且在37 ℃下模擬釋放在7 h 內(nèi)可緩慢釋放。

除此之外，乳液體系還包括納米乳液、Pickering乳液。納米乳液具有粒徑小、儲(chǔ)存過(guò)程中不易發(fā)生沉淀、避免體系發(fā)生聚凝等優(yōu)點(diǎn)，但由于其熱力不穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本較高及毒性等缺點(diǎn)還需進(jìn)一步進(jìn)行深入研究；Pickering 乳液具有低毒性、高抗結(jié)穩(wěn)定性、高儲(chǔ)存穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，但其自身具有一定局限性，需要對(duì)其濕潤(rùn)性、粒徑和表面粗糙度進(jìn)行改善[21]。羅鈺湲等人[22]采用檸檬籽纖維素納米晶體/納米纖絲協(xié)同穩(wěn)定Pickering 乳液包埋姜黃素來(lái)提高姜黃素的貯存穩(wěn)定性、保留率及模擬體外消化展開(kāi)研究，對(duì)姜黃素的Pickering 乳液貯存穩(wěn)定性、姜黃素在Pickering 乳液中的保留效果及其乳液的體外消化特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明所制備的姜黃素乳液在放置15 d 后的物理穩(wěn)定性仍然保持良好，其Pickering 乳液包埋姜黃素的保留率逐漸增加，4 ℃下貯藏30 d 姜黃素的保留率仍高達(dá)75%以上且體外模擬消化后的姜黃素生物利用率也略有下降。

3.2 微膠囊

微膠囊技術(shù)是一種借助于物理、化學(xué)及生物學(xué)的手段保護(hù)天然物質(zhì)（如增強(qiáng)熱穩(wěn)定性、保護(hù)生物活性化合物、控釋等[23]） 的方法。目前，基于微膠囊化主要應(yīng)用于榛子油、葵花籽油、牡丹籽油等食用油脂類(lèi)的微膠囊化和益生菌的微膠囊化，而基于色素微膠囊化相對(duì)較少，主要集中于對(duì)花色苷包埋的研究。Ku-Ra Kang 等人[24]采用阿拉伯樹(shù)膠和麥芽糊精的不同組合研究了其葉綠素微膠囊化及微膠囊穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明葉綠素的微膠囊在各種溫度下都具有良好的貯藏特性。洪軍等人[25]利用阿拉伯膠、β -環(huán)糊精、蔗糖為壁材制備韭菜葉綠素的微膠囊，結(jié)果表明以韭菜葉綠素為芯材、芯壁比為1∶6時(shí)所制得的葉綠素微膠囊可以更長(zhǎng)時(shí)間地保持葉綠素的顏色穩(wěn)定。

3.3 納米顆粒

納米顆粒運(yùn)載體系，是指通過(guò)納米顆粒對(duì)生物活性物質(zhì)進(jìn)行包埋、遞送，納米粒子體積小、穩(wěn)定性較好，在實(shí)際應(yīng)用中利用納米粒子包埋營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以減少營(yíng)養(yǎng)素在加工、貯藏中的損失[26]。

制備納米顆粒最常用的主要是殼聚糖、玉米醇溶蛋白等。截至目前，葉綠素納米顆粒運(yùn)載體系未見(jiàn)報(bào)道。殼聚糖包裹的納米顆粒可以促進(jìn)細(xì)胞膜的通透性、促進(jìn)腸上皮吸收；玉米醇溶蛋白是一種天然的植物大分子，來(lái)源廣、價(jià)格低，具有良好的生物相容性、可降解性[21]。雖然納米顆粒粒徑小、穩(wěn)定性高，目前在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，但其含有油相、只能包埋親脂性物質(zhì)。

綜上所述，目前基于色素的包埋運(yùn)載體系的研究較少，對(duì)于乳液分散體系的色素研究也主要集中在姜黃素的乳液分散體系的研究，而姜黃素與葉綠素在化學(xué)性質(zhì)、生理功能上都較為相似，故將乳液分散體系運(yùn)用到葉綠素的包埋中，以提高其穩(wěn)定性，為葉綠素的應(yīng)用開(kāi)辟新途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，提高葉綠素穩(wěn)定性的研究主要是葉綠素銅鈉鹽、葉綠素銅鋅鹽的制備，而葉綠素的包埋技術(shù)主要集中于葉綠素微膠囊的制備。分散體系的研究主要集中于β -胡蘿卜素、水溶性姜黃素分散體系的研究。因此，增加對(duì)葉綠素分散體系的研究可以為天然色素的開(kāi)發(fā)利用提供新途徑、開(kāi)辟新市場(chǎng)，為人類(lèi)創(chuàng)造出更多營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富的食品。