張小明 賈艷青 許春潮 牟德華*

1（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊 050018）2（定興縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)所，定興 072650）

·綜述評(píng)論·

類胡蘿卜素純化及分析技術(shù)最新研究進(jìn)展

張小明1*賈艷青2許春潮2牟德華1**

1（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊 050018）2（定興縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)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(xiàn)代分析檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了越來越多的類胡蘿卜素。通過對(duì)類胡蘿卜素的分析檢測(cè)技術(shù)如液相色譜法、質(zhì)譜法等以及前處理純化方法如膜分離技術(shù)、高速逆流色譜技術(shù)等進(jìn)行總結(jié)，以期為今后進(jìn)一步研究類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)提供方便。

類胡蘿卜素；純化；分析技術(shù)

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(dòng)物、高等植物、真菌、藻類和細(xì)菌中。自從19世紀(jì)初分離出胡蘿卜素以來，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近700多種天然的類胡蘿卜素，但是類胡蘿卜素的機(jī)體作用機(jī)制至今未解釋清楚，主要是因?yàn)槠浞N類繁多，許多類胡蘿卜素還存在多種異構(gòu)體。近年來出現(xiàn)了很多關(guān)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(yīng)增加，而其種類及其含量的準(zhǔn)確分析測(cè)定就成為當(dāng)代研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

1 類胡蘿卜素檢測(cè)前純化技術(shù)研究進(jìn)展

類胡蘿卜素在分析檢測(cè)之前一般要經(jīng)濃縮或者干燥過程進(jìn)行純化，常用的方法有利用溶液極性不同進(jìn)行梯度萃取分離法、薄層層析法等，雖然簡(jiǎn)便易行，但分離效果較差。近年隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)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(xì)管內(nèi)壁上做成色譜柱，試樣從柱頭到柱尾沿一個(gè)方向移動(dòng)而進(jìn)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(rùn)，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(píng)價(jià)三種填充料的純化效果，數(shù)據(jù)顯示氧化鎂純化效果最優(yōu)。Cristiane H等應(yīng)用活化的氧化鎂/硅藻土（質(zhì)量比1∶1） 填充柱純化β-胡蘿卜素、葉黃素、新黃素和紫黃質(zhì)等幾種類胡蘿卜素，以便于高效液相色譜檢測(cè)。柱層析法一般用于類胡蘿卜素的粗提取，對(duì)單體顆粒以及直徑大小要求不嚴(yán)格，目前此種方法在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛。

1.2 膜分離法

膜分離技術(shù)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(shí)選擇性分離，從而有效地實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮，除去其他雜質(zhì)。李媛媛在研究膜分離技術(shù)法純化梔子黃色素影響因素時(shí)，采用陶瓷膜微濾對(duì)梔子黃色素萃取液原料進(jìn)行不同壓力及膜孔徑條件下純化實(shí)驗(yàn)，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(shù)。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(jié)果顯示分離效率極佳，建議在色素精制乃至食品行業(yè)進(jìn)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(jìn)行物理吸附而工作，使有機(jī)化合物根據(jù)吸附力及其分子量大小可以經(jīng)一定溶劑洗脫分開而達(dá)到分離、純化目的。陸偉等選擇了幾種不同的大孔樹脂對(duì)提取的梔子黃色素進(jìn)行精制，結(jié)果顯示D3520和D140兩種樹脂精制效果較好。多種研究結(jié)果表明大孔吸附樹脂法兼具操作簡(jiǎn)便，效率高等優(yōu)點(diǎn)，可直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

1.4 凝膠層析法

凝膠過濾層析是利用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠分子篩作用，根據(jù)被分離物質(zhì)的分子大小不同來進(jìn)行分離。呂曉玲等采用凝膠層析法對(duì)梔子黃色素進(jìn)行精制，采用的支持劑為葡聚糖凝膠，進(jìn)行了雙柱串聯(lián)層析，精制得率48.9%，得到的精制黃色素穩(wěn)定性得到極大提高。此種方法對(duì)于高分子物質(zhì)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(shù)，即利用兩相溶劑體系在高速旋轉(zhuǎn)的螺旋管內(nèi)建立起一種特殊的單向性流體動(dòng)力學(xué)平衡，當(dāng)其中一相作為固定相，另一相作為流動(dòng)相，在連續(xù)洗脫的過程中能保留大量固定相，不需要固體支撐體，物質(zhì)的分離依據(jù)其在兩相中分配系數(shù)的不同而實(shí)現(xiàn)。Hua Bin Li等應(yīng)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(tǒng)，在10℃、15℃、20℃和25℃四個(gè)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(cè)技術(shù)

類胡蘿卜素的分析檢測(cè)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(jì)法等。利用這些方法只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析測(cè)定，卻不能實(shí)現(xiàn)含量、結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確分析鑒定，因此近年來出現(xiàn)了許多新的快速準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)。

2.1 色度計(jì)法

亨特色度法由三個(gè)基本坐標(biāo)表示顏色，亮度L*（L*=0生成黑色而L*=100指示白色），a*（負(fù)值指示綠色而正值指示品紅），b*（負(fù)值指示藍(lán)色而正值指示黃色）。色度計(jì)法主要是通過建立色度-含量曲線，再通過測(cè)得的色度結(jié)果推斷類胡蘿卜素的含量。此種方法廣泛應(yīng)用于測(cè)定蔬菜水果經(jīng)熱處理后顏色的變化，而且色度值與食品中的物質(zhì)含量及種類有關(guān)。A.Bengtssona等將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的參數(shù)結(jié)果α為橫坐標(biāo)，以β-類胡蘿卜素含量為縱坐標(biāo)，得到直線方程為y=25.4x－55.6（R=0.96），從而快速測(cè)定黃色果肉甘薯中β-胡蘿卜素含量。利用此種方法進(jìn)行含量測(cè)定方便快捷，主要是外國(guó)學(xué)者研究此類方法。

2.2 高效液相色譜法

高效液相色譜系統(tǒng)由流動(dòng)相儲(chǔ)液體瓶、輸液泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)器和記錄器組成。N.M.Sachindra等采用C18柱子，流動(dòng)相為體積濃度80%～100%的甲醇溶液，流速為2.0 mL/min，吸收波長(zhǎng)為440 nm，結(jié)果顯示在印度海洋生長(zhǎng)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(zhǎng)的蟹玉米黃質(zhì)占其類胡蘿卜素的大部分。J.P.Chena等應(yīng)用了一種改進(jìn)的HPLC的方法，流動(dòng)相為體積比99∶1的甲醇/異丙醇（A） 與二氯甲烷（B） 進(jìn)行梯度流動(dòng)分析，采用C30柱，檢測(cè)波長(zhǎng)為450 nm，進(jìn)樣流速1.0 mL/min，測(cè)定出來臺(tái)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(gè)品種的杏中的類胡蘿卜素含量與成熟期及品種的關(guān)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(guó)內(nèi)外各種研究中應(yīng)用非常普遍。

2.3 毛細(xì)管液相色譜法

毛細(xì)管液相色譜法與普通的液相色譜法的檢測(cè)原理類似，即用毛細(xì)管柱代替了常規(guī)液相柱。這種分析方法可以節(jié)省樣品的用量，因而減少了有機(jī)溶劑的消耗和對(duì)環(huán)境的污染。

Hui Xu等采用毛細(xì)管液相色譜法對(duì)固相微萃取技術(shù)提取的β-胡蘿卜素進(jìn)行測(cè)定分析，采用單片硅ODS柱，其中最優(yōu)條件：樣品量100 nL；檢測(cè)波長(zhǎng)452 nm；甲醇做流動(dòng)相；流速1.0 μL/min。β-胡蘿卜素檢測(cè)限1.9 ng/mL，結(jié)果顯示此方法的峰面積標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。隨著分析儀器向小型化發(fā)展的趨勢(shì)，毛細(xì)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(jù)物質(zhì)在分離柱上不同的分子流體力學(xué)體積大小進(jìn)行分離測(cè)定。當(dāng)儀器和實(shí)驗(yàn)條件確定后，溶質(zhì)的淋出體積與其分子量呈反比關(guān)系。Dan Qiu等借助凝膠滲透色譜法，進(jìn)行了固體β-胡蘿卜素經(jīng)加熱后異構(gòu)化產(chǎn)物及降解反應(yīng)產(chǎn)物的鑒定，系統(tǒng)由Waters 1525 HPLC高壓泵、Waters 2414 RI檢測(cè)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(shí)間曲線進(jìn)行結(jié)果分析。應(yīng)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(zhì)譜儀法

質(zhì)譜儀法是一種利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)將運(yùn)動(dòng)的離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）按他們的質(zhì)荷比分離后進(jìn)行檢測(cè)的方法。Cristiane H等在測(cè)定菊苣和新西蘭菠菜中類胡蘿卜素受成熟度、季節(jié)及加工因素的影響時(shí)，采用質(zhì)譜儀法進(jìn)一步鑒定類胡蘿卜素的分子量，電子轟擊質(zhì)譜Waters集成系統(tǒng)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(zhì)核比為150～650，最后得到的鑒定結(jié)果顯示，新葉黃素和紫黃質(zhì)質(zhì)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(zhǔn)確地鑒定物質(zhì)提供了有利的數(shù)據(jù)。由于質(zhì)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(shí)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)而被人們廣泛采用。

2.6 紅外光譜法

每種物質(zhì)分子都具有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，用紅外光譜法，可以根據(jù)光譜中吸收峰的位置、形狀來推斷被檢測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強(qiáng)度來測(cè)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(shí)，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(qū)400 cm-1～7 000 cm-1確定，通過類胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分析西紅柿中的類胡蘿卜素，從而確定西紅柿的品種及產(chǎn)區(qū)，該方法快速簡(jiǎn)單，科學(xué)性強(qiáng)。Xinjuan Chen等利用近紅外系統(tǒng)，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(cè)了151個(gè)中國(guó)羽衣甘藍(lán)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(shí)此法具有快速、高靈敏度、檢測(cè)試樣用量少等優(yōu)點(diǎn)，將來必然會(huì)應(yīng)用到類胡蘿卜素的更多檢測(cè)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(xué)在讀碩士研究生。

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

2010-09-25