天然植物色素的提取、分离及纯化方法研究进展*

张琦忻，吕 丹，于佳慧

(沈阳工业大学环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110870)

天然色素历史悠久，据史记载，黄帝时期我国就开始利用天然色素作纺织布料的染色剂。后来，欧洲英国的帕金斯首先发明了人工合成色素，渐渐地更多的人工合成色素被发明出来，方便了人们的生活。虽然人工合成色素造价低廉，但是其安全问题让人担忧。天然色素来源丰富，绿色健康，个别天然色素还有特殊的药用医疗作用，如番茄红素、葡萄皮红色素、红花黄色素等，天然色素具有很大的利用价值。本文以不同侧重点对天然植物色素提取、分离及纯化的方法进行概括总结。

1 天然植物色素提取、分离及纯化方法

1.1 天然植物色素提取方法

1.1.1 有机溶剂萃取法

有机溶剂萃取法是提取植物色素最简单的方法。现阶段有机溶剂萃取法在萃取条件和萃取剂的选择上有明显的进步。汪建红[2]以乙醇为溶剂，采用内部沸腾法提取脐橙皮色素，实验结果表明脐橙皮色素的最佳提取条件为：液料比45∶1 g/mL，操作温度60 ℃、浸提时间10 min。有机溶剂萃取法设备简单，操作容易，常用于实验室天然植物色素提取。

1.1.2 加压液体萃取法

加压液体萃取法萃取效率高，在高温高压下进行，萃取时间短。曹会凯等[3]采用加压溶剂萃取方法提取山楂总黄酮，并探究最佳实验条件优化提取工艺，实验结果表明：乙醇浓度50%、实验温度80 ℃、实验时间5 min、循环3次。提取率最高可达到4.99%，相对标准偏差为1.01%。提取率较高，表明加压液体萃取法优于其他传统提取法。

1.1.3 微波辅助提取法

微波辅助提取法是20世纪80年代后发展起来的一种提取方法，其具有节能高效、选择性好、安全环保等优点，被普遍用于食品安全，医疗保健，生物成分，土壤、环境检测，矿物成分等样品分析中。随着科学技术的发展，微波萃取技术已用于皂苷、多糖、萜类、黄酮等多种天然化合物的提取。刘建福[4]采用微波辅助提取法对芒果中黄色素成分的提取工艺进行改进，得到最佳工艺参数：提取剂90%乙醇，料液比1∶3 g/mL，微波功率280 W，微波时间50 s，在此实验条件下提取率最高达到97.82%。

1.1.4 超声波辅助提取法

超声波辅助提取不会对提取物的有效成分的结构、性质产生影响，适用于大部分有效化学成分的提取[5]。晏全等[6]采用超声波辅助提取法提取紫蓝草中的紫蓝色素，并进行单因素实验探究各种因素对提取效果的影响，实验结果表明：优化后的提取工艺条件为料液比1∶60 g/mL，提取剂为46%乙醇溶液，超声功率54%，超声时间30 min，再用响应面法进行实验结果分析，结果证明此条件下的提取效果较好,其实验操作简单易行，得到的提取料液杂质少，有效成分的后处理也较为容易。

1.1.5 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法常使用超临界状态的二氧化碳做萃取剂，具有无毒安全、可循环利用、化学性质稳定等特点。毕静[7]探究更合理地利用超临界CO2萃取(SCFE-CO2)苋菜红色素工艺条件，控制超临界流体CO2的流量0.05 m3/h，得到苋菜红色素含量可达37.5%。李雄[8]以栀子黄色素为研究对象，采用超临界CO2萃取技术探究最佳色素提取工艺，实验以超临界流体CO2流量为12 L/h为条件，栀子黄色素的相对提取率为2.42%，色价3.09。超临界二氧化碳萃取与普通的有机溶剂萃取相比，有很大的优势。只需要简单的改变压力和温度就能改变其溶解能力和选择性，分离速率快，分离效率高，所以在提取各种天然物质如植物油、大蒜素、天然色素等各领域受到广泛应用。

1.1.6 微生物发酵及酶反应提取法

微生物发酵及酶反应提取法是利用微生物或者生物酶的分解作用，使植物的细胞壁快速分解，让细胞内的色素渗透扩散出来，有利于提取操作。南京师范大学团队[9]采用微生物发酵和提取技术生产蓝色天然色素，主要原料：淀粉等常用碳、氮原料，产品得率较高，色素性能稳定。传统提取方法获取的植物色素或者植物精华，其纯度和活性一般大约在20%～30%。而用微生物发酵提纯技术获取的植物色素与植物精华均可高达99.99%。但是在适宜微生物种类的选择和培养上又是一大难题，该方法还有很大的提升空间。

1.1.7 亚临界流体提取技术

亚临界流体具有分子扩散速度快，对溶质组分的溶解性和渗透能力强等特点。所以亚临界流体提取技术以亚临界流体做萃取剂，具有很好的分离效果。田晓花等[10]以四氟乙烷为萃取剂，采用亚临界萃取技术萃取黑花生衣原花青素。实验结果表明最佳工艺条件为：最佳料液比1∶23 g/mL、萃取温度50 ℃、时间45 min、次数3次，萃取量可达9.45 mg/g。实验结果说明采用亚临界流体萃取技术萃取得到的产量大，萃取时间较短，萃取效果更好。

亚临界流体萃取技术经常使用纯水做萃取剂，可以避免有机溶剂对待提取物质的污染，并且绿色环保。目前，亚临界水萃取技术已在多酚类物质、植物精华、果胶等有效成分的提取中得到了广泛应用[11]。

1.1.8 联合辅助提取法

许多单一操作的方法单独使用不能达到理想的提取要求，所以采用多种提取方法联合使用。宋丹靓敏等[12]以黑木耳粉末为材料，研究了超声微波联用辅助提取黑木耳黑色素的方法，并与传统溶剂提取法及超声辅助提取法进行比较。实验结果表明：超声微波联用辅助提取黑木耳黑色素的方法相较于传统溶剂法可节约溶剂的使用量，相较于超声辅助提取法所耗费的时间有所减少，并且可提升黑木耳黑色素得率。

1.2 天然植物色素分离及纯化方法

天然植物色素的分离及纯化有多种方法，现阶段天然植物色素分离纯化法方法有纸层析法、薄层色谱分析法、柱层析法、高效液相色谱法、膜分离技术等。

1.2.1 纸层析法

天然植物色素分离方法中最传统、最简单的分离方法就是纸层析法，只需要滤纸做载体，具有分离快速、设备简易等优点。胡慧玲等[13]以盐藻为研究对象，利用盐藻中β-胡萝卜素极性最小，易溶于石油醚的特点，用丙酮-石油醚混合溶剂提取盐藻中的β-胡萝卜素，再采用纸层析法分离，得到分离后的β-胡萝卜素。进行多次重复试验对多个盐藻样品进行了测定，实验结果表明：回收率在84.1%～112.0%之间。

1.2.2 薄层色谱分析法

薄层色谱分析分离效果好，检测灵敏度高、形成斑点颜色明显稳定，广泛应用于有机合成中跟踪反应进程的检测操作。张倩茹等[14]采用薄层色谱法分离菠菜中的天然植物色素，实验结果表明：在分离温度110 ℃条件下，进行活化30 min，在以石油醚-甲醇(3∶2)为提取剂，石油醚-丙酮(8∶2)为混合展开剂时分离效果最好等。除了分离操作，薄层色谱分析还可用于色素鉴别，樊高洁[15]采用薄层色谱法对黄酮类化合物蒙花苷、刺槐素，倍半萜类化合物豚草素A、野菊花内酯四个不同成分进行定性分析，薄层色谱特征明显。

1.2.3 柱层析法

柱层析法是实验室分离操作常用的一种分离方法，具有操作性强，分离效果较好等特点。吴波等[16]制备红辣椒色素，以乙醇为萃取剂，以硅胶为填料，采用柱层析法分离红辣椒色素，最后采用石油醚重结晶精制。在60～90 ℃石油醚中得到深胭脂红色针状结晶，mp：174～176 ℃。柱层析法有以上提到的很多优点，但也存在分离工序繁琐、分离得到有效成分剂量小、所耗溶剂量大等缺点，所以目前柱层析法还未能实现工业化。

1.2.4 高效液相色谱法

高效液相色谱法广泛应用于有效医药成分提取、环境保护监测、精细石油化工产品分离等行业，是重要的分离分析方法。高效液相色谱法可以同时测定多种色素，在食品药品安全监测方面有重要应用。如郭占魁等[17]采用高效液相色谱法建立一种可以同时测定食品中10种人工合成色素的方法。该方法先采用Pro Elut PWA-2固相萃取小柱，对食品中的色素进行提取净化。实验结果为该方法能在18 min内完成10种人工合成色素的分析检测，分析速度快，10种色素的线性范围为0.5～100 mg/L，检出限在0.05～0.17 mg/kg，具有很大的线性相关性，检测结果准确，加标回收率在72.8%～105.8%，具有较宽的线性范围和较低的检出限，说明高效液相色谱法能够进行灵敏检测。

1.2.5 膜分离技术

膜分离技术是在分子水平上进行过滤分离，使被分离的物质保持原有的活性和结构。膜分离技术的中采用的分离膜种类有很多，各种膜技术广泛应用于各个领域，具有分离纯度高、绿色环保、分子级过滤、易操作等特征。熊福军等[18]采用不同类型的膜分离技术提取栀子黄色素。分别采用50 nm陶瓷膜进行提取、过滤和除杂，3000分子量超滤膜分离纯化，纳滤膜浓缩，三种膜技术制备栀子黄色素。经过三步操作，实验得到栀子黄色素色价为402，OD值稳定低于0.24，其分离纯度非常高。张赛男等[19]探究使用超滤膜、纳滤膜技术纯化、浓缩玫瑰茄花青素，实验联合使用UH100超滤膜和NS027纳滤膜。最后实验组产品得到花青素纯度大，含量高，高达32.7 mg/g干粉重。

1.2.6 高速逆流色谱法

高速逆流色谱具有绿色环保、分析快速、处理量大等优点，是近年来新发展起来的分离技术。我国研究高速逆流色谱的时间虽短，但是现阶段我国的高效逆流色谱法已经获得了很大发展，张琼月等[20]利用高效逆流方法分离提纯紫薯中的紫色花青素，实验得到的紫色花青素含量为1.245 mg/g，与其他方法相比获得产量较高。蒋明廉等[21]采用高效逆流萃取提取分离松树皮低聚体原花青素。他们是国内首次使用高效逆流萃取松树皮提取物，使其有效成份OPC的含量高达95%。使高效逆流色谱分离技术在色素分离领域更加成熟，有利于形成稳定的生产工艺和规模化生产，使产品质量符合要求。

1.2.7 固相萃取法

固相萃取常与高效液相色谱联用，可以降低基质干扰，提高分离纯度，进而提高检测灵敏度。陈连梅等[22]用固相萃取法结合高效液相色谱同时测定肉制品中胭脂红、日落黄、诱惑红和苋菜红4种合成色素的含量。样品先采用固相萃取分离纯化，萃取剂为乙醇、氨水和水溶液(7∶2∶1，V/V/V)，再经C18柱分离，用紫外检测器检测。结果表明：以上4种合成色素检出限为0.0～0.08 mg/kg，分离效果良好，回收率为66.7%～99.7%，相对标准偏差1.9%～3.6%。使用该方法的测定结果准确度较高、精密度较好。

1.2.8 毛细管电泳法

毛细管电泳法发展很快，具有微量高效的特点。罗军漫等[23]联用毛细管电泳法和激光诱导荧光法，同时测定红枣中的荧光桃红B、罗丹明6G、藏红T和孟加拉玫瑰红四种工业染料。实验结果表明最佳分离条件：电泳介质采用硼砂-30%乙腈，浓度为0.01 mol/L，pH为9.5，分离时间8 min。在此条件下上述四种色素能较好的分离。

毛细管电泳法的分离设备的选择与制造体现了显著的优越性，毛细管电泳法还可选择不同规格数量的毛细管而分为为多种分离模式，也可应用于其他领域如蛋白质分离、生物碱、有机酸等。微量高效，分离程度大，灵敏度高等特点使其具有良好的发展前景，相信随着科技的发展，毛细管电泳法将会在更多方面取得更大进展。

1.2.9 结晶法

结晶法主要是利用结晶时选的溶剂的不同改变结晶环境，从而实现分离有效组分。如张瑞等[24]以孔雀草为原料，探究孔雀草脂溶性色素在不同结晶法下的分离效果。该实验分别进行了饱和溶液降温法、外加晶核法、双溶剂结晶法等不同的结晶操作，汇总实验数据，进行对比分析。实验结果为在采用三溶剂结晶法时孔雀草脂溶性色素出现液晶态，而常规的在结晶方法中并没有出现晶体，表明结晶法在色素分离纯化方面还有更多未知因素需要研究探索。

2 结 语

天然植物色素具有应用广泛、来源丰富、附加值高等特点，人们对于天然植物色素的需求越来越高。随着科学技术的发展，天然植物色提取、分离技术的研究与开发已经成为国际范围的大趋势。我国地缘广大，天然色素原材料丰富，在国内外有很大的供求市场，对于我们来说是一个很好的发展机会。因此我们需要加大创新力度，培养专业人才，寻找新的提取分离提纯天然植物色素方法，改进现有技术来适应新的发展需求，探究天然植物色素资源的综合开发利用新途径新方法。