基本介紹
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介紹
植物的花、葉、果實、皮等往往呈現出各種各樣的顏色,這與植物自身內部的天然色素有關。植物體內的一些有機分子(色素) 在陽光的照射下,吸收了一定頻率的有色光後,分子內電子發生振動躍遷現象。由於各種植物的有機分子(色素) 中的電子成鍵能力不同,電子激發躍遷時所需的能量也就不一樣,故對吸收光的頻率就有一定的選擇性。而不同植物具有合成適應自身特點的有機色素分子的能力各有差異,因此,不同的植物就表現出不同的體色及花色,從而使大自然呈現出奼紫嫣紅的美麗景色。
植物的體色和花色是以所含有的色素為主體而呈現出來的,但不能認為花色的種類就是色素的種類,因為即使是完全相同的色素,由於花瓣中的生理條件不同,也會顯現完全不同的顏色,如從藍色的鴨跖草、矢車菊、牽牛花中用含有少量鹽酸的甲醇浸提出的卻是紅色系的色。反之,含有種類不相同色素的植物組織卻有可能具有完全相同的顏色。一般來說,各種植物都由有其相對穩定的色素分子組成,但隨著季節的變化及環境的影響,植物體色及花色也相應地有所改變。這不只是完全由植物生長激素的調節來決定的,也與色素分子結構及外界環境因素等有著非常密切的關係。
分類
植物色素類（Phytochromes）在中草藥中分布很廣，按照溶解性，主要有脂溶性色素與水溶性色素兩類。按來源，主要有天然植物色素和合成植物色素。
脂溶性色素
脂溶性色素主要為葉綠素、葉黃素與胡蘿蔔素，三者常共存；此外尚有藏紅花素、辣椒紅素等。除葉綠素外，多為四萜衍生物。這類色素不溶於水，難溶於甲醇，易溶於高濃度乙醇、乙醚、氯仿、苯等有機溶劑。胡蘿蔔素在乙醇中也不溶。葉綠素等在製備中草藥製劑或提取其他有效成分時常須作為雜質去除，以使藥物純化，中草藥（特別是葉類、全草類）的乙醇提取液中含有多量葉綠素、可在濃縮液中加水使之沉出，也可通過氧化鋁、碳酸鈣等吸附劑而除去。葉綠素本身有抑菌作用，可製備成消炎的藥物。
水溶性色素
水溶性色素主要為花色甙類，又稱花青素，普遍存在於花中。溶於水及乙醇，不溶於乙醚、氯仿等有機溶劑，遇醋酸鉛試劑會沉澱，並能被活性炭吸附，其顏色隨pH的不同而會改變。花色甙在製備中草藥製劑或提取有效成分時，常作為雜質去除。
天然植物色素
天然植物色素的分類
植物中的天然色素按化學結構的不同,可以分為四大類:
(1) 吡咯衍生物類色素:是以四個吡咯環構成卟吩為基礎的天然色素,它們廣泛地存在於綠色植物的葉綠體中,葉綠素是其主要代表。在高等植物中,葉綠素主要有兩種類型,即葉綠素a 呈藍綠色和葉綠素b 呈黃綠色,它們的比例為3∶1。
(2) 多烯類色素:是由異戊二烯(CH2 = C(CH3) - CH = CH2) 為單元組成的共軛雙鍵長鏈為基礎的一類色素,為脂溶性色素,主要存在於綠色植物的果實中,如蕃茄紅素、辣椒紅素和玉米黃素等。
(3) 酚類色素:為水溶性或醇溶性色素,是多元酚的衍生物,可分為黃酮類、花青素類和單寧三大類。如矢車菊色素、天竺葵色素、飛燕草色素、芍藥色素、牽牛花色素和橙皮素等。
(4) 酮類和醌類衍生物色素:它們的種類較少,主要存在於植物的地下莖和黴菌分泌物及紅甜菜中。
天然植物色素的特點
(1) 絕大多數天然色素無毒、副作用,安全性高。
(2) 天然植物色素大多為花青素類、黃酮類、類胡蘿蔔類化合物,因此,食用天然色素不但無毒無害,而且很多食用天然色素含有人體必須的營養物質或本身就是維生素或具有維生素性質的物質。如核黃素、番茄紅素、玉米黃色素、β- 胡蘿蔔素等,尤其是β- 胡蘿蔔素,國家已歸類為營養強化劑,用於食品強化可防止人體維生素A 的缺乏症和乾眼病等。還有一些天然色素具有一定的藥理功能,對某些疾病有預防和治療作用。
(3) 天然植物色素不但具有著色作用而且具有增強人體功能、保健防病等功效。如芸香苷天然食用黃色素具有使人維持毛細管正常抵抗能力和防止動脈硬化等功能,在醫學上一直作為治療心血管系統疾病的輔助藥物和營養增補劑。
(4) 天然色素的著色色調比較自然,更接近於天然物質的顏色。
(5) 大部分天然色素對光、熱、氧、金屬離子等很敏感,穩定性較差。
(6) 絕大多數天然色素染著力較差,染著不易均勻。
(7) 天然色素對pH 值變化十分敏感,色調會隨之發生很大變化。如花青素在酸性時呈紅色,中性時呈紫色,鹼性時呈藍色。
(8) 天然色素種類繁多、性質複雜,就一種天然色素而言,套用時專用性較強,運用範圍狹窄。
合成植物色素
19 世紀中葉以前,人們套用比較粗製的天然色素作為食用色素。1856 年,英國的Perkins 第一個合成苯胺紫 ,隨後許多色素相繼被合成,由於其具有色澤鮮艷,穩定性好,著色力強,適於調色,易於溶解,品質均一,無臭無味,價格便宜的優點,很快取代了食用天然色素在食品中的套用。
但隨著毒理學的發展,人們認識到合成色素主要以苯、甲苯、萘等為原料經化學合成,多屬苯胺類色素,它不僅無任何營養價值,而且對人體健康有害。如在肉類醃製時最常用的亞硝酸鈉,其毒性較強,在藥物學中稱為劇藥;有些合成色素在人體代謝過程中能產生有害物質,在合成過程中也可能被其它有害的化學物質污染。因此現在各國已允許用作色素的合成元素,無論是品種還是數量都越來越少。
提取
從植物中提取色素的生產工藝主要有以下幾種:
溶劑萃取法
用有機溶劑浸提,然後再經過濾、減壓濃縮、真空乾燥精製等工藝過程得到最終產品。提取色素所用的溶劑根據色素的性質、所用原料等情況有不同的選擇,常用的有水、酸鹼溶液、有機溶液,如乙醇、丙酮、烷烯烴、苯等,油脂類及二氧化碳等。此法工藝簡單,但產品質量不太理想, 往往存在色素溶解性差,色澤變化較大等缺點,且萃取過程要用大量的溶劑(常用的如乙醇) , 回收困難,導致產品生產成本高。常用於試驗研究,是一種比較常用的方法。
超臨界流體萃取法
是食品工業新興的一項萃取和分離技術,是使用高於臨界溫度、臨界壓力的流體作為溶劑的萃取過程。處於臨界點附近的流體不僅對物質具有極高的溶解能力,而且物質的溶解度隨體系的壓力或溫度的變化而變化,從而通過調節體系的壓力或溫度就可方便地進行選擇性地萃取分離物質,常用CO2 作為萃取劑。其主要優點是: (1) CO2無毒,阻燃,不易爆,不腐蝕設備,不污染產品; (2) CO2的臨界溫度( Tc = 31 ℃) 接近常溫,臨界壓力也低( Pc = 7. 8MPa) ,可防止熱敏性物質的分解和損失,可使芳香物質保持原有的香味; (3) 超臨界CO2與溶質分離後,只要重新壓縮就可循環使用,不必象液—液萃取那樣需要蒸餾處理回收溶劑,因而生產效率高,可節省大量能源,但超臨界設備一次性投資較大,而且萃取天然色素的工藝尚不成熟,所以未得到廣泛套用。
吸附精製法
採用大孔樹脂吸附,大孔吸附樹脂是一類以吸附為特點,對有機物具有濃縮、分離作用的高分子聚合物,在有機物分離、製備與提純等方面具有廣泛的套用。吸附樹脂對物質的吸附作用不僅同樹脂的物理和化學性質有關,而且同吸附物質的性質、介質的性質及操作方法等因素有關。多用於提取花青素類色素,它是將植物用酸性溶液浸提後過濾,濾液用大孔吸附樹脂吸附後再用合適的溶劑洗脫,將洗脫液濃縮或噴霧乾燥即得最終產品。經過大孔吸附樹脂的處理,色素得到了純化。它的工藝比溶劑法複雜,但產品的質量好,回收率高。
