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中国农业科学 2006,39(3):599-605 Scientia Agricultura Sinica 收稿日期:2005-06-16;接受日期:2005-12-07 基金项目:国家自然科学基金(30260072) 作者简介: 李赫(1981-), 男, 吉林四平人, 硕士研究生, 研究方向为天然产物化学。 Tel: E-mail: LH1981126.com。 通讯作者陈敏(1956-), 女,教授,硕士生导师,研究方向为天然产物化学。Tel: E-mail: 不同成熟期枸杞中类胡萝卜素含量的变化规律 李 赫 1,陈 敏1,马文平1,2,王静钰1 (1中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083;2宁夏回族自治区农林科学院,银川 750002) 摘要: 【目的】研究枸杞类胡萝卜素的分析方法,测定枸杞 5 个不同成熟期类胡萝卜素含量,分析其变化规 律。 【方法】通过可见光吸收光谱特性分析了不同成熟期枸杞色素的主要成分,采用薄层色谱和高效液相色谱进行 分离,并鉴定其成分及含量。 【结果】薄层色谱法可以定性分析枸杞中色素,方法快捷、简便。高效液相色谱法可 以在 30 min 内使枸杞样品中的叶绿素、类胡萝卜素及其酯类完全分离并定性、定量分析。试验结果表明,随枸杞 成熟度的增加,玉米黄素双棕榈酸酯的含量逐渐增加;-胡萝卜素的含量变化较小;玉米黄素从青果期至绿熟期 的含量是逐渐减少的,从绿熟期至红熟期的含量基本不变。 【结论】枸杞在成熟过程中总类胡萝卜素含量不断增加, 且主要转化为玉米黄素双棕榈酸酯。 关键词:枸杞;类胡萝卜素;紫外-可见光谱;薄层层析;高效液相色谱 Law of Changes of Carotenoids Contents in Fructus Lycii of Chinese Wolfberry (Lycium barbarum L.) at Different Mature Periods LI He1, CHEN Min1, MA Wen-ping1,2, WANG Jing-yu1 (1College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083; 2Ningxia Agricultural and Forest Sciences Academy,Yinchuan 750002) Abstract: 【Objective】To study the law of changes of the carotenoids contents at different stages in Fructus Lycii of Lycium barbarum L., and the method was studied for the determination of caotenoids in the Fructus.【Method】The composition of the pigments at different stages was analyzed by UV absorption spectrum. Then the pigments was separated and identified by TLC and HPLC.【Result】The method of TLC was simple, fast, it is one of the means of pigments quality mensuration in the Fructus. A simultaneous determination of carotenoids, carotenoid esters and chlorophyll in the Fructus by HPLC in 30 min was developed, it was also used in quantitative and qualitative analysis. With maturation of Fructus Lycii,the content of zeaxanthin dipalmitate increased and became the principal pigment, -carotene did not change obviously, and from green fruit stage to green mature stage the content of zeaxanthin decreased, then held stable until red mature stage. 【Conclusion】It was found that with maturation of Lycium barbarum L., the content of total carotenoids increased, the diversification of the contents mainly resulted from the increase of zeaxanthin dipalmitate. Key words:Lycium barbarum L.;Carotenoids;UV-vis spectrophotometry;TLC;HPLC 0 引言 【本研究的重要意义】 宁夏枸杞 (Lycium barbarum L.)是中国特有的茄科枸杞属植物的果实,西北地区 重要的经济作物。中医认为其具有滋肝补肾、益精明 目等作用,是中国的名贵传统中药。研究表明,枸杞子 中含有丰富的类胡萝卜素, 是枸杞的功能因子之一。 枸 杞子类胡萝卜素中包括烃基类的 -胡萝卜素、羟基类 的玉米黄素以及羟基酯化产物类胡萝卜素脂肪酸酯1。 其中 -胡萝卜素具有维生素 A 的活性, 玉米黄素也具 600 中 国 农 业 科 学 39 卷 有很多生理功能,例如抗氧化、清除自由基、抗癌、 减少心血管疾病发病率和视觉保护等2,3。【前人研 究进展】 目前类胡萝卜素的研究方法主要有分光光度 法4,此方法测定快速,成本低廉;薄层色谱法1,5,6, 可与标样对照来进行定性分析。薄层色谱法的优点是 设备简单、操作方便、分离速度较快;高效液相色谱 法 7 10,对于类胡萝卜素的含量与组成进行定量、定 性分析,是目前采用最多的类胡萝卜素分析方法。李 忠等10对于不同产地及品种的枸杞进行了研究,认为 不同产地及品种的枸杞中类胡萝卜素的组成基本相 同,其组成除含少量玉米黄素和 -胡萝卜素外,97% 以上的类胡萝卜素以酯化形式存在;玉米黄素双棕榈 酸酯为枸杞子中主要的类胡萝卜素,占总量的 77.5% 以上,可作为这类植物的特征类胡萝卜素。【本研究 切入点】目前对于枸杞中类胡萝卜素的研究主要集中 在不同产地枸杞类胡萝卜素含量的研究,但是对于不 同成熟期枸杞类胡萝卜素种类含量缺乏研究,因此笔 者将不同成熟期枸杞中类胡萝卜素的变化规律作为研 究内容。【拟解决的关键问题】本研究采用 3 种不同 方法对不同成熟期枸杞鲜果中的类胡萝卜素含量变化 进行研究,以期了解枸杞果实发育过程中类胡萝卜素 的变化特点,探索类胡萝卜素的积累与转化规律,为 枸杞的种植及生产加工提供理论依据。 1 材料与方法 试验于 20042005 年在中国农业大学天然产物 实验室进行。 1.1 试验材料 枸杞品种为宁夏 1 号, 采自宁夏回族自治区银川, 共采摘 5 个不同成熟期的鲜果:青果期(全果青绿或 浅绿),变色期(绿色至黄绿色),绿熟期(果实外 表呈绿黄色),黄熟期(果体外表黄红色),红熟期 (果实呈鲜红色)。 1.2 主要仪器及试剂 本研究所用的仪器为上海精密科学仪器生产的 752 紫外分光光度计,日本岛津公司生产的高效液相 色谱仪 SPD-M10AVP,北京普析通用公司生产的 UV1901 紫外双光束分光光度计,上海奥豪斯生产的 分析天平 AR1530,上海亚荣生化仪器厂生产的旋转 蒸发仪 RE-52,上海泉岛科贸公司生产的氮吹仪 HGC-12, 青岛海洋化工厂生产的高效硅胶板。 试剂为: 玉米黄素为法国 Extrasynthese 标准品,-胡萝卜素为 德国 Merck 标准品,乙腈、二氯甲烷、正己烷、甲醇 为 Dikma 公司进口分装的色谱纯试剂, 石油醚、 丙酮、 BHT、Na2SO4为国产分析纯。 1.3 试验方法 1.3.1 枸杞类胡萝卜素的制备 称取 2.000 g 不同生 长期的枸杞鲜果, 用蒸馏水研磨浸泡 10 min 去除糖等 水溶性成分,加入 0.01% BHT 抗氧化剂,用 30 ml 石 油醚丙酮=21(v/v)混合溶剂提取 23 次至残渣 无色,合并提取液转入分液漏斗,蒸馏水洗去下层, 无水 Na2SO4干燥,石油醚层用旋转蒸发仪浓缩至干, 定容。在整个提取过程中需避光操作11。样品供紫外- 可见扫描、薄层层析及高效液相色谱分析用。 1.3.2 不同成熟期枸杞中类胡萝卜素的紫外-可见光 测定 将 1.3.1 处理的样品溶于石油醚中用紫外-可见 分光光度计扫描色素的吸收光谱, 扫描范围 300800 nm。 1.3.3 不同成熟期枸杞中类胡萝卜素薄层色谱测定 将不同成熟期的枸杞类胡萝卜素提取液在高效硅胶板上 点样后置于暗处展开。展开剂为石油醚丙酮=1003.5 (v/v);对于含有极性色素种类较多的,采用石油醚: 丙酮=73(v/v)为展开剂。观察斑点的位置,测定 Rf值并与随行标样对照定性。 1.3.4 玉米黄素双棕榈酸酯的制备 将红熟期枸杞 色素提取液浓缩在 100 mm200 mm 的高效硅胶板上 点样,以石油醚丙酮=1004(v/v)为展开剂,取 出薄层板后用氮气迅速吹干溶剂,刮下颜色最深的色 素层析带,即为玉米黄素双棕榈酸酯1,10。用石油醚: 丙酮=101(v/v)为溶剂溶出色素,离心,上清液在 38减压干燥,密封保存待测5。 1.3.5 不同成熟期枸杞中类胡萝卜素的高效液相色 谱测定 色谱条件:高效液相色谱检测器为二极管阵 列检测器(PAD),色谱柱为 Diamonsil TM C18(迪 马公司产品,5 m,25 cm4.6 mm),流动相:甲 醇乙腈二氯甲烷:正己烷=15402020 (v/v/v/v),柱温 25,流速 1 mLmin-1,等度洗脱, 450 nm 波长检测。取 1.3.1 处理的样品各 10 l 进样, 记录保留时间及各组分的光谱图与标品对照定性。 1.4 统计分析 对 HPLC 得到的色谱图,用岛津公司的 class-vp 软件转化为峰面积,按外标法定量。用 Excel 进行方 差分析。 2 结果与分析 2.1 不同成熟期枸杞色素的紫外光谱分析 3 期 李 赫等:不同成熟期枸杞中类胡萝卜素含量的变化规律 601 植物果实中含有的色素随成熟度的变化而变化, 通过紫外-可见光扫描吸收峰的变化可以定性了解不 同成熟期枸杞色素的变化。由图 1 看出,青果期枸杞 (提取液呈墨绿色) , 分别在 668、 533、 448 和 411 nm 有 4 个最大吸收峰。与文献对照6,12可知,668、533 和 411 nm 为叶绿素的特征吸收峰。448 nm 处为类胡 萝卜素的吸收峰,这一吸收峰值相对较小,说明青果 期类胡萝卜素含量相对较少。变色期、绿熟期(图 1 中的 2,3)的叶绿素在 668 nm 处的特征吸收峰值显 著变小,而提取色素的主要吸收波长是在 473 和 450 nm 处, 是类胡萝卜素的特征吸收峰, 说明枸杞在这一 生长阶段叶绿素含量减少而类胡萝卜素形成。从图 1 中的黄熟期、红熟期(图 1 中的 4,5)扫描结果可见 叶绿素的吸收峰消失, 类胡萝卜素的吸收峰显著增加。 1. 青果期;2. 变色期;3. 绿熟期;4. 黄熟期;5. 红熟期 1. Green fruit stage; 2. Color changing stage; 3. Green mature stage; 4. Yellow mature stage; 5. Red mature stage 图 1 不同成熟期枸杞类胡萝卜素的吸收光谱图 Fig. 1 Absorption spectra of carotenoids at different mature stages 2.2 不同成熟期枸杞色素的薄层色谱定性与分析 将 5 个不同时期采摘的样品提取物分别在硅胶高 效薄层板上点样,分为两组按 1.3.3 条件展开。 如图 2 所示以石油醚丙酮=1003.5 为展开剂 分析枸杞中类胡萝卜素酯的变化。青果期含有 -胡萝 卜素(点 10),玉米黄素(点 1),原点处的暗灰色 的脱镁叶绿素 a 和绿色的色素,未见成熟枸杞中含量 最高的玉米黄素双棕榈酸酯(点 7);变色期、绿熟 期除含有 -胡萝卜素(点 10)、玉米黄素(点 1)及 原点处的脱镁叶绿素 a、绿色的色素外,可以明显见 到有玉米黄素双棕榈酸酯(点 7)及其它类胡萝卜素 酯生成; 黄熟期、 红熟期只含有 -胡萝卜素 (点 10) 、 玉米黄素(点 1)、玉米黄素双棕榈酸酯(点 7)和其 它类胡萝卜素酯,原点处几乎不含叶绿素类物质。 S1. 玉米黄素双棕榈酸酯; S2. -胡萝卜素; S3. 玉米黄素; M1. 青果期; M2. 变色期;M3. 绿熟期;M4. 黄熟期;M5. 红熟期;110. TLC 中 不同色素斑点的位置 S1. Zeaxanthin dipalmitate; S2. -carotene; S3. Zeaxanthin; M1. Green fruit stage; M2. color changing stage; M3. green mature stage; M4. Yellow mature stage; M5. Red mature stage; 1-10. The position of different pigments in TLC 图 2 不同成熟期枸杞类胡萝卜素的薄层层析图 Fig. 2 TLC of carotenoids at different mature stages 由图 2 可见,薄层板原点处成分较为复杂,尤其 是青果期、变色期的样品原点处有黄色、墨绿色、绿 色的色素,为了定性评价图 2 原点处的组分,采用极 性较大的分离条件石油醚丙酮=73(v/v)对青果 期、变色期的样品展开。由图 3 可以看出采用极性较 大的分离条件后,可以清楚地看出样品含有玉米黄素 (点 1) , 绿色色素 (点 2、 3) 和脱镁叶绿素 a (点 4) 。 青果期脱镁叶绿素 a 的含量较高,这与青果期紫外扫 描得到结论可以相互验证。变色期与青果期相比,绿 色素(点 2、3)和脱镁叶绿素 a(点 4)的相对含量 减少,类胡萝卜素酯显著增加(图 2)。后 3 个时期 在相同条件展开后都不含有叶绿素,也可能是色素含 量过低,薄层方法难以检出,故不再列举。 2.3 不同成熟期枸杞色素的高效液相色谱分析 对青果期、变色期、绿熟期、黄熟期、红熟期分 别进行检测,其中变色期与绿熟期 HPLC 谱图的峰数 及其保留时间一致,黄熟期与红熟期 HPLC 谱图形的 峰数及其保留时间一致。因此,不再重复列出绿熟期 与黄熟期的 HPLC 图(图 46)。 602 中 国 农 业 科 学 39 卷 枸杞中的类胡萝卜素色谱峰由其保留时间及与图 7 对照确认,枸杞样品中各种胡萝卜素均达到完全分 离。图 47 中峰 1 为玉米黄素,峰 3 为 -胡萝卜素。 S1. 玉米黄素双棕榈酸酯; S2. -胡萝卜素; S3. 玉米黄素; M1. 青果期; M2. 变色期;15. TLC 中不同色素斑点的位置 S1. Zeaxanthin dipalmitate; S2. -carotene; S3.zeaxanthin; M1. green fruit stage; M2. Color changing stage; 1-5. The position of different pigments in TLC 图 3 青果期和变色期类胡萝卜素的薄层层析图 Fig. 3 TLC of carotenoids at green fruit stage and color changing stage a、b、c. 叶绿素的色谱峰;1、3. 类胡萝卜素色谱峰 a, b, c. The peaks of chlorophyll;1, 3. The peaks of carotenoids 图 4 青果期类胡萝卜素的 HPLC 图 Fig. 4 HPLC of carotenoids at green fruit stage 图6中的峰11含量占枸杞中总类胡萝卜素的75% 以上,通过光谱图、薄层色谱并与文献对照7,验证 其为玉米黄素双棕榈酸酯。图 4、5 中峰 a、峰 b、峰 c 在二极管阵列检测中的光谱最大吸收波长都为叶绿 素的特征吸收峰12,这与薄层色谱得到的结论相互验 证,判断峰 a、b、c 为叶绿素类。其它峰均表现为类 胡萝卜素特征峰,经皂化验证都是类胡萝卜素酯。因 此,在所使用的分析条件下可完成不同成熟期枸杞类 萝卜素的分离,不仅对类胡萝卜素及其酯类有良好的 分离,同时对叶绿素也有较好的分离效果。 a、b、c. 叶绿素的色谱峰;112. 不同的类胡萝卜素色谱峰 a, b, c. The peaks of chlorophyll;1-12. The peaks of different carotenoids 图 5 变色期类胡萝卜素的 HPLC 图 Fig. 5 HPLC of carotenoids at color changing stage 112. 不同的类胡萝卜素色谱图 1-12. The peaks of different carotenoids 图 6 红熟期类胡萝卜素的 HPLC 图 Fig. 6 HPLC of carotenoids at red mature stage 3 期 李 赫等:不同成熟期枸杞中类胡萝卜素含量的变化规律 603 1. 玉米黄素;3. -胡萝卜素;11. 玉米黄素双棕榈酸酯 1. Zeaxanthin;3. -carotene;11. Zeaxanthin dipalmitate 图 7 标样的色谱图 Fig. 7 Chromatograms of standard sample 2.4 不同成熟期枸杞色素含量的变化 2.4.1 标准工作曲线 取对照品玉米黄素、 -胡萝卜 素溶液分别稀释到 0.1、 0.2、 0.4、 0.8、 1.6、 3.2 gml-1, 枸杞子中玉米黄素双棕榈酸酯的含量相对较高,所以 取对照品玉米黄素双棕榈酸酯分别稀释到 8、16、32、 64、128、256 gml-1,按照 1.3.5 选定的色谱条件进 样,以峰面积对浓度绘制标准曲线。并根据信噪比 S/N=3,测得各组分检出限。由表可见,3 组分在设定 的浓度范围内线性关系良好。 2.4.2 不同成熟期枸杞色素含量的变化 取不同成 熟期的枸杞样品按 1.3.1 样品处理方法, 在选定的液相 色谱条件下进样,测定 100 g 枸杞(干基)主要的类 胡萝卜素含量随成熟期的变化。 如图 8 枸杞中玉米黄素双棕榈酸酯的含量随枸杞 成熟度的增加而增加;尤其是在黄熟期至红熟期增加 的较快,图 9 中 -胡萝卜素的含量变化不大,无明显 的规律性,玉米黄素从青果期至绿熟期的含量是不断 减少的;从绿熟期至红熟期的含量基本不变。 M1. 青果期;M2. 变色期;M3. 绿熟期;M4. 黄熟期;M5. 红熟期。 下同 M1. Green fruit stage; M2. Color changing stage; M3. Green mature stage; M4. Yellow mature stage; M5. Red mature stage. The same as below 图 8 玉米黄素双棕榈酸酯含量随不同成熟期的变化 Fig. 8 Diversification of the ZDP contents at different mature stages 图 9 游离类胡萝卜素含量随不同成熟期的变化 Fig. 9 Diversification of the free carotenoids contents at different mature stages 表 枸杞子中类胡萝卜素的标准曲线方程 Table Standard curve of carotenoids in Fructus Lycii 类胡萝卜素 Carotenoids 回归方程 Regression equations 线性范围 Linear range (gml-1) 相关系数(R2) Correlation coefficient 检测限 Detection limit (S/N=3) (gml-1) -胡萝卜素 -carotenoid Y=0.808610-5X -0.0085 0.13.2 0.9998 0.02 玉米黄素 Zeaxanthin Y =0.611510-5X-0.05534 0.13.2 0.9991 0.05 玉米黄素双棕榈酸酯 Zeaxanthin dipalmitate Y =1.55810-5X-2.5487 8256 0.9994 0.2 Y. 浓度 Concentration (gml-1);X. 峰面积 Peak area 604 中 国 农 业 科 学 39 卷 3 讨论 3.1 薄层色谱与高效液相色谱分析方法的建立 由图 2 可见,本文采用的分离条件可以有效地分 离类胡萝卜素及其酯类,与文献1相比,分离组分由 6 个达到了 10 个, 为枸杞中类胡萝卜素的定性研究提 供了简便有效的方法。采用的展开剂石油醚丙酮 =1003.5, 对类胡萝卜素酯和极性较小的类胡萝卜素 分离效果良好。但由于枸杞色素较多,且极性差异较 大,对玉米黄素、脱镁叶绿素 a 和绿色色素分离效果 不理想,且在该展开剂条件下玉米黄素不能被展开。 因此,无法判断原样中是否存在玉米黄素。试验研究 的展开剂石油醚丙酮=73(v/v)对枸杞中高极性 色素的分离作了较好的补充,原本在薄层展开条件石 油醚丙酮=1003.5(v/v)下,青果期和变色期在 原点胡萝卜素酯和极性较小的类胡萝卜素不能分离。 因此,用薄层层析法分析不同成熟期枸杞色素的变化 要选择上述两个薄层条件。 游离类胡萝卜素的分离所使用的流动相多是溶剂 强度较强的,如甲醇、乙腈等,配以少量的弱极性溶 剂,如二氯甲烷、乙酸乙酯等。枸杞中的类胡萝卜素 主要是以酯形式存在, 完全酯化的类胡萝卜素在甲醇、 乙腈中不溶,所以分离需用的流动相跟分离游离类胡 萝卜素的流动相不同,要提高弱极性溶剂的比例。试 验用甲醇乙腈二氯甲烷正己烷=154020 20(v/v/v/v),可将枸杞色素分离出 12 个类胡萝卜素 的色谱峰,与文献10相比,分离结果相似,但对类 胡萝卜素酯的分离较好,多分离出了两个峰,可能是 试验得出的流动相对类胡萝卜素酯的选择性较好,同 时试验在研究青果期、变色期的色素时发现,该流动 相条件对叶绿素也有较好的分离。 3.2 枸杞中主要类胡萝卜素的变化规律 自然界的类胡萝卜素种类繁多,在提取纯化中多 易降解,多数类胡萝卜素及类胡萝卜素酯的标样难以 制备和购得。本文对枸杞中的玉米黄素、-胡萝卜素、 玉米黄素双棕榈酸酯做了定性、定量分析,虽然种类 较少,但仍可以反映出枸杞类胡萝卜素的主要变化趋 势。 从图 46 及图 8 可以看出, 枸杞成熟的过程中类 胡萝卜素的变化主要是玉米黄素双棕榈酸酯的积累, 青果期到红熟期玉米黄素双棕榈酸酯从0.148 mg100g-1 增加到 303 mg100g-1,占红熟期类胡萝卜素总量的 70%以上。玉米黄素和 -胡萝卜素是枸杞中玉米黄素 双棕榈酸酯合成的前体,且生理活性意义较大2,其 含量是评价枸杞子品质的重要数据。其它类胡萝卜素 酯的含量较少,成熟过程中相对变化较小,且类胡萝 卜素酯生理活性意义不大13,所以在现阶段没有进行 研究,可以在得到合适的液质条件后进行研究。 4 结论 4.1 采用光谱法、 薄层色谱法和高效液相色谱法分别 定性定量分析了不同成熟期枸杞中的 3 种主要类胡萝 卜素变化。植物在生长过程中,类胡萝卜素在酶的作 用下是不断转化的;玉米黄素双棕榈酸酯的含量随枸 杞成熟度的增加而增加,且在枸杞类胡萝卜素中所占 比例也在增大,是类胡萝卜素积累的主要形式,是成 熟枸杞的特征类胡萝卜素;玉米黄素从青果期至绿熟 期的含量是不断减少的;从绿熟期至红熟期的含量基 本不变。与玉米黄素双棕榈酸酯大量增加相比,玉米 黄素减少的量小得多,说明枸杞成熟过程中不断生成 玉米黄素的同时,玉米黄素也在不断的生成玉米黄素 双棕榈酸酯。 4.2 本研究所建立的薄层色谱法作为一种快速分离 样品中类胡萝卜素和叶绿素的方法,可以定性分析枸 杞中色素的形成与变化的规律,方法快捷、简便。建 立的高效液相色谱方法可在 30 min 内使枸杞样品中 的叶绿素、 类胡萝卜素及其酯类完全分离, 可以定性、 定量分析枸杞中色素的形成与变化的规律。 4.3 通过研究了解枸杞果实发育过程中主要类胡萝 卜素的变化特点,探索植物生长过程中类胡萝卜素的 积累与转化规律,为枸杞的种植及生产加工提供理论 依据。 References 1 彭光华, 李 忠, 张声华. 薄层色谱法分离鉴定枸杞子中的类胡萝 卜素. 营养学报,1998,20(1): 76-78. 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