紫薇花色素化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的初步研究*

李文芳，向昌國,2，王立志，胡　婷

(1 吉首大學(xué)城鄉(xiāng)資源與規(guī)劃學(xué)院，湖南　張家界　427000； 2 吉首大學(xué)生態(tài)旅游湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南　張家界　427000；3 吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南　張家界　427000)

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紫薇花色素化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的初步研究*

李文芳1，向昌國1,2，王立志1，胡婷3

(1 吉首大學(xué)城鄉(xiāng)資源與規(guī)劃學(xué)院，湖南張家界427000； 2 吉首大學(xué)生態(tài)旅游湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南張家界427000；3 吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南張家界427000)

紫薇花天然色素因具有安全性和著色效果好，在食品與工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。本文以紫薇花為原料，對紫薇花色素進(jìn)行了初步的純化。在此基礎(chǔ)上研究了紫薇花色素的化學(xué)性質(zhì)、并采用紫外-可見光譜及液相色譜進(jìn)行了分析。通過特征顏色反應(yīng)、紫外光譜及液相色譜圖，驗(yàn)證紫薇花色素屬于花色苷類化合物，且存在6種花色苷成分，為進(jìn)一步鑒定、分析花色苷組成墊定基礎(chǔ)。

紫薇花；色素；化學(xué)性質(zhì)；紫外-可見光譜；液相色譜

紫薇(Lagerstroemiaindica)又名滿堂紅、百日紅、癢癢樹，屬千屈菜科紫薇屬，炎夏少花季節(jié)開花，花期長達(dá)3個(gè)月，在現(xiàn)代園林綠化中有著廣泛的應(yīng)用。據(jù)記載，紫薇的葉、根和花均入藥[1-4]。紫薇花色素是一種純天然色素，對人體無毒害作用，屬水溶性色素。在弱酸性環(huán)境下呈紅色，色澤鮮艷，是一種良好的食品著色劑；理化性質(zhì)穩(wěn)定，可用做食品添加劑；紫薇花資源豐富，是一種極具開發(fā)前景的天然色素資源[5]。目前國內(nèi)外對紫薇花色素的提取及花青素成分做了大量的研究，陳洪等[5]對大葉紫薇花色素的提取及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；余凡等[6]采用微波法對紫薇花色素的提取工藝進(jìn)行了探討；SalehN.A.M[7]最早對紫薇花青素組成進(jìn)行研究，鑒定紫薇花瓣中含有飛燕草素-3-O-阿拉伯糖苷，矮牽牛素-3-O-阿拉伯糖苷和錦葵素-3-O-阿拉伯糖苷；Egolf等[8]指明紫薇花瓣中所含色素分別是飛燕草素、矮牽牛素和錦葵素的3-O-葡糖苷，并指出紫薇花瓣中只含有這種花青素糖苷；張潔[9]首次在紫薇花中發(fā)現(xiàn)矢車菊素-3-O-葡萄糖苷；晏麗等[10-11]分別采用正交法和響應(yīng)面法優(yōu)化了紫薇花色素的提取工藝，同時(shí)對其穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。本文在對紫薇花色素純化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對紫薇花色素的一些化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，為科學(xué)利用該色素提供一定的理論基礎(chǔ)。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1材料與試劑

紫薇花瓣于2014年8月份采自于吉首大學(xué)張家界校區(qū)校園內(nèi)，經(jīng)吉首大學(xué)廖博儒研究員鑒定為千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)。

乙腈為色譜純；甲醇、濃鹽酸、甲酸、磷酸等均為國產(chǎn)分析純；AB-8大孔樹脂購自湖南匯虹化學(xué)試劑公司，實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2儀器與設(shè)備

Agilent 1260型高效液相色譜美國安捷倫公司；U3900型紫外可見分光光度計(jì)；日本日立公司；R215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，瑞士BUCHI；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3方法

1.3.1紫薇花色素的提取及純化

紫薇花色素的提取參照晏麗等[10]的方法，并在50 ℃條件下進(jìn)行濃縮至1/4體積，得到色素濃縮液。

色素的萃?。簠⒄仗瓶巳A等[12]的方法，依次使用正丁醇:石油醚(1:4，V/V)、乙醚、乙酸乙酯對色素濃縮液進(jìn)行萃取，重復(fù)三次。對萃取后的色素在室溫下減壓蒸去乙醚和乙酸乙酯，得到花色素精制液。

色素的純化：選用1 cm × 50 cm 層析柱，AB-8大孔吸附樹脂，濕法裝柱，柱高20 cm。加10 mL花色素精制液，依次用蒸餾水，60%的乙醇進(jìn)行洗脫，收集60%乙醇部分并進(jìn)行濃縮至干。用0.1% HCl甲醇溶液溶解，得到深紅色透明的均一溶液[13]。

1.3.2紫薇花色素的定性分析

1.3.2.1紫薇花色素類型的定性分析

稱取紫薇花花瓣1.00 g放入三角瓶中，分別加入石油醚、10.0% HCl和30.0% NH3.H2O 約10 mL，觀察顏色變化并進(jìn)行記錄[14]。

1.3.2.2類黃酮的顯色反應(yīng)

各取2 mL紫薇花色素甲醇溶液，進(jìn)行下列顯色反應(yīng)[15-17]。

(1) 濃鹽酸-鋅粉反應(yīng)：加入少量鋅粉，然后加入10滴濃鹽酸，搖勻，靜置1 h。

(2) 三氯化鐵反應(yīng)：加入數(shù)滴FeCl3溶液(濃度為1 g/100 mL)。

(3) 醋酸鉛反應(yīng)：向其中滴加新配的飽和中性醋酸鉛溶液，搖勻，靜置2 h。

(4) 用檸檬酸和磷酸二氫鈉配置不同pH值的緩沖溶(pH 2、3、4、5、6、7、8)。分別取不同pH值的緩沖溶液5 mL于小試管中，滴加紫薇花色素甲醇溶液0.1 mL，震蕩，觀察其顏色變化。

1.3.3紫薇花色素的紫外-可見光譜掃描

色素甲醇溶液的光譜測定：取5 mL上述紫薇花色素甲醇溶液，以甲醇為對照，在200～800 nm范圍內(nèi)進(jìn)行全波長掃描，觀察色素溶液的吸收光譜特性[18]。

1.3.4紫薇花紅色素的高效液相色譜分析[9]

色譜條件：色譜柱Kromasil C18柱(2504.6 mm，5 μm)；流動相：磷酸:甲酸:乙腈:水=75:100:275:300(A)-磷酸:水=75:425(B相)，梯度洗脫(0～30 min，10%A～85%A；30～40 min，85%A～10%A)；流速：0.8 mL/min；柱溫：35 ℃；檢測波長：525 nm；進(jìn)樣量：10 μL。

2　結(jié)果與討論

2.1石油醚、鹽酸和氨水測試結(jié)果

石油醚反應(yīng)無色，說明不含類胡蘿卜素；鹽酸測試出現(xiàn)亮紅色，說明含花色素苷；氨水測試出現(xiàn)淡黃色，意味著含有類黃酮類化合物。因此，紫薇花色素屬于類黃酮類色素。

2.2色素的特征顯色反應(yīng)檢識

(1)濃鹽酸-鋅粉反應(yīng)：向其中加入少許鋅粉，振蕩，發(fā)現(xiàn)溶液顏色無變化；繼續(xù)加入濃鹽酸振蕩處理，溶液變深，并伴有泡沫產(chǎn)生。若只加鹽酸，則無氣泡產(chǎn)生。該反應(yīng)結(jié)果表明紫薇花色素屬黃酮類化合物，能在鹽酸-鋅粉作用下被氫氣還原。

(2)三氯化鐵反應(yīng)：振蕩后發(fā)現(xiàn)顏色由紅色變?yōu)樗{(lán)色，并最終變?yōu)辄S褐色。FeCl3為常用酚類顯色劑，該反應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步表明色素分子中有酚羥基。

(3)中性醋酸鉛反應(yīng)：向其中滴加新配制的飽和中性醋酸鉛溶液，發(fā)現(xiàn)其顏色由紅色變?yōu)樗{(lán)綠色，并產(chǎn)生少量藍(lán)綠色沉淀；隨著飽和中性醋酸鉛溶液加入量增大，沉淀物也逐漸增多。取該藍(lán)綠色沉淀，然后加入冰醋酸，則沉淀溶解并重新轉(zhuǎn)紅色溶液。該反應(yīng)結(jié)果表明色素分子中有酚羥基，能與鉛鹽生成有色絡(luò)合物。

(4)不同pH值得顏色反應(yīng)：在可見光下觀察，當(dāng)pH為2、3、4時(shí)顏色呈粉紅色且顏色逐漸變淺，當(dāng)pH值為5、6時(shí)顏色呈橙黃色，當(dāng)pH值為7、8時(shí)顏色呈草綠色。根據(jù)這個(gè)可知，紫薇花色素屬于花色苷類化合物。

2.3紫薇花紅色素的紫外-可見光譜掃描圖

圖1　色素甲醇溶液的紫外-可見吸收光譜

根據(jù)圖1可知，紫薇花紅色素在紫外區(qū)最大吸收波長是272 nm，可見光區(qū)為538 nm。當(dāng)向色素溶液中加入5%AlCl3溶液，其最大吸收波長并未發(fā)生藍(lán)移，說明其花色苷母核結(jié)構(gòu)B環(huán)不存在鄰位酚羥基，說明其可能是天竺葵色素、芍藥色素、錦葵色素。

2.4紫薇花紅色素的DAD檢測分析

圖2　色素甲醇溶液的高效液相色譜圖

花色苷屬于類黃酮類化合物，在紫外區(qū)280 nm附近和可見光區(qū)520 nm附近均存在特征吸收峰。與其他類黃酮類化合物(如黃酮、黃烷醇、黃酮醇等)的紫外-可見吸收光譜顯著不同的是：當(dāng)選擇520 nm作為檢測波長時(shí)，僅有花色苷能夠被檢測到；選擇紫外區(qū)的特征吸收峰進(jìn)行檢測時(shí)，其他的黃酮化合物與花色苷一起被檢測出來[19]。因此，可運(yùn)用可見光區(qū)來分析紫薇花色素，并將其與其他黃酮類化合物區(qū)分開。根據(jù)上面的液相色譜圖可知，當(dāng)檢測波長是525 nm，總共存在6個(gè)吸收峰，可以確定在紫薇花色素中存在6個(gè)花色苷成分。

3　結(jié)　論

本實(shí)驗(yàn)對紫薇花色素進(jìn)行了提取，并進(jìn)行初步的純化，并在此基礎(chǔ)上研究了色素的化學(xué)性質(zhì)，紫外-可見吸收光譜及高效液相色譜圖，得出以下結(jié)論：

(1)通過石油醚、鹽酸和氨水測試結(jié)果及類黃酮的顯色反應(yīng)，可以初步推斷紫薇花色素屬于花色苷類化合物；

(2)色素甲醇溶液的紫外-可見吸收光譜在波長200～800 nm 內(nèi)存在2個(gè)最大吸收波長，分別是272 nm和538 nm，加入5%AlCl3溶液，其最大吸收波長并未發(fā)生藍(lán)移，說明其花色苷母核結(jié)構(gòu)B環(huán)不存在鄰位酚羥基，說明其可能是天竺葵色素、芍藥色素、錦葵色素；

(3)通過液相檢測，發(fā)現(xiàn)該色素中存在6個(gè)吸收峰，分別對應(yīng)6種不同的花色苷。

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Preliminary Study on Chemical Properties and Molecular Structure of Pigment fromLagerstroemiaindicaFlowers*

LIWen-fang1,XIANGChang-guo1,2,WANGLi-zhi3,HUTing3

(1 College of Resource and Planning Sciences, Hunan Zhangjiajie 427000; 2 Key Laboratory of Hunan Ecological Tourism, Hunan Zhangjiajie 427000; 3 Key Laboratory of Hunan Forest Products and Chemical Industry Engineering, Jishou University, Hunan Zhangjiajie 427000, China)

As Crape myrtle flower pigments is safety and shading effect is good, it is widely used in food and industrial fields. Used crape myrtle flower as raw material, the preliminary purification of crape myrtle flower pigment was carried on. On the basis of the study, the chemical properties were studied and analyzed by UV-VIS spectra and liquid chromatography. Through the characteristics of the color reaction, ultraviolet spectrum and liquid chromatogram, the flower pigment was proved as part of the anthocyanins compounds, and there were 6 kinds of anthocyanins.

Lagerstroemiaindicaflowers; pigment; chemical properties; UV spectrum; HPLC

湖南省教育廳科研基金資助項(xiàng)目(12C0298)；湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金(12K110)。

李文芳(1962-)，女，高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事生物成分分析。

向昌國(1963-)，男，博士，教授，主要從事土壤生態(tài)與旅游生態(tài)方面的研究。

TS202.3

A

1001-9677(2016)010-0067-03