不同比例有机溶剂浸提除甲醛植物叶片色素效果研究

智 慧,夏 清

(吕梁学院生命科学系,山西吕梁 033001)

常见的除甲醛植物主要有吊兰、虎尾兰、绿萝、芦荟、白掌等,它们主要通过茎叶吸收、根系微生物的降解及土壤吸收等净化甲醛。而植物茎叶吸附甲醛的能力则与植物叶绿素细胞对甲醛分子的喜好程度有关。叶绿素是植物进行光合作用最重要的物质基础,不溶于水,可溶于有机溶剂[1],主要分为叶绿素a和叶绿素b两大部分,前者为蓝黑色晶体,后者为深色晶体[2-3]。叶绿素提取通常采用有机溶剂中的叶绿素溶解原理,该方法操作简单、效率高、误差小、稳定性较好[4]。目前常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、丙酮-乙醇混合液、石油醚及二甲基甲酰胺等。任红等[5]对菜心叶片叶绿素进行提取发现丙酮与乙醇体积比为2∶1时效果最佳。王红梅等[6]研究发现适合三角槭叶片叶绿素的浸提液比例为丙酮∶乙醇=1∶1。胡秉芬等[1]研究表明枣树叶片提取效果最佳的比例为95%乙醇和乙醇∶丙酮=1∶1。向芬等[7]认为茶树叶绿素提取最佳比例为丙酮∶乙醇=1∶2。牟建梅等[8]研究发现白菜叶绿素提取效果较好的溶剂比例为乙醇∶丙酮=1∶1、1∶2。

前人研究多集中在果树及蔬菜叶片的叶绿素提取,而对除甲醛植物的提取方面鲜有报道。因此,该研究拟选用吊兰、虎尾兰、绿萝、碧玉4种除甲醛植物为材料,用不同比例的乙醇与丙酮混合液进行提取,探索除甲醛植物叶片叶绿素提取的最佳有机溶剂比例。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试材料分别为吊兰、虎尾兰、绿萝、碧玉。丙酮和95%乙醇试剂均为纯度较高的分析纯,试验用水为去离子水。

1.2 试验设计采用有机溶剂浸提法,设置7种有机溶剂处理:处理A,95%乙醇;处理B,80%丙酮;处理C,80%丙酮∶95%乙醇=1∶1;处理D,80%丙酮∶95%乙醇=2∶1;处理E,80%丙酮∶95%乙醇=1∶2;处理F,80%丙酮∶95%乙醇∶水=3∶6∶1;处理G,80%丙酮∶95%乙醇∶水=4.5∶4.5∶1。

1.3 试验方法选用正常生长的新鲜健全植株叶片,用纱布擦净表面污物,避开主脉进行取样,将其剪碎后称取0.2 g左右,分别加入设定好的7种浸提液研磨成浆状,然后加入10 mL的提取液搅拌均匀,放置于阴凉处浸泡24 h,过滤后,将残渣用浸提液反复浸泡至无绿色为止,滤液与浸提液定容至25 mL。用紫外分光光度计分别测定其在663和645 nm、665和649 nm(丙酮溶液中的叶绿素a、b在长波光方面的最大吸收峰位于663和645 nm,乙醇溶液中的叶绿素a、b在长波光方面的最大吸收峰位于665和649 nm)以及470 nm波长下的吸光度。

1.4 指标测定用紫外分光光度计在663、645、470 nm波长下测定其吸光度(D),并根据以下公式进行叶绿素和类胡萝卜素含量的计算:

叶绿素a=12.70D663-2.69D645

叶绿素b=22.90D645-4.68D663

类胡萝卜素=8.73D470+2.11D663-9.06D645

在665、649、470 nm波长下测定其吸光度(D),并根据以下公式进行叶绿素和类胡萝卜素含量的计算:

叶绿素a=13.70D665-5.76D649

叶绿素b=25.80D649-7.60D665

类胡萝卜素=8.73D470+2.11D665-9.06D649

1.5 数据分析用Excel软件对所得的数据进行整理,用SPSS软件对试验数据进行方差分析与多重比较,结果用平均值表示。

2 结果与分析

2.1 不同比例有机溶剂提取叶绿素a含量图1分别为波长663和645 nm、665和649 nm下测得的4种植物叶绿素a含量,整体来看,在663和645 nm的波长下测定的叶绿素a含量高于在665和649 nm处波长下测定的叶绿素a含量。从浸提液角度来看,95%乙醇(处理A)提取的叶绿素a含量明显高于80% 丙酮(处理B),在663和645 nm的波长下,绿萝高出8.3%,虎尾兰和吊兰均高出10.5%,碧玉高出11.6%;在665和649 nm的波长下,绿萝高出8.2%,虎尾兰高出10.8%,吊兰高出10.9%,碧玉高出12.5%。80%丙酮∶95%乙醇混合液中,1∶1混合液(处理C)较2∶1混合液(处理D)、1∶2混合液(处理E)要好,在663和645 nm的波长中,绿萝高出8.5%～17.8%,虎尾兰高出9.3%～18.2%,吊兰高出4.4%～9.3%,碧玉高出0.4%～4.1%;在665和649 nm的波长中,绿萝高出8.6%～18.1%,虎尾兰高出9.5%～18.6%,吊兰高出2.3%～7.5%,碧玉高出1.3%～4.3%;在80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液中,3∶6∶1(处理F)提取的叶绿素a含量明显高于4.5∶4.5∶1(处理G),在663和645 nm的波长下,绿萝高出8.7%,虎尾兰高出10.5%,吊兰高出9.5%,在665和649 nm的波长下,绿萝和虎尾兰均高出10.1%,吊兰高出15.6%,两段波长下碧玉均高出32.5%左右。

图1 不同比例溶剂提取除甲醛植物叶片叶绿素a含量Fig.1 Chlorophyll a content of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

从植物角度来看,绿萝和虎尾兰2种植物提取结果依次为处理C>处理D>处理E>处理A>处理B>处理F>处理G。吊兰和碧玉则是95%乙醇(处理A)提取的叶绿素a含量明显高于其他的浸提液,提取效果依次为处理A>处理B>处理C>处理D>处理E>处理F>处理G。不管提取哪种植物,7种浸提液中的丙酮∶乙醇∶水混合液(处理F、G)提取叶绿素a效果最差。4种植物叶绿素a含量从高到低依次是绿萝>虎尾兰>吊兰>碧玉。

结果表明,单一的丙酮和有机溶剂与水的混合液并不能完全提取到叶绿素a,但有机溶剂与水混合液中,若乙醇比例高于丙酮,效果显而易见。总体来看仍然是95%乙醇(处理A)和丙酮乙醇混合液(处理C、D、E)下浸提效果较佳。

2.2 不同比例有机溶剂提取叶绿素b含量图2分别为波长663和645 nm、665和649 nm下测得的4种植物叶绿素b含量。从浸提液角度来看,80%丙酮(处理B)提取的叶绿素b明显低于95%乙醇(处理A),在663和645 nm的波长下,绿萝降低3.0%,虎尾兰降低6.7%,吊兰降低11.6%,碧玉降低13.4%;在665和649 nm的波长下,绿萝降低3.2%,虎尾兰降低5.1%,吊兰降低9.1%,碧玉降低13.9%。80%丙酮∶95%乙醇混合液中,同样1∶1混合液(处理C)效果最佳,比2∶1混合液(处理D)、1∶2混合液(处理E)高,在663和645 nm的波长下,绿萝高出5.5%～9.8%,虎尾兰高出7.1%～15.0%,吊兰高出5.5%～17.0%,碧玉高出10.2%～17.0%;在663和645 nm的波长下,绿萝高出5.1%～9.1%,虎皮兰高出7.3%～15.4%,吊兰高出4.4%～14.8%,碧玉高出13.1%～26.2%。在80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液中,3∶6∶1(处理F)提取的叶绿素b含量明显高于4.5∶4.5∶1(处理G),663和645 nm波长下,绿萝高出13.4%,虎尾兰高出15.1%,吊兰高出17.0%,碧玉高出27.5%;在665和649 nm波长下,绿萝高出13.9%,虎皮兰高出15.7%,吊兰高出19.8%,碧玉高出25.3%。

图2 不同比例溶剂提取除甲醛植物叶片叶绿素b含量Fig.2 Chlorophyll b content of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

从植物角度来看,绿萝和虎尾兰2种植物提取结果依次为处理C>处理D>处理E>处理A>处理B>处理F>处理G。吊兰和碧玉则是在95%乙醇(处理A)提取效果最佳,由高到低依次为处理A>处理B>处理C>处理D>处理E>处理F>处理G。不论提取哪种植物,7种浸提液中的丙酮∶乙醇∶水混合液(处理F、G)提取叶绿素b效果仍然最差。4种植物叶绿素b含量从高到低依次是绿萝>虎尾兰>吊兰>碧玉。

2.3 不同比例有机溶剂提取叶绿素a+b、a/b图3分别为波长663和645 nm、665和649 nm下测得的4种植物叶绿素a+b含量,整体来看,两组数据均是在95%乙醇(处理A)水平下测定的碧玉和吊兰叶绿素a+b含量最高,在丙酮∶乙醇(1∶1)混合液(处理C)水平下测定的绿萝和虎尾兰叶绿素a+b含量最高。

图3 不同比例溶剂提取除甲醛植物叶片叶绿素a+b含量Fig.3 Chlorophyll a+b content of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

从浸提液角度来看,80%丙酮∶95%乙醇混合液中,1∶1混合液(处理C)提取的叶绿素a+b含量较2∶1混合液(处理D)、1∶2混合液(处理E)要好,在663和645 nm的波长下,绿萝高出7.2%～14.2%,虎尾兰高出8.3%～16.8%,吊兰高出4.9%～12.8%,碧玉高出4.8%～12.5%;在665和649 nm的波长下,绿萝高出7.1%～14.1,虎尾兰高出8.5%～17.2%,吊兰高出3.3%～10.8%,碧玉高出6.7%～14.2%。而80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液,4.5∶4.5∶1(处理G)提取的叶绿素a+b含量明显低于3∶6∶1(处理F),在663和645 nm的波长下,绿萝降低10.9%,虎尾兰降低12.6%,吊兰降低17.0%,碧玉降低30.1%;在665和649 nm的波长下,绿萝降低11.8%,虎尾兰降低12.7%,吊兰降低17.4%,碧玉降低29.1%。

从植物角度来看,绿萝和虎尾兰2种植物提取结果依次为处理C>处理D>处理E>处理A>处理B>处理F>处理G,吊兰和碧玉提取结果依次为处理A>处理B>处理C>处理D>处理E>处理F>处理G。不管提取哪种植物,结果与浸提叶绿素a、b含量结果一致。7种浸提液中丙酮∶乙醇∶水混合液提取叶绿素a+b效果仍然最差。4种植物叶绿素a+b含量从高到低依次是绿萝>虎尾兰>吊兰>碧玉。

图4分别为波长663和645 nm、665和649 nm下测得的4种植物叶绿素a/b。综合来看,4种植物中叶绿素a含量高于叶绿素b含量,叶绿素a/b值在1.5左右。从浸提液角度来看,不同比例浸提液之间各自比较差异并不明显。从植物角度来看,碧玉叶绿素a/b值明显大于其他植物,说明碧玉的叶绿素a比其叶绿素b大很多。

图4 不同比例溶剂提取除甲醛植物叶片叶绿素a/b Fig.4 Chlorophyll a/b of plant leaves extracted with different proportions of solvent to remove formaldehyde

2.4 不同比例有机溶剂提取类胡萝卜素含量图5分别为波长663和645 nm、665和649 nm下测得的4种植物类胡萝卜素含量,综合来看,类胡萝卜素含量明显低于叶绿素a、b含量,且663和645 nm波长下测得的类胡萝卜素效果要好。

图5 不同比例溶剂提取除甲醛植物叶片类胡萝卜素含量Fig.5 Carotenoid content of plant leaves extracted with different proportion of solvent to remove formaldehyde

从浸提液角度来看,95%乙醇(处理A)提取的类胡萝卜含量明显高于80%丙酮(处理B),在663和645 nm的波长中,绿萝高出2.7%,虎尾兰高出3.7%,吊兰和碧玉均高出10.9%;在665和649 nm的波长中,绿萝高出6.4%,虎尾兰高出4.9%,吊兰高出2.4%,碧玉高出5.8%。80%丙酮∶95%乙醇混合液中,1∶1混合液(处理C)较2∶1混合液(处理D)、1∶2混合液(处理E)要好,在663和645 nm的波长中,绿萝高出6.3%～21.1%,虎尾兰高出7.5%～19.6%,吊兰高出7.6%～14.3%,碧玉高出8.6%～25.0%;在665和649 nm的波长中,绿萝高出5.3%～11.1%,虎尾兰高出10.2%～14.4%,吊兰高出5.7%～13.3%,碧玉高出3.1%～8.4%。在80%丙酮∶95%乙醇∶水混合液中,3∶6∶1混合液(处理F)提取的类胡萝卜素含量明显高于4.5∶4.5∶1混合液(处理G),在663和645 nm的波长中,绿萝高出11.2%,虎尾兰高出11.4%,吊兰高出5.2%,碧玉高出17.0%;在665和649 nm的波长中,绿萝高出4.3%,虎尾兰高出7.8%,吊兰高出15.3%,碧玉高出22.4%。

从植物角度来看,绿萝和虎尾兰2种植物提取结果依次为处理C>处理D>处理E>处理A>处理B>处理F>处理G;吊兰和碧玉则是于95%乙醇提取的类胡萝卜素含量明显高于其他的浸提液,提取结果依次为处理A>处理B>处理C>处理D>处理E>处理F>处理G。4种植物类胡萝卜素含量从高到低依次是绿萝>虎尾兰>吊兰>碧玉。

3 讨论

随着人们生活水平的不断提高,人们的消费理念及审美观念也发生了改变,各种消除室内甲醛的方法越来越受到消费者的青睐。绿色植物去除甲醛是公众去除甲醛的最佳方法,因为绿色植物不仅可以起到装饰作用,而且还有很多植物具有吸附甲醛的作用。在具体的实践过程中,或多或少地关注着植物的选择。所以,选择真正能吸收甲醛的植物来处理甲醛是很重要的。事实上,对于所有的绿色植物来说,它们或多或少都有吸附甲醛的效果。它们通过进行光合作用和呼吸作用完成所有的生长,所以在实施这2个功能的过程中,对于室内甲醛来说,它已经达到了一定的转换效果。那么要想知道绿色植物的除甲醛能力,首先要从基础出发,对其叶绿素进行一定的提取,由此来判断它们各自的能力。

不同植物叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的最佳有机溶剂提取比例不同,有的植物乙醇丙酮混合液和乙醇溶液提取较好,有的植物丙酮∶乙醇(1∶1)混合液浸提效果最好。胡秉芬等[1]研究发现用丙酮乙醇混合液和乙醇提取液浸提枣树叶片叶绿素a、b含量效果最佳,而用丙酮溶液提取的叶绿素a、b含量明显较少。刘绚霞等[9]研究表明用80%丙酮∶95%乙醇(2∶1)混合液提取效果较好。王文杰等[10]研究发现丙酮提取薇甘菊幼叶类胡萝卜素效果最好。胡晓丹等[11]对金盏菊花中类胡萝卜素的最佳提取条件的研究表明,金盏菊花中类胡萝卜素最佳提取条件为石油醚∶丙酮(1∶1)混合溶剂浸提。

该试验结合了前人试验的所有比例对绿萝、虎尾兰、吊兰、碧玉4种植物进行叶绿素浸提,提取结果与上述研究结果中大部分研究结果一致,个别存在差异。原因可能是有机溶剂浸提植物,要破坏并且分解整个植物细胞来提取,这就要取决于植物组织细胞及其叶绿体结构,因为不同植物组织细胞及叶绿体结构数量各不相同,故在不同溶剂下的浸出效果也截然不同。但整体表现为乙醇效果好于丙酮,可能是丙酮存在一定毒性,又有辛辣刺鼻味道,所以无论是单独浸提还是混合浸提,随着丙酮含量增加,效果则明显下降。尽管在乙醇丙酮混合液中,乙醇∶丙酮1∶1效果较好,但是在科研人员实际操作中,鉴于人体健康来看,还是优选乙醇单独提取更为安全、环保。

梁双燕[12]选用了13种不同叶片的盆栽植物,在一定的光照条件下对甲醛的净化试验表明,多肉及披针形植物对甲醛的去除效率较弱,而香兰对甲醛的去除效率最高。郭铭伟等[13]以芦荟和虎皮兰为研究对象,探讨在不同条件下对甲醛净化的作用,结果表明,光照能够提高植物吸附甲醛的能力,而芦荟的净化甲醛作用不如虎皮兰效果好。占婷[14]通过对植物和土壤表面微生物在低浓度甲醛的净化效果研究,发现盆栽对甲醛的净化率为33%,其中绿萝土壤中微生物在甲醛净化中作用最显著。该试验提取的植物叶绿素含量、类胡萝卜素含量从高到低依次是绿萝>虎尾兰>吊兰>碧玉。因此推断叶绿素含量高,则其除甲醛能力相对好点。采用植物净化降解法连续吸收空气中的甲醛,处理效果稳定,并且不会产生二次污染,既安全又环保。但是由于该方法存在净化速度较慢、花费时间长、受到的环境因素影响较大等问题,使得其对室内甲醛的净化作用受到一定的限制。本着对除甲醛植物中叶绿素的高效浸提和减少试验中对丙酮溶液的使用量,并且保护实验人员人身安全作为出发点,建议选用80%丙酮∶95%乙醇(1∶1)混合液作为除甲醛植物叶片叶绿素浸提溶剂。

4 结论

该研究选用7种浸提液在两组波长663和645 nm、665和649 nm下浸提4种植物叶片色素,丙酮∶95%乙醇(1∶1)混合液浸提绿萝和虎尾兰叶片的叶绿素含量、类胡萝卜素含量效果最好。95%乙醇提取液浸提吊兰和碧玉叶片的叶绿素含量、类胡萝卜素含量效果最好。无论提取哪种植物,7种提取液中丙酮∶乙醇∶水混合液提取叶绿素含量、类胡萝卜素含量效果均最差。4种植物叶绿素含量、类胡萝卜素含量从高到低依次表现为绿萝>虎尾兰>吊兰>碧玉。