叶绿素提取及其分散体系研究进展

赵明慧，宋庆元，魏文文，李悦悦，翁 霞

（1.鞍山师范学院化学与生命科学学院，辽宁 鞍山 114007；2.辽宁省天然产物活性分子开发及利用重点实验室，辽宁 鞍山 114007）

随着人们对食品营养性、健康性的不断追求，天然植物色素的开发也不断成为研究热点，叶绿素具有良好的生理功能，但因其极不稳定，故具有一定的应用局限性。近年来，在食品行业中为提高色素、营养物质、风味物质的稳定性及生物利用率，包埋技术已成为一种广泛应用的方法，并且这种新技术也广泛应用于药品、化妆品等领域。由于包埋技术存在营养物质在胃液中快速异构化、无效吸收营养成分等问题，因此探究2 种或2 种以上壁材进行包埋已成为研究热点，且最理想的壁材主要是生物聚合物，尤其是食品蛋白质和多糖。

1 叶绿素的功能及其应用局限性

叶绿素是植物进行光合作用所必需的催化剂，是有4 个吡咯环与镁离子相互配合而形成的镁卟啉类化合物[6]，具有排毒养颜、抗致突变、降解胆固醇、促进伤口愈合等生理功能。此外，在食品、化妆品、医药等行业中，叶绿素还是良好的着色剂、脱臭剂[7-8]。叶绿素性质不稳定，遇光、热、酸、碱等易分解，其在应用中具有较大的困难。

2 叶绿素的提取方法

叶绿素的常用提取方法有研磨法和浸提法，还包含超声波辅助提取法、微波萃取法、超临界萃取法等。

2.1 研磨法和浸提法

叶绿素提取方法应用较为普遍的有研磨静置法、单一溶剂和混合溶剂浸提法、冷冻浸提法等。提取溶液主要是无水乙醇、丙酮及不同比例有机溶剂形成的混合溶液。盛璐等人[9]将铁线莲叶绿素提取的研磨法与浸提法进行了对比试验，结果表明采用浸提法所提取的叶绿素含量高于研磨法。刘湘庆等人[10]基于此利用分光光度计法采用80%丙酮、95%乙醇、丙酮-乙醇、乙醇-丙酮4 种提取剂对浒苔藻体叶绿素提取的研磨法、浸提法进行了比较，结果表明，研磨法的提取效率最高，更适合快速检测。张秀君等人[11]对不同方法提取菠菜叶绿素进行了比较，其中无水乙醇与丙酮1∶1 时为最佳研磨提取条件，叶绿素含量可达0.823 mg/g，浸提法最佳条件为丙酮与95%乙醇配比为2∶1，浸提时间7 h，叶绿素含量为1.302 mg/g。

研磨法和浸提法虽都能较完全地提取叶绿素，但研磨法操作较为复杂、研磨较为费力且无法保证研磨完全，研磨过程中也很有可能会破坏叶绿素的结构，导致其稳定性下降；而浸提法工作量少、操作简单，但提取时间较长。

2.2 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法是利用超声波产生的空化、振动、粉碎、搅拌等综合效应来破坏细胞壁，以达到提取细胞内容物的过程[12]。近年来，关于超声辅助法提取色素的研究日益增多。超声波的空化作用可以增大样品与提取剂的接触面积。

超声波辅助提取法适合于提取热稳定性较差的天然色素，是目前较为先进的一种手段。李文香等人[13]优化芹菜叶中叶绿素提取，在料液比1∶33，超声温度57 ℃，超声时间22 min 条件下，提取率约为9.87%。

2.3 微波萃取法

微波是一种非离子的电磁辐射波，在这种电磁波作用下植物细胞膜和细胞壁会发生不同程度的破坏或破碎，从而使细胞内物质释放出来[14]。海洪等人[15]利用响应面法优化了蚕沙中叶绿素的微波提取工艺，结果表明在微波时间59 s，料液比1∶27（g∶mL），提取时间26 min，提取温度70 ℃，叶绿素提取率验证值为4.26 mg/g，是浸提法的4.8 倍。微波萃取法工艺简单、高效快速、对原材料均匀加热且成本较低，更有研究表明微波法可以减少色素降解[16]，但其对试验条件要求较高，叶绿素对热极为敏感，故采用微波提取法时对温度要求格外严苛[17]。

综上所述，对几种提取方法进行比较，微波萃取法与超声辅助提取法均具有用时更短、提取率更高、操作更简便等特点，但微波萃取法的操作条件要求更高，超声辅助提取法更具有优势。

3 色素包埋运载体系

色素包埋的目的主要是保护并提高生物利用率、物理修饰、控制释放及去除异味[18]。目前，主要的包埋技术有乳液分散体系、微胶囊、纳米颗粒等。

3.1 乳液分散体系

3.1.1 微乳

传统的乳液是油水混合后向其中添加乳化剂均质而成，一般由于乳化剂包裹稳定性低，在极端环境下容易破乳。而微乳液是一种将非极性相、极性相和表面活性剂在适当比例下形成的无色、透明、低黏度的稳定热力学体系，与传统乳液相比，其制备过程更加简单，同时也具有提高食品组分消化率、抗氧化、抑菌的作用。

目前，微乳体系主要集中于核桃油、橄榄油、植物精油等领域的开发，对叶绿素的乳液分散体系研究未见报道。

匡建[19]利用Gemini 表面离子活性剂制备微乳液对姜黄素进行包埋。研究表明，利用微乳液包埋姜黄素，可以使得该体系获得一定的耐酸耐碱性，且对姜黄色的体外释放作用具有明显的缓释作用。

3.1.2 多重乳液

多重乳液是由带相反电荷的乳化剂相互作用而形成的乳化剂，包括油包水包油型（O/W/O） 和水包油包水型（W/O/W）。与传统乳液相比，多重乳液包封率更高，可同时包封亲疏性不同的物质，广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。

目前，多重乳液在化妆品领域的应用较为广泛，吴晓琼等人[20]对原花青素多重乳液进行包裹，并对所制得的水凝胶球的粒径、形貌、包封率、稳定性及体外模拟释放进行检测，结果表明包封率高达78.47%，在室温避光条件下多重乳液的原花青素水凝胶球稳定性较好，连续包封7 d 后包封率可达45%左右；在室温避光条件下物理稳定性较好，且在37 ℃下模拟释放在7 h 内可缓慢释放。

除此之外，乳液体系还包括纳米乳液、Pickering乳液。纳米乳液具有粒径小、储存过程中不易发生沉淀、避免体系发生聚凝等优点，但由于其热力不稳定性、生产成本较高及毒性等缺点还需进一步进行深入研究；Pickering 乳液具有低毒性、高抗结稳定性、高储存稳定性等优势，但其自身具有一定局限性，需要对其湿润性、粒径和表面粗糙度进行改善[21]。罗钰湲等人[22]采用柠檬籽纤维素纳米晶体/纳米纤丝协同稳定Pickering 乳液包埋姜黄素来提高姜黄素的贮存稳定性、保留率及模拟体外消化展开研究，对姜黄素的Pickering 乳液贮存稳定性、姜黄素在Pickering 乳液中的保留效果及其乳液的体外消化特性进行了研究，结果表明所制备的姜黄素乳液在放置15 d 后的物理稳定性仍然保持良好，其Pickering 乳液包埋姜黄素的保留率逐渐增加，4 ℃下贮藏30 d 姜黄素的保留率仍高达75%以上且体外模拟消化后的姜黄素生物利用率也略有下降。

3.2 微胶囊

微胶囊技术是一种借助于物理、化学及生物学的手段保护天然物质（如增强热稳定性、保护生物活性化合物、控释等[23]） 的方法。目前，基于微胶囊化主要应用于榛子油、葵花籽油、牡丹籽油等食用油脂类的微胶囊化和益生菌的微胶囊化，而基于色素微胶囊化相对较少，主要集中于对花色苷包埋的研究。Ku-Ra Kang 等人[24]采用阿拉伯树胶和麦芽糊精的不同组合研究了其叶绿素微胶囊化及微胶囊稳定性的影响，结果表明叶绿素的微胶囊在各种温度下都具有良好的贮藏特性。洪军等人[25]利用阿拉伯胶、β -环糊精、蔗糖为壁材制备韭菜叶绿素的微胶囊，结果表明以韭菜叶绿素为芯材、芯壁比为1∶6时所制得的叶绿素微胶囊可以更长时间地保持叶绿素的颜色稳定。

3.3 纳米颗粒

纳米颗粒运载体系，是指通过纳米颗粒对生物活性物质进行包埋、递送，纳米粒子体积小、稳定性较好，在实际应用中利用纳米粒子包埋营养物质可以减少营养素在加工、贮藏中的损失[26]。

制备纳米颗粒最常用的主要是壳聚糖、玉米醇溶蛋白等。截至目前，叶绿素纳米颗粒运载体系未见报道。壳聚糖包裹的纳米颗粒可以促进细胞膜的通透性、促进肠上皮吸收；玉米醇溶蛋白是一种天然的植物大分子，来源广、价格低，具有良好的生物相容性、可降解性[21]。虽然纳米颗粒粒径小、稳定性高，目前在食品、医药等领域有着广泛应用，但其含有油相、只能包埋亲脂性物质。

综上所述，目前基于色素的包埋运载体系的研究较少，对于乳液分散体系的色素研究也主要集中在姜黄素的乳液分散体系的研究，而姜黄素与叶绿素在化学性质、生理功能上都较为相似，故将乳液分散体系运用到叶绿素的包埋中，以提高其稳定性，为叶绿素的应用开辟新途径。

4 结语

目前，提高叶绿素稳定性的研究主要是叶绿素铜钠盐、叶绿素铜锌盐的制备，而叶绿素的包埋技术主要集中于叶绿素微胶囊的制备。分散体系的研究主要集中于β -胡萝卜素、水溶性姜黄素分散体系的研究。因此，增加对叶绿素分散体系的研究可以为天然色素的开发利用提供新途径、开辟新市场，为人类创造出更多营养价值丰富的食品。