熱帶睡蓮花青素pH示差法測(cè)定技術(shù)的摸索

黃秋偉 龍凌云 毛立彥 黃欣欣 唐毓瑋 石蘭蓉

摘 要：本研究以熱帶睡蓮“印度紅”的色素提取液作為測(cè)定材料，采用pH示差法來(lái)測(cè)定提取液中花青素含量，通過(guò)考察測(cè)定波長(zhǎng)、測(cè)定緩沖液pH梯度、平衡時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)測(cè)定體系中吸光值的影響，來(lái)篩選pH示差法較優(yōu)的測(cè)定條件參數(shù)，并與熱帶睡蓮“巴拿馬”一起進(jìn)行花色苷含量測(cè)定驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，適合熱帶睡蓮紅色系花青素含量的pH示差法測(cè)定條件為：測(cè)定波長(zhǎng)536 nm、測(cè)定緩沖體系為pH1.0和pH4.5、平衡時(shí)間為70 min、反應(yīng)溫度為35℃。此外，“印度紅”和“巴拿馬”色素提取花青苷含量開(kāi)展三次重復(fù)測(cè)定試驗(yàn)的RSD值分別為2.49%、1.54%，說(shuō)明測(cè)定方法具有一定的可靠穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：睡蓮 紅色 pH示差法 花青素

Determination of Anthocyanin in Tropical Water

Lily by pH Differential Method

HUANG Qiuwei，LONG Lingyun*，MAO Liyan，

HUANG Xinxin，TANG Yuwei，SHI Lanrong

（Guangxi Subtropical Crops Research Institute， Nanning， Guangxi 530001， China）

Abstract： The anthocyanin content in the pigment extracts of tropical water lily “Indian Red” and “Panama” were determined and verified by pH differential method in this study. The optimal parameters of pH differential method were selected by examining the influence of determination wavelength， buffer solution pH gradient， equilibrium time and reaction temperature on the light absorption value in the determination system. Results showed that the suitable conditions for the determination of anthocyanins in red tropical water lily by pH differential method were as follows： wavelength 536 nm， buffer systems pH1.0 and pH4.5， equilibrium time 70 min， reaction temperature 35℃. The determination test of anthocyanin in “Indian red” and “Panama” pigment was repeated three times， and the RSD values were 2.49% and 1.54% respectively， indicating that the determination method has a certain reliability and stability.

Key words：Water lily;red;pH differential method;anthocyanin

睡蓮是睡蓮科（Nymphaeaceae）睡蓮屬（Nymphaea）多年生宿根浮葉植物的統(tǒng)稱(chēng)。依據(jù)分布區(qū)域和生態(tài)適應(yīng)性可將睡蓮分為耐寒睡蓮和熱帶睡蓮兩大類(lèi)，其中熱帶睡蓮的花色相較耐寒睡蓮的要多，且層次更鮮明，其常見(jiàn)顏色有紅色、粉色、紫色、黃色等，主要著色器官為鮮花的花瓣，而植物花色的形成主要是由花青素來(lái)決定。當(dāng)前，關(guān)于睡蓮的研究報(bào)道熱點(diǎn)主要是基于不同技術(shù)手段探究睡蓮系統(tǒng)發(fā)育[1-4]、睡蓮基因組研究[5]、睡蓮代謝物組成[6]、睡蓮生理特性及其對(duì)水體修復(fù)機(jī)制[7-10]等，但關(guān)于睡蓮花青素方面的研究較少。此外，關(guān)于植物色素中的花青苷含量測(cè)定方法常見(jiàn)報(bào)道的有分光光度法和HPLC法[11-12]。HPLC法雖然測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度高，但要求操作專(zhuān)一性，成本較高，步驟繁瑣，因而研究文獻(xiàn)以分光光度法使用居多，其中分光光度法又分有單一pH法、pH示差法、差減法[13]等。pH示差法相對(duì)來(lái)說(shuō)方便快捷，成本低，適合快速測(cè)定植物色素中花青苷含量，但根據(jù)測(cè)定對(duì)象的不同，測(cè)定條件會(huì)有所差異。本次試驗(yàn)選擇熱帶睡蓮品種“印度紅”的色素提取液作為測(cè)定材料，對(duì)pH示差法測(cè)定提取液中總花青苷含量的測(cè)定條件進(jìn)行篩選研究，同時(shí)選擇熱帶睡蓮品種“印度紅”和“巴拿馬”的色素提取液一起開(kāi)展測(cè)定體系的驗(yàn)證研究，從而為后期熱帶睡蓮色素的提取開(kāi)發(fā)提供一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

熱帶睡蓮品種“印度紅”和“巴拿馬”：由廣西亞熱帶作物研究所睡蓮種質(zhì)資源圃提供，摘取兩者的花瓣并置于45℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干至花瓣含水量控制在3%～7%，并經(jīng)機(jī)械粉碎至過(guò)20目篩網(wǎng);無(wú)水乙醇（AR級(jí)）2.5 L裝：成都市科隆化學(xué)品有限公司;冰乙酸、無(wú)水乙酸鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、氯化鉀、鹽酸等分析純?cè)噭┚少?gòu)于廣西南寧茵興科技有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

T6紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析分析儀器有限公司;GR200型電子分析天平：日本A&D有限公司;DHG-9109A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;QE-300型中藥材高速粉碎機(jī)：武義屹立工具有限公司;MJ33型快速水分測(cè)定儀：梅特勒-托利多公司;HH-S4型數(shù)顯示恒溫水浴鍋：金壇市醫(yī)療儀器廠(chǎng);3-30K高速冷凍離心機(jī)：德國(guó)SIGMA公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 色素粗提液的獲取

稱(chēng)取“印度紅”花瓣干粉0.5 g，采用超聲破碎-微波輔助溶劑提取方式，以60%乙醇-草酸（含0.01 g/mL草酸）為提取劑。提取條件分別設(shè)定為：料液比1：40、超聲探頭破碎時(shí)間2 min、微波溫度40 ℃、微波時(shí)間5 min、微波功率400 W。提取完成后將提取液置于20 ℃及12000 r/min的條件下離心10 min，取上清液進(jìn)行抽濾，所得到的濾液即為色素提取液，將提取液置于冰箱冷藏保存。

1.2.2 花青素測(cè)量波長(zhǎng)的選擇

取色素提取液0.2 mL置于10 mL容量瓶中，并用提取劑稀釋定容至10 mL，相當(dāng)于將提取液稀釋50倍。將稀釋液置于紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)，在320～700 nm的范圍內(nèi)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，掃描數(shù)據(jù)采集間隔為1 nm，取蒸餾水作為空白基線(xiàn)調(diào)零，選擇譜圖中在可見(jiàn)光區(qū)出現(xiàn)吸收峰的波長(zhǎng)作為色素測(cè)定波長(zhǎng)。

1.2.3 花青素測(cè)量pH的選擇

因整個(gè)測(cè)定試驗(yàn)要求在pH<7的酸性環(huán)境下進(jìn)行測(cè)定，因此本次試驗(yàn)在pH 0.5～6范圍內(nèi)配制13個(gè)pH梯度緩沖液，其中，pH 3.0～6.0緩沖液采用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液體系，具體按照表1進(jìn)行配制，同時(shí)用1mol/L的鹽酸滴加微調(diào)至相應(yīng)的pH值，調(diào)整過(guò)程中用pH計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

pH0.5、pH0.8、pH1.5、pH2.0、pH2.5緩沖液的配制：量取0.1mol/L的一水檸檬酸溶液，緩慢加入至20 mL1mol/L的鹽酸中，用pH計(jì)調(diào)整至所需的pH值;pH 1.0氯化鉀-鹽酸緩沖液的配制：取0.2 mol/L氯化鉀溶液、0.2 mol/L鹽酸、蒸餾水，三者按50：100：50的體積比混合后，用1 mol/L鹽酸微調(diào)至pH 1.0;pH 4.5乙酸鈉-醋酸緩沖液的配制：取0.2 mol/L三水乙酸鈉溶液和0.2 mol/L醋酸溶液按1：1的體積比混合后，用1 mol/L鹽酸微調(diào)至pH 4.5。取13個(gè)10 mL的容量瓶，各吸取0.2 mL置于瓶中，并吸取相對(duì)應(yīng)的pH梯度緩沖液定容至刻度，混勻后，置于30℃的水浴條件下，暫定混合反應(yīng)時(shí)間30 min，以蒸餾水作為空白，于測(cè)定波長(zhǎng)處測(cè)定吸光值，選取吸光值差值最大的兩個(gè)緩沖體系作為測(cè)定pH梯度條件。

1.2.4 花青素測(cè)量反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)溫度的選擇

配制1.2.3步驟篩選出的兩個(gè)pH梯度緩沖液，分別吸取色素提取液0.2 mL置于2個(gè)10 mL容量瓶中，并分別加入相應(yīng)的pH緩沖液混合定容至刻度。然后分別將混合液置于25℃、35℃、45℃的水浴鍋中，搖勻后開(kāi)始計(jì)時(shí)，每隔10 min就在分別在測(cè)定波長(zhǎng)及700 nm處測(cè)定吸光值，并用測(cè)定波長(zhǎng)測(cè)得的OD值減去OD700 nm，求其差值來(lái)消除樣品液渾濁的影響，并以吸光值的差值作為縱坐標(biāo)，反應(yīng)時(shí)間作為橫坐標(biāo)，做變化曲線(xiàn)圖，依據(jù)結(jié)果來(lái)篩選出適宜的平衡時(shí)間及反應(yīng)溫度 。

1.2.5 花青素含量測(cè)定條件的穩(wěn)定性驗(yàn)證

各稱(chēng)取熱帶睡蓮紅色品種“印度紅”和熱帶睡蓮紫色品種“巴拿馬”的花瓣干粉0.5 g，以同樣的提取方式提取色素，分別取各自的色素提取液，并按照上述試驗(yàn)步驟得到的pH示差法測(cè)定條件進(jìn)行測(cè)定，提取測(cè)定試驗(yàn)平行重復(fù)3次，并按照下式來(lái)計(jì)算提取液花青苷含量：

花青苷含量（mg/L）=（A×MW×DF×1000）/（E×L）

該式中：A表示示差法中兩個(gè)pH梯度稀釋液所測(cè)得的吸光度的差值，其值的計(jì)算方法（OD536 nm- OD700 nm）pH1.0-（OD536 nm-OD700 nm）pH4.5;MW表示矢車(chē)菊素葡萄糖苷分子量，值為449.4g/mol;DF表示稀釋倍數(shù)，本次試驗(yàn)為稀釋50倍;E表示矢車(chē)菊葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)，值為26900（單位為L(zhǎng)/（mol·cm））;L表示光程的厘米數(shù)，值為1cm。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)量吸收波長(zhǎng)的確定

經(jīng)超聲破碎-微波輔助溶劑提取得到的睡蓮花色素提取液，用相應(yīng)的提取溶劑稀釋50倍后波長(zhǎng)掃描圖譜見(jiàn)圖1。

如圖1所示，經(jīng)提取劑稀釋50倍后的色素提取液很明顯在可見(jiàn)光區(qū)536 nm處有一吸收峰，在此波長(zhǎng)測(cè)得的OD值為0.413，處于朗伯比爾定律吸光值與底物濃度成正比范圍（即吸光值處于0.2～0.8），因此，本次pH示差法總花青苷含量的測(cè)量波長(zhǎng)確定為536 nm。

2.2 測(cè)量pH梯度的確定

色素提取液與不同pH梯度緩沖液混合后，在同樣的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間條件下，其在波長(zhǎng)536 nm處相對(duì)應(yīng)的吸光值變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

如圖2所示，隨著pH逐步提高，其相對(duì)應(yīng)的吸光值的變化趨勢(shì)是先表現(xiàn)出緩慢波動(dòng)升至一個(gè)最大值，然后有規(guī)律地下降至一個(gè)最低值，最后略高于最低值呈平穩(wěn)狀態(tài)。明顯看出pH 1.0混合液的OD536最大，pH 4.5混合液的OD536最小，兩者的差值最大，故本次示差法所選用的緩沖體系分別為pH 1.0、pH 4.5。

2.3 平衡時(shí)間與反應(yīng)溫度的確定

兩種pH混合緩沖液在不同反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的環(huán)境條件下，其吸光值差值的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3與圖4。

如圖3和圖4所示，3個(gè)溫度梯度的pH緩沖稀釋液，其吸光值差值均會(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)波動(dòng)性的變化，并在60 min時(shí)出現(xiàn)一個(gè)高點(diǎn)，而當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)至70 min時(shí)再往后吸光值差值基本處于一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。此外，在相同的反應(yīng)時(shí)間區(qū)段內(nèi)，35℃測(cè)得的吸光值差值整體上比其它溫度的要高，且曲線(xiàn)穩(wěn)定。因此綜合來(lái)看，本次試驗(yàn)pH示差法測(cè)定睡蓮色素提取液中花青苷含量的體系中平衡時(shí)間定為70 min，反應(yīng)溫度定為35℃。

2.4 測(cè)定條件的穩(wěn)定性驗(yàn)證結(jié)果

經(jīng)超聲破碎-微波輔助溶劑提取得到的兩種色素提取液，其中，“印度紅”色素提取液經(jīng)重復(fù)三次提取及測(cè)定試驗(yàn)，其花青苷含量分別為261.45、274.82、268.14 mg/L，重復(fù)均值為268.14 mg/L，重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.49%;“巴拿馬”色素提取液經(jīng)重復(fù)三次提取及測(cè)定試驗(yàn)，其花青苷含量分別為81.86、84.37、82.70 mg/L，重復(fù)均值為82.97 mg/L，重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.54%，兩者相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均較小。以上結(jié)果可以看出兩種色素提取液花青苷含量重復(fù)試驗(yàn)具備可靠的穩(wěn)定性，且“印度紅”色素提取液花青苷含量要明顯高于“巴拿馬”品種。

3 討論與結(jié)論

色素分子一般在植物體內(nèi)是以花青苷的形式存在，花青苷在酸性環(huán)境下（pH<7）是穩(wěn)定的，同時(shí)其吸光值隨pH值的變化而變化[14]，通過(guò)測(cè)定pH 0.5～6范圍內(nèi)樣品的吸光值，可以獲得吸光度差異最大且穩(wěn)定的2個(gè)pH值，在此這兩個(gè)差值最大的pH值下進(jìn)行檢測(cè)的吸光值，通過(guò)相應(yīng)公式的計(jì)算，即可獲得最精確花青苷含量的測(cè)定結(jié)果，本次測(cè)定結(jié)果中，pH 1.0和pH 4.5兩者吸光值之間的差值最大。此外，花青苷在緩沖液中，其結(jié)構(gòu)變化是一種隨時(shí)間變化后并達(dá)到穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡反應(yīng)。因此當(dāng)用緩沖液來(lái)稀釋花色素時(shí)，混合均勻后，需要放置一段時(shí)間，待其反應(yīng)穩(wěn)定后再開(kāi)始測(cè)定，本次測(cè)定結(jié)果中，吸光值差值曲線(xiàn)均為反應(yīng)時(shí)間為70 min達(dá)到平衡點(diǎn)，時(shí)間再延長(zhǎng)無(wú)明顯變化?；ㄇ嘬沾蠖嗍菬岵环€(wěn)定性的物質(zhì)，受熱易分解失活[15]，因此緩沖液稀釋后，等待反應(yīng)穩(wěn)定所放置的溫度條件也是較為關(guān)鍵的因素。本次測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)紅色系熱帶睡蓮花青苷最適溫度為35℃，提高至45℃時(shí)，部分花青苷結(jié)構(gòu)受到破壞而導(dǎo)致吸光值降低。

本次研究以經(jīng)乙醇-草酸提取熱帶睡蓮紅色系品種“印度紅”的色素提取液為測(cè)定對(duì)象，對(duì)pH示差法測(cè)量提取液中總花青苷含量的測(cè)定條件進(jìn)行了篩選，主要考察吸收波長(zhǎng)、緩沖液pH梯度、平衡時(shí)間和反應(yīng)溫度這四個(gè)條件參數(shù)。依據(jù)篩選試驗(yàn)結(jié)果，最終確定pH示差法測(cè)定熱帶睡蓮紅色總花青苷的條件，即測(cè)定波長(zhǎng)為536 nm、緩沖體系為pH 1.0和pH 4.5、平衡時(shí)間70 min、反應(yīng)溫度35℃。在此測(cè)定條件下，經(jīng)過(guò)兩個(gè)熱帶睡蓮品種色素提取液的重復(fù)測(cè)定驗(yàn)證試驗(yàn)，所得到的吸光值準(zhǔn)確及穩(wěn)定，能夠更好代入公式換算相應(yīng)的總花青苷含量，所算出來(lái)的花青苷含量重復(fù)性較好，測(cè)定體系有一定的可靠穩(wěn)定性。

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