超臨界二氧化碳中全反式,-胡蘿卜素和,-胡蘿卜素的電子吸收光譜的位移

通常稱為-它是-海藻（，），。ψ,ψ-胡蘿卜素(ψ,ψ-carotene)的習(xí)慣命名為番茄紅素(lycopene)。二者均屬在自然界中廣泛存在的不含氧類胡蘿卜素(carotene)。由于其分子中存在多個雙鍵，這兩個化合物可發(fā)生幾何異構(gòu)，產(chǎn)生全反式和多種順式異構(gòu)體。在自然界中，二者大多數(shù)以全反式異構(gòu)體的形式存在。圖1為二者的全反式異構(gòu)體分子結(jié)構(gòu)。已經(jīng)有研究證明，二者在生物體內(nèi)具有多種重要的生物學(xué)功能，并已大量應(yīng)用于食品與制藥產(chǎn)業(yè)中。因此，二者的研究歷史久遠(yuǎn)。關(guān)于它們的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)功能亦有許多報道。超臨界流體是物質(zhì)處于臨界點(臨界壓力和臨界溫度)之上的一種狀態(tài)。相關(guān)的超臨界流體技術(shù)(包括超臨界流體萃取和色譜)已被大量應(yīng)用于類胡蘿卜素的制備和分析上。在這些應(yīng)用中，類胡蘿卜素的在線檢測主要依靠其在紫外-可見區(qū)的吸收光譜(電子吸收光譜)。因此，研究超臨界流體環(huán)境對類胡蘿卜素電子吸收光譜的影響是十分必要的。在過去10年中，這一領(lǐng)域的研究已開始受到越來越多的重視。在本研究中，β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素在超臨界CO2中的電子吸收光譜被收集，并與其在有機(jī)試劑中的光譜進(jìn)行了比較。同時，超臨界流體條件(包括溫度和壓力)的改變對光譜的影響也被探討。參照類胡蘿卜素在有機(jī)試劑中的電子吸收光譜變化規(guī)律，形成這些結(jié)果的原因得到了一定的分析。1材料和方法1.1化學(xué)試劑及試劑全反式β,β-胡蘿卜素、全反式ψ,ψ-胡蘿卜素Sigma公司。CO2(純度為99.9%)北京氧氣廠；正己烷(AR)北京化學(xué)試劑公司；C18固定相填(料粒徑10μm)迪馬公司。1.2樣品的收集和萃取β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素在超臨界CO2中的電子吸收光譜由一臺HPLC二極管陣列(PDA)檢測器(forwardopticalscanningdetector,spectra-physics,USA)收集。該檢測器安裝有可耐壓48MPa的流動樣品檢測池。被檢測的樣品由一臺超臨界流體萃取設(shè)備(ISCO,USA)導(dǎo)入。該萃取設(shè)備主要由一臺壓力泵(Model100D)和萃取儀(SFXTM2-10)。萃取儀由萃取池、溫度控制結(jié)構(gòu)和相關(guān)閥門組成。PDA檢測器被連接于萃取儀中萃取池(0.5ml)與減壓閥之間，其檢測池由一臺循環(huán)恒溫水器(NTT2200P，日本島津公司)恒溫。全部管道用隔熱材料包裹保溫，見圖2。β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素在正己烷中的電子吸收光譜由一臺二極管陣列紫外-可見光分光光度計(Multi-spec1500，日本島津公司)收集。1.3co機(jī)泵頭檢測將β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素溶于正己烷中。在萃取池中填滿C18固定相材料。將樣品溶液滴加到C18固定相材料上層。在設(shè)定的壓力和溫度下，首先關(guān)閉閥4和5，而后緩慢連續(xù)開閥2和3。幾分鐘后，檢測器開始收集光譜，并在435nm波長處檢測吸光度變化，緩慢打開閥5，使CO2的泵頭流速在恒壓的條件下達(dá)到3.0ml/min。在一般情況下，在閥門5打開后2min內(nèi)，在435nm吸光度鍵測線上，可見被測組分形成一信號峰。收集信號峰頂部的光譜。每個樣品重復(fù)收集3次光譜。在計算光譜的最大吸收波長(λmax)時，取3次平均值。2結(jié)果與分析2.1溶劑環(huán)境對類胡蘿卜素分子活性的影響在均勻分布的介質(zhì)中，類胡蘿卜素分子可存在于多種能級上，包括基態(tài)(E基態(tài))和激發(fā)態(tài)能級(E激發(fā)態(tài))。對紫外-可見光區(qū)的光吸收可導(dǎo)致類胡蘿卜素分子的能級由基態(tài)越遷到激發(fā)態(tài)能級。這一躍遷的能量變化可用公式(1)表示。對于類胡蘿卜素在可見光區(qū)(400～500nm)內(nèi)的主吸收帶來講，躍遷能為基態(tài)能級11Ag與第二激發(fā)態(tài)能級11Bu之能量差。換言之，類胡蘿卜素分子在可見光區(qū)內(nèi)的主吸收帶由分子的11Ag→11Bu躍遷能決定。類胡蘿卜素分子的11Ag→11Bu躍遷能可由其電子吸收光譜上的最大吸收波長(λmax)以波數(shù)(頻率，cm-1)為單位來衡量。已有大量實驗數(shù)據(jù)證明：類胡蘿卜素分子在有機(jī)試劑中的電子吸收光譜可受環(huán)境因素的影響。這些環(huán)境因素包括：溶劑的種類和性質(zhì)、溫度、壓力、溶劑的含水量、共聚體中其它組分的種類和含量等。更準(zhǔn)確地講，溶劑環(huán)境的改變可影響類胡蘿卜素分子的11Ag→11Bu躍遷能。已經(jīng)證明：有機(jī)溶劑的極化率可顯著地影響溶解在其中的類胡蘿卜素的λmax。而溶劑的極化率又與其折光率(n)存在著(2)式所示的關(guān)系。因此，可以認(rèn)為：溶劑的折光率可影響溶解在其中的類胡蘿卜素的λmax。圖3顯示了6種溶劑的極化率對全反式β,β-胡蘿卜素11Ag→11Bu躍遷能的影響。極化率=(n2-1)/(n2+2)(2)圖4為全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素在超臨界CO2和正己烷中的電子吸收光譜。從圖4可以看出：與其在正己烷中的吸收光譜比較，二者在設(shè)定條件下超臨界CO2中的電子吸收光譜呈明顯的“紫移”。全反式β,β-胡蘿卜素的λmax自450nm移至436nm，發(fā)生14nm位移，相當(dāng)于11Ag→11Bu躍遷能上升714(cm-1)。全反式ψ,ψ-胡蘿卜素的λmax自472nm移至454nm，發(fā)生18nm位移，相當(dāng)于11Ag→11Bu躍遷能上升840(cm-1)。從圖4可知，在正己烷中，全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的λmax分別為450nm和472nm，即在正己烷中，全反式β,β-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能較全反式ψ,ψ-胡蘿卜素的高。從圖5可知：在設(shè)定條件下的超臨界CO2中，全反式β,β-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能增長量較全反式ψ,ψ-胡蘿卜素的高。這一結(jié)果表明：類胡蘿卜素分子在超臨界CO2中11Ag→11Bu躍遷能的增長隨分子λmax的增加而增加。2.2處理的分子應(yīng)然性從圖6可看出，在35℃條件下，當(dāng)壓力從10.0MPa上升到41.5MPa時，全反式β,β-胡蘿卜素電子吸收光譜的λmax從430nm“紅移”到436nm，即分子的躍遷能降低320cm-1(圖6a)。同樣，全反式ψ,ψ-胡蘿卜素電子吸收光譜的λmax在相同條件下亦顯示出6nm的“紅移”，折合242cm-1的分子躍遷能下降(圖6b)。圖5和6表明：壓力的增加可導(dǎo)致全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能下降。2.3兩組患者的11ag11bu抗沖力除壓力外，在本項研究中還觀察到：溫度的變化亦能對這兩種化合物在超臨界CO2中的11Ag→11Bu躍遷能產(chǎn)生一定的影響。在20.5MPa的恒定壓力條件下，當(dāng)溫度由35℃升至50℃時，全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能分別增加54cm-1和49cm-1，見圖7。2.4超臨界co密度與全反式胡椒的穩(wěn)定機(jī)理如上所述，超臨界流體的壓力和溫度變化均能誘導(dǎo)全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能的變化。由于超臨界流體的壓力和溫度變化最終導(dǎo)致其密度的變化，因此，由壓力和溫度引起的兩種類胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能變化可以描述為密度誘導(dǎo)的躍遷能變化。圖8顯示了超臨界CO2密度與全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能的相關(guān)性，其溫度和壓力變化范圍見圖6和7。圖8顯示，當(dāng)超臨界流體的密度從0.712g/ml上升到0.973g/ml時，全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能分別下降320cm-1和242cm-1。考慮到其回歸曲線的置信度，二者的11Ag→11Bu躍遷能與CO2密度的關(guān)系可以被認(rèn)為是線性的。這一線性相關(guān)已顯示于圖8中。2.5超臨界co密度與形態(tài)的關(guān)系如圖3所示，在有機(jī)溶劑中，類胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能與溶劑的極化率呈負(fù)線性關(guān)系。實驗結(jié)果表明：全反式β,β-胡蘿卜素(a)和ψ,ψ-胡蘿卜素(a)11Ag→11Bu躍遷能與超臨界CO2的密度呈負(fù)線性相關(guān)。如果類胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能與溶劑的極化率的呈負(fù)線性關(guān)系在超臨界流體中依然存在，這一結(jié)果提示了超臨界CO2的密度與其極化率(進(jìn)而與其折光率)所存在的關(guān)系。目前，還沒有充足的實驗數(shù)據(jù)來證實超臨界CO2的密度與其折光率的數(shù)量關(guān)系。2.6有機(jī)試劑與超臨界co根據(jù)本項研究所得結(jié)果，如果在超臨界CO2中類胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能與溶劑的極化率之間的負(fù)線性關(guān)系依然存在，全反式β,β-胡蘿卜素和ψ,ψ-胡蘿卜素的11Ag→11Bu躍遷能與有機(jī)試劑和超臨界CO2的極化率之間的關(guān)系可以表示為圖9。根據(jù)圖9所示結(jié)果，按公式(2)計算，超臨界CO2的折光系數(shù)應(yīng)在1.21～1.26范圍內(nèi)。如果這一推論今后能夠被有關(guān)超臨界CO2的折光系數(shù)測量數(shù)據(jù)所證實，在超臨界CO2中類胡蘿卜素的11Ag→1