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[摘要]：近年来，随着国民生活水平的不断提高，人们对食品安全越来越重视。食用色素是各类食品中非常重要的添加剂，其具体分为合成与天然两类。经过大量的研究发现，一些合成色素对人体健康有害，为此已经开始禁用，而天然色素无毒副作用，安全性要远远高于合成色素。正因如此，天然色素的提取和提纯开始受到专家学者的关注。在各种萃取分离方法中，双水相体系以其自身诸多的优点被广泛应用于生物工程等领域。借此，本文就双水相体系中食用色素的萃取分离进行浅谈。
[关键词]：双水相体系 食用色素 萃取分离
中图分类号：Q559+.9 文献标识码：Q 文章编号：1009-914X（2012）32- 0616-01
一、双水相体系概述
双水相体系又被称为ATPS，是英文Aqueous Two-Phase System的缩写形式，具体是指两种亲水性化合物的水溶液在浓度一定的条件下混合而成的两个互不相溶的水相体系。双水相体系最早出现于18世纪末期，当时一些專家在研究中发现，明胶与琼脂或与水溶性淀粉的水溶液在浓度一定的条件下进行混合后，能够获得一种表象浑浊且不透明的溶液，这种溶液在静置后分为上下两相，上相含有明胶，而下相则含有琼脂或淀粉，人们将其称之为双水相体系。然而，由于当时的实验条件比较落后，加之一些客观因素的限制，该体系并未得到深入系统的研究。直至上世纪50年代，瑞典的Albertsson博士应用双水相体系成功实现了叶绿体与羟磷灰石的分离，这也是该体系最早的实践应用。随后，在1979年时，德国的Kula等人应用双水相体系成功从细胞匀液中提取到酶和蛋白质，这一成果为该体系在生物工程领域中的应用奠定了基础。自此之后，与之有关的研究不断增多，也越来越深入。虽然双水相体系从真正获得实际应用至今，仅有短短的几十年时间，但却被广泛应用于食品、生物、制药以及稀有金属分析等多个领域当中，各类文献和报道也越来越多，人们也越来越重视对其的研究。
二、双水相体系的特点及其成相机理
（一）双水相体系的主要特点
双水相体系之所以受到人们的关注，主要是因为其具有诸多的优点，大致可将双水相体系的优点归纳为以下几个方面：
1.能耗低。由于双水相体系是两种亲水性化合物的水溶液在浓度一定的条件下混合后获得的，所以其可在常温常压下自然分离，仅需要混合及搅拌即可，并不需要额外的能量，这在一定程度上节省了大量的能耗。
2.萃取效率高。因为由双水相体系所形成的两相体系基本都是水，其中水的总体含量最高可达70～90%，加之全部操作都是在常温常压下进行，从而为酶以及水溶性蛋白质等容易失活的物质提供了一个比较良好的萃取环境，这不仅有助于维持此类物质构象的稳定，而且还能够有效地避免实际操作中物质丧失活性的情况发生，萃取效率也会随之有所提高。
3.相间传质时间短。由于该体系相间的界面张力非常低，通常仅为10-7～10-4mN/m，这十分有利于相间物质的传递，极大程度地缩短了传质时间。
4.萃取效果较好。能够通过对成相物质的pH值、体系温度以及浓度等因素的调节提高选择性。
5.应用范围广、操作简便、处理量大，并且可连续操作。同时在操作的过程中不会出现有机溶剂残留的问题，对人体基本无害。
（二）成相机理
由于早期的双水相体系是在高分子聚合物水溶液中被发现的，为此，在当时大部分研究人员都认为，两种高聚物在混合以后，在分子间的排斥作用以及空间位阻效应下，一些质量相对加大的分子无法互相渗透，所以聚合物分子的周围只会聚集同种分子，而异种分子会遭到排斥，当最终达到平衡以后，便会形成分别含有不同聚合物的两相。这是早期双水相体系的成相机理。然而，随着一些新型双水相体系的出现，如高聚物-无机盐、普通有机物-无机盐等等。这些新的双水相体系与传统体系的成相机理有着明显的区别。一些专家学者认为聚合物-无机盐型双水相体系的形成主要是盐析作用的结果；而普通有机物-无机盐型双水相体系则是两者之间争夺水分子形成缔合水合物的结果。这些成相机理显然不能统一。直至一些专家提出双水相体系的双结线模型后，为该体系成相机理的研究提供了理论参考。
三、双水相体系中食用色素的萃取分离研究
（一）实验部分
基于本文研究的是食用色素的萃取分离，而这一过程主要是以实验来完成，为此，下面先对整个实验过程进行简述。
1.实验仪器以及试剂。本实验采用的主要实验仪器有TU-1201型紫外可见分光光度计、FA2004型电子分析天平、722型紫外可见分光光度计以及常规玻璃仪器等等；采用的主要试剂有聚乙二醇即PEG，分子量为1000、2000、4000、6000，然后配制成300g/L的水溶液，再将食用色素栀子蓝、栀子绿、红米红、红曲红、红花黄配制成2.6g/L的溶液。用硫酸镍、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铁、硫酸镁、氯化钾、氯化锌、氯化铬、氯化钡以及碳酸钙配制成10g/L的水溶液。另外，还有pH值在1.81～11.58之间的B-R缓冲溶液、固体硫酸铵。以上试剂全部为分析纯，实验过程中使用的水为去离子水。
2.实验方法。先选取PEG溶液4ml、色素溶液2ml、硫酸铵2g，然后将它们加入到比色管中，当需要考察酸度影响时，可加入2ml不同pH值的B-R溶液，加水至比色管刻度的10ml位置处，再用力振荡3～5分钟左右，转入至60ml的分液漏斗当中，当分相清晰以后，取出一部分上层溶液并将其装入到比色管中加水至一定刻度，用去离子水作为参比，测出色素的吸收光谱，最后在最大吸收波长的位置处测出两相溶液的吸光度，并计算出色素的实际萃取率。
（二）各种条件下对色素萃取率的影响
1.色素加入量。在其它实验条件不变的前提下，通过改变色素的加入量测定出其对实际萃取率的影响。实验结果表明，当加入量<2ml时，萃取率会随着色素加入量的增大而增大；当加入量>2ml时，萃取率可达到最大值并基本处于稳定状态。为此，本实验将色素加入量确定为2ml。
2.PEG的分子量。在其它实验条件不变的前提下，通过改变PEG的分子量可得出以下结果：在PEG的分子量为1000时，这五种色素都不会出现分层现象；在分子量为2000、4000和6000时，色素能够被萃取，但程度不同。经实验确定分子量2000为红花黄、栀子绿和红米红的最佳分相试剂；分子量4000为红曲红和栀子蓝的最佳试剂。
（三）实验结果
经过实验后得出如下结论：聚乙二醇-硫酸铵双水相体系能够对本文中提到的五种食用色素进行萃取分离，各色素的萃取结果分别为在PEG分子量为2000和硫酸铵为2g的体系中，2g的红米红、栀子绿以及红花黄能够被完全萃取；在PEG分子量为4000和硫酸铵为2g的体系中，2g的红曲红和栀子蓝能够被完全萃取。同时，采用该双水相体系对食用色素进行萃取分离不仅界面清晰、分相速度快，而且整个萃取过程还不会出现乳化的情况。
参考文献
[1]黄建林.彭瑾.儿茶素、白藜芦醇在离子液体双水相体系中的萃取性能研究[J].化学与生物工程.2009（11）.
[2]徐晓冬.丹媛媛.李欣欣.张密林.离子液体双水相体系及其在生物分离中的应用[J].生物技术通报.2008（5）.
[3]申迎宾.温度诱导离子液体双水相体系及其在生物物质绿色分离中的应用[D].河南师范大学.2009（6）.
[4]何继芹.亲和双水相萃取番木瓜中木瓜蛋白酶的研究[D].海南大学.2008（5）.
[5]李蕾.范小娜.戚琦.薛君.温和瑞.聚乙二醇-硫酸铵-水双水相体系萃取测定银杏叶中芦丁的含量[J].南昌大学学报.2008（3）.
[关键词]：双水相体系 食用色素 萃取分离
中图分类号：Q559+.9 文献标识码：Q 文章编号：1009-914X（2012）32- 0616-01
一、双水相体系概述
双水相体系又被称为ATPS，是英文Aqueous Two-Phase System的缩写形式，具体是指两种亲水性化合物的水溶液在浓度一定的条件下混合而成的两个互不相溶的水相体系。双水相体系最早出现于18世纪末期，当时一些專家在研究中发现，明胶与琼脂或与水溶性淀粉的水溶液在浓度一定的条件下进行混合后，能够获得一种表象浑浊且不透明的溶液，这种溶液在静置后分为上下两相，上相含有明胶，而下相则含有琼脂或淀粉，人们将其称之为双水相体系。然而，由于当时的实验条件比较落后，加之一些客观因素的限制，该体系并未得到深入系统的研究。直至上世纪50年代，瑞典的Albertsson博士应用双水相体系成功实现了叶绿体与羟磷灰石的分离，这也是该体系最早的实践应用。随后，在1979年时，德国的Kula等人应用双水相体系成功从细胞匀液中提取到酶和蛋白质，这一成果为该体系在生物工程领域中的应用奠定了基础。自此之后，与之有关的研究不断增多，也越来越深入。虽然双水相体系从真正获得实际应用至今，仅有短短的几十年时间，但却被广泛应用于食品、生物、制药以及稀有金属分析等多个领域当中，各类文献和报道也越来越多，人们也越来越重视对其的研究。
二、双水相体系的特点及其成相机理
（一）双水相体系的主要特点
双水相体系之所以受到人们的关注，主要是因为其具有诸多的优点，大致可将双水相体系的优点归纳为以下几个方面：
1.能耗低。由于双水相体系是两种亲水性化合物的水溶液在浓度一定的条件下混合后获得的，所以其可在常温常压下自然分离，仅需要混合及搅拌即可，并不需要额外的能量，这在一定程度上节省了大量的能耗。
2.萃取效率高。因为由双水相体系所形成的两相体系基本都是水，其中水的总体含量最高可达70～90%，加之全部操作都是在常温常压下进行，从而为酶以及水溶性蛋白质等容易失活的物质提供了一个比较良好的萃取环境，这不仅有助于维持此类物质构象的稳定，而且还能够有效地避免实际操作中物质丧失活性的情况发生，萃取效率也会随之有所提高。
3.相间传质时间短。由于该体系相间的界面张力非常低，通常仅为10-7～10-4mN/m，这十分有利于相间物质的传递，极大程度地缩短了传质时间。
4.萃取效果较好。能够通过对成相物质的pH值、体系温度以及浓度等因素的调节提高选择性。
5.应用范围广、操作简便、处理量大，并且可连续操作。同时在操作的过程中不会出现有机溶剂残留的问题，对人体基本无害。
（二）成相机理
由于早期的双水相体系是在高分子聚合物水溶液中被发现的，为此，在当时大部分研究人员都认为，两种高聚物在混合以后，在分子间的排斥作用以及空间位阻效应下，一些质量相对加大的分子无法互相渗透，所以聚合物分子的周围只会聚集同种分子，而异种分子会遭到排斥，当最终达到平衡以后，便会形成分别含有不同聚合物的两相。这是早期双水相体系的成相机理。然而，随着一些新型双水相体系的出现，如高聚物-无机盐、普通有机物-无机盐等等。这些新的双水相体系与传统体系的成相机理有着明显的区别。一些专家学者认为聚合物-无机盐型双水相体系的形成主要是盐析作用的结果；而普通有机物-无机盐型双水相体系则是两者之间争夺水分子形成缔合水合物的结果。这些成相机理显然不能统一。直至一些专家提出双水相体系的双结线模型后，为该体系成相机理的研究提供了理论参考。
三、双水相体系中食用色素的萃取分离研究
（一）实验部分
基于本文研究的是食用色素的萃取分离，而这一过程主要是以实验来完成，为此，下面先对整个实验过程进行简述。
1.实验仪器以及试剂。本实验采用的主要实验仪器有TU-1201型紫外可见分光光度计、FA2004型电子分析天平、722型紫外可见分光光度计以及常规玻璃仪器等等；采用的主要试剂有聚乙二醇即PEG，分子量为1000、2000、4000、6000，然后配制成300g/L的水溶液，再将食用色素栀子蓝、栀子绿、红米红、红曲红、红花黄配制成2.6g/L的溶液。用硫酸镍、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铁、硫酸镁、氯化钾、氯化锌、氯化铬、氯化钡以及碳酸钙配制成10g/L的水溶液。另外，还有pH值在1.81～11.58之间的B-R缓冲溶液、固体硫酸铵。以上试剂全部为分析纯，实验过程中使用的水为去离子水。
2.实验方法。先选取PEG溶液4ml、色素溶液2ml、硫酸铵2g，然后将它们加入到比色管中，当需要考察酸度影响时，可加入2ml不同pH值的B-R溶液，加水至比色管刻度的10ml位置处，再用力振荡3～5分钟左右，转入至60ml的分液漏斗当中，当分相清晰以后，取出一部分上层溶液并将其装入到比色管中加水至一定刻度，用去离子水作为参比，测出色素的吸收光谱，最后在最大吸收波长的位置处测出两相溶液的吸光度，并计算出色素的实际萃取率。
（二）各种条件下对色素萃取率的影响
1.色素加入量。在其它实验条件不变的前提下，通过改变色素的加入量测定出其对实际萃取率的影响。实验结果表明，当加入量<2ml时，萃取率会随着色素加入量的增大而增大；当加入量>2ml时，萃取率可达到最大值并基本处于稳定状态。为此，本实验将色素加入量确定为2ml。
2.PEG的分子量。在其它实验条件不变的前提下，通过改变PEG的分子量可得出以下结果：在PEG的分子量为1000时，这五种色素都不会出现分层现象；在分子量为2000、4000和6000时，色素能够被萃取，但程度不同。经实验确定分子量2000为红花黄、栀子绿和红米红的最佳分相试剂；分子量4000为红曲红和栀子蓝的最佳试剂。
（三）实验结果
经过实验后得出如下结论：聚乙二醇-硫酸铵双水相体系能够对本文中提到的五种食用色素进行萃取分离，各色素的萃取结果分别为在PEG分子量为2000和硫酸铵为2g的体系中，2g的红米红、栀子绿以及红花黄能够被完全萃取；在PEG分子量为4000和硫酸铵为2g的体系中，2g的红曲红和栀子蓝能够被完全萃取。同时，采用该双水相体系对食用色素进行萃取分离不仅界面清晰、分相速度快，而且整个萃取过程还不会出现乳化的情况。
参考文献
[1]黄建林.彭瑾.儿茶素、白藜芦醇在离子液体双水相体系中的萃取性能研究[J].化学与生物工程.2009（11）.
[2]徐晓冬.丹媛媛.李欣欣.张密林.离子液体双水相体系及其在生物分离中的应用[J].生物技术通报.2008（5）.
[3]申迎宾.温度诱导离子液体双水相体系及其在生物物质绿色分离中的应用[D].河南师范大学.2009（6）.
[4]何继芹.亲和双水相萃取番木瓜中木瓜蛋白酶的研究[D].海南大学.2008（5）.
[5]李蕾.范小娜.戚琦.薛君.温和瑞.聚乙二醇-硫酸铵-水双水相体系萃取测定银杏叶中芦丁的含量[J].南昌大学学报.2008（3）.