（应用化学专业论文）β胡萝卜素分散体系颜色研究.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 p 胡萝卜素是一种重要的食用天然色素，具有较强的着色能力，广泛用作 食品和药品等行业的营养强化和着色，研究b 胡萝卜素水性分散体系的研磨制 备工艺参数对分散体系特征参数的影响及后者对p 胡萝卜素分散体系颜色的影 响具有重要意义。 本文首次较系统地研究了研磨工艺条件对b 胡萝卜素颗粒粒径及其分布的 影响。结果表明3 - 胡萝卜素颗粒粒径及跨距随改性淀粉用量或研磨转速增加呈 先减小后增大的变化趋势；研磨时间延长，分散体系颗粒粒径及跨距减小。分 散体系中抗氧化剂抗坏血酸钠盐用量增加，b 胡萝卜素浓度增大。 本文首次较系统地研究了b 。胡萝卜素分散体系颜色的影响因素。对低浓度 p 胡萝卜素分散体系颜色影响因素的研究结果表明p 胡萝卜素浓度增大或颗粒 平均粒径减小，分散体系明度l 宰降低，色度值a 奉和b 木、饱和度c 幸升高，p 胡 萝卜素浓度增大，色相角h o 变化幅度不大，颗粒平均粒径减小，色相角h o 升 高；b 胡萝i - 素全反式异构体含量降低或辛癸酸甘油酯用量增加，分散体系明 度l 牛、色度值b 宰、饱和度c 宰和色相角h o 升高，色度值a 奉降低。 对高浓度p 胡萝卜素分散体系颜色影响因素的研究结果表明p 一胡萝卜素浓 度或辛癸酸甘油酯用量对高浓度分散体系颜色的影响较小；3 - 胡萝卜素颗粒平 均粒径减小或全反式异构体含量降低，高浓度分散体系明度p 、色度值b 木、 饱和度c 母和色相角h 0 升高，颗粒平均粒径减小，色度值a 木升高，全反式异构 体含量降低，色度值a 幸降低。 关键词：p 胡萝i - 素分散体系颜色平均粒径顺反异构体 i i 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t 1 3 - c a r o t e n ei sa ni m p o r t a n te d i b l en a t u r a lp i g m e n ta n dh a ss t r o n gc o l o r i n ga b i l i t y i t i sw i d e l yu s e da sn u t r i t i o ne n h a n c e ra n dc o l o r a n ti nf o o d sa n dm e d i c i n e s t h e p r e p a r a t i o np r o c e s so f1 3 - c a r o t e n ed i s p e r s i o n sb ym i l l i n gw a si n v e s t i g a t e di na n a q u e o u sm e d i u mi nt h ep r e s e n c eo fah y d r o c o l l o i d e f f e c t so ff a c t o r so nt h ec o l o ro f i b - c a r o t e n ed i s p e r s i o n sw e r ea l s os t u d i e d t h ee f f e c t so fp r o c e s sc o n d i t i o n so n1 3 - c a r o t e n ep a r t i c l es i z ea n di t sd i s t r i b u t i o n w e r ef i r s ts y s t e m a t i c a l l yd i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r t i c l es i z e a n ds p a nd e c r e a s e df i r s t a n dt h e ni n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fm o d i f i e ds t a r c h c o n t e n to rm i l l i n gr o t a t i o n a ls p e e d t h ep a r t i c l es i z ea n ds p a nd e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo fm i l l i n gt i m e w i t ht h ei n c r e a s ei nt h ea m o u n to fs o d i u ma s c o r b a t ei n d i s p e r s i o n s ，l b - c a r o t e n ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d t h ee f f e c t so ff a c t o r so nt h ec o l o ro fd i l u t e1 3 - c a r o t e n ed i s p e r s i o n sw e r ef i r s t s y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e d t h er e s u l t ss h o wt h a tw i t he i t h e ri n c r e a s i n gt h ep a r t i c l e c o n c e n t r a t i o no rd e c r e a s i n gt h em e a n p a r t i c l es i z e ，l 宰v a l u ed e c r e a s e d ，b u ta 木a n db 宰 v a l u e sa n dc h r o m ai n c r e a s e d t h eh u e a n g l ei n c r e a s e dw i t hd e c r e a s i n gt h em e a n p a r t i c l es i z e ，b u t d i dn o t c h a n g es i g n i f i c a n t l y w i t h i n c r e a s i n g t h e p a r t i c l e c o n c e n t r a t i o n w h e na l l t r a n s - i s o m e rc o n t e n td e c r e a s e do ro c t y la n dd e c y lg l y c e r a t e c o n t e n ti n c r e a s e d ，l 木，b 宰，c h r o m aa n dh u e - a n g l ev a l u e si n c r e a s e d ，b u ta 水v a l u e d e c r e a s e d t h ee f f e c t so ff a c t o r so nt h ec o l o ro fh i g hc o n c e n t r a t i o no f1 3 - c a r o t e n ed is p e r s i o n s w e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f e c to ft h ep a r t i c l ec o n c e n t r a t i o no r o c t y la n dd e c y lg l y c e r a t ec o n t e n to nt h ec o l o rw a su n r e m a r k a b l e l 幸，b 木，c h r o m aa n d h u e - a n g l ev a l u e si n c r e a s e dw h e nt h em e a np a r t i c l es i z eo ra l l t r a n s i s o m e rc o n t e n t d e c r e a s e dr e s p e c t i v e l y a 宰v a l u ei n c r e a s e dw i t hd e c r e a s i n gt h em e a np a r t i c l es i z e ，b u t d e c r e a s e dw i t hd e c r e a s i n ga l l t r a n s i s o m e rc o n t e n t k e y w o r d s ： 3 - c a r o t e n ed i s p e r s i o n c o l o rm e a np a r t i c l es i z et r a n s c i s i s o m e r i i i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：壶1 壬讫 签字日期：2 口o 年 弓月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸望盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿态堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：如 玉名 签字日期： 7 。o 年多月7 日 导师躲衫 签字日期山和年2 月夕日 一 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 光阴潺潺，转眼两年多的硕士生活将成为回忆，其中充满诸多酸甜苦辣。 在论文付梓之际，有太多给予我鼓励和帮助的人需要感谢。 首先，本文是在导师尹红副教授的悉心指导下完成的。无论在工作方法、 科研态度还是在学术思想上导师给了我潜移默化的影响，更感谢她的关怀和悉 心指导。从尹老师那里，我不但学到了如何做学问的方法，更为重要的是还学 会了做人的方法，从而树立起脚踏实地的人生观。 作为课题组的组长，陈志荣教授给了我们很大的帮助，除了每周一给我们 的学术指导还有很多生活和做事上的教诲。陈老师渊博的专业知识、严谨求实 的科学态度和一丝不苟的工作作风给我留下了深刻的印象，这将使我终身受 益。在此，谨向陈老师致以崇高的敬意和由衷的感谢! 袁慎峰副研究员也在论 文的完成过程中给过我很多的帮助和指导。无论是课题研究还是生活琐事，袁 老师总是耐心指导，尽力帮助。在此也对袁老师表示深深的感谢。 在本文的完成中尤其要感谢师兄仇丹博士，在导师之外给了我很多科研和 学习上的指点和帮助，对本文的写作给予了大力的支持。本论文的完成还得到 了浙江新和成股份有限公司的李建东和石立芳的指导和帮助，他们给了我们实 验上的细心指导和生活上的热心帮助。在此，我也向他们致以衷心的感谢! 感谢2 0 0 7 级硕士徐颖瑶、陈真生、陈业强、周建秋，大家共同营造的一个 活泼开放的学术氛围和气氛融洽的科研环境，为实验室生活增添乐趣。同时也 感谢2 0 0 8 级硕士张丽霞、商春燕、马现奇、马宁、熊球兵、张向斌及2 0 0 5 级 本科查溪，在实验中也给了很大的帮助和关心，在这里向他们表示感谢。 最后感谢我的家人和亲友，他们在我学业期间身体和心理处于低谷时所给 予的爱深深感动和激励着我，给了我在人生道路上战胜困难的信心和勇气，在 此向他们深深地鞠上一躬，祝愿好人一生平安! 刘玉洁 2 0 1 0 年1 月于求是园 浙江大学硕士学位论文文献综述 1 文献综述 1 1 研究背景 d 瑚萝卜素是一种重要的食用天然色素，广泛用于食品添加剂、饲料添加 剂及维生素a 缺乏症的防治。p 一胡萝卜素不溶于水、微溶于油和极易氧化的特 点，限制了它在各个领域的应用。p 胡萝卜素制成一定的制剂形式后使用可以 弥补上述缺点，而p 一胡萝卜素分散体系是其最主要、应用最广泛的一种剂型。 p 一胡萝b 素分散体系可用于饮料和其他非液态食品的着色。 p 胡萝卜素作为一种有效的着色剂，具有广阔的市场应用前景。近年来国 内外学者对p 胡萝卜素做了大量的研究，内容大都限于p 一胡萝卜素的制剂方 法、工艺及稳定性等方面，对b 胡萝卜素分散体系颜色还未做深入系统研究。 1 2 p 一胡萝卜素概述 1 2 1 p 胡萝卜素简介 p 胡萝卜素的分子式为c 4 0 h 5 6 ，分子量为5 3 6 8 8 ，熔点为1 8 4o c 左右，各 种顺反异构体的分子结构式如图1 1 所示。b 胡萝卜素不溶于水和醇类，微溶于 植物油，在芳香族和脂肪族中有中等溶解度，易溶于氯代烃。由于它的不饱和 结构，使其具有较强的抗氧化活性和清除自由基的能力，因而赋予其较强的生 理活性。但是，也正是由于它的多双键结构，使得它的化学性质不稳定，在加 热和光照时易发生顺反异构、氧化分解、聚合等多种反应。 a l l - t r a n s - 1 3 c a r o t e n e 浙江大学硕士学位论文 文献综述 15 一c i s p c a r o t e n e 图1 1p 胡萝1 - 素顺反异构体的结构 f i g 1 1m o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft r a n s c i s 一1 3 - c a r o t e n e 1 2 2 p 胡萝卜素的应用 1 2 2 1食品及化妆品行业 p 胡萝卜素具有良好的着色性能，是世界卫生组织和联合国粮农组织认证 的无毒、有营养的食品添加剂。添加了p 胡萝卜素的食品色泽金灿，对p h 值 变化相对稳定，相对耐热和耐烘烤。经制剂化处理的p 胡萝卜素，可转化为水 溶性色素，几乎可应用于各种食品行业【1 1 。在胭脂、口红等化妆品中添加胡萝 b 素，色泽丰满自然，并能保护皮肤。 1 2 2 2 保健品及药品行业 p 胡萝卜素是类胡萝卜素家族中最有效的维生素a 前体，抗氧化作用显 著，与维生素c 、e 有协同作用，已证明能防治某些癌症【2 1 和心血管疾病【3 1 ，取 得了美国食品药物管理局( f d a ) 的认可并已制成药丸【4 1 。3 - 胡萝卜素在防治疾病 的保健药品中有广阔市场，而天然b 胡萝卜素的作用更大，天然品主要以全反 式为主，稍含有少量其它立体异构型，在体内更易被吸收。 1 2 2 3 饲料行业 p 胡萝卜素可作为饲料添加剂，提高动物生长速率和肉类质量，提高马、 牛、猪繁殖能力，增强虾、鲑鱼色质，加深禽蛋颜色。 浙江大学硕士学位论文文献综述 1 3 p 胡萝卜素分散体系综述 1 3 1 b 胡萝卜素分散体系 p 胡萝卜素的剂型主要有油悬浮液、干粉和分散体系等5 1 。其中分散体系 具有无可比拟的优越性，是饮料，特别是果汁饮料中最主要、最普遍的应用剂 型。 p 胡萝卜素分散体系是黄色至橙红色的流动性液体，在水中具有良好的分 散性，产生黄色至橙色的色泽，在饮料中的应用稳定性好，对不同饮料配方的 适应性强，通过控制颗粒大小，可以控制体系浊度，还可使颜色偏红或偏黄。 b 胡萝卜素分散体系使用时可直接加入到食品液体成分中，不需要制作储备液 步骤，使用方便。 1 3 2 p 胡萝卜素分散体系的制备方法 1 3 2 1 研磨法 研磨法【6 1 是将b 胡萝卜素研磨成悬浊液后，加入到含明胶、抗氧化剂、表 面活性剂和水的体系中，或直接混合后研磨。研磨法最大的优势在于生产过程 中不需要使用有机溶剂，基本上没有带入有害物质，是一种比较环保、安全的 方法。但由于研磨机械本身的局限性，使产品颗粒较大，一般研磨后的颗粒大 小只能达到1 l o g m ，很难达到纳米级，影响其生物利用率；即使加入抗氧化 剂，研磨过程中d 胡萝卜素的氧化降解难以避免；机械研磨的能耗较大。 只有当b 胡萝卜素颗粒大小达到生物利用要求，研磨过程中的能耗降低， 生产过程中的氧化降解减少时，研磨法才能得到更广泛应用。除了研制新型高 效的研磨粉碎设备外，加入研磨助剂可以解决上述问题。 1 3 2 2 高温油溶法 高温油溶法的工艺 7 1 是先将b 胡萝卜素在高温油脂中熔融、溶解或分散 ( 温度一般接近其熔点1 8 0 0 c ) ，再进行乳化等操作。 高温油溶法在制备p 胡萝卜素制剂时有其先天的安全优势，无须脱除溶 剂，工艺简单，该法在食品和其它一些领域的应用较广泛。但由于这些油类物 质对人体健康有一定影响，且b 胡萝卜素溶解性不佳，因此该方法有一定局限 性。 浙江大学硕士学位论文文献综述 1 3 2 3 有机溶剂法 有机溶剂法【8 1 是将明胶、蔗糖、乳化剂和抗氧化剂等在温水中充分溶解， 把p 胡萝i - 素溶解在有机溶剂中；高速剪切条件下把溶剂相缓慢倒入水相，充 分乳化一段时间后逐步升温，脱除溶剂。该法的缺点是：使用大量有机溶剂， 需要特殊的溶剂回收装置，最终产品中有溶剂残留。 近年来研究者通过减少溶剂用量和寻找相对低毒溶剂，降低后期溶剂处理 难度。根据研究发现，乙醇、正丙醇、异丙醇、1 ，2 丁二醇1 甲基醚和丙酮等 是较适合的安全性溶剂，但在常温常压下无法形成稳定溶液。现行工艺主要采 用热交换设备，通过热交换器将两相流体在超过1 0 0 0 c 的高温和高压下瞬时乳 化。 1 3 2 4 高温高压处理法 高温高压法【9 1 是将p 胡萝卜素悬浮在保护性胶体中，加热到1 8 0 2 5 0 0 c ， 在9 6 6 2 7 5 9 b a r 的压力下将悬浮液均质获得分散体系。该方法不需要使用有机 溶剂或增溶性油，最终颗粒粒径为o 1 0 5 岬，具有良好的稳定性和生物利用 率。 1 3 2 5 超临界处理法 美国专利u s 6 0 5 6 7 9 1 1 0 1 报道，在一定压力下，将p 胡萝卜素与超临界流体 混合，直到形成含5 9 0 超临界流体溶液；将温度调整到比超临界流体高或低 5 0 0 c ，并将压力降低到大气压下，超临界流体迅速汽化，得到1 3 - 胡萝卜素制剂 产品。选择不同的超临界流体可得到不同颗粒大小的p 瑚萝卜素制剂。超临界 处理法不需要高温和有机溶剂，环保、安全，是一种有发展前途的方法，但生 产成本较高。 1 3 3 肛胡萝卜素颗粒的分散稳定性 分散体系的稳定性是指分散体系粘度、分散相浓度、颗粒粒径等一定程度 的不变性【1 1 】。具有较高分散稳定性是b 胡萝卜素应用的前提，分散体系的稳定 或聚沉取决于颗粒间排斥力和吸引力的大小，若吸引力大于排斥力，颗粒发生 团聚，反之分散体系在一定时间内保持稳定 1 2 , 1 3 1 。 b 胡萝卜素颗粒在介质中的分散过程包括3 个阶段，即润湿、机械力分散 聚集颗粒及抗絮凝【1 4 1 。p 胡萝1 - 素的润湿是颗粒表面吸附的气体逐渐被分散剂 浙江大学硕士学位论文文献综述 取代，润湿过程中，分散剂中的各种成分通过特定作用吸附在颗粒表面，降低 颗粒的表面能，将颗粒完全润湿。第二阶段是在机械力作用下将b 胡萝b 素颗 粒聚集体粉碎、降低粒径。第三阶段是b 胡萝卜素细小颗粒在分散剂保护下达 到稳定，即在颗粒表面包覆起稳定作用的吸附层，产生有效的屏障，防止颗粒 再聚集。 如果分散体系不稳定，颗粒会相互吸引发生絮凝。絮凝是一种松散的聚 集，导致颗粒粒径增大，应用性能如色光、着色强度和遮盖力等受到影响，必 须尽可能减少絮凝，使分散颗粒在特定的环境下稳定。 1 4 p - - 胡萝卜素分散体系颜色研究综述 本文研究的重点是b 胡萝b 素分散体系的颜色- 9 浓度、颗粒平均粒径和顺 反异构体含量等因素之间的关系，因此该部分将介绍有关b 胡萝卜素分散体系 颜色理论方面的知识。 1 4 1 颜色研究理论基础 1 4 1 1 颜色的三属性 色相、明度、饱和度是颜色的三属性，也称彩色的三要素。 色相又称色调即通常所说的红、橙、黄、绿等。光源的色相取决于辐射的 光谱组成对人眼产生的色知觉；物体的色相取决于照明光源的光谱组成和物体 的光谱反射率( 或透射率) 对人的颜色视觉产生的综合效果。 明度又称亮度，表示有多少光从物体进入人眼。物体的反射率( 或透射 率) 越高，它的明度越高。白色物体的明度最高，而黄色物体通常比蓝色物体 具有更高的明度，明度还取决于物体颜色的深浅。 饱和度又称彩度即通常所说的颜色的艳度。饱和度取决于物体表面对光的 反射选择程度，若对某一很窄波段的光有很高的反射率，而对其余波长的光反 射率很低，则饱和度高。 1 4 1 2 光谱法1 1 6 i 基于纯物理学、用简单的消光光谱或反射光谱方法描述颜色。在消光光谱 中，根据l a m b e r t b e e r 定律记录消光值( 或透射率) 。 浙江大学硕士学位论文文献综述 1 4 1 3 c i e 标准色度系统【1 7 l 根据不同波长和强度的可见光对人眼产生的刺激可以建立色度学系统。从 任何有色表面上反射的光最终都可以用红、绿、蓝三原色以加色混合的方式达 到视觉上的匹配。c i e ( c o m m i s s i o ni n t e m a t i o n a l ed ei e c l a i r a g e ，国际照明委员 会) 体系的红、绿、蓝三原色，由光谱响应曲线定义。该响应曲线来源于大量 色觉正常的观察者所做配色实验的平均值。最常用的响应曲线是在人眼处于2 0 观察角下的配色实验结果，它构成了c i e l 9 3 1 标准色度观察者的数据。在1 9 6 4 年，又得到了1 0 0 视场下的数据。 b 水 - b 枣l 木 图1 2c i e l a b 颜色空间 f i g 1 2c i e l a bc o l o rs p a c e a 爿c 1 9 7 6 年，国际照明协会推荐“c i e l a b 系统”( c i e1 9 7 6l 木a 水b 母) 作为全球 标准，如图1 2 所示。图中字母l 宰、a 木、b 木是该系统的三个轴，l 毒( o 1 0 0 ) 为明 度，其值越大颜色越明亮。a 牢为红绿度，- t - a * 为红色，- a 木为绿色，正值越大红 色越深，负值越小绿色越深；b 掌为黄蓝度，+ b 水为黄色，- b 幸为蓝色，正值越大 黄色越深，负值越小蓝色越深。从l 木轴到颜色点的距离，代表饱和度c 聿，c 木是 描述艳度或纯度的参数，其值越大颜色越鲜艳。夹角h o 是色相的量度，0 0 或 3 6 0 0 为红色，9 0 0 为黄色，1 8 0 0 为绿色，2 7 0 0 为蓝色。c i e l a b 系统借助相对简 单的计算机程序测量颜色差别。 1 4 1 4 分散体系颜色理论基础 分散体系的光学性质主要指分散体系对光的吸收、散射、透射及反射等性 质，颜色由这些因素综合决定。由于着色物质的存在，一束光线射向分散体系 浙江大学硕十学位论文文献综述 时，一部分光被吸收，一部分光被散射，吸收和散射程度由颗粒浓度和粒径决 定，某些波长的光强烈吸收，其余波长的光则基本上不吸收，透射光( 或反射 光) 中被吸收的光变弱，这时透射光( 或反射光) 呈吸收光的补色光【鸺】。 低浓度分散体系光学透明，透明分散体系的颜色根据其分光透射率进行测 量，一般以空气作为参照标准。由于透明分散体系中颗粒浓度比较低，体系中 复散射效应可忽略不计，其光学特性可由下列公式来描述1 9 】： t = u i o 2 e x p ( - s c d )( 1 - 1 ) 2t + 0 【 ( 1 - 2 ) 其中，t 为分散体系的透射率，i 为透射光强度，i o 为入射光强度，为消 光系数，c 为着色物质浓度，d 为分散体系光程。消光系数包含吸收和散射两方 面影响，是吸收系数( q ) 和散射系数( t ) 之和。 由分光透射率决定的低浓度分散体系颜色可用三刺激值描述，比如l 木、 a 木、 b 珠或x 、y 、z t 2 0 1 。三刺激值与透射光谱之间的转换可用下列公式： 7 0 0 h m x = k s ( 五) x ( 名) 丁( 兄) ( 1 3 ) 7 0 0 h m 】，= k s ( 五) y ( 兄) 丁( 五) ( 1 - 4 ) 4 0 0 h m z = k s ( 五) z ( 五) 丁( 五) 一 、 4 0 0 h m 1 0 0 k2 而而_ s ( 五) y 以) ( 1 - 5 ) ( 1 - 6 ) 其中，s ( 为标准照明体的相对光谱功率分布；x ( z ) 、y ( 兄) 、z ( z ) 为标准 色度观察者光谱三刺激值；t ( u 为分散体系的透射率；k 为常数，常称为调整因 数；x 、y 、z 为分散体系的三刺激值。 采用等间隔波长法1 2 2 1 ( 分割间隔从= l o n m ) ，根据公式( 1 3 ) ( 1 6 ) - h - 算分 散体系的三刺激值，公式如下： n x = k s ( 2 ) x ( 2 ) t ( 2 ) a 2 ( 1 7 ) i = 1 浙江大学硕士学位论文文献综述 y = k y 、, s ( 2 ) y ( 2 ) t ( 2 ) a 2 i - l z = k s ( 名) z ( 五) 丁( 力) 五 i = 1 1 0 0 k = ：一 s ( 五) 歹 m ( 1 8 ) ( 1 - 9 ) ( 1 1 0 ) 将标准照明体的相对光谱功率分布s ( 九) ，标准色度观察者光谱三刺激值 x ( 五) 、y ( 旯) 、z ( z ) ，透射率数据代入上式可计算分散体系的三刺激值。 三刺激值x 、y 、z 可用数学方法转化为c i e1 9 7 6l 木a 水色度空间，转换 公式为【2 3 1 ： l 木= 1 1 6 ( y y o ) 一1 6( 1 - 1 1 ) a 术= 5 0 0 ( x x o ) m 一( y y o ) 1 b ( 1 1 2 ) b 木= 2 0 0 ( y y o ) m 一( z z o ) 1 b ( 1 1 3 ) 其中l 宰为分散体系的明度；a 宰和b 宰为分散体系的色度值；x 、y 、z 为分 散体系的三刺激值；x o 、y o 、z o 为c i e 标准照明体的三刺激值。国际照明委 员会推荐的标准照明体有标准照明体a 、标准照明体b 、标准照明体c 和标准 照明体d 6 5 ，目前常用的有标准照明体d 6 5 和标准照明体a 。观察视场常见的有 2 0 视场和l o o 视场，目前测色趋向于采用1 0 0 视场。d 6 5 标准照明体在1 0 0 视场 下的三刺激值分别为x o = 9 4 8 2 5 、y o = 1 0 0 0 0 0 、z o = 1 0 7 3 8 1 。 根据色度值a 母和b 咄可计算得到口4 1 ： c 木= ( a 木2 + b 宰2 ) 1 陀( 1 1 4 ) h o - - t a n 。( b 宰a 堆)( 1 1 5 ) c 宰为分散体系的饱和度；h o 为分散体系的色相角。 由上述分析可知，通过测量低浓度分散体系的透射率，可以得到分散体系 的三刺激值，进而得到分散体系的颜色参数。 高浓度分散体系光学不透明，不透明的分散体系在白光照射下，因吸收和 散射产生光的漫反射，它的颜色由其表面的光反射而不是光透射决定【2 5 1 ，参照 标准为完全反射漫射体。散射效应增强时，反射率增加，分散体系外观更明亮 浙江大学硕士学位论文文献综述 1 2 6 1 。通过测量高浓度分散体系的反射率，可由上述公式得到分散体系的三刺激 值，进而得到分散体系的颜色参数。 1 4 2 b 胡萝卜素分散体系颜色研究综述 b 胡萝卜素是一种天然色素，其分子结构含有十一个共扼双键和两个p 紫 罗酮环，使得d 胡萝卜素在不同介质中能吸收4 5 0 n m 附近的可见光，p 胡萝卜 素体系呈黄色至橙色，浓度增大时甚至呈红色。 b 胡萝卜素分散体系作为着色剂使用时，颜色和着色效果是其重要的理化 性质。p 胡萝i - 素分子结构对颜色起决定作用，颗粒粒径、顺反异构体含量和 晶型等因素对颜色和着色力的影响也很显著。 1 4 2 1 p 一胡萝卜素颗粒粒径及其分布的影响 b 胡萝卜素分散体系的着色效果与颗粒大小和分布均匀程度密切相关，关 于p 胡萝卜素颗粒粒径与分散体系颜色关系的文献报道较少，但由于p 胡萝卜 素属有机颜料的一种，以细小的颗粒分布在介质中，可借助有机颜料方面的研 究考察p 。胡萝卜素颗粒粒径对分散体系颜色的影响。 颜料颗粒粒径及其分布不同，在介质中对光的吸收与散射发生改变，影响 颜料在介质中呈现的颜色。颗粒粒径大，吸收主波长增大，颜料颜色变暗。颜 料颗粒粒径分布也影响颜料颜色，颜料颗粒粒径分布范围越宽，着色强度下 降，色调萎暗、不鲜明 1 6 , 2 7 1 。 f u 2 8 1 等采用研磨法以非离子型表面活性剂t w e e n2 0 作分散剂制备颜料颗 粒分散体系，研究发现颗粒粒径影响分散体系对光的吸收和散射，随颗粒粒径 增大，吸光度降低。 a u w e t e r 2 9 1 等以明胶为包覆材料制备p 胡萝卜素纳米分散体系，研究发现 不同颗粒粒径的分散体系消光光谱特征吸收峰发生移动。与颗粒粒径为1 5 0 n m 的分散体系的消光光谱相比，颗粒粒径为2 5 0 n m 的分散体系的最大吸收波长红 移。 1 4 2 2 p 胡萝卜素顺反异构体含量的影响 p 胡萝卜素发生顺反异构时，空间位阻发生变化，紫罗酮环与双键的共平 面性改变。顺式异构体的共轭双键数目与全反式异构体相同，但发生双键翻转 之后，共平面性降低，尢电子叠合程度降低，激发能增高，吸收波长向短波方 9 浙江大学硕士学位论文文献综述 向移动。 b r i t t o n 3 0 1 比较不同顺反异构体含量的1 3 - 胡萝卜素在有机溶剂内的消光光 谱，发现顺式异构体吸收强度降低，最大吸收波长蓝移，同时在3 3 0 3 5 0 n m 波 长范围内出现一个特征吸收峰即顺式峰。 1 4 2 3 b 胡萝卜素晶型的影响 有机颜料的颜色，实际上是结晶粒子的颜色，而不仅仅是颜料分子的颜 色。化学结构相同的颜料，由于晶型不同，其晶面间距与排列方式不同，对光 的吸收- 9 反射不同，造成不同的色光 3 1 1 。 p 胡萝卜素有结晶型- 9 无定型两种，结晶型b 胡萝卜素以全反式异构体为 主，无定型p 胡萝i - 素以顺式异构体为主，天然p 胡萝卜素为全反式结构。由 于结晶度能影响光学性质，无定型最大吸收波长向短波方向移动，因此复合晶 型的d 胡萝i - 素分散体系的表观颜色不同。 w l o c h 3 2 1 等和m a r x 3 3 1 等报道指出，不同晶型b 胡萝卜素的消光光谱不同， 结晶型p 胡萝卜素在5 3 5 n m 处有一特征峰吸收峰，无定型p 胡萝1 - 素则无此特 征吸收峰。 1 4 2 4 副反应的影响 p 胡萝i - 素也是一种优良的抗氧化剂，易- 9 活性氧反应。p 胡萝卜素氧化 后会生成羰基、过氧化物、环氧化物和醇等物质 3 4 , 3 5 。如果b 胡萝卜素在制剂 化过程中端基被氧化，那么共轭体系的两端增加了极性基团，分子的极性增 强，大7 c 键中的电子流动性增强，会降低分子激化所需能量，吸收光向长波方 向移动，产生深色效应；1 3 - 胡萝卜素分子的共轭双键被氧化，则会破坏其原有 的共轭体系，共轭体系变小，颜色变浅。 仇丹 3 6 , 3 7 1 等研究发现，长时间的处理过程( 不管在何种介质中) 会使p 胡 萝卜素发生显著的聚合反应，直接导致b 胡萝卜素的共轭体系消失，颜色变浅 直至无色。 1 4 2 5 介质的影响 介质不同对p 胡萝卜素颜色的影响也较大。p 胡萝卜素分子所处的溶剂不 同，其消光光谱发生明显的改变，有机溶剂的极性增大时，光谱发生红移，光 谱精细结构发生改变【3 8 1 。当1 3 - 胡萝卜素溶解在有机溶剂和水组成的混合溶剂中 1 0 浙江大学硕士学位论文文献综述 时，随含水量增加，消光光谱中出现新的特征吸收峰3 9 1 。 1 4 2 6 其它影响因素 制剂化过程中加入的一些赋形剂、乳化剂等，大多是高分子化合物，在一 定条件下会与p 胡萝卜素反应生成包合物，从而改变p 胡萝卜素的颜色。此 外，低温处理也会影响1 3 - 胡萝卜素的颜色【4 0 1 。 1 5 课题的提出 p 胡萝卜素是一种重要的食品添加剂，具有较强的着色能力。p 胡萝卜素 作为着色剂使用时，颜色和着色效果是其重要的理化性质，虽然国内外对于1 3 胡萝卜素制剂方法、工艺及稳定性方面做了较详细的探讨，但是关于d 胡萝卜 素分散体系颜色研究极少。 本文首先研究保护胶体水相介质中1 3 - 胡萝卜素分散体系的研磨制备工艺， 进而探讨p 胡萝卜素分散体系颜色的影响因素。借助紫外可见分光光度计、测 色计、激光粒度仪、高效液相色谱、x 射线衍射等分析检测手段，研究p 胡萝 卜素浓度、颗粒平均粒径、顺反异构体含量及油脂用量对b 胡萝卜素分散体系 颜色的影响，以期为b 一胡萝卜素分散体系的应用提供理论参考。 浙江大学硕士学位论文 实验部分 2 实验部分 2 1 实验材料与仪器 2 1 1 实验材料 表2 1 论文实验用原料及试剂 t a b l e2 1e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sa n dr e a g e n t s 2 1 2 实验仪器 表2 2 论文实验用仪器 t a b l e2 2e x p e r i m e n t a la p p a r a t u s 1 2 浙江大学硕士学位论文实验部分 2 2 p 胡萝卜素分散体系的制备 2 2 1 研磨法制备p 胡萝卜素分散体系 在2 5 0 m l 的烧瓶中加入一定量改性淀粉( 分散剂) 和1 0 0 9 水，搅拌使其分 散后在9 5 0 c 沸水浴中加热并继续搅拌约3 0 r a i n ，快速冷却至室温，加入一定量 抗坏血酸钠盐( 抗氧化剂) 并搅拌均匀。加入0 5 9 结晶b 瑚萝卜素，用磁力搅 拌器搅拌分散。p 胡萝卜素晶体完全润湿后，置于带有冷却夹套( 外接0 0 c 低 温液体循环机) 的球磨机中研磨( 内置2 k g 直径为2 r n m 的氧化锆球) ，得到p 一胡 萝卜素分散体系。 2 2 2 研磨法制备顺反异构体含量不同的b 胡萝卜素分散体系 将结晶d 胡萝卜素加入三口烧瓶，通高纯氮置换约半小时，在氮气保护下 于1 8 5 0 c 油浴中加热约1 5 m i n 至结晶p 一胡萝卜素完全熔融，将三口烧瓶迅速置 于冰水中冷却，将固体取出，按一定比例与结晶b 胡萝卜素混合，加入q 生育 酚1 ( 对b 胡萝卜素质量，抗氧化剂) ，用二氯甲烷充分溶解后用旋转蒸发仪 脱除溶剂，取出固体，置于研钵中研磨均匀，得到顺反异构体含量不同的p 胡 萝卜素，按2 2 1 所述方法制备顺反异构体含量不同的b 一胡萝卜素分散体系。 不同颗粒平均粒径的p 胡萝卜素分散体系可通过改变研磨时间得到。原分 散体系中p 胡萝卜素浓度为0 4 0 w t ，不同浓度的p 胡萝卜素分散体系由0 4 0 谢的原分散体系稀释得到，所有分散体系都是现配现用。 2 2 3 高温油溶法制备含油脂p 胡萝卜素分散体系 将结晶p 一胡萝卜素按照不同比例分散于辛癸酸甘油酯( o o o ) d e ，加入0 【生 育酚1 ( 对p 胡萝卜素质量) ，在1 8 0 0 c 左右加热熔融。当p 胡萝卜素完全熔 融成液体状，在显微镜下观察不到小颗粒时，把油相加入高速剪切作用下的改 性淀粉水溶液中，半个小时后加入抗坏血酸钠盐o 。8 6 ( 对分散体系质量) ，继 续搅拌一段时间后进行高压均质，制得d 胡萝卜素浓度为0 4 0 w t 、改性淀粉 含量为1 2 w t 的分散体系。 2 3 分析和性能测试 2 3 1 p 瑚萝卜素结晶分析 称取p 胡萝卜素样品约1 0 r a g ，用氯仿溶解并用环己烷稀释5 0 0 0 倍，在 浙江大学硕十学位论文 实验部分 4 5 5 n m 下读取吸光度，p 胡萝卜素含量通过下列公式计算得到： c ( ) = 似5 0 0 0 ( m xa 一 o ，】 ( 2 1 ) 其中a 为4 5 5 n m 下样品的吸光度，5 0 0 0 为稀释倍数，m 为样品质量，c 为 b 胡萝卜素含量，全反式p 胡萝卜素的消光系数以a i ，。 , 为2 5 0 0 h 。 2 3 2 p 胡萝卜素分散体系浓度测定 2 3 2 1 p 胡萝卜素分散体系浓度 准确称取待测p 胡萝卜素分散体系样品1 0 9 ( 精确至0 0 0 0 2 9 ) 置于1 0 0 m l 棕色容量瓶，加4 m l 水，超声处理1 0 m i n ，加入4 0 m l 无水乙醇和4 0 m l 三氯甲 烷，再超声处理5 m i n ，冷却到室温后，用三氯甲烷定容到刻度，摇匀，取出部 分溶液置于离心管内，在4 0 0 0 r m i n 下离心5 m i n ，吸取上层清液2 0 m l 于5 0 m l 棕色容量瓶中，用氮气将瓶内溶剂吹干，然后用环己烷溶解并定容、摇匀。以 环己烷做参比，在4 5 5 n m 下读取吸光度，p 胡萝卜素分散体系浓度及比浓度由 下列公式计算得出： c ( 州) = ( 4x2 5 0 0 ( mx 彳i 磊) 】( 2 - 2 ) 弧= c t c 0 1 0 0 ( 2 3 ) 其中a 为4 5 5 n m 下样品的吸光度，2 5 0 0 为稀释倍数，m 为样品质量，c 为 p 胡萝卜素浓度，全反式p 胡萝卜素的消光系数以a ，w 。, 为2 5 0 0 。 t t 为比浓度，c t 为不同研磨时间下分散体系p 胡萝卜素的浓度，c o 为未经研磨分散体系p 胡萝 卜素初始浓度( 为0 4 3 w t ) 。 2 3 2 2 顺反异构体含量不同的肛胡萝卜素分散体系浓度 试样处理方法同2 3 2 1 ，以环己烷做参比，在4 2 1 n m 下读取吸光值，b 胡 萝卜素分散体系浓度由下列公式计算得出： c ( 研) - ( 4x2 5 0 0 ( mx1 4 8 0 ) 】 ( 2 4 ) 其中a 为4 2 1 n m 下样品的吸光度，2 5 0 0 为稀释倍数，m 为样品质量，c 为 p 胡萝卜素浓度，顺反异构体含量不同的p 胡萝卜素在4 2 1 n m 下的消光系数 以a 1 。硎, , 由全反式p 胡萝卜素在4 5 5 n m 下的消光系数2 5 0 0 推导为1 4 8 0 4 2 1 。 1 4 浙江大学硕士学位论文实验部分 2 3 3 粒径测定 采用马尔文2 0 0 0 激光粒度仪测定p 胡萝卜素分散体系颗粒粒径， 用体均粒径表示，粒径分布指数用跨距( s p a l l ) 表示，由下列公式得到： = 擎 平均粒径 ( 2 - 5 ) s p a n2 ( d o 9 一d o 1 y d o 5 ( 2 6 ) 其中d 4 3 为颗粒的体均粒径，直径为d i 的颗粒数目为n i ，d o 1 、d o ，5 、d o 9 分别指累计粒度分布百分数达到1 0 、5 0 和9 0 时所对应的粒径。每一个分 散体系测试三次，取平均值。 2 3 4 p 胡萝卜素顺反异构体含量分析 b 胡萝卜素顺反异构体含量运用c 1 8 - h p l c 进行色谱分析，分析条件如下： 色谱柱：k r o m a s i lc 1 8 柱( 5j - t m ，4 6 x 2 5 0 m m ) 流动相：甲醇：乙腈：石油醚= 3 5 ：5 5 ：l o ( v v ) 样品处理用溶剂：无水乙醇：三氯甲烷= 1 ：1 ( v v ) 检测器：u v 检测器 检测波长：4 5 5 n m 流速：1 8 m l m i n 柱温：2 5o c 进样量：2 0 “l 在上述分析条件下全反式p 瑚萝卜素出峰时间为1 4 9 3 r a i n ，9 顺p 一胡萝卜 素出峰时间为1 6 1 2 r a i n ，1 3 顺b 胡萝卜素出峰时间为1 7 o l m i n 。 2 3 5 p 胡萝卜素分散体系放置稳定性 将p - 胡萝卜素分散体系在室i g ( 2 0 。c ) 条件下静置，在不同时间间隔观察分 散体系表层现象( 是否出现浮油) 。 2 3 6 p 胡萝卜素颗粒的电镜分析 取少量b 胡萝卜素分散体系滴在单晶硅片上，然后将硅片放在培养皿中， 浙江大学硕士学位论文实验部分 自然晾干后，用s i r i o n 场发射扫描电镜观察b 胡萝卜素颗粒形貌。 2 3 7 p 胡萝卜素的x 射线衍射分析 采用转靶多晶体x 射线衍射仪测定顺反异构体含量不同的p 胡萝卜素粉末 的x 衍射曲线，记录2 0 = 5 0 _ 1 0 0 的衍射强度曲线。 2 3 8 消光光谱测定 2 3 8 1 b 胡萝卜素溶液 p 胡萝卜素固体用氯仿溶解后，移取一定量溶液，用环己烷稀释为5 m g l 或1 0 m g l 的溶液，在紫外可见分光光度计上测定消光光谱，波长范围为 3 0 0 7 0 0 n m ，扫描速度为7 0 0 n m m i n ，参照标准为环己烷。 2 3 8 2 p 胡萝卜素分散体系 p 胡萝卜素分散体系在紫外可见分光光度计上进行消光光谱测定，波长范 围为3 0 0 7 0 0 n m ，扫描速度为7 0 0 n m m i n ，参照标准为纯净水。 2 3 9