（食品科学专业论文）紫苏精油的抗氧化活性及分子微胶囊化研究.pdf

摘要 紫苏是一种在我国广泛分布的唇形科植物，资源丰富，成本低，是国家卫生部首批颁 布的既是食品又是药品的6 0 种中药之一，含有多种具有生理活性的化学成分，其中的紫苏 精油是紫苏叶主要的有效成分之一。本文研究了紫苏精油的提取方法、紫苏精油的抗氧化 活性及分子微胶囊化。 课题对紫苏的研究包括三个部分： ( 1 ) 采用水蒸气蒸馏法、微波辅助水蒸气蒸馏法从紫苏叶中提取精油，确定了水蒸气 蒸馏最佳提取工艺：液料 = 9 5 ：l ，常压蒸馏1 5 h ，盐浸质量浓度为5 ，出油率可达到1 1 ； 微波辅助水蒸气蒸馏最佳提取工艺：液料比为1 0 ：1 ，微波辐射功率为1 0 0 0 w ，微波有效破 碎时间为4 r n i n ，出油率可达到1 4 。通过气相色谱一质谱联用技术( g c m s ) 分别对两种方法 提取的精油进行成分分析：水蒸气蒸馏提取的精油鉴定出4 3 种成分，微波辅助水蒸气蒸馏 提取的精油鉴定出4 0 种成分，主要成分均为正戊基2 呋喃酮，相对百分含量分别是6 8 3 和7 2 8 9 ，鉴定此紫苏为呋喃酮类。 ( 2 ) 从还原钼离子能力、清除超氧阴离子自由基能力、清除羟基自由基能力、还原铁 离子能力、抗亚油酸脂质过氧化能力五个方面分别评价了紫苏醛型精油和呋喃酮型精油的 抗氧化活性。结果表明，此两种类型的紫苏精油在一定浓度范围内均具有良好的抗氧化活 性。另外，本实验还采用国标规定的游离羟胺法测定出青紫苏精油和红紫苏精油的醛含量 分别为2 9 3 2 和3 6 6 9 。 ( 3 ) 分别采用紫外分光光度法和荧光光谱法测定了争c d 及其衍生物与紫苏精油和香紫 苏精油作用的包结比、包结常数及热力学参数a g 、a h 、a s ；以饱和水溶液法制备固体包 结物，并用红外吸收光谱进行表征。实验结果，包结后精油的稳定性显著增加。拿- c d 及其 衍生物与这两种精油的包结比均为l ：1 ，包结能力顺序分别为2 - h p ? - c d 2 h e 一伊c d d m 一伊c d 伊c d 和? - c d d m p c d 2 - h e f l - c d 2 h p 一肛c d ，包结反应是一个放热过 程，以焓变为主，符合熵焓补偿效应，范德华是主要的驱动力。 关键词：紫苏精油；水蒸气蒸馏法；微波辅助水蒸气蒸馏法；抗氧化性；气相色谱质谱联 用：伊环糊精；微胶囊化 a b s t r a c t p e r i l l af r u t e s c e n s ，w i d e l ys p r e a di nc h i n a , w a si n l el i s to fs t u f f s ，w h i c hw e r eb o t h m e d i c i n ea n df o o d , a n n o u n c e db yt h ec h i n am i n i s t r yo fh e a l t h , a n dc o n t a i n e dm a n yk i n d so f b i o a c t i v es u b s t a n c e s o n eo ft h e s es u b s t a n c e sw a sp e r i l l af r u t e s c e n se s s e n t i a lo i l ( p e o ) i nt h i s p a p e r , t h eo p t i m u me x t r a c t i n gc o n d i t i o no fp e o ，t h ea n t i o x i d a n ta b i l i t yo ft h ep e o ，a n dt h e m o l e c u l a rm i c r o e n c a p s u l a t i o nw e r es t u d i e d t h er e s e a r c h e sa b o u tp e r i l l a f r u t e s c e n si nt h i st h e s i si n c l u d e dt h r e ea s p e c t s ： ( 1 ) e s s e n t i a lo i lw a se x t r a c t e df r o mt h el e a v e sb ys t e a md i s t i l l a t i o n ( s d ) a n dm i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i o n 岬) ，a n do p t i m a le x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ea c h i e v e da sf o l l o w s ：b ys d ， t h er a t i oo fb a r kp o w d e rt ow a t e r1 ：5 ( w v ) ，d i s t i l l i n g1 5h o u r sb yv a p o u r , d i s s o l v i n gs o l u t i o n w i t h5 s a l tc o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ee x t r a c t i o nr a t ei su pt o1 1 ；b ym a e ，p o w e ri0 0 0 w , e x t r a c t i n gt i m e4m i n u t e ，t h e r a t i oo f b a r kp o w d e rt ow a t e r1 ：10 ( w v ) ，a n dt h ee x t r a c t i o nr a t ei s u pt o1 4 t h ee s s e n t i a lo i l sw e r ea n a l y z e db yg c m s ：b ys da n db ym a e c o n t a i n e d4 3 c h e m i c a lc o m p o n e n t sa n d4 0c h e m i c a lc o m p o n e n t s ，r e p e e f i v e l y t h em a i nc o m p o n e n ti s2 - f u r y l p e n t y lk e t o n e ，m a k i n gu p6 8 3 0 a n d7 2 8 9 o f t h et o t a lv o l a t i l eo i l ，r e p e c t i v e l y ( 2 ) t h ea n t i o x i d a t i v e a c t i v i t i e so fp e ow a se v a l u a t e db a s e do np h o s p h o m o l y b d e n u m c o m p l e x ，s u p e r o x i d ea n i o na n dh y d r o x y lr a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t i e s ，r e d u c i n gp o w e ra n d i n h i b i t i o no fl i p i dp e r o x i d a t i o ni nl i n o l e i ca c i d t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tp e oh a sn o t a b l e a n t i o x i d a t i v ea c t i v i t y t o t a la l d e h y d e sc o n t e n t so fg r e e na n dp u r p l ep 。f r u t e s c e n se s s e n t i a lo i l w e r e2 9 3 2 a n d3 6 6 9 ，r e s p e c t i v e l y ，w h i c hw e r ed e t e r m i n e db yf r e eh y d r o x y l a m i n em e t h o d ( 3 ) t h ei n c l u s i o ni n t e r a c t i o n so fp e oa n ds e ow i t hc y c l o d e x t r i n sw e r ed e t e r m i n e db y u l t r a v i o l e ts p e c t r o m e t r ya n ds p e c t r o f l u o r i m e t r y ，r e s p e c t i v e l y t h ekv a l u e ，a g ，a ha n da sh a d b e e nd i s c u s s e d ；t h ei n c l u s i o n c o m p l e xw a sp r e p a r e db ys a t u r a t e da q u e o u ss o l u t i o n ，a n d c h a r a c t e r i z e db yi n f r a r e ds p e c t r o m e t r y t h es t a b i l i t yo fe s s e n t i a lo i li nt h em i c r o c a p s u l e sw a s o b v i o u s l yi m p r o v e d t h es t r u c t u r e so ft h ei n c l u s i o nc o m p l e xw e r ei ：i t h eo r d e rt h a tt h e c a p a b i l i t ya s s o c i a t e dw i t hp e oa n ds e ow e r e2 - h p b - c d 2 - h e - p - c d d m b - c d p - c da n d b - c d d m - c d 2 - h e b - c d 2 - h p 一伊c d ，r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：p e r i l l a f r u t e s c e n se s s e n t i a lo i l ；s t e a md i s t i l l a t i o n ；m i c r o w a v ea s s i s t e de x t r a c t i o n ； g c m s ；1 3 - c y c l o d e x t r i n ；m i c r o c a p s u l e 论文、参加科研情况说明以及学位论文使用授权声明致谢 论文、参加科研情况说明以及学位论文使用授权声明 一、发表论文 1 田香楠，姜子涛，李荣紫苏精油与环糊精包结物的制备与光谱研究 中国调味品，2 0 0 7 ，( 11 ) ：4 2 4 6 2 x i a n g - n a nt i a n z i t a oj i a n g r o n g l i i n c l u s i o ni n t e r a c t i o n sa n dm o l e c u l a rm i c r o c a p s u l e o fs a l v i as c l a r e al e s s e n t i a lo i lw i t hb - c y c l o d e x t r i nd e r i v a t i v e s e u r o p e a nf o o d r e s e a r c ha n dt e c h n o l o g y ( s c i 期刊) 已在线发表。 d o i ：1 0 1 0 0 7 s 0 0 2 1 7 0 0 7 0 8 1 3 7 3 x i a n g - n a nt i a n z i t a oj i a n g r o n gl i c h e nc a o a n t i o x i d a t i v ep r o p e r t ya n df r e er a d i c a l s c a v e n g i n gp o t e n t i a lo f b o t hg r e e na n dr e dp e r i l l a f r u t e s c e n se s s e n t i a lo i l s e u r o p e a nf o o d r e s e a r c ha n dt e c h n o l o g y ( s c i 期刊) 稿件审查中 学位论文使用授权声明 本人同意授权天津商业大学将论文的全部内容或部分内容提供给有关方面，编入 中国学位论文全文数据库、中国优秀博硕士学位论文全文数据库、天津商业大学博 硕士学位论文全文数据库等有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编以供查阅或借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 、司杏呻 第一章前言 第一章前言 1 1 紫苏精油的研究概况 1 1 1 紫苏植物的研究进展 紫苏俨折砌伽舾c 绷s ) 为唇形科( l a b i a t e ) 一年生草本植物，其性味辛温，具有理气宽中 的作用【1 1 ，是国家卫生部首批颁布的既是食品又是药品的6 0 种中药之一。紫苏一般用种子 繁殖，3 4 月播种，7 8 月生长繁茂，在9 1 0 月种子充分成熟。紫苏原产于喜马拉雅山及中 国的中南部地区，现主要分布在印度、日本、中国、朝鲜等国，近年来美国、加拿大也开 始商业性栽培。紫苏现已大规模种植，但由于季节性强，受环境条件影响等原因，不同产 地与品种紫苏的生物活性成分及含量差别很大jg l y n r i m m i n g t o n t q 根据现有的品种将各个 国家的紫苏进行了统一的归纳。见表1 。1 。 表1 1 紫苏的分类及不同国家名 t a b l e l - 1p e r i l l a f r u t e s c e n s sc a t e g o r ya n dt h en a m eo f d i f f e r e n tc o u n t r y 紫苏在我国己有2 0 0 0 多年的栽培历史，资源丰富，成本低，且含有多种生理活性成分。 自古即在我国用于风寒、头痛发热、鼻塞、咳嗽、胸闷等症。紫苏不但有药用价值，而且 在营养保健、工业用油、香料工业、食品防腐、调味剂开发、蜜源生产、优质饲料及水土 保持等方面，都有开发利用价值。研究紫苏，必将为人类造福，为建设和谐社会做出贡献。 1 1 2 紫苏精油的理化性质 紫苏的香气来源于紫苏精油，它是从紫苏的枝、叶中提取的精油，主要为萜类化合物， 第一章前言 其中绝大多数为单萜，极少数为倍半萜，且精油的成分因品种、产地等因素，差异较大。 紫苏的遗传稳定性差，易受外界环境的干扰，与近缘植物交配，产生不愉快的刺激性气味 或者无味，失去了紫苏原始的清爽感觉。日本学者n i t t am 和o h n i s h io 2 1 用鼬垤d 标记揭示 s h l s o 和e g o m a 紫苏的遗传关系，发现了杂草型紫苏，说明了紫苏遗传的变异性。各国的 研究工作者试图把纷繁复杂的紫苏气味进行归类，其较为著名的有日本k o e z a k ay 根据紫苏 属植物的主要成分分为紫苏醛( p a ) 型，紫苏酮( p k ) 型，香薷酮( e k ) 型，苯丙烷( p p ) 型，柠 檬醛( c ) 型五种类型，其主要成分分别为紫苏醛、紫苏酮、香薷酮、肉豆蔻醚或莳萝油脑、 枸橼醛。h i r o s h ii t o 则主张分为四种类型，紫苏醛类( p e r i l l a l d e h y d e ) ，呋哺酮类( f u r a n o n e ) ， 苯丙基类( p h e n y l p r o p a n o i d ) 和柠檬醛类( c i t r a l ) 。n i s h i z a w a a 通过杂交实验，培育出了紫苏烯 ( p u 型，主要成分为紫苏烯。目前普遍栽培和食用的是紫苏醛型。m o r i n a k ay 【3 】归纳出几 种紫苏精油的类型及特征成分( 见表1 2 ) 。 表1 - 2 紫苏精油的类型 t a b l e l - 2t h et y p e so f p e r i l l a f r u t e s c e n se s s e n t i a lo i l 紫苏醛型精油为淡黄色至绿色挥发性精油，具有特殊的枯草香气，味甜。有刺激作用 及提神作用，渗透性强，疗效佳，兼有防腐作用，但是香味持续性差。折射率为( n d 2 0 ) 1 4 9 9 8 ， 比重( 2 0 ) 为0 9 2 2 9 ，旋光度为 a 】d 2 0 + 9 3 6 5 ，相对密度( d 4 2 0 ) o 9 2 6 4 ，酯值2 8 6 ，乙酰化后酯 值1 3 0 8 2 。挥发油的沸程是7 0 3 0 0 。 紫苏醛型精油的主要化学成分【1 】有紫苏醛0 耐l l a l d e h y d e ) 、紫苏醇口耐l l y la l c o h o l ) 、 紫苏醣 ( p e r i l l ak e t o n e ) 、柠檬烯( 1 i m o n e n e ) 、紫苏烯( p e r i l l n e n e ) 、芳樟醇( 1i n a l o o l ) 、 苯丙素类化合物( p h e n y l p r o p a n o i d ) 以及蒎烯、j | b 蒎烯、枯酸、薄荷醇、薄荷酮、二氢紫 苏醇、丁香酚等。 国外对紫苏精油生物合成也有一定研究。如紫苏叶在不同的生长时期，其精油含量的 变化【4 】，叶子中精油的主要芳香成分随日光照射强度而发生变化【5 】 以及通过g c m s 分析 栽培紫苏与野生紫苏中精油成分的不同等【6 1 。 o c h o c h 2 0 h o h 图1 一l 紫苏醛型精油中主要成分的结构式 f i g l 一1t h es t r u c t u r eo f t h em a i nc o m p o s i t i o no f p e r i l l a f r u t e s c e n se s s e n t i a lo i l 1 1 3 紫苏精油的提取与分离 国内外学者通过g c ，g c m s ，g c f t i r 等仪器分析方法从紫苏属植物中分离鉴定了 上百余种挥发性成分。从结果来看，不同方法制得的挥发油化学组分及含量相差较大【7 j o 】。 紫苏精油的常用提取方法【7 1 0 】有水蒸气蒸馏法、同时蒸馏萃取法、吸附柱法、超临界 c 0 2 萃取法。其中，同时蒸馏萃取法提取的紫苏叶挥发性成分包含了水蒸汽蒸馏法所提取 的全都挥发性成分，而且还含有后者提取不到的较高沸点的倍半萜及其它挥发物质。因此， 同时蒸馏萃取法在全面分析植物挥发成分时具有明显的优势。超临界c 0 2 萃取是一种新型 的提取分离技术，和常规的水蒸汽蒸馏方法相比，提取时间缩短，收率、原料的利用率都 大大提高。超临界c 0 2 萃取尤其适用于对热敏性天然物质的提取，其操作温度低，不会影 响热敏性物质的天然活性，所得到的紫苏叶挥发油的香气更接近天然香味。 紫苏挥发油主要成分的分离方法有柱层析法。湖南零陵地区的野生苏，用2 0 0 目硅胶作 为吸附剂，a 正己烷、b 正己烷、乙酸乙酯、丙酮作为洗脱剂，分离出8 个主要成分，并经 质谱和核磁共振分析，确定了柠檬烯，紫苏烯，紫苏酮，伊石竹烯，争甜没药烯五种成 3 第一章前言 一- _ _ - 一 分【】l 】。日本学者m 灿t a d a 用乙醇提取紫苏叶，将得到的提取物浓缩，用乙烷洗涤，乙 酸乙酯溶液萃取，再将乙酸乙酯蒸发，剩余物通过硅胶色谱柱，用乙烷、乙酸乙酯洗涤， 将洗涤液通过m ，l c 和凝胶柱，得到了纯品紫苏醛【1 2 1 。 1 1 4 紫苏精油的生理活性功能及应用 紫苏精油主要活性成分与生理活性功能如下( 表l 一3 ) 。 表1 3 紫苏化学成分与生理活性功能 t a b l e1 3t h ec o n s t i t u e n t sa n db i o a c t i v ef u n c t i o no fe s s e n t i a lo i lo f p e r i l l a f r u t e s c e n s 化学名称 功能 紫苏醛与柠檬烯对皮肤丝状真菌生长有协同抑制作用【1 3 1 ； 紫苏醛和植物甾醇协同作用可使小鼠睡眠时间延长而显示 紫苏醛 镇静作用；与柠檬烯、昝蒎烯混合治疗脚藓； ( p e r i l l a l d e h y d e ) 工业上生产甜味剂紫苏葶和香料的重要原料： 农用杀虫剂和灭菌剂【1 4 】 紫苏醇化学预防乳腺癌、肺癌、肝癌、神经瘤和白血病； q 耐l l y la l c o h 0 1 ) 抑制老鼠的细胞增殖 1 5 , 1 6 1 柠檬j 烯( 1 i m o n e n e ) 和紫苏醇有协同作用，有抑制癌细胞增长的作用1 7 】 紫苏酮产生神经毒抑制中枢作用，如食草动物的肺水肿、肺冲血， ( p e r i l l ak e t o n e )刺激肠环形肌的运动力，促进小鼠肠蠕动；可用于农药 抑制皮肤藓菌及0 2 ； 紫苏精油 解热、止呕、平喘和镇咳； ( e s s e l l t i a l 。i l ) 抑制金黄色葡萄球菌、化脓链球菌、假结核棒状杆菌【1 8 ，1 9 1 刘小琴 1 9 1 采p y r o g a u 0 1 n b t 比色法测定紫苏挥发油对超氧阴离子自由基的抑制作 用，研究表明，紫苏挥发油可抑制超氧阴离子自由基的生成，且抑制率随浓度成正相关。 任永欣【2 明在紫苏叶挥发油的抗炎作用及机理研究中，研究揭示紫苏挥发油大剂量能降低去 肾上腺大鼠角叉菜胶肿胀足中丙二醛( m d a ) 的含量；对角叉菜胶性胸膜炎大鼠胸腔渗出液 中一氧化氮( n i t r i co x i d e ，n o ，一种简单而不稳定的自由基) 的含量也有显著抑制作用，并初 步认为紫苏挥发油具有抗氧化作用，是其抗炎机理之一。 紫苏精油己广泛应用于医药( 治疗哮喘病药) 、香料( 皂用香精的配基组分) 、食品( 制 4 第一章前言 取紫苏醛反肟，一种超级甜味剂，其甜度为蔗糖的2 0 0 0 倍) 和防腐剂( 其抑菌作用胜过苯甲 酸) ，主要用于糕点、泡菜、糖果及胶冻食品等【2 1 1 。 1 2 自由基概述及其检测方法 1 2 1 自由基概述 自由基( f r e er a d i c a l ) 又称游离基，系外层轨道含有未配对电子的原子、原子团或特殊状 态的分子的总称，是携有单电子的、活性极高的化学质点。自由基是机体正常代谢的产物， 人体组织中许多生化反应的中间代谢物都伴随有自由基，自由基极易引起化学反应。自由 基中以氧自由基( o x y g e nf l e er a d i c a l s ，o r ) 对机体的危害最大。o f r 包括超氧阴离子自由 基( 0 2 ) 、羟基自由基( o h ) 、过氧化氢( h 2 0 2 ) 及单线态氧( 1 0 2 - ) 等【2 2 】。 1 2 2 自由基对生物体的损伤 1 2 2 1 导致食品发生变质 食品中包含着大量的自由基反应，食用油脂和富脂食品的酸败也是自由基所引发的。 它不仅使油脂本身受破坏失去营养。更重要的是脂质氧化产物严重影响细胞功能，食用后 危害健康。 1 2 2 2 对生物组织和代谢的直接伤害 自由基可与生物体内的许多物质如脂肪酸、蛋白质等作用，夺取他们的氢原子，造成 相关细胞的结构与功能发生变化，从而引发心脏病、癌症等疾病，成为多种疾病和亚健康 状态的原因。 1 2 2 3 引起生物机体的衰老加快 依据自由基理论，机体衰老是体内过剩的自由基对构成组织细胞的生物大分子化学结 构产生破坏性反应的结果。自由基能产生导致机体损伤的化学物质，过多的自由基使细胞 膜受到损害，发生脂质过氧化，使蛋白质变性，使酶失去活性，从而使器官老化导致机体 衰老加速。 虽然自由基在机体代谢过程中连续不断地产生，但机体存在防御系统，故正常情况下 危害不大【2 3 1 。而机体细胞中的氧( 0 2 ) 在转变成水( h 2 0 ) 的过程中，会产生许多活性氧( r e a c t i v e o x y g e ns p e c i e s ，r o s ) ，少数活性氧在反应过程中泄漏出来，成为多余的氧自由基，从而 导致组织伤害，乃至诱发各种疾病和促使机体衰老。引起机体氧化的自由基主要是活性氧 自由基( 简称活性氧) 。活性氧是氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物， 具有很强的氧化活性。过多的活性氧会氧化人体内的脂质、蛋白质、核酸、酶等【2 3 】。 第一章前言 1 2 3 自由基的检测方法 1 2 3 1 专用仪器检测法 ( 1 ) 电子自旋共振( e s r ) 波谱解析技术 电子自旋共振 2 4 1 ( e l e c t r o ns p i nr e s o n a n c e ，e s r ) 又称电子顺磁共振( e l c c t r o np a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e ，e p r ) ，是研究电子自旋能级跃迁的- - f - j 学科，是检测自由基最直接有效的方法。 ( 2 ) 化学发光法 在活性氧、氧自由基反应过程中，释放能量，产生化学发光。利用高灵敏度的发光仪 就可以直接观察。为了提高观察的灵敏度，常用鲁密诺等作为发光增效剂。活性氧可以使 鲁密诺氧化激发，在回到基态时释放出特定波长的光。使用化学发光检测活性氧，灵敏、 快速、操作简单、价格低廉，目前被广泛用于活性氧的检测和研究口5 1 。 ( 3 ) 利用脉冲辐解( p u l s er a d i o l y s i s ) 测量自由基的反应速率常数 脉冲辐解是测量短寿命自由基反应速度非常有效的方法，羟自由基的反应速率常数就 是用脉冲辐解方法测量的【2 6 】。利用直线加速器的离子脉冲，直接辐照样品产生自由基。通 过选择适当条件，可以产生某些特定的自由基，并以微秒的数量级跟踪这些自由基反应。 因为不同自由基的光吸收不同，利用示波器可以显示这些自由基反应动力学性质。这个技 术对研究羟基自由基和超氧阴离子自由基同生物分子的反应机理是非常有用的。 1 2 3 2 氧消耗测定方法 利用油脂类的氧化变质来间接测定抗氧化剂的作用。_ 个体系有氧自由基生成，就要 消耗该体系的氧气。通过检测氧消耗就可以测定氧自由基的生成。目前通常使用的是氧电 极法，最近又发展起来一种自旋探针测氧法。 ( 1 ) 氧电极法 利用氧电极可以很方便地测定溶液中的氧浓度，因此，可以用它检测一个反应体系中 的氧消耗，研究自由基产生的动力学过程网。 ( 2 ) 自旋探针测氧法 利用自旋探针e s r 波谱的超精细结构随着氧浓度改变来测量一个反应体系的氧浓度的 方法。 1 2 3 3 氧自由基的化学测定方法 ( 1 ) 超氧阴离子自由基的化学检测法 2 8 , 2 9 , 3 0 四硝基甲烷、细胞色素c 、肾上腺素、还原型辅酶等都能与超氧阴离子自由基反应产 生具有特定光吸收的物质，可用于检测超氧阴离子自由基，但特异性不强，其它氧化剂或 6 第一章前言 还原剂也可以发生类似反应，因此需要加以验证。 ( 2 ) 羟自由基的化学检测法 二甲基亚砜( d m s o ) 和羟基自由基反应生成甲烷，甲硫丙醛与羟自由基反应生成乙 烯，用气相色谱可以检测。对硝基二甲基苯胺可以和羟基自由基快速反应失去其原来的黄 色，以此可以检测羟基自由基的产生。但以上方法都需要羟基自由基清除剂的验证。 ( 3 ) 过氧化氢的化学检测法 莨当亭与过氧化氢反应产生在3 6 0 n m 有激发和在4 5 0 n m 有发射的荧光物质，以此可以 检测过氧化氢的产生和存在。 1 2 3 4 量子化学计算方法 在化学工作者用实验方法检测某一类抗氧化剂抗氧化能力的基础上，根据所得的数 据，以计算机软件为工具用量子化学模拟计算，确定抗氧化剂的构效关系，开创了用量子 化学理论研究抗氧化剂抗氧化活性的新路【3 1 1 。大体思路是首先用量子化学计算出抗氧化剂 的各种参数，然后结合具体实验结果并借助回归分析确定哪一个理论参数与清除自由基速 率常数的对数相关性最好。目前所选取的理论指标大体上可分为两类，二类表征o 。h 键的 强度，键的强度越低，则抗氧化剂活性越高。这一类指标包括：o h 键长、键级、电荷差 值、o h 解离能等。其中0 一h 解离能本质上是计算抗氧化剂与其抽氢反应产生的自由基的 生成热之差，该值越低说明产生的自由基越稳定，o h 键也越弱，抗氧化活性也就越高。 另一类则是表征抗氧化剂分子的给电子能力。这一类参数包括最高占据分子轨道能级和相 对绝热电离势能。 1 2 4 抗氧化剂抗氧化能力检测方法 抗氧化剂不仅仅在食品保护中抑制油脂氧化，充当自由基终止剂，更是在生命细胞抵 抗氧化破坏的防御机制中成为了脂质过氧化的重要抑n 竟：u t 3 2 1 。以天然抗氧化剂取代人工合 成的抗氧化剂是今后食品工业的发展趋势，开发实用、高效、成本低廉的天然抗氧化剂仍 是抗氧化剂研究的重点。 天然物质抗氧化作用研究的关键手段是检测其清除自由基及抑制脂质过氧化的能力。 目前，主要从以下几个方面开展： 1 2 4 1 体外实验体系 包括溶液体系清除自由基能力的检测、抗脂质体过氧化检测、抗自由基对蛋白质和核 酸损伤能力的检测，以及细胞或组织体系中清除自由基能力的检测等等。 1 2 4 2 体内实验体系 7 第一章前言 一般是通过建立某种实验动物模型来检测与抗氧化清除自由基有关的生理功能，例如 降血脂、降低动脉硬化几率、抗衰老、抗癌以及与心肌再灌注缺血或其他疾病等等，当然 有的最终还需要人体试食或试用实验。 对于天然产物抗氧化活性的评估，由于研究者选择的实验方法不同，结果有一定的差 异，给抗氧化活性的评价造成了困难。很有必要在大量实验的基础上，建立一套完整的简 单的抗氧化活性评价方法，以便客观、正确的评价抗氧化活性，并确保结果的可靠性与重 复性。具体的检测方法则有直接检测自由基的e s r 捕集技术，以及通过检测氧化产物的化 学发光法和比色法等。不同抗氧化剂的抗氧化能力依赖于自由基的种类、产生过程、产生 部位及它作用的靶3 3 ，3 4 1 。所以通过抗氧化试验确定抗氧化剂的抗氧化能力，应考虑采取多 种自由基，作用于多系统、多方面来进行。 1 3 环糊精的研究概况 1 3 1 伊环糊精( 伊c d ) 的结构与性质 环糊精( c y c l o d e x t r i n ，简称c d ) 是一系列环状多糖的总称，常见的是由6 ，7 ，8 个吡哺葡 萄糖基以a - 1 ，4 苷键结合而成的a - c d 、伊c d 、7 - c d 【3 5 】。经x 一射线衍射和核磁共振研究证明， c d 是上宽下窄的筒状结构，筒的外壁由c 2 ，c 3 ，c 6 位上的羟基组成。吡喃葡萄糖残基以椅式 构象存在，c 6 位原子上的伯羟基位于筒状结构空洞小的一端，c 2 、c 3 的仲羟基位于筒状结 构空洞大的一端，因此筒的外部具有亲水性。肛c d 的筒状结构的内壁由c 3 和c 5 上的氢原子 以及成苷氧原子构成，碳氢键和醚键构成疏水区，因此筒的内壁具有亲脂性【3 5 】。f l - c d 的环 状结构和立体构型见图1 2 ，图1 3 。 e d g eo f s e 9 0 1 1 d 缸】 姆出o 】吨 图1 - 2f l - c d 的主体结构 f i g l - 2t h em a i ns n l i c t l l r eo ff l - c d 图1 - 3f l - c d 的环状结构 f i g l 一3t h ec y c l i cs 缸u c t u r eo ff l - c d 第一章前言 c d 分子内部空腔的大小与成环的葡萄糖分子数有关，c d 的物理性质见表1 4 。 表1 - 4a 、口、y - c d 的物理性质 t a b l e i - 4p h y s i c a lp r o p e r t i e so f a 、口、 y - c d c d 对碱、热和机械作用相当稳定，对酸的稳定性大于淀粉和糊精。由于c d 的特殊分 子结构和稳定的理化性质，它又可以作为分子微胶囊与许多化合物形成包合物( c o n c l u s i o n c o m p l e x ) 。 1 3 。2 3 - c d 衍生物的意义及制备方法 由表1 4 可见：a - c d 分子空腔体积小，只能包合较小的客体分子，其应用范围受到限 制。7 - c d 空腔内径大，有利于包合较大的客体分子，但q ：- c d 和a - c d 价格昂贵，其应用同 样受到限制。肛c d 的空腔体积介于a c d 与叫之间，包合范围广，生产成本低，是目前 唯一能大批量工业化生产的c d 产品，因此伊c d 作为微胶囊材料受到了很大的关注。但是由 于b - c d 分子中c 2 和c 3 羟基之间形成了分子内氢键，导致其与溶剂水形成氢键的能力下降， 从而限制了其应用范围。因此，伊c d 的改性非常有意义【3 6 1 。 伊c d 改性制备亲水性c d 主要有二种途径：化学法和酶工程法，改性得到的c d 称为c d 衍 生物【3 7 】。 ( 1 ) 化学改性是对肛c d 分子的2 ，3 ，6 位醇羟基进行修饰，通过醚化、酯化、交联等反应， 将烷基、羟烷基等引入b - c d ，破坏分子内的氢键，使之在新官能团取代后有好的水溶性。 ( 2 ) 酶工程法是用转移酶制备支链c d ( b r a n c h e dc y c l o d e x t r i n s ) ，又叫歧化c d ，通过酶 的作用使# - c d 与单糖( 葡萄糖) 或二糖( 麦芽糖) 以a - 1 ，6 苷键相连，制得的支链c d 同样有好 q 第一章前言 的溶解度。 众多c d 衍生物中，2 一羟丙基一1 3 - c d ( 2 h y d r o x y p r o p y l 一伊c y c l o d e x t r i n ) 是比较受瞩目的化 合物之一。2 - h p f l - c d ) 丰j f l - c d 在碱性条件下与环氧丙烷反应【3 7 】得到的无定形白色固体。由 于2 i - i p 伊c d 水溶性好、无毒，易于分离纯化，因此，2 - h p 肛c d 被视为最有应用前景的p c d 亲水性衍生物之一【3 6 1 。 1 3 3c d 包结物的制备方法 b - c d 具有疏水性筒状结构，可以作为主体分子( h o s tm o l e c u l e ) ，当客体分子( g u e s t m o l e c u l e ) 尺寸和理化性质与空腔相匹配时，可以借助于范德华力( v a n o e rw a a l sf o r c e ) ，疏 水作用力、氢键力等作用包结各种客体分子形成包合物。因而作为分子微胶囊对客体分子 起到保护作用3 5 1 。 1 3 3 1 饱和水溶液法 若客体分子是水溶性的，则将等摩尔或十倍过量的客体分子加到热或冷的c d 水溶液 中，搅拌可得包合物。包合物有时很快析出，有时通过直接蒸发溶剂得到。这种情况下得 到的包合物一般是无定形沉淀，也有晶体。 对于非水溶性的客体，如油脂类，可以将他们溶于一种有机溶剂如乙醇、丙酮等，再 加到c d 饱和水溶液中，搅拌，可得包合物沉淀。包合物需洗涤除去附在上面的客体组分。 此法一般用于实验室。 1 3 3 2 混炼法 先预算包合当量，在c d 中加入0 5 5 当量的水，搅拌成糊状，再加入预包结的物质，用 混合机搅拌均匀，即可得包合物。 1 3 3 3 冷冻干燥法 当包合物易溶于水，干燥时易分解，包合物易脱落或是粉末性质不易控制等情况下， 可将混合液冷冻干燥而得到稳定的包合物。 后两种方法一般用于工业生产。 1 3 4c d 包结物的表征方法 固体包合物可以用物理方法直接表征，通常采用的方法有粉末x 射线衍射、红外光谱、 热分析、核磁共振、质谱和扫描电子显微镜等3 8 , 3 9 。利用粉末x 射线衍射和红外光谱进行 表征时，若包合物谱图和主、客体的谱图不能一一对应，则说明可能有包合物形成。核磁 共振也是检验c d 包合物的一种重要方法，主、客体分子中的氢原子在形成包合物前后所处 l o 第一章前言 的化学环境不同，因此氢原子的化学位移不同，形成包合物后主、客体分子的氢原子在核 磁共振谱图上向高场或低场移动，从化学位移的变化可以推测出主、客体相互作用的过程， 甚至可以推测包合物的结构。 液相体系中可采用紫外一可见吸收光谱、荧光光谱法研究主、客体之间的相互作用。 紫外一可见分光光度法是研究c d 与包含发色团的有机客体之间相互作用的最常用方法。 1 9 5 1 年c r a m e r 首次观察到c d 存在下，某些有机客体的吸收光谱会发生改变，从那以后，人 们对这一现象进行了很多研究。归纳起来，c d 诱导吸收光谱变化通常会引起：( a ) 最大吸收 波长无位移，吸光度随着c d 浓度的增加而改变( 增大或减小) ；( b ) 不仅吸光度发生变化， 最大吸收波长也有位移。在紫外一可见光谱和荧光光谱分析中固定客体分子的浓度，主体 分子的浓度不断增加，观察客体吸收峰的变化，根据h i l d e b r a n d 。b e n e s i 公式计算并比较不 同主、客体之间的平衡常数，根据平衡常数的数值可以推测不同主、客体分子间相互作用 的大小。结合有关固体包合物的表征，可以推测影响包合物形成的因素，这对于研究c d 及包合物有重要的指导意义。 1 3 5c d 包结物的脱包结方法 1 3 5 1 加热 多数包合物中的客体在1 0 0 沸水或接近1 0 0 * c 热水中，有些在大于5 0 c 的热水中，会 与主体c d 分离。一般可挥发性客体分子形成的包合物常用蒸馏或蒸发达到分离客体的目 的。 1 3 5 2 水解 用酶将c d 包合物水解，可以释放出包合物中的客体分子，某些c d 糖基转移酶可将c d 包合物水解释放出客体分子。 1 3 6 伊c d 及其衍生物在精油中的应用 b - c d 于7 0 年代开始在e l 本和匈牙利用于食品。法国、荷兰、西班牙、意大利和其他欧 洲国家也陆续在食品中使用。美国f d a 批准用b - c d 脱除胆固醇的食品上市。我国也批准 伊c d 为食品添加剂，在国标g b 1 2 4 9 3 9 0 中的代码0 0 0 0 6 加1 。在包合物中，进x c d 筒形空 腔内部的客体分子可以得到保护，从而表现为抗氧化、抗光照、热稳定性增加、缓释、增 溶等特点。 食品添加剂中的许多精油具有易挥发、易氧化、遇光不稳定等缺点，将其微胶囊化是 近年来常用的保护方法之一【4 1 1 。微胶囊产品便于存储、运输，使用方便，易于定量。通常 第一章前言 微胶囊是用胶质、改性淀粉等材料包裹精油或使精油吸附在这些基料上制成的。而# - c d 及 其衍生物的包合物是利用包合作用将香料精油分子置于c d 分子的空腔内制成的，是分子微 胶囊材料，利用p c d 及衍生物与其形成包合物可以稳定这些成份，减缓挥发、阻止氧化或 光解。研究表明，食用香精油经争c d 及衍生物包合后可以延长保存期。 另外，食品分析中香料和精油中的手性芳香成分也借助于c d 衍生物得以分离。改性 3 - c d 作为多手性中心化合物，利用对映体与手性试剂包合反应速度的不同，在气相色谱、 液相色谱、毛细管电泳上进行对映体分析。例j t l ：i t a k e o k a 4 2 】等用改性3 - c d 手性柱分离了生 姜、柠檬、柑橘等物质精油中的单萜、倍半萜类手性成分，以及热带水果中的取代酯类芳 香成分。由于很多天然香气成分具有光学活性，而合成香料为外消旋化合物，因此手性化 合物的分析可以用于检测果汁和精油中的化合物来源。 1 4 研究目的及意义 ，为了提高食品的抗氧化性能，在加工食品中必要时需添加防腐抗氧保鲜剂。防止微生 物入侵，需添加防腐剂；预防食物氧化，除了采用低温、避光、真空等物理方法外，主要 依靠在食品中加入抗氧化剂，以防止食品，特别是油脂的氧化。近年来，人们认识到抗氧 化剂不仅可以防止由超氧自由基引发的油脂酸败，亦可消除由人体产生的内源性活性氧自 由基，阻断氧自由基对人体细胞膜及大分子如蛋白质、d n a 的损伤，防止炎症及恶性肿瘤 的发生，并出现了“抗氧化剂营养”的概念【4 3 删。抗氧化剂主要分为天然抗氧化剂和合成 抗氧化剂两类。而现有的研究结果表明国内外多使用的化学合成抗氧化剂，如二丁基羟基 甲苯( b h t ) 、丁基羟基茴香醚( b h a ) 等对人体有害，包括抑制人体呼吸酶活性：引起皮疹、 导致肝脏肿大等。此外，其耐热性较差，在煎炸工业中的应用受到限制。目前寻找对自由基 具有良好清除能力的抗氧化剂，特别是从植物资源中筛选出具有天然抗氧化成分的研究是 众多研究的一个热点【4 5 1 。 按照中医“药食同源”的原则，从膳食中摄取抗氧化剂，是预防疾病的最佳方法，而 通过食用油脂补充抗氧化剂就是一条理想途径。紫苏是国家卫生部首批颁布的既是食品又 是药品的6 0 种中药之一，在我国