（食品科学专业论文）乌饭树果色素的提取及稳定性研究.pdf

摘要 乌饭树果色素是一种营养及食用价值均很高的天然功能性着色剂，我国对乌饭树果 色素的研究开发较少，本课题优化了乌饭树果色素的提取试验参数，使用硅胶柱层析法 和大孔吸附树脂法对乌饭树果色素进行精制，确定其主要成分，并研究了其稳定性和抗 氧化性的性质。 经单因素优选实验和正交实验，得到乌饭树果色素提取最佳工艺参数如下：溶剂为 9 5 乙醇，提取温度为6 0 ，提取时问为6 0 m i n ，提取次数为3 次，固液比为1 ：1 5 9 m l 。 通过赫酸法、三氯乙酸法和s e v a g 法三种不同的方法对乌饭树果色素提取液进行脱 蛋白处理，结果s e v a g 法的脱蛋白效果较好，脱蛋白率可以达到5 6 7 。大孔吸附树脂 法纯化优于硅胶柱层析法。最佳的纯化条件为：选择d 。，大孔吸附树脂装柱，室温条件 下，以1 b v h 的速度进行吸附，洗脱液用8 0 酸性乙醇溶液( v v ) ，以0 5 b v h 的速度 进行洗脱。 对乌饭树果色素的稳定性进行了研究：乌饭树果色素在不同的p h 值下呈现不同的 颜色；色素在8 0 。c 以上不稳定；在通常情况下乌饭树果色素能与n a * 、c a ”、c u ”、m 9 2 + 、 z n ”稳定共存；对a 1 ”、s n ”、p b ”、f e “、h ：0 2 、n a z s 0 3 、太阳光和紫外光稳定性较差；柠 檬酸对其稳定性有一定的影响，而苯甲酸钠影响较小；p h 越大乌饭树果色素降解越快， 不同的糖类对其降解能起到一定的抑制作用，在暗光、冷藏和无散射光的条件下能减缓 其降解速率：柠檬酸和山楂黄酮能提高乌饭树果色素的热稳定性和光稳定性。 通过验证试验证明乌饭树果色素含有黄酮类物质，通过高效液相色谱对色素进行分 析，确定其含有儿茶素和花青素类物质。 关键词：乌饭树色素纯化稳定性 a b s t r a c t t h ep i g m e n to fv a c c i n i u mb r a c t u mt h u n bi sak i n do ff u n c t i o n a lp i g m e n tt h a th a s n o u r i s h m e n ta n dh i g he d i b l ev a l u e t h e r ei s l i t t l er e s e a r c ho nt h ep i g m e n ti nm yc o u n t r y , e x p e r i m e n tp a r a m e t e r so ft h ee x t r a c t i o no ft h ep i g m e n to fv a c c i n i u mb r a c t a mt h u n bw e r e o p t i m i z e d ，f o rp u r i f i c a t i o nm e t h o d ，t h em e t h o do fs i l i c ag e lc o l u m nc h r o m a t o g r a p ha n d m a c r o p o r o u sa d s o r p t i v er e s i na r eu s e d ，a n dd e t e r m i n et h em a i ni n g r e d i e n t ，a n ds t a b i l i t ya n d a n t i o x i d a n ta b i l i t yo f t h ep i g m e n ta r es t u d i e d b yg o o ds i n g l e f a c t o rs e l e c t i n ge x p e r i m e n ta n do r t h o g o n a ld e s i g n ，t h eo p t i m a l e x p e r i m e n tp a r a m e t e r so ft h ef r u i tp i g m e n to fv a c c i n i u mb r a c t u mt h u n bi se s t a b l i s h e d i t c o n s i s t so f9 5 e t h a n o la ss o v e n t ，6 0 。ca se x t r a c t i n gt e m p e r a t u r e ，t h r e et i m e s ，6 0 m i np e r t i m e a n dt h em a t e r i a lr a t i oo ne x t r a c t i o ni s1 ：15 9 m 1 t h ee x t r a c to ft h ef r u i tp i g m e n to fv a c c i n i u mb r a c t u mt h u n bw a sr e m o v e dp r o t e i nb y t h et h r e em e t h o d so f h c i ，c c l 3 c o o h ，s e v a 岛i ti sc o n c l u d e dt h a tt h em e t h o do f s e v a gi st h e b e s tm e t h o do fr e m o v e dp r o t e i na n dt h ep e r c e n t a g eo fr e m o v e dp r o t e i nr e a c h e s5 6 7 t h r o u g hc o m p a r i n g f o rp u r i f i c a t i o nm e t h o d ，t h ec o n t r a s tt e s t sw e r ep e r f o r m e d ，a n dt h e r e s u l t ss h o w e dt h a tm a c r o p o r o u sa d s o r p t i v er e s i ni st h eb e s t t h eo p t i m a le x p e r i m e n t e n n d i t i o no fp u r i f i c a t i o nt h ef r u i tp i g m e n to fv a c c i n i u mb r a c t u mt h u n bi se s t a b l i s h e d t h e r e s u l t ss h o w e dw h e nd 1 0 1r e s i nw a su s e da sa d s o r p t i v es o l v e n to nt h ec o n d i t i o no fr o o m t e m p e r a t u r e ，t h es p e e do f a d s o r p t i o nw a s1 b v h ，w h e n8 0 ( v v ) e t h a n o l ( a c i d i t y ) w a su s e da s d e s o r p t i v es o l v e n t ，t h es p e e do f d e s o r p t i o nw a s0 5 b v h t h er e s e a r c hh a sb e e nm a d eo nt h es t a b i l i t yo ft h ep i g m e n t ，t h ec o n c l u s i o no ft h ef r u i t p i g m e n to fv a c e i n i a mb r a c t u mt h u n bw a sd r a w nt h a tt h ep i g m e n tt a k eo nd i f f e r e n tc o l o ro n d i f f e r e n tp h ；w h e nt h et e m p e r a t u r ee x c e e d8 0 c t h ep i g m e n ti su n s t a b l e ；n a + 、c a 2 + 、c u 2 十、 m 矿、z n 2 + h a v en os i g n i f i c a n te f f e c t so nt h es t a b i l i t yo f t h ep i g m e n t ；w h i l ea 1 3 + 、s n 2 + 、 p b 2 + 、f e ”、h 2 0 2 、n a 2 s 0 3 、l i g h ta n d u l t r a v i o l e tl i g h th a v eb a d l ye f f e c t so nt h es t a b i l i t yo f t h e p i g m e n t ；c i t r i ca c i dh a sc e r t a i ni n f l u e n c eo ns t a b i l i t yo ff r u i tp i g m e n ta n db e n z o i ca c i d ， s o d i u ms a l th a sl i t t l e ，t h eh i g h e rp h ，t h ef a s t e rd e g r a d a t i o no ff r u i tp i g m e n t ；d i f f e r e n t s a c c h a r i d ec a nr e s t r a i nt h ed e g r a d a t i o nt os o m ee x t e n t ，t h ed e g r a d a t i o no ff r u i tp i g m e n t b e c o m e ss l o w e ru n d e rt h ec o n d i t i o n so fd a r k n e s s ，c o l ds t o r a g e ，n oe m a n a t i v el i g h t ；c i t r i ca c i d a n df l a v o n ec a ni m p r o v et h eh e a ta n dl i g h ts t a b i l i t yo ff r u i tp i g m e n t i rr e s u l t si d e n t i f i e dt h a tt h ef r u i tp i g m e n to fv a c c i n i u mb r a c t u mt h u n bi sb e l o n gt o 孤t l 】o c y a l l i n h i g h - p c r f o r m 斟tl i q u i dc h r o m a t o g r a p h yw a su s e dt oc o n f i r mt h a tt h ef r u i t p i g m e n to fv a e c i n i u mb r a e t u mt h u n bc o n t a i n sa n t h o c y a n o s i d e s ，a n dm a k es u r et h ep i g m e n t c o n t a i n sc a t e c h i n k e yw o r d s ：v a c c i n i u mb r a c t u mt h u n bp i g m e n t ；p i g m e n t ；p u r i f i c a t i o n ；s t a b i l i t y 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河 南工业大学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 示了谢意。 论文作者签名：! 亟；苎! 查日期： w 日缉6 国 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南工业大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；本 人授权河南工业大学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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：! 亟! 鱼! 查 日期： y 0 7 缉6 日 导师签名：，垂! f 逊塑日期：囱纽z 垒量生! 璺 有关知识产权的保证 本人所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。本人在校期间的研究成果及发表的论文，知识产权归河南 工业大学所有。本人毕业后发表的、以本人在校期间研究成果为基础完 成的论文、研究报告及其它科研成果，将署名河南工业大学为作者单位。 论文作者签名：! 雯查! 查日期：兰塑墨! ! 导师签名：垂i 描叠日期：之竺2 垒塑! 璺 鸟饭树果色素的提取及稳定性研究 第一章前言 食用着色剂( 又称色素) 是以食品着色和改善食品色泽为目的的食品添加剂，是食 品添加剂产品的重要组成部分。食用着色剂使食品具有悦目的色泽，给人以美的感受， 对提高食品的嗜好性及刺激食欲具有重要意义，而且良好的色泽能从经济价值上提高食 品的可接受性。另外食用色素还广泛应用于医药和化妆品行业，是人们f 1 常生活的重要 组成部分。 食用着色剂通常分为合成着色剂和天然着色剂两大类。自从1 8 5 6 年英国w h p e r k i n 第一次合成有机色素苯胺紫以后，人们相继合成了多种有机色素。合成着色剂是由人工 合成方法所制得的有机色素，具有较好的稳定性、着色力强、经济、使用方便等优点。 基于以上这些优点，在相当长的一段时期内合成着色剂几乎取代了天然着色剂，但随着 合成色素毒理学研究的进展，人们对合成色素的安全性弱点有了新的认识，发现早期允 许使用的某些合成色素在人体内的代谢产物有致癌作用，因此对允许使用的合成色素的 种类、用量和使用范围都作了严格的限制。随着食品工业的发展，天然着色剂变得越来 越重要，其需求量将进一步的增加，天然着色剂的研究和开发有着广阔的发展前景和巨 大的潜力。天然着色剂的发展经历了肯定、否定、再肯定的历程，随着社会的发展和科 技的进步，消费者对纯天然食品的兴趣日益增加，天然着色剂在市场上的份额也迅速增 加。天然着色剂不仅可以赋予食品所需的颜色，而且有一些还具有多种生理功能，因此 天然着色剂将逐步扩大应用领域，也需要越来越多的资源。 1 1天然食用着色剂的概述 天然食用着色剂是源于天然资源：如果蔬、动物及矿物质中提取得到或天然着色剂 的合成制品，大多数天然着色剂对人体无毒无害，它的主要特征为：呈自然的色调：由于 有天然原料而来的特点而赋予附加价值：具有生理活性，富含人体所需的营养物质：有些 还对人体有医疗保健的作用“1 。一部分天然着色剂着色自然，能更好的模仿天然物的颜 色，有的还具有特殊的芳香气味，添加到食品中会带来愉快的感觉。但与合成着色剂比 较，具有较弱的着色强度、稳定性差、价格贵等缺点，并且在加工及流通过程中易受外 界条件如光、温度、p h 值等因素的影响。另外从植物中得到的着色剂不稳定，色度变化 大，由于共存成分的存在，使有的天然色素有异味，并且生产受到植物种类、地理、区 域及季节的影响，供应量不稳定。 河南1 = 业大学硕上学位论文 目前国际上已开发的天然着色剂已达1 0 0 多种，我国从2 0 世纪8 0 年代以来，对天然 着色剂的丌发与应用发展较快，8 0 年代初期我国有天然着色剂的生产，但是规模小，品 种少，大多为粗产品。1 9 8 1 年，我国列入食品添加剂卫生标准的天然着色剂品种为9 种。 随后天然着色剂的开发迅速升温，n 9 0 年代初期，掀起了天然着色剂的开发高潮，批准 使用的天然着色剂增至3 4 种”1 。近年来，我国已先后研制开发了8 0 种天然着色剂，正在 积极研究和开发茶色素、茄子皮色素、番茄红色素、鸡冠花红色素、乌饭树色素等。列 入中华人民共和国国家标准食品添加剂使用卫生标准中允许使用的天然着色剂有4 6 种 ”。目l i i 开发和推广应用天然着色剂已成为我国食用色素发展的主要方向。 1 1 1 天然食用着色剂的成色机理 植物的花、叶、果实等往往呈现出各种各样的颜色，这与植物自身内部的天然色素 有关，植物体内的一些有机分子( 色素) 在阳光的照射下，吸收了一定频率的有色光后， 分子内电子发生振动跃迁现象，由于各种植物的有机分子( 色素) 中的电子成键能力不 同，电子激发跃迁时所需的能量也就各不相同，故对吸收光的频率就有一定的选择性。 而不同植物具有合成适应自身特点的有机色素分子的能力各有差异，因此不同的植物就 表现出不同的体色及花色u ，。 植物的体色和花色是以所含有的色素为主体而呈现出来的，但不能认为花色的种类 就是色素的种类，以为即使是完全相同的色素，由于花瓣中的生理条件不同，也会显现 完全不同的颜色，反之，含有种类不同色素的植物组织却有可能具有完全相同的颜色。 一般来讲，各种植物都由有其相对稳定的色素分子组成，但随着季节的变化及环境的影 响，植物的体色及花色也相应地有所改变。这不只是完全由植物生长激素的调节来决定 的，也与色素分子结构及外界环境因素等有着非常密切的关系。 1 1 2 天然食用着色剂的分类 天然着色剂按化学结构不同可分为： ( 1 ) 吡咯衍生物类着色剂 吡咯衍生物着色剂是以四个吡咯环构成卟吩为基础的天然着色剂，广泛地存在于绿 色植物的叶绿体中，叶绿素是其主要代表，在高等植物中，叶绿素主要有两种类型，即 研究得较多的是叶绿素a 呈蓝绿色和叶绿素b 呈黄绿色，它们的比例为3 ：1 。 ( 2 ) 多烯类着色剂 多烯类着色剂是由异戊二烯残基为单元组成的共轭双键相连为基础的一类色素。这 2 鸟饭树果色素的提取及稳定性研究 类着色剂又称为类胡萝卜素。类胡萝卜素按其结构和溶解性分为两大类：一类是胡萝卜 素类，此类色素结构中含有大量共轭双键。如番茄红色素及a 、b 、y 一胡萝卜素等都 是此类色素。另一类是叶黄素类，此类色素的结构是共轭多烯烃的加氧衍生物。玉米黄 素、藏花素等都是此类色素。 ( 3 ) 多酚类着色剂 多酚类色素是多元酚的衍生物，它又可分为如下两类色素。花青素类，这类色素 的基本结构是2 一苯基苯并吡喃，即花色素基元。天竺葵色素，矢车菊色素，飞燕草色素， 黄刺玫色素等都属于花青素类。花黄素类( 黄酮素) ，此类色素中一般具有2 一苯基苯并 吡喃酮结构。高粱色素、菊花色素、红花素、圣草素等都属于此类色素。 ( 4 ) 酮、醌类着色剂 酮、醌类色素中含有酮类结构或醌类结构。散沫花、胡桃酮、白花丹素、芒果叶素 都属于此类色素。 ( 5 ) 其他天然植物着色剂 自然界中还有许多在结构上不同于上述物质，但属于色素的化合物。即使已经知道 属于哪一种化学结构类型，但由于来源不同，化学结构上某些差异，所表现出来的性质 也不同。”。 天然色素按来源的不同可分为：植物色素，如蔬菜叶绿素，胡萝l - 的胡萝卜素，草 莓、苹果的花青素等：动物色素，如牛肉、猪肉的血红素，虾、蟹的表皮颜色的类胡萝 h 素等：微生物色素，如红曲色素。 按天然色素溶解性质的不同可分为：水溶性色素和脂溶性色素等。 按天然色素颜色的不同可分为：红紫系列色素、黄橙系列色素及蓝绿系列色素等。 i i 3 天然食用色素的特点 与合成着色剂相比，食用天然着色剂主要优点是：( 1 ) 绝大多数天然色素；( 2 ) 很多 天然色素中含有人体必须的营养物质，或其本身就是维生素或具有维生素性质的物质； ( 3 ) 有的天然色素具有一定的药理功效，对疾病有预防治疗作用；( 4 ) 天然着色剂的着色 色调比较自然，更接近于天然物质的颜色。 食用天然着色剂与合成着色剂相比，也存在一些缺陷：( 1 ) 绝大多数天然色素染着 力差，染着不易均匀；( 2 ) 大部分天然着色剂对光、热、氧、金属等敏感，稳定性较 差： ( 3 ) 天然着色剂对p h 值变化比较敏感，色调会随之发生很大变化；( 4 ) 天然色素种 类繁多、性质复杂，就一种天然着色剂而言，应用时专用性较强，运用范围较窄；( 5 ) 不 河南工业大学硕 学位论文 同色素问配合使用困难，在取得色素后废弃物较多；( 6 ) 比起一般的合成色素，产率低， 着色成本较贵等”8 1 。 天然着色剂的变色、褪色是一个很复杂的问题，解决这一问题首先要了解天然色素 的特征i 考虑其自身结构的性质，以及加工条件的影响。天然色素在食品加工及流通过 程中易受到外界条件如光、温度、p h 值等多方面因素的影响。且天然着色剂提取工艺的 不同，亦影响到着色剂的色泽稳定和提取率。由于上述原因，使天然着色剂在使用上受 到一定的限制。故此，如何提高天然着色剂的稳定性和寻找较好的提取工艺，是目前推 广使用天然着色剂的关键。 1 1 4 天然食用着色剂的制备方法 天然食用着色剂一般稳定性较差，对光、热、霉菌等比较敏感。为保持其天然性和 稳定性，天然食用着色剂的制备方法一般都采用物理方法。根据色素原料、用途及剂型 不同，其制备方法大致可分为以下几种： ( 1 ) 压榨法 将天然色素原料经过分选、水洗、切碎、压榨出汁，直接作为食用天然着色剂， 该法生产工艺简单，但产品质量较差，一般很少用。 ( 2 ) 粉碎法 将采集的原料进行筛选、水洗、干燥、粉碎后得到色素产品的方法。该法也是生产 工艺简单，产品质量较差，一般也不常用。 ( 3 ) 浸提法( 萃取法) 这是最常用的一种方法。将采集的天然色素原料经过分选、水洗、干燥、粉碎、溶 剂( 如用水、乙醇、丙酮或其他溶剂) 浸提或萃取分离、浓缩、精制等步骤制得。如甜菜 红色素、玫瑰红色素、姜黄色素均用此法制得。该法的优点是投资少、设备简单，但是 生产中的能耗较大。 ( 4 ) 酶反应法 用酶处理天然原料提取物制备色素的方法。该法目i j 研究比较活跃，已用于辣椒红 色素、酒糟红色素的生产。 ( 5 ) 组织培养法 用组织培养法生产的着色剂，该法不受自然条件限制，能在短期产生大量的色素细 胞，为提供天然色素开辟了一个新的工艺。 ( 6 ) 微生物发酵法 4 乌饭树果色素的提取及稳定性研究 选取某种菌种进行发酵，生物合成某些天然食用着色剂。该法生产色素有着悠久的 历史，可以用来生产红曲色素、b 一胡萝卜素等。 ( 7 ) 有机合成法 用人工手段化学合成与生体色素( 即天然色素) 完全相同的色素的方法。该法缺点是 合成的色素产品中可能含有合成中残留的有害物质。 ( 8 ) 超临界流体萃取法 利用临界温度以上的高压气体作为溶剂，分离、萃取、精制着色剂的方法。目前该 法主要用于提取胡萝b 素类着色剂。该法由于其极性的限制，对极性较大的色素有待开 发新的超临界萃取剂和修饰剂”1 。 1 1 5天然食用着色剂的精制 采取一般的提取工艺浓缩得到的液体产品或由此经干燥得到的着色剂产品一般都是 粗制天然色素。由于没有精制，产品色价低、杂质含量高，有的具有原料本身带有的异 味，有的具有较强的吸水性，无法使用和储存。这些都将直接影响到天然着色剂的稳定 性和染着性，限制了它的应用所以国外的天然着色剂生产工艺都引入先进的化工技术 进行精制，将粗制的天然着色剂进一步制成精制品，既改善了食用天然着色剂的性能， 又扩大了它的应用范围“。 ( 1 ) 酶法精制 酶是具有专一性的高效催化剂，其催化作用常常在常温、近中性的条件下进行，这 就特别适合耐热性不强的天然着色剂的精制。酶法精制就是利用酶的专一、高效的催化 作用，使天然着色剂粗制品中的杂质通过酶反应被除去，达到精制的1 7 1 的 ( 2 ) 超滤法精制 天然着色剂可选用适当孔径的超滤膜，使水分子和小分子杂质通过超滤膜，而使溶 剂中有效成分被阻留，从而使色素达到某种程度的纯化和高倍数浓缩。国外己经使用超 滤膜精制天然着色剂。 ( 3 ) 大孔吸附树脂法精制 大孔吸附树脂是一类以吸附为特点对有机物具有浓缩、分离作用的高分子聚合物， 在有机物分离、制备与提纯等方面具有广泛的应用。众多文献表明，大孔吸附树脂对多 种天然着色剂具有良好的吸附和提纯效果。 ( 4 ) 凝胶层析法精制 凝胶层析( 凝胶过滤) 的应用始于2 0 世纪5 0 年代初期，6 0 年代得到了迅速的发展。 河南t 业大学硕士学位论文 它的原理是分子筛作用，即被分离物质的分子大小不同，它们能够进入到凝胶内部的能 力不同。当着色剂溶液通过凝胶柱时，比凝胶空隙小的分子可以自由进入凝胶内部，而 比凝胶空隙大的分子只能通过凝胶颗粒的间隙，因此被分离物质中不同成分的移动速率 有差异，从而使其中不同成分分离。凝胶层析具有设备简单、操作方便、每次层析都无 需再生等优点凝胶层析不仅适用于分析而且适用于大规模的制备。现在已经成为分离 提纯蛋白质、酶和核酸等生物大分子物质不可缺少的技术。 1 1 6天然食用着色剂稳定性的提高措施 天然着色剂虽具有较高的安全性、着色时色调比较自然笔优点，但其稳定性较差。 容易受到温度、光照、p h 值、氧气、金属离子等影响，使其应用受到很大限制，因此必 须采取有效措施来提高其稳定性“”1 。目前除了采用上述的精制方法对色素进行精制以 提高着色剂稳定性外，主要的措旌有： ( 1 ) 加入稳定剂：稳定剂主要是减缓色素在加工、储藏等过程中的褪色速度。 ( 2 ) 加入抗氧化剂：目前在色素中使用较多的主要有黄酮类化合物、丹宁类多元酚和 v 。，v e 等天然抗氧化剂，抗氧化剂主要是减缓色素在加工、储藏等过程中的氧化速度。 ( 3 ) 加入金属离子封锁剂：主要用于封锁金属离子，消除会属离子对色素的影响。 ( 4 ) 天然色素的改性：通过改造天然色素的结构，获得新的色调以及改善色素的稳定 性、溶解性与着色力，应用价值较大“。 1 1 7天然食用着色剂的应用 天然食用着色剂可广泛应用于食品、f 1 化、医药、饲料等方面。食品应用范围有饮 料、汽水、果实露、果味水、冷饮、冰琪琳、冰棍、雪糕、香槟、果酒、配制酒、浓缩 果汁、果冻、凉果、蜜饯、青梅、山楂制品、樱桃制品、果味粉、糕点、红绿丝、罐头、 糖果、饼干、膨化食品、酱料、乳腐、八宝粥、肉制品、火腿、烧卤、香肠、家庭美食 ( 如乌饭) ，民族食品( 如血色米饭) 等：同化应用有洗涤剂、牙膏、洗浴液、护肤品、 防晒油、口红、胭脂、化妆品等等：医药应用有药品着色剂、保健药、临床治疗用药( 如 黑色素可抑制流感病毒、延缓衰老：花色素可用于预防关节炎：茶色素可用于治疗高血脂 和心血管疾病等等：芸香一直作为治疗心血管疾病系统的辅助药物：虾壳红色素有抗氧 化、抗肿瘤作用) 等等。此外，天然色素还可用作酸碱指示剂、生物染色剂、化学试剂 等啪“1 。 6 鸟饭树果色素的提取及稳定性研究 1 1 8 我国天然食用着色剂的发展趋势 我国地域辽阔，生态环境复杂多样，有生产天然食用着色剂的丰富资源，随着食品 工业的蓬勃发展，天然食用着色剂产业也迅速发展壮大起来。为了满足食品工业的发展 需求，于是就要求天然食用着色剂产业为其提供大量天然、安全、优质的食用着色剂。 目前，我国天然食用着色剂产业发展的趋势”是： ( 1 ) 大力发展“天然、营养、多功能”的天然食用着色剂。今后应着力研究、开 发、生产、使用对人体具有某些生理功能的天然着色剂i 例如，天然胡萝卜素类色素， 在人体内可以转化成维生素a ，有保持上皮细胞健全、维持正常视觉、提高免疫力的多 种生理功能。红曲米粉含有降血脂的l o v a f f t a t i n 。有些酮类天然色素，如姜黄色素，具 有软化血管、增加血管弹性的功能。 ( 2 ) 不断提高产品的产量和质量、降低成本，从而提高在国内外市场的竞争力。 改进天然食用着色剂生产工艺与提高质量是开发天然色素的突破点，也是应用食用天然 着色剂的基本保证。 ( 3 ) 天然食用着色剂的生产，在原料上应当走综合利用、变废为宝的道路许多天 然色素生产原料是野生植物、农作物副产品或废弃物。例如：用高粱壳生产高粱红，用 蚕砂生产叶绿素，用葡萄皮生产葡萄皮色素等，原料价廉。 天然食用着色剂的研究与开发有广阔的前景。在拓展食品市场的同时，正在开辟医 药应用的广阔市场。随着人民生活水平和食品健康文化意识的提高，天然食用着色剂将 以色泽、营养、保健的特点占据食用着色剂的主体地位。 1 2乌饭树概述 乌饭树属( 又称为越橘属) 植物属于杜鹃花科，全世界有约4 5 0 种，我国约有9 1 种。 乌饭树分布在北半球温带、亚热带、美洲和亚洲的热带地区，而以马来西亚地区最为集 中，少数产于非洲南部、马达加斯加岛，但是不产于热带非洲高山和热带低地，也不产南 温带。我国南北各地均产，主产于西南、华南，通常为常绿或落叶灌木，很少有小乔木。 在我国果实可以食用的种有乌饭树、越橘、笃斯越橘、黑果越橘、乌鸦果和小果红莓苔 子。我国民问有采食乌饭浆果的习惯，除做乌米饭之外，有些地方用于制造果酱和酿酒， 目前，中国采食乌饭树为传统食品加工原料的人群超过3 亿人，涵盖9 个省市。虽然” 乌饭树”的植物名称就有食品着色剂的含义，而涉及将乌饭树作为着色剂加工和提取工 艺的研究较少，更没有形成工业加工、使用的规模。国内外有对于乌饭树果的研究报道， 7 河南1 业大学硕学位论文 主要是关于乌饭树果作为传统保健植物原料的生理功能，如抗衰老、抗氧化、抗癌防癌、 抗菌等”“，简述如下： 1 2 1 乌饭树的药理作用 1 2 1 1 抗疲劳及延缓衰老 乌饭树嫩枝叶醇提取物可以显著延长小鼠爬杆时间，并且降低血中尿素氮及血乳酸 含量，提高小鼠的低温生存率，证明其有显著的抗疲劳及耐寒作用”“。乌饭树提取物可 以显著改善老年大鼠的动作平衡和协调能力，增强大鼠的短期记忆力1 。 1 2 1 2 改善和预防眼疾 ， 乌饭树果实提取物可以促进眼睛感受微弱光线的视紫红物质的合成，改善眼睛夜晚 视物能力，对近视、老年性自内障、糖尿病动脉硬化性视网膜症等有改善和防御效果m 1 ， 此种功能可能与其所含的大量的花色菅类成分有关1 ，目前很多国家都已经把乌饭树 紫黑浆果中提取出的色素类物质用于治疗眼科疾病”。 1 2 1 3抗贫血及增强机体免疫 以乌饭树果为主要成分制成的水煎液( 复方南烛口服液) 具有抗贫血作用1 。 1 2 1 4抗癌防癌作用 美国农业部对乌饭树的紫黑浆果进行了深入的研究，结果发现其中含有丰富的花色 素苷类黄酮，在4 0 多种水果和蔬菜中，乌饭树的抗氧化能力最强。自由基可以破坏o n a 分子从而诱发癌症，而抗氧化剂可以中和新陈代谢过程中产生的自由基。最近的试验还 表明，抗氧化剂还可以抵御环境致癌的作用，动物试验表明，乌饭树紫黑浆果提取物可 以抑制癌细胞的生长。 1 2 1 5抗菌、抗病毒作用 利用乌饭树紫黑浆果酿的酒，可以有效预防泌尿系统疾病，虽然机制还不是很清楚， 但是可以确定的是它能够有效地抑制其中一些细菌的生长，起到抗生素的作用”3 。 1 2 1 6镇咳作用 乌饭树紫黑浆果中含有的金丝桃苷有较强的镇咳作用，采用电刺激猫的咽喉神经引 咳实验，1 0 0m g k gi p 有止咳作用；槲皮素办有较好的止咳作用。 乌饭树果色素的提取及稳定性研究 1 2 1 7毒性作用 乌饭树紫黑浆果的小鼠口服最大剂量为3 3 0 9 k g ，连续观察7 天。尚未见毒性反 应。总给药量相当于临床给药量的5 5 0 倍。证明其毒性较小。”。 1 2 2 乌饭树果色素 1 2 2 1乌饭树果概述 乌饭树果实成熟时呈紫黑色，外型似胡椒，味甘甜，9 5 的乙醇可以将其中的大部分 色素提取出来，乌饭树果色素主要由五种花色苷元：矢车菊素、飞燕草素、锦葵素、碧 冬茄素、芍药花素组成，主要黄酮类骨架并以3 位形式配位半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、 木糖、鼠李糖等组成各种花色苷“。 国外对乌饭树品种的浆果营养成分分析有比较系统的报道。据伊利诺大学科学家测 定，乌饭树浆果不但具有人体不可缺少的多种营养元素，如蛋白质、脂肪、维生素b 、e 及钾、钠、镁、钙、铁、锰、铜、锌、磷等物质，含有氨基酸1 7 种之多，更为独特的 是它含有丰富的抗氧化和抗衰老的花色苷和生物类黄酮成份，具有软化血管、抗衰老的 保健功效，而且乌饭树浆果中蛋白质生物价高达2 6 ，营养和药用价值高“2 1 “。 1 2 2 2花色苷概况 花色苷是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物，广泛存在于植物的花、果实、 茎、叶和根器官的细胞液中，使其呈现由红、紫红到蓝等不同颜色。花色苷是类黄酮， 即以黄酮核为基础的一类物质中能呈现红色的一族化合物“。 花色苷是人们熟悉的水溶性天然色素，它是构成植物王国中绝大多数品种的颜色， 因此花色苷的来源十分丰富。尽管如此，花色苷尚未能广泛用于食品着色，其原因主要 有以下三方面：首先，他们的化学性能十分不稳定，而且难以提纯，因而影响其商品化 生产。其次，花色苷与合成色素相比，起色度在数量级上要低1 0 0 倍。再次，其颜色很 容易受到食品中发生的化学反应的影响。乌饭树果色素作为着色剂的重要成分之一就是 花色苷，因此，我们有必要对花色苷的结构、影响其稳定性的因素、提取和纯化等方面 的内容作一下了解“6 1 。 1 2 22l 花色苷的结构 花色苷具有黄酮类化合物的c 。c 。c 。碳架结构，在植物中具有与黄酮类化合物相同 的生物合成过程。它的配基为花色素，后者与各种糖结合形成不同的配糖体。由于花色 9 河南1 = 业大学硕士学位论文 素不稳定，在植物中主要以花色苷( 即配糖体) 存在。现己查明，天然花色苷糖苷配基的基 本结构为3 ，5 ，7 一三羟基一2 一苯基苯并吡喃“，结构式为： h o 由于苯环中取代基、羟基和甲氧基数量和位置不同，衍生出6 种主要的配糖体化合 物，它们的名称、结构见图卜2 。 h 。i 卿。hh 。( 卿。h o h 天竺蓥花色素 尸h o h 芍药花也囊 p c m d 文p h n 一o h & o h o ho h 矢车菊花色袁 n u 。h 矮牵牛花色素 肿n 怆o h o h o h 淑 在花色素a 环3 ，5 ，7 位上的羟基以糖苷键与糖结合时便形成花色苷，由于糖结合 的方式( 结合糖的种类、数量和位置) 的不同花色苷的种类也不相同。只结合一个糖时， 一般结合于花色素骨架的3 位上，结合两个糖时，一般分别结合于3 位和5 位的羟基处， 有时也发生结合于3 位和7 位的羟基处。结合的糖若为单糖类称为单糖苷，若为二糖或 三糖类，则相应称为二糖苷或三糖苷。在3 位羟基上结合糖可为单糖、二糖或多糖，但 花色苷被肉桂酸、p 一香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等有机酸酰化后的衍生物为酰化的花 色昔。这些有机酸一般结合在花色苷的3 位糖上，也有在3 位和5 位糖上同时结合2 个 酸“”。乌饭树果色素的分子结构骨架也是花色苷，在3 、5 、7 位上有配糖体，主要是在 3 位上，因此，乌饭树果色素的稳定性和着色性的研究就因重视这些特点。 0 乌饭树果色素的提取及稳定性研究 1 2 2 2 2 影响花色苷稳定性的因素 花色苷是大自然色彩丰富的植物色素，对它使用的限制就是其稳定性，影响花色苷 稳定性的因素主要有以下几个方面： ( 1 ) 结构的影响 各种花色菅的区别主要在于分子中羟基的数目，羟基甲基化的程度，糖残基结合数 目和位置，结合于糖残基上芳香酸或脂肪酸的数目和性质。这些基团的位置和种类对花 色苷的稳定性有很大的影响。c 。上的羟基尤其重要，它可将花色素的颜色由黄橙色变为 红色，大多数c 。羟基花色素为红色，而c 。脱氧花色素则为黄色。但是c 。羟基可使分子 变得不稳定，c 。脱氧花色素要稳定的多。c ；上有羟基或c 上发生取代都可以使颜色趋于 稳定，因为阻止了导致无色化合物形成的水合反应。糖苷的形成也影响花色素的稳定性。 花色苷的酰化能显著增加其在微酸至中性介质中的稳定性。 ( 2 ) p h 的影响 大多数的花色苷或单酰化的花色苷很像p h 指示剂，低p h 值时呈红色，高p h 时无 色，中间为淡蓝色。在p h 低于2 时，花色苷主要以红色或黄色的黄锚! 盐离子存在，随 着p h 值的升高花色苷损失质子形成红色或蓝色的醌型，黄镡盐离子进一步的水合作用 形成无色的假碱，假碱以缓慢的速度同开链的无色查耳酮趋于平衡。 ( 3 ) 温度的影响 上面提到的的黄镡盐离子、醌型、假碱和查耳酮这4 种类型的化合物的可逆反应 和花色苷无色型和有色型( 黄镡盐离子和醌型) 的互变在实际应用中很有意义。当花 色苷溶液温度升高时，平衡向无色的查耳酮方向移动，同时引起有色型化合物的减少， 当温度降低和酸化时，有色型化合物迅速变成阳离子，但是查耳酮的变化相当慢。 ( 4 ) 辅色剂的影响 辅色剂的主要作用是使几乎所有的花色苷在适宜的条件下产生红移并增加最大吸 收波长的吸光度。花色苷同辅色剂联合形成一种垂直层叠的复合物，这种层叠过程产生 一种疏水力，从而防止亲水核的加合作用和失色。辅色作用受p h 值、辅色剂和色素的 种类及浓度的影响陋删。 综上所述，乌饭树果色素是在花色苷的3 位上结合糖基，因此乌饭树果色素的稳定 性与其结构、环境p h 、环境温度和辅色剂密切相关，这就要求我们在提取与纯化应用中 要随时考虑这些因素，这些因素成为了我们研究的主要内容。 1 2 223 花色苷的提取和纯化 花色苷提取方法文献报道基本雷同，提取纯化条件的选择取决于提取的目的和花色 河南1 = 业大学硕学位论文 苷本身的组成。由于花色苷在中性或弱碱性溶液中不太稳定，因此提取过程通常采用酸 性溶剂，酸性溶剂在破坏植物细胞膜的同时溶解水溶性色素，但是为了获得接近自然状 态下的花色苷，最好先用中性的溶剂初步提取。然后在温度低于3 0 下，真空浓缩，视 在中性溶剂中提取的情况再确定是否选择酸性溶剂。 实验室纯化花色苷最好的方法是采用色谱技术，传统的是采用纸色谱，但是比较耗 时。在色谱技术中，反相高效液相色谱的分辨能力比纸色谱要好“。 1 3乌饭树的开发应用 1 3 1 提取天然食用着色剂 由于乌饭树树叶和果实中含有天然的色素、香味物质及防腐物质，早在唐代，江浙 一带农村就有每逢农历四月初八用乌饭树叶煮乌米饭的习俗。据测定：乌饭树叶所含色 素的主要成分为槲皮素，浆果所含的色素主要是果色素，主要是花色菅类和黄酮类物质， 可利用化学及其他分离手段，从中提取天然的食用着色剂，并利用现代制剂技术将制成 颗粒剂，用于食品加工中各种食品的着色剂，本研究的重点是乌饭树果提取天然食用着 色剂的研究。 1 3 2加工乌饭树果汁、果酱 乌饭树浆果色泽鲜艳，清甜多汁，食药同源，营养价值高，性平，甜酸适口，风味 好。具有健脾益肾、抗衰老、防癌等多种营养保健功能，这早在食疗本草中就有记 载。乌饭树果汁色泽亮丽，酸甜适口，新颖独特，兼有营养、免疫、调整生理、抑制衰 老等功效，是地道的纯绿色的天然、低糖的新型健康饮料。此外，由于乌饭树浆果中含 有较多的碳水化合物，也可酿酒，风味独特，适量饮用有利于调节机体功能，保持旺盛 精力，防病祛病，延年益寿。值得注意的是，乌饭树不仅可以作各种保健食品，也可以 来用作为食品添加剂，其中所含的天然色素成分具有很好的利用价值。 1 3 3 在医学上的应用 在1 2 节中已经就其保健作用进行了阐述，而乌饭树的药用历史也很悠久，本草纲 目、中国药典有“添胃补髓，消灭三虫”，“强筋身骨，益气固精驻颜”之记载。现 代研究表明，乌饭树浆果含有丰富的抗氧化剂花色苷类黄酮，在4 0 种水果和蔬菜 乌饭树果色素的提取及稳定性研究 中，乌饭树的抗氧化能力最强。我们知道自由基可破坏d n a 分子从而诱发癌症，而抗氧 化剂可以中和新陈代谢过程中产生的自由基，减慢蛋白质和d n a 的老化速度，抑制癌细 胞的生长，从而达到防癌效果。此外，乌饭树汁含有名贵的天然黑色素，有松驰血管、 改善血液循环的作用，可以预防动脉硬化、糖尿病等现代生活习惯病，药用价值较高。 因此，开发乌饭树植物资源，利用其提取物制成各类药剂，可以造福于人类“4 。 1 3 4在园林绿化中的应用 随着城市化进程的加快，人们丌始追求人类与自然的和谐统一，突出林木在生态系 统中的主体地位，合理选用兼具多种观赏性的乡土植物资源建设园林、生态城市，营造 地域特殊景观，已成时尚。 乌饭树是适应性很强的乡土树种，其树姿优美，秋后紫红色果实串挂枝头，煞是美 观，是一种良好的园林绿化树种，与海桐、金叶女贞、含笑等树种相间配植，点缀于假 山、绿地之中，相互映衬、别有情趣，可为城市环境绿化渲染出一种浓浓的秋收壮美景 观，大大提高城市绿化的品位与档次。 1 4国内外对乌饭树果的研究现状 到目前为止的研究证实：乌饭树对人体健康最有应用价值的物质是花色苷。因此对 乌饭树的利用研究主要集中在花色苷的提取和研究上。龚盛昭、黄小风等从乌饭树浆果 提取色素并进行了色素的理化性质研究。研究表明乌饭树果色素在2 7 0 h m 和5 3 5 n m 附近 有强吸收峰，属于花色苷类的吸收光谱，证实乌饭树果色素主要是花色苷：乌饭树果色素 易溶于水，耐酸性好，碱性条件下易褐变，耐热性较好，光对色素有一定的影响，f e ”、s n 、 p b ”、a 1 ”能使色素变色，二氧化硫和抗坏血酸使色素褪色。日本中村等的试验表明，乌饭 树果实提取物的有效成分花色苷的水溶液的稳定性，与温度、p h 值、光照等有关。 花色苷在4 0 的温度下很少分解，p h 3 时的分解比p h 6 时的少，花色苷能被光的作用分 解，所以使用乌饭树果实提取物的产品，应低温、避光加工、保存，适用于酸性食品中， 易溶于水、耐光、热稳定性好。杜建明、史建慧、张维忠等分别对乌饭树色素进行 了提取和分析，得出与周兆祥等类似的结果。王静萍等对国外乌饭树果花色苷的研究结 果进行了系统的综述，在所研究的1 5 种乌饭树果色素成分进行了比较细致的分析研究， 这些花色苷是由5 种花色苷元，矢车菊素、飞燕草素、锦葵素、碧冬茄素、芍药花素以3 位形式和半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、木糖或鼠李糖相连组成各种花色苷。屠龙