（食品科学专业论文）乌饭树叶色素的提取及性质分析.pdf

摘要 乌饭树叶色素是一种天然植物提取色素，富含植物多酚等活性成分，安全性较高， 还具有一定的营养价值和药理作用，因此有着广阔的发展前景。本文主要研究了乌饭树 叶色素中各主要成分及其含量，分析了对提取率有影响的有关因素，并通过正交实验优 化了乌饭树叶色素的提取工艺。同时，对乌饭树叶色素的最佳采摘品种及采摘季节、各 项稳定性和着色机理，进行了相应研究分析。研究结果如下： 1 采用5 9 k h z 的超声频率提取乌饭树叶色素。在选用乙醇水溶液作为提取液时，对 乌饭树叶色素提取率的影响因素，其大小次序为：乙醇体积分数) 提取时间) 提取次数) 液固比，通过正交实验确定了乌饭树叶色素的最佳提取条件：乙醇体积分数为6 0 ，提 取时间2 0 r a i n ，提取次数2 次，液固比1 0 ：1 。 2 品种选择。乌饭树阔叶和窄叶在本研究范畴内没有明显的差别，可混合采摘，且 乌饭树叶应于长出当年采摘完毕，且越晚越好，入冬后就应不予采用。 3 经定性和定量研究，表明按上述方法提取的乌饭树叶色素的主要成分为前花青素 ( p a ) 、槲皮素和多糖等，其含量分别为1 4 9 、2 3 7 和4 9 。 4 乌饭树叶色素的稳定性。乌饭树叶色素在1 0 0 以下较稳定，在光照条件下也不 易褪色，且可稳定存在于酸液中，但对碱敏感。另外，乌饭树叶色素可与食品中一些常 见的添加物，如n a c l 、维生素c 、苯甲酸钠等共存良好，但与铁离子反应非常迅速。 5 乌饭树叶色素具有较好的抗氧化能力，在同等条件下，乌饭树叶色素在还原力和 抑制脂质过氧化能力方面与维生素c 接近，约为维生素c 的9 0 5 ，而在清除d p p h 自由 基的能力方面，乌饭树叶色素是维生素c 的1 4 倍。 6 乌饭树叶色素着色机理。乌饭树叶色素主要是对蛋白质有着色效果：其着色机理 推测为：乌饭树叶色素中主要含有的槲皮素、前花青素等植物多酚的酚羟基，主要以氢 键方式与蛋白质相结合，同时还能与含疏水氨基酸含量较高的蛋白质以疏水键的形式结 合，再伴以植物多酚在空气中的自我聚合成颜色较深的化合物，从而在含有蛋白质的食 品的表面形成一种黑色被膜。 关键词：乌饭树叶；色素；提取；前花青素；稳定性；着色机理 a b s t r a c t t h ep i g m e n te x t r a c t i n gf r o mv a c c i n i u mb r a c t e a t u mt h u n bl e a v e si sak i n do ff o o dc o l o r i n g a g e n t , w h i c hc o n t a i n sp l e n t i f u lp l a n tp o l y p h c n o la n do t h e ra c t i v ei n g r e d i e n t s b e s i d e s ，i ta l s o h a sa l le x c i t i n gp r o s p e c ti nn u t r i t i o na n dp h a r m a c o l o g y s oi t se x p l o i t i v ef o r e g r o u n di s b r i l l i a n t t h i sp a p e rh a sm o s t l ys t u d i e dt h ec o m p o s i t i o no ft h ep i g m e n tf r o mv a c c i n i u m b r a c t e a t u mt h u n bl e a v e s ，a n da n l y s i s e di t sc o n t e n to fm a i ni n g r e d i e n t sa n dt h ei n f l u e n c i n g f a c t o r so fe x t r a e t i o n a lr a t e ，a n di t s o p t i m i z e de x t r a c t i o nw a yt h r o u g ho r t h o g o n a l i t y e x p e r i m e n t a tt h em e a n w h i l e , t h es p e c i e ss e l e c t i n g , t h ep i c k i n gm a t u r i t y , s t a b i l i t ya n d c o l o r i n g - u pm e c h a n i s ma l lh a v e b e e ns t u d i e d r e s e a r c h er e s u l t sa r ea sf o l l o w ： 1 i nt h i se x p e r i m e n t s , t h ep i g m e n ti se x t r a c t e db yu l t r a s o n i cw a v ew i t h5 9 k h z c h o o s i n g e t h a n o la q u e o u ss o l u t i o nt oe x t r a c tt h ep i g m e n t , w ef i n dt h es o l v e n tp r o p o r t i o ni st h em o s t i m p o r t a n tf a c t o rw h i c hi n f l u e n c e st h ee x t r a c t i o n ，t h eo t h e r sr e s p e c t i v e l ya r e ：t h ee x t r a c t i o n t m i e t h ee x t r a c t i o nt i m e s t h er a t i oo fr e a g e n tt om a t e r i a l a c c o r d i n gt ot h ek n o to f o r t h o g o n a le x p e r i m e n s ，t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n so f c r u d ep i g m e n ti se s t a b l i s h e da s f o l l o w ：t h es o l v e n tp r o p o r t i o ni s6 0 ；t h ee x t r a c t i o nt i m e si s2 ；t h ee x t r a c t i o nt i m ei s2 0 r a i n a n dt h er a t i oo f r e a g e mt om a t e r i a li s1 5 ：1 2 t h es t u d yo f a p e c i e ss e l e c t i n go f v a c c i n i u mb r a c t e a t u mt h u n bi n d i c a t e st h a tt h eb r o a dl e a f a n dn a r r o wl e a fa r cs i m i l a ra n dt h e r ei sn on e e ds p e c i f i c a t i o nc o n s c i o u s l yb e t w e e nt h e m i n a d d i t i o n , t h ep i c k i n gm a t u r i t ys h o u l db ec o n t r o l l e di nc u r r e n ty e a rb e f o r et h ew i n t e r a p p r o a c h i n g 3 i th a sb e e nc o n f i r m e dt h a tt h ee s s e n t i a lc o m p o n e n to ft h ep i g m e n te x t r a c t i n gf i o m v a c c i n i u mb r a c t e a t u mt h u n bl e a v e si sm a d eu po fp r o a n t h o c y a n i d i n s ，q u e r c e t i na n d p o l y s a c e h a r i d e s ，w i t ht h ec o n t e n to f1 4 9 0 , 6 ，2 3 7 a n d4 9 ，r e s p e c t i v e l y 4 t h es t a b i l i z a t i o ne x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tt h i sp i g m e n ti ss t a b l ew h e nh e a t i n gt o1 0 0 c ， e x p o s u r i n go ra c i d i f i c a t i o n , b u ti sv e r ys e n s i t i v et oa l k a l i n i t y o nt h eo t h e rh a n d ，t h i sp i g m e n t c a nc o e x i s tw i t hn o r m a lf o o da d d i t i v e s ，s u c ha sn a c i ，v i t a m i nca n ds o d i u mb e n z o a t e b u ti t c a nr e a c tw i t l lf e 3 + ， 5 t h ei n o x i d i z a b l ee x p e r i m e n t se x h i b i t st h a tt h i sp i g m e n th a sg o o do x i d a t i o nr e s i s t a n c e u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n , i ti sc l o s et ov i t a m i nci na b i l i t yo f o x i d a t i o nr e s i s t a n c eo f l i p i d ； a b o u t9 0 c o r r e s p o n d st ol a t e r h o w e v e r , f o rt h ea b i l i t yo f c l e a n i n gf r e er a d i c a lo f d p p h 。，i t n i sa p p r o x i m a t e l y1 4t i m e sh i g h e rt h a nv i t a m i nc 6 t h es t u d yo i lc o l o r i n g - u pm e c h a n i s mo f t h i sp i g m e n ti l l u s t r a t e st h a tt h em a i nc o l o r i n gu p o b j e c to f t h i sp i g m e n t si sp r o t e i n i tp r e s u m e st h ec o l o r i n g - u pm e c h a n i s m a st h a tt h e p o l y p h c n o lm a t e r i a l si np i g m e n t sc a nc o m b i n e w i t hp r o t e i nw i t hh y d r o g e nb o n dt of o r m b l a c kp o l y m 懿t h a ta r ei n s o l u b l e ， k e y w o r d s ：v a c c i n i u mb r a c t e a t u mt h u m bl e a v e s ；p i g m e n t ；e x t r a c t i o n ；p r o a n t h o c y a n i d i n s ； s t a b i l i z a t i o n ；c o l o r i n g - u pm e c h a n i s m 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：盘! 垫孥 日期： 兰! i 冬! 且 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：煎! 塑笙 日期： 塑1 2 墨! 宣 导师签名：墨1 过亟：日期：2 翌2 盏! 壁! 望 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：煎! 亟玺日期：丝12 盏! 自 导师签名：童! 翌日期：丝盟盏趔! 鱼 乌饭树叶色素的提取及性质分析 第一章前言 食品色泽，能促进人的食欲，增加消化液的分泌，因而有利于消化和吸收，是食品 的重要感官指标。目前使用最广的色素为合成色素，合成色素使用少量即有鲜明颜色， 在食品加工中承担很重要的角色，但是大量的研究报告指出，几乎所有的合成色素都不 能向人体提供营养物质，在很多国家，多种合成色素已被禁止或严格限量在食品中使用， 因此天然食用色素日渐受到人们重视，天然食用色素包括来自动物、植物、微生物及矿 物的色素，因矿物色素大多对人体有害，现已不再用于食品着色，动物、微生物色素应 用也很少，所以，天然食用色素实际上主要是植物色素。植物色素作为食品着色剂有着 悠久的历史，早在1 4 0 0 多年前( 公元六世纪) ，我国农学家贾思勰所著的齐民要术 中就记载了从植物提取色素的方法，在工业革命前人们对食品的着色主要是用植物色 素，目前发现天然食用色素有些还有一定的营养价值和药理作用，因此，天然食用色素 又被重视起来，需求量逐渐增加，食用色素的发展经历从植物色素一合成色素一植物色 素的过程，从长远观点看，天然食用色素代替部分合成色素作为食品着色剂是必然的发 展趋势。 1 1 天然植物食用色素概述 天然植物食用色素是指从植物体中提取出来的，具有着色性能及其他特定功能的一 类色素，它们在植物体中大量分布，并广泛参与植物体的生理活动。植物的根、茎、叶、 花、果、种子中均发现有植物食用色素存在。从细胞水平看，色素主要存在于质体、液 泡等细胞器及细胞壁内，分别成为质体色素、胞液色素和膜色素。研究发现，植物食用 色素往往与蛋白质、糖类等物质产生较稳定的结合”1 。植物液泡的细胞液内常溶有各 种胞液色素，如黄酮、黄酮醇、花色素糖苷等糖基化的黄烷衍生物，以及藏红花衍生物 等糖基化的类胡萝b 素酸，由于胞液色素多与糖类结合，往往伴随糖类参与液泡渗透压 的产生，并同有机酸和无机盐一起共占整个细胞液渗透值的9 0 左右，因此对植物组织 的水分关系、涨压、刚性伸展生长、抗寒性等都有实际意义“1 。天然植物食用色素在植 物体内起着重要的生理功能，同时在食品着色剂领域，其既可充当一般着色剂的功能， 又可作为植物生物活性成分而加以利用。 天然植物食用色素中的化学物质种类极其繁杂，而且分布也极其广泛，每一种植物 都含有大量已知的，或仍未知的植物化学物质。尽管如此，在天然植物食用色素的范畴 河南工业大学硕士学位论文 内，与人类健康紧密相关的植物色素物质，即通常所谓的“植物生物活性物质”，却不 是很多。至今最受关注并且研究得最为透彻的植物生物活性物质，要属膳食植物来源的 诸多活性物质，如类胡萝卜素、维生素e 、植物甾醇、皂苷、植物多酚类等大都是有颜 色的生理活性物质，此类活性物质长期以来一直作为膳食的一类组分为人类所摄食，因 此其作为天然食用色素使用，安全性相对较高。 1 1 1 天然檀物食用色素的分类 目前研究较多的天然植物食用色素主要可分为以下几种：植物多酚类、类胡萝卜素、 叶绿素类和醌类色素“3 。 ( 1 ) 植物多酚类色素 植物多酚是一类广泛存在于植物体内的次生代谢物，具有多元酚结构，在自然界的 储量非常丰富。植物多酚为水溶性物质，色泽丰富多彩，如花青素可呈现红色、紫色 与蓝色，而茶多酚大多为红棕色或褐色。植物多酚除具有染色效果外，还有清除氧自由 基及抑制脂质过氧化的能力。另外，植物多酚具有独特的化学和生理活性在护肤品中 可起到多重作用，例如保湿、美白、防晒、抗氧化及延缓衰老等，因而对多种因素造成 的皮肤的老化( 皱纹和色素沉着) 都能起到独到的功效，人们一直从某些特殊种类的植 物中得到用于化妆品的植物多酚。如从熊果酸中提取熊果苷，从槐花中提取芦丁，从银 杏叶中提取黄酮。实际上，从一些常见植物( 如绿茶、葡萄籽、柿子) 中得到性能相当 的活性物质，也都可以起到类似的效果。鉴于此，它已成为药物、营养剂和化妆品中乐 于使用的天然色素叫。目前研究的比较深入的植物多酚类色素有黑米中的天然黑色素， 茶叶中的茶黄素、茶红素及茶褐素以及葡萄籽中的前花青素等。 ( 2 ) 类胡萝卜素类色素 类胡萝卜素包括一大类主要存在于植物、微藻以及许多低级微生物而且结构相关的 色素物质。目前，己分离鉴定出6 0 0 多种不同的类胡萝卜素化合物，其中最主要的为b 一 胡萝h 素。根据它们的组成，类胡萝h 索大体分为两类，那些仅含有碳以及氢原子的类 胡萝卜素统称为胡萝h 素( c a r o t e n e s ) 。如b 一胡萝h 素、d 一胡萝h 素以及番茄红素。 而天然的类胡萝卜素大都至少含有一个氧基团，如酮、羟基或环氧基团，此类化合物被 称为叶黄素( x a n t h o p h y l l s ) 或者氧代类胡萝卜素( o x o e a r o t e n o i d s ) 。类胡萝，卜素化合 物是光合作用的光吸收剂和光过敏作用的保护剂，色泽主要为黄色、橙色等，除作为色 素使用外，它还具有多种生物学作用，可作为维生素a 前体、机体免疫力的增强剂、细 胞增生与肿瘤转化的抑制剂：可以降低某些疾病发生的危险，如某些心血管病、某些癌 症、老年性白内障与眼睛黄斑退化所致失明等。类胡萝卜素是自由基淬灭剂，可淬灭单 2 乌饭树叶色素的提取及性质分析 线态氧，清除自由基，阻止脂质过氧化，这是它具多种生物学功能的最重要原因之一。 目前，类胡萝卜素产品已经在国内广泛应用。 ( 3 ) 叶绿素类色素 叶绿素是生命赖以生存的主要物质。叶绿素a 广泛存在于高等绿色植物中，是一 类重要的天然绿色色素。叶绿素a 及其衍生物具有与人体血红素结构类似的卟啉环结 构，具有很多活性。研究证实，叶绿素能抑制多环芳烃类的诱变作用。此外，它还能抑 制许多环境和膳食中经常接触的复杂混合物，如炸牛肉、香烟烟雾、煤尘、柴油排出物 等的诱变作用，这表明叶绿素很可能有防癌作用。叶绿素来源丰富，没有毒性，由其较 肯定的抗突变作用深入探讨其抗肿瘤作用，并使之用于肿瘤、某些心血管疾病和衰老的 预防，该研究领域具有广阔的发展前景。叶绿素铜钠酸盐是天然叶绿素a 经酸离解、置 换配位金属离子后得到的钠盐铜络合物，目前已用作食品添加剂及抗贫血药，是一种较 安全的食用色素，性质稳定、色泽鲜亮，不仅安全性高，色调柔和，而且具有较高的营 养价值和药理作用h “3 。 ( 4 ) 醌类色素 醌类化合物是一大类色素物质，目前已明确至少1 2 0 0 多种结构，广泛存在于高等 植物中。所有醌类化合物都含有一种相同的基本发色基团，即苯醌本身，此发色基团是毒 由两个羰基和两个c = c 双键共轭组成。根据相对分子质量的逐渐增大，醌类化合物可以 分为三类：苯醌类、萘醌类以及葸醌类。醌类化合物如无酚羟基，则近乎无色。随着助 色团酚羟基的引入而表现出一定的颜色。引入的助色团越多，颜色越深。天然醌类多为 有色晶体。苯醌及萘醌多以游离状态存在，葸醌往往结合成瞢。一些天然染料，如甲花 染料、洋西( m a d d e r ) ，都含有醌类化合物，维生素k ，本身就是一种萘醌类化合物，而辅 酶q 。也是一种苯醌化合物。嘲 ( 5 ) 其他色素 自然界中还有很多不能简单归类于上述类别的色素物质，化合物在结构上发生较小 的变化即可使特征吸收光谱移向可见光区丽成为有颜色的分子。芳香酮可以作为一个例 子，简单酮类化合物是无色的，而复杂的衍生物例如棉酚则显黄色。虽然还有很多色素 物质目前了解得还不够深入，但这些资源都作为大自然的馈赠，有待人们的进一步开发。 1 1 2 天然植物食用色素的特点 与食用合成色素相比，天然植物食用色素主要优点是：( 1 ) 大多数已使用的天然植物 食用色素安全性较高：( 2 ) 很多天然植物食用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 ) 有的天然植物食用色素具有一定的药理功效， 3 河南工业大学硕士学位论文 对疾病有预防治疗作用：( 4 ) 天然植物食用色素的着色色调比较自然，更接近于天然物质 的颜色。 食用天然植物食用色素与食用合成色素相比，也存在一些缺陷：( 1 ) 大部分天然色素 对光、热、氧、金属等敏感，稳定性较差：( 2 ) 绝大多数天然色素染着力差，染着不易均 匀：( 3 ) 天然色素对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；( 5 ) 产率低，着色成本较贵等“ 就一种天然色素而言，应用时专用性较强，使用范围较窄，而且天然色素的变色、 褪色也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，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，且天然色素提取工艺的不同，亦影响到色素的 色泽稳定和提取率。由于上述原因，使天然色素在使用上受到一定的限制。因此，如何 提高天然色素的稳定性和寻找较好的提取工艺，是目前推广使用天然色素的关键。天然 色素还有一些其他的缺点：不同色素间配合使用困难：在取得色素后废弃物较多等。 1 1 3 天然植物食用色素的制备方法“玎 1 1 3 1 提取 提取是进行植物化学成分研究的第一步。选择适当的提取方法不仅可以保证所需成 分被提出，还可以尽量避免不需要的杂质的干扰，简化后续的分离工作。有时只经过一 步提取，即可获得植物中的单体成分，因此，植物成分的提取与后续的分离工作密切相 关。 从发展状况看，天然植物食用色素的制各技术主要经历了直接破碎原料、溶剂浸提、 物理技术辅助浸提等几个阶段。 ( 1 ) 直接破碎原料 某些植物色素富含于果实、种子等外皮或外壳中，粉碎原料即可使色素从破坏的表 皮组织中透出，直接收集利用。如对番茄红素的原始提取法，其影响因素主要为原料的 破碎程度。 ( 2 ) 溶剂浸提 以冷水或热水浸提并经过过滤、蒸发浓缩处理的原始浸提液可用于收集色素粗产 品，其成品纯度偏低，原料损耗大，直接用于工业化生产，经济性较差。现代溶剂浸提 法必须综合考虑溶剂种类、浓度、浸提时问、温度、p h 值、固液比等多种因素及浸提 前后的其他工艺条件。 ( 3 ) 物理技术辅助浸提 4 乌饭树叶色素的提取及性质分析 目前，微波辅助浸提、超声波辅助浸提和树脂吸附提取已成为常见的辅助浸提方式， 每种提取方式均有其优势：微波由于具有穿透力强、易被液体分子吸收及加热速度快等 特点，适合用于天然成分的加热式液体溶剂浸提：超声波辅助提取目前已在某些天然成 分的收集上获得成功。采用各种超声波发生器在适宜的频率、p h 值等参数条件下，可 比单纯的溶剂法明显增加所需产品的含量，减少大分子杂质的干扰；大孔吸附树脂利用 大孑l 径结构的有机高分子聚合物作为吸附剂，机械强度高，吸附量大，选择性好，吸附 速度快，易于解吸附，再生处理简便，适于从水溶液中分离低极性或非极性化合物，可 用于分离、脱盐、浓缩及去除有机杂质。 ( 4 ) 其他提取分离方法 近年来，超临界流体萃取( s f e ) 等现代仪器提取分离技术克服了传统溶剂萃取色素 纯度低及溶剂残留等缺点，以在辣椒红色素、番茄红素、b 一胡萝卜素提取技术上成功应 用。但因超临界流体萃取设备的复杂及昂贵，在一定程度上限制了它在食品工业上的广 泛应用。 1 1 3 2 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色素产品一般都是 租制天然色素。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色素的稳定性 和染着性，限制了它的应用，所以国外的天然色素生产工艺都引入先进的化工技术进行 精制，将粗制的天然色素进一步制成精制品，既改善了食用天然色素的性能，又扩大了 它的应用范围，常用的精制方法原理如下： 根据物质溶解度的差异进行分离精制。物质分离的许多操作往往在溶液中进行，实 践中可以采用下列方法：利用温度不同引起的溶解度的改变加以分离物质，如常见的结 晶及重结晶等操作；在溶液中加入另一种溶剂以改变混合溶剂的极性，使一部分物质沉 淀析出，从而实现分离；对酸性、碱性或两性有机化合物来说，常可通过加入酸、碱以 调节溶液的p h 、改变分子的存在状态( 游离型或解离型) ，从而改变溶解度而实现分离； 酸性或碱性化合物还可以通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出。 根据物质在两相溶剂中的分配比不同加以分离精制。常用的有简单的液一液萃取法、 反流分布法( c c d ) 、液滴逆流层析法( d c c c ) 、高速逆流层析( h s c c c ) 、气液分配层析( g c 或g l c ) 及液液分配层析( l c 或l l c ) 等。 根据物质的吸附性差别进行分离精制。在天然植物食用色素的精制过程中，吸附现 象利用得十分广泛。其中又以固一液吸附用得最多，并有物理吸附、化学吸附及半化学 吸附之分。 s 河南工业大学硕士学位论文 物理吸附也叫表面吸附，因构成溶液的分子与吸附剂表面分子的分子间力的相互作 用所引起。特点是无选择性，吸附与解析过程可逆，且可快速进行，故在实际工作中用 得最广。常见如采用硅胶、氧化铝及活性炭为吸附剂进行的吸附分离即属于这一类型： 化学吸附，如黄酮等酚酸性物质被碱性氧化铝吸附，或生物碱被酸性硅胶的吸附等，因 为具有选择性，吸附十分牢固。有时甚至是不可逆，故用得较少；半化学吸附，如聚酰 胺对黄酮类、醌类等化合物之问的氢键吸附，力量较弱，介于物理吸附与化学吸附之间， 也有一定应用。 根据物质分子大小差别进行分离精制。天然有机化合物分子大小各异，分子量从 几十到几百万，故也可据此进行分离。常用的有透析法、凝胶过滤法、超滤法、超速离 心法等。前两者系利用半透膜的膜孔或凝胶的三维网状结构的分子筛过滤作用；超滤法 则利用因分子大小不同引起的扩散速度的差异；至于超速离心法则系利用溶质在超速离 心引起的重力场作用下具有不同的沉降性或浮游性。以上这些方法主要用于水溶性的大 分子化合物。 根据物质解离程度不同进行分离精制。天然有机化合物中，具有酸性、碱性及两性 基团的分子，在水中多呈解离状态，据此可以用离子交换或电泳技术进行分离。 1 1 4 天然植物食用色素的发展趋势 自从1 8 5 6 年英国人帕金合成出第一种人工色素苯胺紫之后，合成色素就开始 扮演着改善食品色泽的角色。人工合成色素是指用化学合成的方法制得的色素，主要是 以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成的，如偶氮类、三苯甲烷类、夹氧杂蒽、靛 蓝类、喹啉类等。合成色素色泽鲜艳、着色力强、性质稳定且价格便宜，但是大量的研 究报告指出，几乎所有的合成色素都不能向人体提供营养物质，某些甚至会危害人体健 康，除一般毒性外，还有致突变与致癌作用。在很多国家，目前多种合成色素己被禁止 或严格限量在食品中使用。在化妆品行业，近年来色素导致的皮肤病也在急剧增加，化 妆品中所含的色素也属焦油衍生物，长期使用后会对光线敏感，从而导致色素沉着，还 伴有皮肤潮红、丘疹等炎症现象。 人类为了自身的安全，已经开始减少合成色素的使用，可预见的将来，部分合成色 素必将被天然的植物食用色素取而代之。天然的植物食用色素尽管其价格较贵，着色力 较差并且稳定性方面也不太理想，但人们对色素的安全性认识在不断提高，再加上天然 色素的许多生理活性作用逐步被发现，天然色素的应用已得到了人们的广泛认可，因此， 发展前景十分广阔。近年来，天然食用色素在国际市场上销售额年增长率一直保持在 1 0 5 以上。由于天然色素市场自仃景看好，需求量逐步上升，世界各国竞相开发生产。国 6 乌饭树叶色素的提取及性质分析 际上已开发的天然色素有1 0 0 多种，日本允许使用的共约1 0 2 种，欧盟1 3 种，英国2 6 种。可以预见，在不久的将来，植物食用色素将在色素市场上占绝对优势。 1 2 乌饭树叶色素 1 2 1 乌饭树 乌饭树v a c c i n i u mb r a c t e a t u mt h u n b ，因在江浙、福建、湖广一带多以其茎叶浸 渍染米，加工乌饭，故得名。乌饭树又名南烛，属越橘科，为常绿或落叶灌木，全国各 地均有分布，尤其以长江流域以南山区分布最多，各地方植物志或多或少地对乌饭树属 植物的种类分布、生物特性作过简要介绍，是一类珍贵的、极具开发前景的食用、观赏 型植物。 1 2 2 乌饭树叶色素的主要成分 乌饭树叶色素是指用较强极性的溶剂从鸟饭树叶中提取出的一类色素物质，浓缩后 呈紫黑色。乌饭树叶中可分离出黄酮类物质、还烯醚萜类和萜类等化合物。乌饭树叶色 素中所含化学物质比较复杂，以前花青素和槲皮素为代表的植物多酚类为主“”，另外还 含有少量的维生素、糖、果胶、有机酸、蛋白质以及其它成分“”。乌饭树叶色素中重要 的组成部分为植物多酚。植物多酚是广泛存在于植物体内的具有多元酚结构的化合物的 统称。天然存在的植物多酚多与糖结合成糖苷，它们存在于植物细胞中的中心液泡。当 然，也有一些植物多酚呈亲脂性，其很多酚基团为o 甲基化所掩盖，它们存在于细胞 质或植物表面的蜡质以及芽分泌液。 已知植物中天然存在的酚类化合物约有8 0 0 0 多种，其中类黄酮化合物约占一半。 类黄酮化合物具有非常相似的结构，母核结构为黄酮的c 1 5 多环，而不同物质的差异主 要在于酚、甲氧基或其它取代基的位置和数目不同，它们由芳香族及脂肪族前体物质合 成而来。3 。结构较为简单的酚类化合物，包括有酚酸类、苯甲烷类以及酚酮类；植物多 酚聚合物有木酚素( 1 i g a n ) 、黑色素类以及单宁类。 类黄酮类化合物可分为以下五类：花色苷及a n t h o c h l o r s ，它们分别是红一蓝以 及黄花色素：微量类黄酮，包括黄烷酮类、二氢黄酮醇类以及二氢查尔酮类：黄酮 类以及黄酮醇类，它们是分布最广、种类最多的一类类黄酮；异类黄酮，主要存在于 豆科植物的一种特征成分；单宁类，此类化合物的特征之一就是与蛋白质的吸附亲和 7 河南1 业大学硕+ 学位论文 性。单宁又可分为两类；一类是类黄酮类，称为前花青素类或缩聚型单宁类；另一类要 简单一些，主要是基于没食子酸，称为没食子一单宁以及鞣酸一单宁。 ( 1 ) 前花青素p a 的化学特性 前花青素( p r o a n t h o c y a n i d i n ，简称p a ) 是一类缩合型单宁( c o n d e n s e dt a n n i n ) ， 由黄烷- 3 - 醇基本单元通过c _ c 键连接组成。黄烷- 3 - 醇单元具有典型的c 6 - c 3 - c 6 类黄 酮结构。 黄烷醇单元可能具有不同的酰基或糖苷取代模式，最为常见的酰基取代为没食子酸 取代，没食子酸与黄烷醇单元c 一3 位的羟基形成一种酯，至于p a 的糖苷取代模式，糖 基通常连接于c - 3 位的羟基，也有在c - 5 位的，与其它类黄酮糖萤相比，p a 杂糖苷的 报道要少得多“”。 p a 由于其强大的生物活性而受到广泛的关注，近年来，对葡萄籽的p a 的功能研究 不断升温，有望取得较大的进展，但对于乌饭树叶色素中p a 的研究还没有得到足够的 重视。一般来说，一个p a 分子的生物效果取决于以下三个基本性质：与蛋白质形成复 合物、与金属离子形成络合物以及还原能力“”。 p a 一蛋自质的相互作用是乌饭树叶着色的机理，这一机理是本研究的重要内容，本 文将在后面详细阐述。前人的研究指出：p a 一蛋白质的相互作用本质上是种动态过程， 通常可逆。这种相互作用的强度取决于蛋白质的属性以及p a 分子的属性，而其推动力 主要为两者之问的疏水效应”1 。富含p a 的食品对人体生理或健康的效果，包括有益的 或有害的，都可以通过它们与蛋白质( 酶、毒素、激素等) 相互作用的属性加以解释。 比如摄食较多富含p a 的食物会导致人体内净蛋白的利用率下降。p a 除了抗营养性质所 带来的负面影响外，还有一定的预防或者治疗肠胃道疾病的效果。民间医药经常食用含 有p a 的植物来治疗腹泻，p a 的这种抗腹泻效果通常归因于它与肠道中的黏性蛋白质发 生非特异性的复合作用，从而形成保护层的缘故。 p a 还是铁( i i i ) 的螫合剂。金属离子与p a 的螫合作用在这可能导致人们在摄入较大 量的富含p a 的食物后，会影响铁( i ) 离子的吸收，但只要避免进餐时同时摄食p a 就可 有效的解决p a 不利于铁( m ) 离子吸收的问题，并且对于铁过量障碍患者来说，进餐时 摄食富含p a 的食品还可作为一种降低铁吸收的策略。 ( 2 ) 前花青素p a 的功能性 p a 还是一种有效的天然抗氧化剂，已有研究显示，p a 在水溶液中可清除嘎+ 、0 h 以及合成自由基阳离子a b t s + ，而且与槲皮素或者丁基羟甲苯一样有效嘞。另外p a 还 具有显著的抑制脂质过氧化的作用。 8 乌饭树叶色素的提取及性质分析 h o r - 3 0 o h r - 3 i - o h 湖o n o m f ：t t e c h i n 嘲o n o m f ：p l e a t o c b i n 图卜1 前花青素的结构图 前花青素不仅能消除自由基，而且能帮助和再生v c 、v e ，同时，前花青素能够通 过制造弹性蛋白和胶原纤维加固毛细血管壁，从而进一步防御自由基的侵蚀。高品质的 低聚前花青素由于在水中和醇中具有良好的溶解性，加上色泽亮丽，自由丰富，疗效显 著，副作用微小的特点，被广泛应用于药物、化妆品和功能性食品等领域。同时其既可 以作用为营养强化剂，又可作为防腐剂替代合成防腐剂，符合人们回归自然的要求，提 高了其应用的安全性。 乌饭树叶色素中的另一种比较重要的成分为槲皮素。槲皮素是一种具有多种生物活 性黄酮类化合物，是黄酮类化合物的主要成分，化学命名为3 ，5 ，7 ，3 ，4 一五羟 基黄酮，具有很高药用价值，其结构式如图卜2 所示。在植物界中约有1 0 0 种中草药 含有槲皮素，广泛分布于多种植物花、果实、叶中，如中药中的槐米干燥花蕾、地耳草 ( 田基黄) 、银杏叶、番石榴叶、贯叶连翘、菟丝子、洋葱、槐花、地锦草刺五加、满山 红等。槲皮素具有抗氧化、抗炎，抗过敏、抗菌、抗病毒、清除体内自由基、抑制恶性 肿瘤生长和转移等多方面药理作用，以及扩张动脉、改善脑循环和抗血小板活化因子、 祛痰止咳、降低毛细血管通透性和脆性等多种生物活性，能提高免疫能力、降低胆固醇、 增强心肌收缩力、舒张肠平滑肌、降低血压、免疫抑制和抗过敏作用是近年来国内外 学者研究的热门课题“”州。 ( 1 ) 槲皮素类化合物的化学特性 9 河南工业大学硕士学位论文 槲皮素属黄酮醇类化合物。黄酮类化合物多以苷类形式存在，由于所连接的糖的类 型和位置不同形成多种黄酮苷。组成黄酮苷的糖类多为单糖如葡萄糖、鼠李糖等，少数 为二糖如二葡糖、芸香糖等。黄酮醇水溶性较差，而其苷类则较易溶于水，苷键不稳 定易水解而脱糖。 ( 2 ) 槲皮素类化合物的体内代谢 槲皮素苷类口服后大多在肠道内细菌的作用下分解为槲皮索和糖类。另外小肠尤 其是结肠内富含b 一葡聚糖酶2 1 ，槲皮素苷类也可在此酶作用下分解口3 。体外实验证明， 槲皮素可经易化扩散被肠上皮细胞吸收而其苷类则不易被吸收嘲1 。槲皮素吸收后主 要分布于肠道，其次是肺和血浆其血浆蛋白结合率较高。代谢后多以原形或结合成葡 萄糖醛酸苷的形式排出体外。 ( 3 ) 槲皮素的药理活性 黄酮类化合物对超氧阴离子( 旷) 、羟自由基( 0 h ) 和单线态氧( 1 晚) 均有良好的清 除作用，且量效关系明显，这种作用可能与3 、7 羟基有关，进一步研究表明，槲皮素 可与c u ( i i ) 、f e ( 1 1 1 ) 及m n ( i i ) 离子结合，其抗氧化作用可能是通过影响金属离子的体内 平衡，从而改变细胞内氧化状态而实现哺1 。1 9 8 9 年，a f r a n a s e v 等证实槲皮素能与超氧 阴离子减少氧自由基的产生，与铁离子络合阻止羟自由基的形成。与脂质过氧化基 ( r 0 0 ) 反应抑制脂质过氧化过程，同时槲皮素可抑制醛糖还原酶减少n a d p h 消耗，从而 提高机体抗氧能力。n 0 是近年来发现的信使分子，具有多种生理活性，脑内产生过多的 n 0 可导致神经退行性病变发生，槲皮素可剂量依赖性地抑制n o 的产生( i c 5 0 i om 0 1 ) 从 而对该病具有预防作用。”。而在缺血再灌注损伤过程中，n 0 能对抗缩血管物质的作用， 改善微循环，减轻机体损伤；槲皮素则能在清除过氧化物的同时增加n 0 的含量，机理尚 不清楚。1 。槲皮素与多聚不饱和脂肪酸同饲动物可使氧化产物的含量下降2 2 。 l o m o l 的槲皮素与h e p 6 2 细胞系共同孵育可有救抑制核因一k a p p b 的结合活性，并对h 2 0 2 诱导的d n a 损伤有保护作用啪1 。槲皮素的多种生物活性与其抗氧化作用有关，如槲皮素 通过抑制糖尿病大鼠肾脏组织非酶糖化及氧化，从而对糖尿病和肾病有控制作用”“； 槲皮素对心肌和脑缺血再灌注损伤保护作用也有赖其抗氧化作用。 槲皮素具有抗血小板聚集作用，可明显抑制凝血酶诱导的血小板聚集，其机制与抑 制肌动蛋白聚合有关。另外，l m m o l l o o m o l 的槲皮素可松弛已收缩的血管，并增加血 管p i | e g m p 的含量1 。槲皮素对钙离子载体a 2 3 2 8 7 所导致的红细胞滤过性降低具有保护 作用，并改善红细胞的渗透脆性m 1 。这些均提示槲皮素在预防和治疗冠心病、心衰贫 血等疾病方面具有应用价值，而且也已部分为临床所证实。 胃肠道是槲皮素分布的主要场所，槲皮素对胃肠道系统具有良好的抗炎、止痛效果， 1 0 乌饭树叶色素的提取及性质分析 且无糖皮质激素和非甾体抗炎药物消炎痛等的免疫抑制、胃肠道损伤等副作用，因此日 益受到人们的重视。槲皮素和芸香苷对应激性胃粘膜损伤具有明显的保护作用。其机制 可能与其抗氧化、拮抗和改善胃粘膜血流量有关“”，人们又发现，槲皮素可直接诱导 胃粘膜分泌c 1 和h c o 。这也可能是槲皮素保护胃肠粘膜的机制之一。同时，体外实 验证实，类黄酮对胃粘膜内h + ，k + - a t p 酶活胜具有抑制作用，从而减少h + 对胃粘膜的 损害。 槲皮素及其苷类表现出较强的抗癌活性，其作用机理除对抗自由基对细胞的破坏 外，还能直接抑制肿瘤细胞的增殖。另外槲皮素可与一些致癌、致突变因子相互作用 而起到防癌作用。槲皮素及其衍生物可有效地诱导微粒体芳烃羟化酶和还氧化物水解酶 使多环芳烃和苯并芘通过羟化或水解而失去致癌活性，也可通过抑制细胞色素p 4 5 0 和磺基转移酶( s u l f o t r a n s f e r a s e s ) 而减少杂环胺类等前致癌物质的生成。 槲皮素具有抗细菌、抗病毒作用。机理主要是抑制溶酶体h o a t p 酶、磷酸酯酶的 脱壳作用，影响病毒转移基因的磷酸化、抑制病毒蛋白和r n a 合成。槲皮素也影响机体 免疫系统，皮下注射槲皮素能增强s r b c 诱导的小鼠迟发超敏反应，抑制s 肿瘤细胞的。 d n a 合成，增强c x m a 诱导的大鼠腺淋巴细胞增殖，对抗强的松龙的作用，促进小鼠溶 血素的形成。另外，槲皮素还具有镇痛和雌激素样作用，并能解除顺铂等抗癌药物过量 引起的毒性反应，其机理尚不清楚。槲皮素药理作用广泛，对多种临床疑难病症如癌症、 过敏、炎症、糖尿病、心血管疾病等显示出较好的治疗活性，且无任何毒副作用，并具 有较丰富的原料药来源因此，进一步研究槲皮素的药理作用机制并将其转化为临床用零 药，是非常必要和有广阔前景的。 o h h o h o x o 图卜2 槲皮素( q u e r c e t i n ) 的结构式 1 2 3 乌饭树叶色素的药理作用 乌饭树叶色素在中国应用的年代久远，其药用价值在很多医药典籍中均有记载。据 开宝本草载，( 乌饭树叶) 味苦，无毒，可“止泄、除睡、强筋益气、久服轻身、 长年j 令人不饥、变白去老。”本草纲目也载：“其枝叶可。止泄、除睡、变白。” l l 河南j r 业大学硕士学位论文 历代本草记载用乌饭树嫩枝叶榨汁、浸米煮成的乌饭，具有滋补、强壮、驻颜的功效。 1 2 3 1 抗疲劳及延缓衰老作用 乌饭树嫩枝叶醇提物可以显著