一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法 |
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| 申请号 | CN202410118833.1 | 申请日 | 2024-01-29 | 公开(公告)号 | CN117964788A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 扬州大学; | 发明人 | 刘俊; 恽大为; 徐凤凤; 千春录; 阚娟; 唐超; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种通过与二 醛 多糖共价结合提高花色苷 稳定性 的方法，通过二醛多糖与花色苷的共价结合反应合成二醛多糖‑花色苷共价结合物。所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有和天然花色苷相同的 颜色 ，合成过程未改变天然花色苷的颜色；所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有和天然花色苷相同的pH敏感性（即在不同pH条件下的显色特性），在食品智能 包装 领域具有很好的应用潜能；与多糖相比，所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有更高的抗 氧 化活性，在 功能性食品 领域具有应用潜能；与天然花色苷相比，所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物在pH中性及高温条件下的储藏稳定性更高；本方法具有合成工艺简单、成本低的优势。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法，属于食品化学领域。 背景技术[0002] 花色苷是广泛存在于植物的花瓣和果实中的一类水溶性天然色素，具有蓝、紫、红等多种颜色。天然花色苷因其来源广泛、安全无毒、具有pH敏感性和多种生物活性(如抗氧化、抗炎症、抗肥胖、抗糖尿病、抗高血压、抗心血管疾病、抗癌和神经保护等功能)，在食品领域具有广阔的应用前景。一方面，天然花色苷具有pH敏感性，能在不同酸碱环境中发生结构转变并呈现颜色变化，可被添加到食品包装材料中用于指示食品的新鲜程度；添加天然花色苷的食品包装膜是一类重要的食品智能包装材料。另一方面，天然花色苷可作为着色剂、抗氧化剂、防腐剂和功能添加剂用于食品加工；在食品中添加天然花色苷不仅能赋予食物鲜艳的颜色，还能对人体的健康产生益处。然而，天然花色苷的稳定性较差，易受到外界光照、温度、金属离子和pH等因素的影响而发生结构变化，使其在食品工业中的应用受到限制。因此，如何提高提高花色苷的稳定性是食品工业亟待解决的问题之一。 [0003] 当前，已有多种技术(如共色作用、金属离子络合、酰化修饰以及高分子包埋等)被用于提高花色苷的稳定性。其中，共色作用、金属离子络合和高分子包埋均是基于花色苷与外源性添加物(共色物、金属离子、高分子)的非共价作用以提高花色苷的稳定性，但这些技术都会对花色苷原本的颜色产生影响，并且非共价相互作用的强度和稳定性不高，在一定条件下会被破坏。此外，酰化修饰是通过化学或酶催化的方式提高花色苷的稳定性，但也存在合成工艺复杂、成本高的缺点。因此，亟需研究新的提高花色苷稳定性的方法。 发明内容[0004] 本发明的目的在于针对现有技术中所存在问题，为克服花色苷稳定化过程中存在的花色苷颜色改变、产物稳定性不高、工艺复杂、成本高等缺点，提供一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法。 [0005] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤： [0009] (4)、将经步骤(3)得到的二醛多糖溶于水中得到二醛多糖溶液，同时将经步骤(2)得到的花色苷溶于水中得花色苷溶液，再将二醛多糖溶液和花色苷溶液混合，得到二醛多糖‑花色苷混合溶液； [0010] (5)、向经步骤(4)得到的二醛多糖‑花色苷混合溶液中添加盐酸并在设定的反应条件下反应，反应产物经透析、冷冻干燥，得到二醛多糖‑花色苷共价结合物。 [0011] 步骤(1)中，所述植物组织浸泡是将100～200g植物组织置于1L 60％～80％乙醇水溶液中，其中，乙醇水溶液中添加0.1％～0.5％盐酸；所述破碎是使用榨汁机将植物组织破碎；所述浸提的浸提条件是浸提温度2～8℃、浸提时间8～24h；所述过滤是使用4～8层纱布过滤。 [0012] 步骤(2)中，所述旋蒸浓缩的条件是真空度≤98kPa、温度30～50℃、旋蒸转速10～300rpm；所述大孔树脂纯化的条件是将10～20mL花色苷旋蒸浓缩液上样于AB‑8型大孔树脂色谱柱，先后采用纯水、20％、40％、60％和80％乙醇水溶液梯度洗脱，并收集20～80％乙醇水溶液的洗脱组分；所述真空干燥的条件是真空度＜133Pa、干燥温度30～50℃、干燥时间 24～72h。 [0013] 步骤(3)中，所述多糖溶液的制备是将1～3g多糖溶于100mL水中；所述高碘酸钾的添加量是0.5～1.5g；所述设定的反应条件是反应温度30～50℃、反应溶液pH值3.0～5.0、反应时间3～6h；所述透析的条件是使用截留分子量为3000～12000Da的透析袋、纯水透析24～72h、每4～8h换水一次；所述冷冻干燥的条件是干燥温度‑45～‑50℃、干燥时间24～ 48h。 [0014] 步骤(4)中，所述二醛多糖溶液的制备是将0.05～0.5g二醛多糖溶于5mL水中；所述花色苷溶液的制备是将0.05～0.5g花色苷溶于5mL水中；所述二醛多糖‑花色苷混合溶液的制备是将二醛多糖溶液与花色苷溶液在20～40℃下混合30～60min。 [0015] 步骤(5)中，所述盐酸的添加量是0.01～0.1g；所述反应条件是反应温度20～40℃、反应时间24～48h；所述透析的条件是使用截留分子量为3000～12000Da的透析袋、纯水透析24～72h、每4～8h换水一次；所述冷冻干燥的条件是干燥温度‑45～‑50℃、干燥时间24～48h。 [0016] 利用所述的方法制备得到的二醛多糖‑花色苷共价结合物。 [0017] 本发明方法先进科学，通过二醛多糖与花色苷的共价结合反应合成二醛多糖‑花色苷共价结合物。所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有和天然花色苷相同的颜色，合成过程未改变天然花色苷的颜色；所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有和天然花色苷相同的pH敏感性(即在不同pH条件下的显色特性)，在食品智能包装领域具有很好的应用潜能；与多糖相比，所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有更高的抗氧化活性，在功能性食品领域具有应用潜能；与天然花色苷相比，所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物在pH中性及高温条件下的储藏稳定性更高；本方法具有合成工艺简单、成本低的优势。附图说明 [0018] 图1为紫外‑可见光谱图；其中： [0019] A为本发明实施例1与对比例1、对比例2和对比例3的紫外‑可见光谱图； [0020] B为本发明实施例2与对比例4、对比例5和对比例6的紫外‑可见光谱图； [0021] 图2为红外光谱图；其中： [0022] A为本发明实施例1与对比例1、对比例2和对比例3的红外光谱图； [0023] B为本发明实施例2与对比例4、对比例5和对比例6的红外光谱图； [0024] 图3为X射线衍射图；其中： [0025] A为本发明实施例1与对比例1、对比例2和对比例3的X射线衍射图； [0026] B为本发明实施例2与对比例4、对比例5和对比例6的X射线衍射图； [0027] 图4为核磁共振氢谱图；其中： [0028] A为本发明实施例1与对比例1、对比例2和对比例3的核磁共振氢谱图； [0029] B为本发明实施例2与对比例4、对比例5和对比例6的核磁共振氢谱图； [0030] 图5为扫描电镜图；其中： [0031] A为本发明实施例1与对比例1、对比例2和对比例3的扫描电镜图； [0032] B为本发明实施例2与对比例4、对比例5和对比例6的扫描电镜图； [0033] 图6为显色图和可见光吸收光谱；其中： [0034] A为本发明对比例1在不同缓冲液(pH 3‑12)中的显色图和可见光吸收光谱； [0035] B为本发明实施例1在不同缓冲液(pH 3‑12)中的显色图和可见光吸收光谱； [0036] C为本发明对比例4在不同缓冲液(pH 3‑12)中的显色图和可见光吸收光谱； [0037] D为本发明实施例2在不同缓冲液(pH 3‑12)中的显色图和可见光吸收光谱； [0038] 图7为抗氧化活性图；其中： [0039] A为本发明实施例1与对比例1、对比例2和对比例3的抗氧化活性图； [0040] B为本发明实施例2与对比例4、对比例5和对比例6的抗氧化活性图； [0041] 图8为储藏稳定性图；其中： [0042] A为本发明对比例1在不同温度(20℃、37℃和80℃)和不同pH(pH 3、pH 5和pH 7)下的储藏稳定性图； [0043] B为本发明实施例1在不同温度(20℃、37℃和80℃)和不同pH(pH 3、pH 5和pH 7)下的储藏稳定性图； [0044] C为对比例4在不同温度(20℃、37℃和80℃)和不同pH(pH 3、pH 5和pH 7)下的储藏稳定性图； [0045] D为本发明实施例2在不同温度(20℃、37℃和80℃)和不同pH(pH 3、pH 5和pH 7)下的储藏稳定性图。 具体实施方式[0046] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述： [0047] 实施例1 [0048] 一种通过与二醛槐豆胶共价结合提高紫薯花色苷稳定性的方法； [0049] 将100g紫薯块茎洗净后切块浸泡于1L 80％乙醇水溶液中(乙醇水溶液中添加0.5％盐酸)使用榨汁机破碎，在4℃下浸提24h，浸提液使用4层纱布过滤，得到紫薯花色苷粗提液；紫薯花色苷粗提液在真空度95kPa、温度45℃、转速100rpm下旋蒸浓缩；将15mL紫薯花色苷旋蒸浓缩液上样于AB‑8型大孔树脂色谱柱，先后采用纯水、20％、40％、60％和80％乙醇水溶液梯度洗脱，并收集20％乙醇水溶液的洗脱组分；将收集的洗脱液在真空度 105Pa、温度50℃下真空干燥72h，得到紫薯花色苷，将其命名为PSPA；将1g槐豆胶溶于100mL水中并添加1g高碘酸钾，在35℃、pH 3.5的条件下反应4h，将反应产物装入8000～12000Da透析袋中用纯水透析72h、每6h换水一次，透析后溶液在‑45℃下冷冻干燥48h，得到二醛槐豆胶，将其命名为LBGA；将0.1g二醛槐豆胶溶于5mL水中，0.1g紫薯花色苷溶于5mL水中，将二醛槐豆胶水溶液与紫薯花色苷水溶液在25℃下充分混合30min，得到二醛槐豆胶/紫薯花色苷混合溶液；向二醛槐豆胶/紫薯花色苷混合溶液中添加0.5g盐酸，在25℃下反应24h；将反应产物装入3500Da透析袋中用纯水透析24h、每6换水一次，透析后溶液在‑45℃下冷冻干燥48h，得到二醛槐豆胶‑紫薯花色苷共价结合物，将其命名为PSPA‑g‑LBGA。 [0050] 实施例2 [0051] 一种通过与二醛瓜尔豆胶共价结合提高紫甘蓝花色苷稳定性的方法； [0052] 将实施例1中紫薯改为紫甘蓝、槐豆胶改为瓜尔豆胶，其余制备条件不变，将在制备过程中得到的紫甘蓝花色苷命名为PCA；将得到的二醛瓜尔豆胶命名为GGA；将得到的二醛瓜尔豆胶‑紫甘蓝花色苷共价结合物命名为PCA‑g‑GGA。 [0053] 对比例1 [0054] 紫薯花色苷； [0055] 实施例1中所得的紫薯花色苷(PSPA)。 [0056] 对比例2 [0057] 槐豆胶； [0058] 实施例1中使用的商品化槐豆胶，将其命名为LBG，纯度为99％。 [0059] 对比例3 [0060] 二醛槐豆胶； [0061] 实施例1中所得的二醛槐豆胶(LBGA)。 [0062] 对比例4 [0063] 紫甘蓝花色苷； [0064] 实施例2中所得的紫甘蓝花色苷(PCA)。 [0065] 对比例5 [0066] 瓜尔豆胶； [0067] 实施例2中使用的商品化瓜尔豆胶，将其命名为GG，纯度为95％。 [0068] 对比例6 [0069] 二醛瓜尔豆胶； [0070] 实施例2中所得的二醛瓜尔豆胶(GGA)。 [0071] 1.对实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5和对比例6进行紫外‑可见光谱、红外光谱、X射线衍射谱、核磁共振氢谱和微观结构测试，得到结果如下。 [0072] 将样品溶于纯水中，使用紫外/可见分光光度计测定样品溶液(0.1mg/mL)在200～800nm处的紫外‑可见光谱。如图1的A中和图1的B中所示，LBG和GG在200～800nm处没有明显的吸收峰；LBGA和GGA在240nm处有一个小峰，说明LBG和GG被成功氧化；而PSPA、PCA、PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA在289、326、328、538和540nm处具有花色苷特征吸收峰，表明二醛多糖与花色苷成功共价结合。 [0073] 将样品粉末与溴化钾压片，并使用傅里叶变换红外光谱仪在400～4000cm‑1范围内‑1测定样品的红外光谱。如图2的A中和图2的B中所示，LBGA和GGA在1733和1723cm 处具有二醛多糖的特征吸收峰；PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA中的二醛多糖特征吸收峰消失，并在‑1 1500cm 左右出现了花色苷的特征吸收峰，表明二醛多糖与花色苷成功共价结合。 [0074] 使用多晶X射线衍射仪测定样品的X射线衍射谱，以2°/min速度从5°扫描到75°。如图3A和图3B所示，PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA具有和LBGA和GGA相似的结构，呈现无定形状态；PSPA和PCA虽然也呈无定形状态，但相较于PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA具有不同的无定形峰。 [0075] 将样品溶于重水中，使用AVANCE‑600核磁共振仪测定样品溶液(5mg/mL)的核磁共振氢谱。如图4的A中和4的B中所示，PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA在6～8ppm处具有PSPA和PCA的质子信号，表明二醛多糖与花色苷成功共价结合。 [0076] 通过扫描电子显微镜分析样品的微观结构。如图5的A中和图5的B中所示，LBG和GG呈现不规则颗粒状；LBGA和GGA呈片状与丝状混合态；PSPA与PCA呈现块状；而PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA具有和二醛多糖及花色苷均不同的形态。表明二醛多糖与花色苷成功共价结合。 [0077] 2.对实施例1、实施例2、对比例1和对比例4的pH敏感性进行测试，得到结果如下。 [0078] 将样品溶解在pH值为3～12的缓冲溶液中，测定样品在不同缓冲溶液中的显色特性，并测定溶液在450～700nm处的可见光谱。如图6所示，PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA与PSPA和PCA在pH 7的缓冲溶液中具有相同的颜色，表明花色苷与多糖共价结合不会改变花色苷原有的颜色；此外，PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA在不同的pH值下显示出与PSPA和PCA相同的颜色和可见光谱变化，表明花色苷与多糖共价结合不会影响花色苷的pH敏感性。 [0079] 3.对实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5和对比例6的抗氧化活性进行测试，得到结果如下。 [0080] 以Trolox为阳性对照，测定1mL样品水溶液(0.1mg/mL)与3mL 100μmol/LDPPH甲醇溶液在25℃的黑暗条件下反应30min后的自由基清除率，结果以μmol Trolox当量/g表示。如图7所示，LBG、LBGA、GG和GGA的抗氧化活性很微弱；PSPA和PCA具有最高的抗氧化活性；与LBGA和GGA相比，PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA具有更高的抗氧化活性。表明，与花色苷共价结合能够有效提高二醛多糖的抗氧化活性。 [0081] 4.对实施例1、实施例2、对比例1和对比例4的储藏稳定性进行测试，得到结果如下。 [0082] 将样品溶于不同pH值(pH 3、pH 5和pH 7)的缓冲液中，分别在20℃下储存21天、37℃下储存21天和80℃下储存1天，记录样品溶液的颜色变化。如图8所示，PSPA、PCA、PSPA‑g‑LBGA和PCA‑g‑GGA在低温和酸性条件下储藏均较稳定，样品溶液的颜色未发生明显变化；但是，PSPA和PCA在中性缓冲溶液(pH 7)中80℃储藏2h时，样品变为黄色，表明花色苷发生了明显的降解，而PSPA‑g‑LBGA与PCA‑g‑GGA溶液在相同储藏条件下还能保留浅粉色。上述结果表明，与二醛多糖共价结合能提高花色苷在中性及高温环境中的储藏稳定性。 [0083] 综上，本发明提供了一种通过与二醛多糖共价结合提高花色苷稳定性的方法，多种仪器分析手段均证明二醛多糖与花色苷成功共价结合；所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有和天然花色苷相同的颜色，合成过程未改变天然花色苷的颜色；所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有和天然花色苷相同的pH敏感性(即在不同pH条件下的显色特性)，在食品智能包装领域具有很好的应用潜能；与多糖相比，所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物具有更高的抗氧化活性，在功能性食品领域具有应用潜能；与天然花色苷相比，所得的二醛多糖‑花色苷共价结合物在pH中性及高温条件下的储藏稳定性更高。 |
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