葡萄果皮花色素提取的研究进程

1、广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical Technology 文献综述题目：葡萄果皮花色素提取的研究进程 姓名：余荣春 班别:食品11-3 学号：11114050333 指导教师：张钟教授 摘要花色素是一种广泛存在于植物中的天然产物，具有清除自由基、抗氧化、抑制酶活性、保护血管、抗炎症和抑制肿瘤等多种功能，在食品、保健品、化妆品和药品中具有广泛应用价值。本文就葡萄果皮花色素的提取、纯化方法及应用存在的问题进行介绍。关键词 花色素 价值 葡萄 提取 应用AbstractProanthocyanidins ( PCs) , which is wi

2、dely distributed in plants, is a kind o f valuable natural products. It has been revealed that the PCs has multiple biological activities, such as anti-oxidation, scavenging of free radicals, inhibiting of enzymes, protecting of blood vessel, anti-inflammation and repressing of tumors, and can be ex

3、tensively utilized in food, cosmetic, health product and medicine industries. This paper mainly talks about several kinds of extracting methods of the natural pigments of grapes and problems in applications. Keywords PCs value grape extraction application1 前言花色素是天然色素的一种, 存在于植物的花、果实、叶、茎、种子等器官和组织中, 具有

4、一定的营养、保健和药理作用, 现已进行了开发、利用及商品化生产; 但是花色素化学性质不稳定, 受pH值、温度、光照、金属离子等影响容易变色, 极大限制了其开发利用1-2。许多学者3已研究和报道了影响花色素稳定性的因素, 但只是在色素中加入了各因素后, 随即测定色素的变化, 而关于花色素受各因素较长时间影响的变化规律报道很少。因此，在前人研究的基础上, 本试验以葡萄品种红地球(因成功采用避雨栽培, 在我国南方地区发展迅速, 发展成为继巨峰之后的第3代葡萄主栽品种)为试材, 研究葡萄果皮花色素提取方法和花色素在一定时间内受各因素的影响, 探讨花色素的变化规律, 以期为葡萄的制汁、酿酒等加工过程中的

5、护色和天然色素的开发利用提供理论基础。2 花色素的结构19世纪末人们即发现了原花色素, 并依据反应特征, 将其定义为从植物中分离的无色的、在热酸处理时能产生花色素的物质4。原花色素是具有C6-C3- C6 基本构架的植物多酚类化合物,它普遍存在于植物的根、茎、叶、花、果实和树皮中,已发现的原花色素含量较高的植物超过600种5。植物中的原花色素多数是不同聚合度的混合物, 依据聚合度大小可以大致分为4类: 1)单体原花色素包括黄烷-3-醇(即各种类型的儿茶素)和黄烷-3,4-二醇；2)低聚原花色素,一般是指儿茶素的2-5聚体；3)聚合原花色素，指聚合度大于5、但仍然易溶于水的儿茶素多聚体； 4)高

6、聚原花色素, 指聚合度很大以至于难溶于水的儿茶素高聚体。不同聚合度的原花色素具有不同的化学与生物活性, 以及应用价值。例如茶多酚(主要含儿茶素类单体)是公认的天然抗氧化剂，而低聚原花色素具清除自由基、抗氧化、护心脑血管、抗炎症、抑制肿瘤等生物活性, 已用于保健食品、日用化学品和制药等领域6 ； 聚合原花色素(缩合单宁)能与皮胶原蛋白形成多点交联, 具有鞣革性能, 是栲胶的有效成分15 ；而高聚物主要是原花色素氧化、缩合后的产物, 呈红色, 因此被称为红粉, 参与构成果实、树皮、木材的颜色, 可用于食品、饮料的着色。3 花色素的研究和利用现状3.1 作为天然抗氧化剂原花色素分子中具有大量活性酚羟

7、基, 具有很强的清除氧自由基、抗氧化的作用。Zdunczyk 和Toshiaki的研究表明, 不同来源、各种纯度的原花色素均显示很强的清除自由基和抗氧化能力7-8。3.2 作为食品、保健品的功能成分原花色素具有多种化学与生理活性, 并且自然存在于许多食品之中, 因此常作为食品、保健品的功能成分。原花色素参与构成许多果实、蔬菜的色泽,在食品(饮料)中呈现出收敛性(即涩味)，赋予了葡萄酒、茶和咖啡的嗜好性9。3.3 作为化妆品的功能成分胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸是构成血管内壁及皮肤真皮组织的重要成分。Yamakoshi 和Plump的研究表明,原花色素可以抑制胶原酶10、弹性蛋白酶、透明质酸酶和

8、葡萄糖酸甙酶等水解酶的活性11。原花色素主要是通过抑制酶活性及清除自由基, 维护上述大分子的构象和细胞膜结构, 降低毛细血管渗透性及血管硬脆性, 从而实现保护血管壁的功能12。3.4 作为药物的有效成分原花色素是许多传统中药的主要药效成分。随着对原花色素的深入研究, 进一步揭示了其药理功能。实验表明, 原花色素对多种化学致突变所引起的癌变、细胞过氧化、DNA 损伤以及细胞凋亡具有强抑制作用, 对紫外线辐射诱发的皮肤癌有预防作用13。3. 5 作为天然抑菌成分原花色素通过多重作用产生抗菌性。其抗菌机理包括: 与微生物的原生质体结合、与金属离子络合、抑制酶活性、影响细胞膜的透性、降低微生物对营养物

9、的利用、改变环境pH 值、影响微生物附着或侵染等。因此, 原花色素对体内或体外环境中的微生物均产生抑制作用14。4 材料和方法4.1 材料选择着色良好、无损伤的成熟葡萄果实。4.2 葡萄皮花色素提取方法4.2.1 提取液的确定初步选定了A: 95%乙醇-4.7%盐酸(v/v=85/15, pH =2) , B: 1%盐酸-无水乙醇(v/v, pH=3), C: 0.1%盐酸- 无水乙醇(pH=4), D: 2.5%柠檬酸- 无水乙醇(w/v, g/mL, pH=5), E: 1%盐酸- 无水甲醇(pH=2), F: 去离子水(用盐酸调pH=2) 等6种提取液提取葡萄果皮中花色素。称取液氮研磨葡

10、萄皮粉末1 g, 加入上述提取液10mL, 室温下于暗处浸提1h,4800×g离心10min, 冲洗2次,定容50 mL。色素的不同提取液在400600 nm 内进行扫描, 测定最大吸收波长处吸光度值。3次重复。各提取液的提取效率用花色素含量表示。葡萄果皮中花色素含量的计算参照张昭其等的方法:花色素含量(mg/g)=A×V×1 000×455.2/29 600×d×m式中: A-最大吸收波长处吸光度值， V-定容体积，L1 000- g换算成mg扩大的倍数455.2-矢车菊素-3-葡萄糖苷的分子质量，g/mol 29600-矢车菊素-

11、3-葡萄糖苷的浓度比吸收系数，L/mol·cm;d-比色杯光径,cmm-鲜质量，g4.2.2 提取液用量的确定用实验确定的提取液, 再进一步确定提取液的用量。葡萄果皮与提取液之间的比例(w:v, g/mL)分别为11、15、110、115、120。取1 g 果皮粉末, 加入不同体积提取液, 以下步骤和4.2.1 实验相同。4.3 葡萄果皮花色素的理化性质4.3.1 葡萄果皮花色素光谱特性测定利用4.2.1试验中葡萄果皮花色素的不同提取液在400600nm 波长范围内测定吸光度值,绘制其特征吸收光谱曲线。4.3.2 葡萄果皮花色素化学稳定性测定采用以上试验确定的葡萄果皮花色素提取方法,

12、 获得花色素提取液。通过真空旋转蒸发仪浓缩至膏状(30 加热), 加去离子水稀释成一定浓度, 并调节pH 2; 以此溶液为试样, 研究pH 值、外界光照、温度、金属离子( Fe3+、Zn2+、Ca2+) 、糖类( 葡萄糖、果糖、蔗糖) 、维生素C、食品添加剂苯甲酸钠等因素对花色素稳定性的影响。测定pH 值对葡萄果皮花色素稳定性影响, 溶液的pH值用1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH 溶液调节, 过30min后在510nm处测定溶液吸光度值(由于加入HCl和NaOH水溶液的量很少, 色素溶液的浓度及吸光度值的变化可以忽略不计).光照对花色素稳定性影响, 光照分为:室内自然光、室外阳

13、光和室内避光；试验进行期间天气晴朗, 室内自然光放置是指白天在室内不遮光处, 晚上不进行任何光照; 室外阳光下放置时间为8:0016:00。温度对花色素稳定性影响, 色素溶液在不同温度(对照温度为室温约25 ,缩写为RT)下加热时间为30 min, 加热完后放在不同光照条件下, 隔一定时间测定溶液吸光度值,溶液加热后要补充因蒸发损失的水分。色素溶液中加入不同量的FeCl3、ZnSO4、CaCl2, 置于室内自然光下60h(2.5d) , 隔12h测定溶液吸光度值。糖类(果糖、蔗糖、葡萄糖)对花色素稳定性的影响, 在室内自然光下放置, 每隔12h 测定溶液吸光度值。高浓度的维生素C对花色素影响较

14、大较快,因此在室内自然光下放置的时间较短。苯甲酸钠是食品加工中常用的防腐添加剂, 对花色素稳定性影响同样是在室内自然光下测定。以上试验都是在510nm波长处测得溶液吸光度值, 每处理设3个重复。5 结论葡萄果皮花色素提取, 宜用1%盐酸- 无水乙醇或95%乙醇-4.7%盐酸提取液； 以1%盐酸-无水乙醇做提取液, 葡萄果皮与提取液用量比例在15110 之间。pH 值对红地球葡萄果皮花色素稳定性影响最大; 葡萄花色素在2560的温度下具有一定的热稳定性; 受光照影响较大, 应在避光条件下保存; 金属离子( Fe3+、Zn2+、Ca2+) 、维生素C和食品添加剂苯甲酸钠对花色素稳定性有不良影响;

15、糖类( 果糖、蔗糖、葡萄糖)对葡萄花色素稳定性有保护作用。参考文献1孙达旺.植物单宁化学M.北京:中国林业出版社,1992:4-6.2宋立江,荻莹, 石碧. 植物多酚研究与利用的意义及发展趋势J.化学进展.2000, 12(2):16-17.3天然抗氧化剂茶多酚-食品抗氧化剂( 增补目录), 中华人民共和国标准: GB2760-86.4国植,徐莉.原花青素具有广阔发展前景的植物药J.国外医学: 植物药分册.1996, 11(5):196-203.5石碧,荻莹.植物多酚M.北京:科学出版社,2000:124133;224-225;265-268.6 OkunoS,YoshinagaM,

16、YoshimotoM,eta1 Antimutagenicity of sweet potato rootsJBiosci Biotechnol Biochem ,1999,63(3)：537-541.7Mekkaw y H A, Ali M O, E-l Zawahry A M. Toxic effect of synthetic and natural food dyes on renal and hepatic functions in ratsJ.Toxicology Letters,1998(95):15

17、5.8Alexandra Pazmino-Du ran E, Monica Giusti M, Ronald E. Wrolstad et al. Anthocyanins from oxalis triangularis as potential food colorantsJ.Food Chemistry, 2001(75):211-216.9刘成梅,游海.天然产物有效成分的分离与应用( 第一版)M.北京:化学工业出版社,2003: 442.10邱会东.食用合成色素分析方法的研究进展J.食品与机械,2006,22(2):102-104.11徐富清,李秀芹.食用色素与人体健康J.化学世界,1999(8):446-447.12刘咏,罗建平.枸杞子中食用红色素的提取及稳定性