黑布林色素的稳定性及抗氧化活性研究
目 录
1 引言 1
1.1 花青素 1
1.2 花青素类色素的稳定性研究状况 2
1.3 花青素类色素的抗氧化活性研究现状 2
1.4 花青素的应用现状 3
1.5 本课题研究的目的及意义 5
2 实验材料与方法 5
2.1 实验原料与试剂 5
2.2 主要仪器与设备 6
2.3实验工艺流程 6
2.4 黑布林色素稳定性实验设计 7
2.5 黑布林色素抗氧化活性实验设计 8
3 黑布林色素稳定性及抗氧化活性研究结果 9
3.1 黑布林色素稳定性的研究结果 9
3.2 黑布林抗氧化活性的研究结果 13
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 引言
天然色素与合成色素相比，安全性高，且具有一定的营养和药理作用[1]。因此，开发利用动植物天然色素资源，日益受到人们的普遍重视。黑布林营养丰富，含有丰富的糖、维生素、果酸、氨基酸等营养成分，保健功能十分突出，具有生津利尿、清肝养肝、解淤毒、清湿热等作用。黑布林皮中含有大量的花青素，而花青素是一种安全的天然食用色素，也是一种强力抗氧化剂，能促进人体生成胶原质，具有延缓衰老、抵抗肿瘤等重要生理功能[2，3]。本文研究了黑布林色素对光、热、食品添加剂、金属离子等的稳定性及其抗氧化活性，为进一步对其开发利用奠定了基础。
1.1 花青素
花青素是最常见的天然色素之一，花青素广泛存在于开花植物中，据初步统计，27个科73个属植物中含花青素[4]，花青素是人们最熟悉的水溶性天然食用色素，具有安全、无毒、资源丰富 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
的特点，并具有一定营养价值及药理作用，在食品、化妆品和医药领域有着巨大的应用潜力。研究表明花青素能提高视力，对各种由于毛细血管脆弱引发的血液循环紊乱有明显的保护作用，另外还有抗肿瘤、抗辐射等作用[5]。
花青素属于黄酮类化合物，因此具有黄酮类化合物所特有的C6-C3-C6碳骨架结构[6](如图1所示)。花青素在植物的多种器官中都有存在，能够使植物的花、果实、茎和叶等呈现出由红、紫红到蓝等各种不同的颜色。不同种类的花青素其分子结构的不同之处，主要体现在以下几个方面：首先是羟基的位置和数目；其次是甲基化的程度；再次是糖基结合的位置和数目；最后是结合在糖残基上的脂肪酸或者芳香酸的数目以及其性质[7]。鉴于以上几种情况，可以看出自然界中的花青素种类是多种多样的。花青素分子中存在高度分子共扼体系，具酸性与碱性基团，易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，遇醋酸铅试剂会沉淀，并能被活性炭吸附。在紫外与可见光区域均具较强吸收，紫外区最大吸收波长在280 nm附近，可见光区域最大吸收波长在500-550nm范围内。花青素类物质的颜色随pH值的变化而变化，pH<7呈红色，pH在7-8时呈紫色pH>11时呈蓝色。
目前，已知的花色素有20 种，植物中常见的有6 种，天竺葵色素（Pe）、矢车菊色素（Cy）、飞燕草色素（Dp）、芍药色素（Pn）、牵牛花色素（Pt）和锦葵色素[8]（Mv）。花青素结构中所带的基团种类和数量不同，其助色效果也不同，因此颜色也有所差别。
注：R1和R2是H、OH、OCH3，R3是糖基或H，R4是糖基或OH。
图1 花青素的结构
表1 6种常见花青素的结构[9]
名称 英文简称 取代基
3 5 6 7 3 4 5
矢车菊色素 Cy OH OH H OH OH OH H
天竺葵色素 Pg OH OH H OH H OH H
飞燕草色素 Dp OH OH H OH OH OH OH
芍药色素 Pn OH OH H OH OMe OH H
锦葵色素 Mv OH OH H OH OMe OH OMe
牵牛花色素 Pt OH OH H OH OMe OH OH
1.2 花青素类色素的稳定性研究状况
花青素很不稳定，其结构对其本身稳定性影响很大。一般来说，2-苯基苯并吡喃阳离子结构中羟基数目增加则稳定性降低，而甲基化程度提高则有利于提高稳定性[10]。游离羟基的糖苷化也将增加花青素的稳定性，流动的糖链可以像一条带子将折叠好的酰基缠绕在2-苯基苯并吡喃骨架的表面，这种堆积可以防止水化平衡转换引起的花青素的失色，对花青素的色泽稳定性起到保护作用[11]。酰基化花青素的芳香酸如p-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸、五倍子酸和一些脂肪酸如丙二酸、乙酸、苹果酸、琥珀酸和草酸也对花青素的稳定起到了很大作用，酰基的空间位阻使花青素不易受到水的攻击，难以形成无色假碱和查尔酮结构。另外C4位上如果被取代也将有利于花青素的稳定，因为这样可以防止水加成，也防止二氧化硫导致的褪色[12]。
花青素的稳定性除了受本身结构影响外，还与加工和贮藏过程中的一些理化因子如pH、温度、光、氧、酶、抗坏血酸、糖及其降解产物、二氧化硫、氨基酸、酚酸、金属离子、加工方法等有关。
1.3 花青素类色素的抗氧化活性研究现状
自由基(free radical )是指能够独立存在的，具有不成对电子的分子、原子、离子和基团[13]。自由基具有很高的化学活性，非常活泼，极易与周围物质发生反应，并易对机体产生迅速而强烈的损伤[14]。与氧结合后的活性氧自由基有超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基、烷氧基和单线态氧等等[15]，能够对机体造成很大的伤害，引起很多的疾病如糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化等。自由基氧化致衰理论认为生物体内具有一整套产生和清除自由基的平衡体系，随着机体的衰老和外界环境的影响导致平衡体系失衡从而产生大量的自由基。
花青素的结构中有多个酚羟基，属于羟基供体，它在植物组织中的主要作用是保护植物中易氧化的成分。研究员通过评价花青素的还原力、清除自由基能力、抑制脂质过氧化能力等体系来检测抗氧化能力。研究表明，花青素类色素对DPPH、 ABTS+、羟自由基、超氧自由基等的清除能力极强，可防止机体的氧化损伤，同时能激活抗氧化防御体系能促进超氧化物歧化酶、谷胱甘肽酶的活性。Yang等[16]从紫玉米中提取花青素，并得到矢车菊素-3-葡萄糖苷、天竺葵色素一3-葡萄糖苷、芍药色素-3-葡萄糖苷等花青素，并证实了紫玉米花青素清除DPPH的能力和Fe3+还原能力都比BHT强。并且与花青素的浓度呈正相关。实验研究表明，黑米皮花青素能显著增强大鼠血清和肝脏总抗氧化能力[17]。
花青素抗氧化的途径主要有：①抑制自由基的产生或直接清除自由基。花青素清除自由基的功能主要和它分子中的羟基有关，特别是3-位或3’-、4’-、5’-位羟基有关[18]。②激活抗氧化酶体系。由于抗氧化酶具有清除自由基的作用，因此通过激活过氧化氢酶、过氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等也可起到抗氧化作用。③与诱导氧化的过度金属络合，可以直接降低LDL的氧化程度，也可抑制Fenton反应，从而抑制活性氧自由基产生的作用。
取20mL稀释液，分别加入浓度为0.0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%、3.0%、5.0%的食盐溶液摇匀，静置1h，分别在530nm波长下测吸光度A。
1 引言 1
1.1 花青素 1
1.2 花青素类色素的稳定性研究状况 2
1.3 花青素类色素的抗氧化活性研究现状 2
1.4 花青素的应用现状 3
1.5 本课题研究的目的及意义 5
2 实验材料与方法 5
2.1 实验原料与试剂 5
2.2 主要仪器与设备 6
2.3实验工艺流程 6
2.4 黑布林色素稳定性实验设计 7
2.5 黑布林色素抗氧化活性实验设计 8
3 黑布林色素稳定性及抗氧化活性研究结果 9
3.1 黑布林色素稳定性的研究结果 9
3.2 黑布林抗氧化活性的研究结果 13
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 引言
天然色素与合成色素相比，安全性高，且具有一定的营养和药理作用[1]。因此，开发利用动植物天然色素资源，日益受到人们的普遍重视。黑布林营养丰富，含有丰富的糖、维生素、果酸、氨基酸等营养成分，保健功能十分突出，具有生津利尿、清肝养肝、解淤毒、清湿热等作用。黑布林皮中含有大量的花青素，而花青素是一种安全的天然食用色素，也是一种强力抗氧化剂，能促进人体生成胶原质，具有延缓衰老、抵抗肿瘤等重要生理功能[2，3]。本文研究了黑布林色素对光、热、食品添加剂、金属离子等的稳定性及其抗氧化活性，为进一步对其开发利用奠定了基础。
1.1 花青素
花青素是最常见的天然色素之一，花青素广泛存在于开花植物中，据初步统计，27个科73个属植物中含花青素[4]，花青素是人们最熟悉的水溶性天然食用色素，具有安全、无毒、资源丰富 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
的特点，并具有一定营养价值及药理作用，在食品、化妆品和医药领域有着巨大的应用潜力。研究表明花青素能提高视力，对各种由于毛细血管脆弱引发的血液循环紊乱有明显的保护作用，另外还有抗肿瘤、抗辐射等作用[5]。
花青素属于黄酮类化合物，因此具有黄酮类化合物所特有的C6-C3-C6碳骨架结构[6](如图1所示)。花青素在植物的多种器官中都有存在，能够使植物的花、果实、茎和叶等呈现出由红、紫红到蓝等各种不同的颜色。不同种类的花青素其分子结构的不同之处，主要体现在以下几个方面：首先是羟基的位置和数目；其次是甲基化的程度；再次是糖基结合的位置和数目；最后是结合在糖残基上的脂肪酸或者芳香酸的数目以及其性质[7]。鉴于以上几种情况，可以看出自然界中的花青素种类是多种多样的。花青素分子中存在高度分子共扼体系，具酸性与碱性基团，易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，遇醋酸铅试剂会沉淀，并能被活性炭吸附。在紫外与可见光区域均具较强吸收，紫外区最大吸收波长在280 nm附近，可见光区域最大吸收波长在500-550nm范围内。花青素类物质的颜色随pH值的变化而变化，pH<7呈红色，pH在7-8时呈紫色pH>11时呈蓝色。
目前，已知的花色素有20 种，植物中常见的有6 种，天竺葵色素（Pe）、矢车菊色素（Cy）、飞燕草色素（Dp）、芍药色素（Pn）、牵牛花色素（Pt）和锦葵色素[8]（Mv）。花青素结构中所带的基团种类和数量不同，其助色效果也不同，因此颜色也有所差别。
注：R1和R2是H、OH、OCH3，R3是糖基或H，R4是糖基或OH。
图1 花青素的结构
表1 6种常见花青素的结构[9]
名称 英文简称 取代基
3 5 6 7 3 4 5
矢车菊色素 Cy OH OH H OH OH OH H
天竺葵色素 Pg OH OH H OH H OH H
飞燕草色素 Dp OH OH H OH OH OH OH
芍药色素 Pn OH OH H OH OMe OH H
锦葵色素 Mv OH OH H OH OMe OH OMe
牵牛花色素 Pt OH OH H OH OMe OH OH
1.2 花青素类色素的稳定性研究状况
花青素很不稳定，其结构对其本身稳定性影响很大。一般来说，2-苯基苯并吡喃阳离子结构中羟基数目增加则稳定性降低，而甲基化程度提高则有利于提高稳定性[10]。游离羟基的糖苷化也将增加花青素的稳定性，流动的糖链可以像一条带子将折叠好的酰基缠绕在2-苯基苯并吡喃骨架的表面，这种堆积可以防止水化平衡转换引起的花青素的失色，对花青素的色泽稳定性起到保护作用[11]。酰基化花青素的芳香酸如p-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸、五倍子酸和一些脂肪酸如丙二酸、乙酸、苹果酸、琥珀酸和草酸也对花青素的稳定起到了很大作用，酰基的空间位阻使花青素不易受到水的攻击，难以形成无色假碱和查尔酮结构。另外C4位上如果被取代也将有利于花青素的稳定，因为这样可以防止水加成，也防止二氧化硫导致的褪色[12]。
花青素的稳定性除了受本身结构影响外，还与加工和贮藏过程中的一些理化因子如pH、温度、光、氧、酶、抗坏血酸、糖及其降解产物、二氧化硫、氨基酸、酚酸、金属离子、加工方法等有关。
1.3 花青素类色素的抗氧化活性研究现状
自由基(free radical )是指能够独立存在的，具有不成对电子的分子、原子、离子和基团[13]。自由基具有很高的化学活性，非常活泼，极易与周围物质发生反应，并易对机体产生迅速而强烈的损伤[14]。与氧结合后的活性氧自由基有超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基、烷氧基和单线态氧等等[15]，能够对机体造成很大的伤害，引起很多的疾病如糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化等。自由基氧化致衰理论认为生物体内具有一整套产生和清除自由基的平衡体系，随着机体的衰老和外界环境的影响导致平衡体系失衡从而产生大量的自由基。
花青素的结构中有多个酚羟基，属于羟基供体，它在植物组织中的主要作用是保护植物中易氧化的成分。研究员通过评价花青素的还原力、清除自由基能力、抑制脂质过氧化能力等体系来检测抗氧化能力。研究表明，花青素类色素对DPPH、 ABTS+、羟自由基、超氧自由基等的清除能力极强，可防止机体的氧化损伤，同时能激活抗氧化防御体系能促进超氧化物歧化酶、谷胱甘肽酶的活性。Yang等[16]从紫玉米中提取花青素，并得到矢车菊素-3-葡萄糖苷、天竺葵色素一3-葡萄糖苷、芍药色素-3-葡萄糖苷等花青素，并证实了紫玉米花青素清除DPPH的能力和Fe3+还原能力都比BHT强。并且与花青素的浓度呈正相关。实验研究表明，黑米皮花青素能显著增强大鼠血清和肝脏总抗氧化能力[17]。
花青素抗氧化的途径主要有：①抑制自由基的产生或直接清除自由基。花青素清除自由基的功能主要和它分子中的羟基有关，特别是3-位或3’-、4’-、5’-位羟基有关[18]。②激活抗氧化酶体系。由于抗氧化酶具有清除自由基的作用，因此通过激活过氧化氢酶、过氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等也可起到抗氧化作用。③与诱导氧化的过度金属络合，可以直接降低LDL的氧化程度，也可抑制Fenton反应，从而抑制活性氧自由基产生的作用。
取20mL稀释液，分别加入浓度为0.0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%、3.0%、5.0%的食盐溶液摇匀，静置1h，分别在530nm波长下测吸光度A。
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