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山杏种皮黑色素提取及其性质研究

姚增玉  
【摘要】: 黑色素是一类结构复杂多样的酚类或吲哚类生物大分子色素的总称,它不仅是一类光保护剂、抗辐射剂、螯合剂、生物抗氧化剂和免疫促进剂,而且还可用作生物半导体材料和光电传递材料,具有抗蛇毒、抗癌、抑制艾滋病毒复制、治疗帕金森症等作用,在医药、化妆品、食品、电子等方面有着广泛的应用前景。植物黑色素安全性较高,应用范围很广,但生产中缺乏黑色素含量高具有开发利用价值的原料。从植物中寻找和开发天然黑色素,具有重要的理论意义和实际价值。 本研究以山杏(Prunus armeniaca var. ansu)深加工过程中产生的下脚料——山杏种皮为原料,从中提取黑色素。研究了山杏种皮中黑色素提取和纯化的工艺条件,黑色素的理化性质,作为食品着色剂的稳定性,抗氧化活性以及与金属离子相互作用的相关性质,为进一步的工业化开发利用提供了理论和技术依据。研究结果如下: (1)山杏种皮黑色素适宜于用0.5 mol/L NaOH在60°C下提取2次,每次12 h,提取宜在氮气保护下进行,以防止黑色素的过度氧化,得率为4.73%,所得黑色素中总多酚含量较高,约为262 mg/g(以相当于没食子酸的含量计)。 (2)采用强酸水解、有机溶剂洗涤和反复沉淀的方法对山杏种皮黑色素进行纯化。通过元素分析、红外光谱分析、电位滴定和电子顺磁共振波谱分析,研究了纯化过程中黑色素成分和性质的变化。结果表明,有机溶剂洗涤可以有效地除去脂肪族化合物,降低黑色素中羧基的含量,酸水解可以有效地除去蛋白质等含氮杂质,经过纯化后的黑色素总酸性官能团和半醌自由基的含量增加。在试验条件下,延长水解时间可以使蛋白质去除更为彻底,在水解总时间相同的情况下,增加水解次数会导致黑色素氧化程度提高。水解时间以6 h为宜。 (3)山杏种皮黑色素具有黑色素典型的性质:不溶于水和常见的有机溶剂,在1 mol/L KOH溶液中完全溶解,pH值小于3时发生沉淀,可被KMnO4、K2Cr2O7、NaClO和H2O2氧化漂白,多酚定性反应呈阳性,红外光谱中在3 400 cm-1附近和1 650~1 620 cm-1各有一个强的吸收带,电子顺磁共振波谱为典型的单线一次微商波谱,无超精细结构。 (4)以350~550 nm吸光度积分值为衡量指标对山杏种皮黑色素的稳定性进行了研究。Na+、糖、淀粉、氨基酸、有机酸、还原剂对山杏种皮黑色素无显著影响,热处理、Ca2+、Cu2、Zn2+、Al3+、Fe3+、Mg2+具有增色护色作用,紫外光和自然光以及强氧化剂都使山杏种皮黑色素褪色。冷冻对山杏种皮黑色素的影响因溶液的pH值而异。pH值小于6时,解冻后,黑色素发生沉淀,pH≥6时,冷冻没有显著影响。山杏种皮黑色素溶液色泽在较宽的pH范围内较为稳定,但随pH的增大颜色略有加深。山杏种皮黑色素应该尽量避免高温和冷冻,加工、运输、储藏过程中应蔽光,避免使用金属容器并控制好pH值范围等。 (5)通过β-胡萝卜素—亚油酸乳化液模型,清除羟自由基、超氧阴离子自由基、二苯代苦味酰基自由基的活性、还原力和总多酚含量等方法对山杏种皮黑色素的抗氧化活性进行了研究和评价。结果表明,山杏种皮黑色素可以显著抑制β-胡萝卜素的氧化褪色,其清除自由基活性具有量效性,清除羟自由基能力与2, 6-二叔丁基对甲酚(BHT)无显著差异,而高于抗坏血酸(VC);清除超氧阴离子能力超过BHT和VC;山杏种皮黑色素既可以作为氢供体,清除二苯代苦味酰基自由(DPPH●),但清除能力低于BHT和VC,也可作为电子供体,将Fe3+还原为Fe2+,还原能力高于BHT和VC。这些结果显示出山杏种皮黑色素在功能性食品和医药等领域有着广阔的应用前景。 (6)紫外线照射使山杏种皮黑色素清除超氧阴离子和DPPH自由基活性降低。热处理对山杏种皮黑色素在β-胡萝卜素—亚油酸乳化液模型中的抗氧化活性无显著影响,但使其清除羟自由基和DPPH自由基活性降低,短时间(1~3 h)的热处理可以提高其清除超氧阴离子活性。紫外—可见光差示吸收光谱显示,紫外线照射使山杏种皮黑色素吸收UVA的能力加强,在化妆品等抗紫外抗辐射方面有着广阔的应用前景。 (7)采用电位滴定、紫外—可见光差示吸收光谱和红外光谱分析对山杏种皮黑色素与Cu2+和Zn2+的配合特点进行了研究。Cu2+或Zn2+与山杏种皮黑色素中的羧基、羟基(儿茶酚基)和氨基配合。Cu2+或Zn2+络合物的形成促进了山杏种皮黑色素酸性位点的去质子化作用,且Cu2+的促进作用较Zn2+更强,与黑色素结合更为牢固,溶液pH值的下降促进了Zn2+与H+的交换,使Zn2+从配合物中置换出来。黑色素溶液pH越高,解离出的结合位点越多,结合Cu2+能力越强。


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