黑花生衣色素的提取Word格式文档下载.docx

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1.1黑花生简介------------------------------------------------------------1

1.2天然色素简介----------------------------------------------------------1

1.2.1天然色素的分类--------------------------------------------------2

1.2.2与国内外使用天然色素的情况--------------------------------------3

1.3花色苷简介------------------------------------------------------------3

1.3.1花色苷的性质----------------------------------------------------4

1.3.2花色苷的保健功能------------------------------------------------4

1.4展望------------------------------------------------------------------5

2材料与方法----------------------------------------------------------------7

2.1主要试剂与材料--------------------------------------------------------7

2.2仪器------------------------------------------------------------------7

2.3试验方法--------------------------------------------------------------7

2.3.1工艺流程--------------------------------------------------------7

2.3.2黑花生衣色素最大吸收波长的确定----------------------------------7

2.3.3单因素条件的确定------------------------------------------------7

2.3.4最佳提取条件的确定----------------------------------------------8

3结果与分析----------------------------------------------------------------9

3.1黑花生衣色素最大吸收波长的确定----------------------------------------9

3.2影响因素作用分析------------------------------------------------------9

3.2.1浸提时间对色素浸提效果的影响------------------------------------9

3.2.2浸提温度对色素浸提效果的影响-----------------------------------10

3.2.3料液比对对色素浸提效果的影响-----------------------------------10

3.2.4浸提液酸度对色素浸提效果的影响---------------------------------11

3.3最佳条件确定----------------------------------------------------------11

4结论与讨论---------------------------------------------------------------13

参考文献-------------------------------------------------------------------14

致谢-----------------------------------------------------------------------15

1前言

1.1黑花生简介

黑花生,也被称作富硒黑花生,黑粒花生。

该品种由中国农科院油料所根据花生的遗传变性选择高代材料经辐射后有性杂交系统育成,经产量试验和抗性试验表明其性状稳定，并可连年作种使用[1]。

该品种的育成填补了“黑色食品”中黑色花生的空白，在国内外均十分畅销。

北京市营养源研究所检索并化验结果证明，该花生是国内首创,并具有高蛋白、高精氨酸、高硒、高钾、高锌的优良特性。

蛋白质含量达30.68%，比普通花生高5%,精氨酸含量36.30毫克/100克，比普通花生高23.9%；

钾含量700毫克/克，比普通花生高19%；

锌含量3.7毫克/100克，比普通花生高40%；

硒含量3毫克/100克，比普通花生高10%。

而产量与一般花生无异，在保健食品医疗等方面具有广阔的开发前景[2]。

黑花生由于营养含量高，在促进人体生长发育，增强机体免疫力，心脑血管保健，增强性功能等方面作用明显。

黑花生衣中含有一类丰富的色素，且这种色素花色苷含量较高，花色苷具有多种生理活性，如抗氧化、降低低密度脂蛋白、抗突变抗肿瘤、改善视力等[3]。

该品种畅销国际市场，既可用于出口，又可加工系列黑花生食品，是当前农业产业结构调整的好项目，种植开发前景十分广阔[4]。

天然色素色调易受pH值、金属离子、光、热、氧化剂等的影响，稳定性较差。

在加工和流通过程中易受外界影响；

天然色素含量较低，着色力差、调色性较差，不同色素相溶性较差，比较难得任意色调，成本相对来说较高，产品差异性较大，由于原料、产地或加工方法不同，生产同一品种的着色剂在成分、性质上很难完全一致[5]。

由于上述原因，使天然色素在使用上受到一定的限制。

故此，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。

本文对黑花生衣色素的提取工艺条件进行研究，为开发一种新型的具有保健功能的食用天然色素提供理论参考。

1.2天然色素简介

颜色是衡量是食品品质量的一个重要指标之一。

消费者判断食品质量首先是通过颜色的特征辨别并最终接受这种食品[6]。

着色剂的应用的历史已经有好几个世纪了，主要用来增强或恢复食品原来的颜色，或者保持颜色的一致性。

食用色素是食品添加剂的重要组成部分，它不仅广泛应用于食品工业用来改善食品的色泽，增进人们对美的享受，而且广泛应用于医药和化妆品方面。

食用色素按来源可分为天然色素和人工合成色素两类。

19世纪中叶前，人类的化学水平还很不发达，不存在合成色素，人们都是用天然色素着色，1856年英国的WH.Perkins发明了第一个合成有机色素-苯胺紫，揭开了合成色素应用的新纪元[7]。

由于合成色素具有色泽鲜艳、着色力强、稳定性好，并可取得任意色调，加之成本低廉，使用方便等优点，它们中有许多度被用作食用色素，甚至有一段时期它们成了主要的食用色素[8]。

然而合成色素在使用了一个半世纪以后，逐渐兴起的一门新学科-食品毒理学令人们对合成色素有了新的审视。

人们发现:

合成色素多为焦油类物质；

含有苯环或萘环；

本身无任何营养价值；

而且确认了部分合成色素具有潜在的致癌及其他毒副作用，它们会在人体代谢过程中产生毒性，或在合成过程中被砷、铅等有害物质污染。

从此，人们开始对于合成色素带来的危害健康问题日益关注，不少合成色素的使用相继在各国受到不同程度的限制，尤其是1976年美国禁止使用人合成色素觅菜红后，有些国家如挪威、丹麦完全禁止使用合成色素，于是人们把注意力又转向了天然色素。

1.2.1天然色素的分类

1.2.1.1按来源分类

天然色素按来源的不同可分为:

植物色素，如蔬菜的绿色（叶绿素），胡萝卜的橙红色（胡萝卜素），草莓、苹果的红色（花青素）等；

动物色素，如牛肉、猪肉的红色色素（血红素），虾、蟹的表皮颜色（类胡萝卜素）等；

微生物色素，如红曲色素等。

1.2.1.2按溶解性来分类

按溶解性分，天然色素可分为脂溶性色素和水溶性色素两类。

脂溶性色素如番茄红素，辣椒红素等；

水溶性色素如花色苷色素，红曲色素等。

1.2.1.3按化学结构分类

化学结构分类法可以将天然色素分为毗咯类色素（叶绿素、红血素等）、多烯类（类胡箩卜素）、酚类（花青素、儿茶素、花黄素等）、醌酮类（红曲色素、姜黄素、虫胶色素等）、其它类[9]。

1.2.2国内外使用天然色素的情况

我国食用着色剂的生产使用管理是改革开放以来食品工业的快速发展而迅速发展壮大起来的。

经过20多年的努力，我国的食用色素产业已初具规模，成为食品工业中的一个重要行业。

截止1998年底，我国批准允许使用的食用天然色素共有48种，是目前世界上批准天然着色剂最多的国家[10]。

2004年，中国食用着色剂产量2.8万吨，其中化学合成着色剂3000t，天然着色剂20000t，生物着色剂5000t[11]。

在解决天然食用色素的稳定性差的方面，人们也进行了各种各样的探索。

研究发现，一些黄酮类和单宁类化合物，对多种胡萝卜素、花青素类色素、酮类色素等有明显的稳定作用[12]，加入某种添加剂或将天然色素混合使用也可以增加色素稳定性或溶解性[13]。

特别是近年来微胶囊技术的兴起，为色素的使用提供了便利条件。

天然色素的微胶囊化不仅可以防止色素被氧化、光降解，还可改变溶解性。

使用不同的壁材可制成水溶、油溶的色素，提高稳定性，扩大应用范围。

虽然对每个国家来说，进出口食品供应商对色素的使用都是严格管理的，但大多数国家的色素使用都会遵照三个主要的世界市场:

美国、欧盟和日本的色素管理规则。

这三大市场有一份允许使用的色素添加剂的“肯定名录”，在每个市场允许使用的色素都会有相应的变化。

欧盟对食用色素实行E数字标记。

欧盟批准使用的用于食品的着色剂有43种，其中有16种就是来源于植物。

美国将食品添加剂色素分为两类，认证食用色素和免除认证食用色素。

认证食用色素是人工合成的，必须经过严格的毒理试验才能被FDA批准列到认证食用色素名单中。

免除认证食用色素为天然来源色素，被认为是安全的。

美国FDA批准使用的食用色素为32种其中认证色素只有9种而免除认证色素为23种。

1.3花色苷简介

花色苷是一种广泛分布于自然界的水溶性天然食用色素，属于黄酮类化合物，是由花色苷在自然状态下与各种糖形成糖苷，构成了花、果实、蔬菜中许多品种的蓝色、红色、紫色和黄色等。

近年来主要是以食用天然色素的形式被开发利用。

花色苷作为一种天然食用色素，安全、无毒、资源丰富，而且具有一定营养和药理作用。

研究花色苷结构和稳定性等，对于更加深入研究其生化作用及在食品工业中的应用前景有着非常重要的意义。

1.3.1花色苷的性质

花色苷溶于水和乙醇，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。

其颜色随pH不同而改变，在酸性条件下显色较好，呈红色，在中性、近中性条件下呈无色，在碱性条件下呈蓝色。

花色苷的颜色随pH值不同而改变是由于在不同pH条件下其分子构型不同[14]。

1.3.2花色苷的保健功能

1.3.2.1抗氧化、清除自由基作用

抗氧化活性是花色苷一项非常重要的生理功能。

从结构上分析，花色苷类物质具有复杂芳香环结构以及环上复杂的取代基，有利于β环上羟基键强度的降低，更容易脱去羟基上的氢，形成较为稳定的醌类自由基，所以可与自由基发生抽氢反应，终止自由基链式反应，达到抗氧化的目的。

另一方面，花色苷还可以通过鳌合作为自由基反应（如Fenion反应）的催化剂的过渡金属元素（如铁，铜等）来抑制脂质过氧化和其它氧化反应[15]。

大量的研究工作者的试验都证明了花色苷具有清除自由基和抗氧化的功能。

1.3.2.2降低低密度脂蛋白（LDL）

血浆中低密度脂蛋白（LDL）是冠心病发病的一个重要危险因素。

经常食用一些高含量抗氧化物质的食物被认为是地中海周边国家的居民患冠状动脉疾病率低的原因。

花色苷能明显抑制低密度脂蛋白的过氧化和血小板的聚集，预防心血管疾病的发生。

中山大学的一个研究小组，利用多种生物化学和分子生物学的研究技术，研究发现植物化学物质花色苷能够促进小鼠腹膜巨噬泡沫细胞中胆固醇的外流，并进一步发现这与花色苷调控PPARY-LXRa-ABCAI核受体信号通路密切相关。

该发现为心血管防治提供了一个新途径。

1.3.2.3抗突变、抗肿瘤

从红豆中提取的花色苷的体外和体内抗肿瘤活性。

紫甘薯中的花色苷对沙门氏菌菌株TA98的化学诱变有抗突变的作用，强调特别是酞基化的花色苷具有强烈的抗突变作用[16]。

在食物中大量存在的花色苷的糖苷配基-矢车菊素和飞燕草素，在微摩尔浓度范围内具有体外抑制人类肿瘤细胞的作用。

花色苷的抗突变抗肿瘤等功能可能和花色苷与DNA反应有关。

矢车菊素与小牛胸腺DNA（ctDNA）能形成一种矢车菊素-DNA共色素复合物。

当小牛胸腺DNA（ctDNA）加入到矢车菊素溶液中会导致15-20nln的红移。

用Fenion反应产生羟自由基对单独存在的矢车菊素和小牛胸腺DNA（ctDNA）均会发生严重的氧化损伤，但形成矢车菊素-DNA共色素复合物却能起到保护的作用。

因此他们认为矢车菊素-DNA共色素复合物就是DNA抗氧化损伤的可能机制。

1.3.2.4改善视力作用

视觉疲劳是由于用眼时间过长或用眼过度、且得不到及时有效的休息而造成的以眼部不适为主的一系列症状和体征。

其形成原因可能有二:

一是眼球长时间地处于搜索注视状态，眼外肌和睫状肌代谢增加，造成代谢废物（包括氧自由基）产生积累增加，从而造成肌细胞结构损伤和功能下降。

二是视细胞消耗过度，而所需营养物质供应不及时，造成黄斑及视网膜恢复时间延长。

研究发现，花色苷能够有效改善人眼黄斑恢复时间，尤其是暗环境中对中高空间数字的辨认更为明显，从而认为花色苷能够增加眼底微循环的血流，加速物质代谢交换和增强对毛细血管的保护作用，进而改善黄斑恢复时间和夜间视觉的作用闭，这可能与花色苷能够促进视网膜杆细胞视紫红质的再生成有关。

花色苷还可促进眼球视网膜上感光物质视紫红质的再合成，提高视网膜对弱光的感受性，从而缩短暗适应时间，增强夜间视力。

视紫红质是眼睛产生视觉的基本物质，它可加强眼睛对黑暗弱光的敏感度。

另外，花色苷是十分有效的抗氧化剂，它可以清除体内具有毒性的氧自由基，从而对组织细胞起保护作用。

1.4展望

我国植物资源丰富，品种多，许多品种产地集中，南北都有食用天然色素生产的原料，都可以开发利用。

我国天然色素虽然丰富，但被利用的却只有40多种，还有大部分没有被开发，如何选择那些资源丰富、成本低廉、色素稳定、色调艳丽、无毒无害、有市场需求的品种，是科研人员最迫切的任务。

如大力开发新品种，尤其是对热、光、氧化、作用稳定，又不容易受金属离子或其它化合物影响的天然色素;

充分利用一些农副产品加工的副产物来提取天然色素，如葡萄皮渣、花生衣等。

天然色素资源在我国取之不尽、用之不竭，如能科学合理的应用，不但可以大大降低食用天然色素的成本，增加经济收入，同时对国家农业种植业结构的调整都将具有潜在的意义。

由于花色苷色素具有较好的着色效果及生理活性功能，故可用于一些高附加值食品的着色，具有较广阔的应用前景。

此外，还需要大力发掘花色苷在食品、化妆品、医药领域的潜力，使之为人类造福。

花色苷来源广泛，不同花色苷稳定性不同。

我国植物资源丰富，含有花色苷的植物品种较多，发掘花色苷资源并研究其稳定性对于该种色素在食品工业中的应用具有重要的意义。

2材料与方法

2.1主要试剂与材料

黑花生辽宁海城安村

柠檬酸分析纯天津实发中科百奥工业生物技术有限公司

磷酸氢二钠分析纯沈阳旺角化工有限公司

盐酸分析纯江苏化工农药集团有限公司

氢氧化钠分析纯沈阳旺角化工有限公司

2.2仪器

TU-1810型紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限公司

XP204S型精密电子天平梅特勒-托利多仪器[上海]有限公司

DK-98-1A电热恒温水浴锅天津市泰斯特仪器有限公司

PHS-3C型精密酸度计梅特勒-托利多仪器[上海]有限公司

2.3试验方法

2.3.1提取工艺流程

黑花生衣→柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液做提取剂提取→过滤→粗提液→测吸光度

2.3.2黑花生衣色素最大吸收波长的确定

将黑花生衣0.5000g置于三角瓶中，加入一定量的浸提溶剂，放入恒温水浴中浸提一段时间后，过滤收集滤液。

取浸提液1mL用pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液稀释至10mL，以pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液做空白，进行400nm～800nm的全波长扫描。

2.3.3单因素条件的确定

2.3.3.1浸提时间对色素浸提效果的影响

准确称取黑花生衣0.5000g于8个三角瓶中，按料液比1∶50，加入pH=3的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液，置于恒温水浴中浸提，浸提温度为60℃，浸提时间分别为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4h，取浸提液1mL用pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液稀释至10mL，以pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液做空白，在最佳吸收波长下测定吸光度。

2.3.3.2浸提温度对色素浸提效果的影响

准确称取黑花生衣0.5000g于9个三角瓶中，按料液比l∶50，加入pH=3的酸性水溶液，置于恒温水浴中浸提，浸提时间为2h，浸提温度分别为20、30、40、50、60、70、80、90、100℃，取浸提液1mL用pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液稀释至10mL，以pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液做空白，在最佳波长下测定吸光度。

2.3.3.3料液比对色素浸提效果的影响

准确称取黑花生衣0.5000g于5个三角瓶中，按料液比为1:

30、1:

40、1:

50、1:

60、1:

70，加入pH=3的酸性水溶液，置于恒温水浴中浸提，浸提时间为2h，浸提温度为80℃，取浸提液1mL用pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液稀释至10mL，以pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液做空白，在最佳吸收波长下测定吸光度。

2.3.3.4浸提液酸度对色素浸提效果的影响

准确称取黑花生衣0.5000g于4个三角瓶中，料液比1:

60，调节柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液酸度为pH=1、pH=2、pH=3、pH=4，取浸提液1mL用pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液稀释至10mL，以pH=3的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液做空白，在520nm下测定吸光度。

2.3.4最佳提取条件的确定

准确称取黑花生衣0.5000g于若干份三角瓶中，根据单因素试验确定的提取时间、提取温度、料液比及提取液pH的三个水平做正交试验，以确定黑花生衣色素的最佳提取条件。

3结果与分析

3.1黑花生衣色素最大吸收波长的确定

图3-1波长-吸光度值曲线

Fig3-1Thecurveofwavelength-absorbance

经光谱扫描表明，黑花生衣色素提取液在520nm处有最大吸收峰。

此后试验中以520nm处的吸光度值来衡量提取效果的差异。

3.2影响因素作用分析

3.2.1浸提时间对色素浸提效果的影响

图3-2提时间对色素浸提效果的影响

Fig3-2heinfluenceoftimeontheextractionrateofBPSP

由图3-2可知，随着浸提时间的增长，提取液的吸光度值越大，但当时间在2h以后，吸光度没有显著变化，所以在2h左右基本达到浸提平衡。

因此，本实验采用2.0h，2.5h，3.0h为正交实验的三个水平。

3.2.2浸提温度对色素浸提效果的影响

图3-3提温度对色素浸提效果的影响

Fig3-3TheinfluenceoftemperatureontheextractionrateofBPSP

由图3-3可知，随着浸提温度的升高，吸光度值也增加，在温度为80℃时吸光度值最大，在90℃时吸光度反而有所下降，原因可能是温度过高使色素化学性质发生改变导致吸光度的变化，因此，本实验采用75℃，80℃，85℃为正交实验的三个水平。

3.2.3料液比对色素浸提效果的影响

表3-1液比对色素浸提效果的影响

Table3-1TheinfluenceofthemixtureratioontheextractionrateofBPSP

料液比吸光度

AAV

1∶300.6390.639

1∶400.5110.681

1∶500.4270.71