CN102318833A - 甘氨酸作为紫玉米芯花色苷类色素辅色剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了甘氨酸作为紫玉米芯花色苷类色素辅色剂的应用，甘氨酸可以提高紫玉米芯花色苷类色素的保存率，对紫玉米芯花色苷类色素具有良好的辅色效果，且效果优于香豆素、丙二酸或DL-苹果酸；其可以升高紫玉米芯花色苷类色素的热降解活化能并延长半衰期，提高紫玉米芯花色苷类色素的热稳定性；还可以降低金属离子例如Fe²⁺对紫玉米芯花色苷类色素稳定性的影响，提高色素保存率；其辅色机理主要是与紫玉米芯花色苷类色素之间发生了氢键缔合反应；本发明发掘了已知物质甘氨酸的新用途，为甘氨酸开辟了一个新的应用领域，同时可以使紫玉米芯花色苷类色素在食品和药品领域得到更多、更好的应用。

Description

甘氨酸作为紫玉米芯花色苷类色素辅色剂的应用

技术领域

本发明涉及化学领域，特别涉及甘氨酸作为花色苷类色素辅色剂的应用。

背景技术

紫玉米芯花色苷类色素作为一种天然食用色素，安全无毒，资源丰富，且具有一定的营养和药理作用，例如，文献报道，其可以预防心脑血管疾病、预防癌症、抗氧化、消除自由基、改善肝脏功能等，但其却没有在食品和药品领域得到广泛的应用。究其原因，主要是紫玉米芯花色苷类色素与其他天然色素一样，与合成色素相比存在不稳定、易降解的特点，其颜色和稳定性除受花色苷本身的结构和浓度影响外，还易受光、热、氧、pH值、金属离子等因素的影响，例如，Fe²⁺在食品和药品中广泛存在，但其对紫玉米芯花色苷类色素具有减色作用。

近年来，在花色苷类色素溶液中添加辅色剂以提高其对pH值增加、热和光等的稳定性逐渐受到重视。辅色剂是一类可与花色苷通过分子堆积、氢键、络合、共价结合等作用而使花色苷稳定的物质。目前已有文献报道，咖啡酸对紫玉米花色苷具有辅色效应，添加咖啡酸能抑制紫玉米花色苷因热褪色的速率，增加花色苷褪色反应的半衰期和活化能，其对紫玉米花色苷的辅色作用是通过与花色苷发生加成反应而实现的。此外，文献还报道，单宁酸、琥珀酸、草酸、苹果酸、柠檬酸也能通过辅色作用有效提高紫玉米花色苷的热稳定性，而抗坏血酸降低紫玉米花色苷的热稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是其它物质是否可以作为紫玉米芯花色苷类色素辅色剂应用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

甘氨酸作为紫玉米芯花色苷类色素辅色剂的应用。

进一步，所述辅色的条件为pH4～6。

进一步，所述辅色的条件为pH5。

进一步，所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为0.9～1.0∶1501～1502∶111～112，温度为55℃。

进一步，所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为2.5～2.6∶6005～6006∶893～894，温度为95℃。

进一步，所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为1.7～1.8∶24022～24023∶7148～7149，温度为15℃。

进一步，所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为1.3～1.4∶375～376∶3574～3575，温度为15℃。

本发明的优点在于：本发明研究发现，甘氨酸可以提高紫玉米芯花色苷类色素的保存率，对紫玉米芯花色苷类色素具有良好的辅色效果，且效果优于香豆素、丙二酸或DL-苹果酸；其可以升高紫玉米芯花色苷类色素的热降解活化能并延长半衰期，提高紫玉米芯花色苷类色素的热稳定性；还可以降低金属离子例如Fe²⁺对紫玉米芯花色苷类色素稳定性的影响，提高色素保存率；其辅色机理主要是与紫玉米芯花色苷类色素之间发生了氢键缔合反应。本发明发掘了已知物质甘氨酸的新用途，为甘氨酸开辟了一个新的应用领域，同时可以使紫玉米芯花色苷类色素在食品和药品领域得到更多、更好的应用。

附图说明

图1是按照均匀实验优化结果制得的样品溶液与对照溶液的色素保存率比较图。

图2是紫玉米芯花色苷类色素溶液的紫外可见吸收光谱图。

图3是添加甘氨酸后的紫玉米芯花色苷类色素溶液的紫外可见吸收光谱图，其中谱图I为原溶液，谱图II为原溶液稀释25倍。

图4是添加或未添加甘氨酸的紫玉米芯花色苷类色素的红外光谱图，其中谱图a为未添加甘氨酸，谱图b为添加甘氨酸。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1、紫玉米芯花色苷类色素溶液的制备

称取过80目筛的紫玉米芯粉末3.0g，加入由0.1mol/L的HCl与体积分数为95％的乙醇按体积比1∶1制成的混合溶液200mL，置温度为23-27℃、振速为140-160r/min的恒温振荡器中振荡提取，重复提取3次，每次12小时，过滤，滤液合并，在温度为66±2℃、转速为120r/min的条件下减压旋转蒸馏，除去乙醇和大部分的水，制得粗提液，再过AB-8树脂柱进行纯化，收集目标洗脱液，减压浓缩至适当体积，即得紫玉米芯花色苷类色素溶液。

实施例2、甘氨酸对紫玉米芯花色苷类色素稳定性的影响

分别取实施例1制得的紫玉米芯花色苷类色素溶液0.5mL和1.5mL若干，分别加入0.08mol/L的甘氨酸、香豆素、丙二酸、DL-苹果酸溶液各1mL，再分别用pH3.0和pH5.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液定容至10mL，制得花色苷类色素浓度分别为1.36μg/mL和4.08μg/mL、辅色剂浓度为8mmol/L、pH分别为3.0和5.0的辅色剂-紫玉米芯花色苷类色素溶液。另设不添加辅色剂的紫玉米芯花色苷类色素溶液为空白对照。将上述各溶液在温度25℃条件下放置10天，每24小时在波长515nm处测量吸光度，计算色素保存率，计算公式为：

式中：ΔA_t为t天溶液的吸光度与空白吸光度的差值；ΔA₀为0天溶液的吸光度与空白吸光度的差值。结果见表1。

表1第10天的紫玉米花色苷类色素保存率(％)

由表1可知，紫玉米花色苷类色素在pH＝3时较稳定，除高浓度紫玉米芯花色苷类色素溶液在添加香豆素后色素保存率略有增加之外，其余溶液的色素保存率均较空白对照降低。而在pH＝5时，向高、低浓度的紫玉米芯花色苷类色素溶液中添加甘氨酸、香豆素、丙二酸或DL-苹果酸，都可以显著提高色素保存率(p＜0.05)，其中，甘氨酸的辅色作用极显著(p＜0.01)，明显优于香豆素、丙二酸或DL-苹果酸。

参照上述实施例，本发明对甘氨酸辅色紫玉米芯花色苷类色素的pH范围作了进一步研究。研究结果显示，当溶液pH为4～6时，甘氨酸对紫玉米芯花色苷类色素都具有良好的辅色作用。

实施例3、甘氨酸对紫玉米芯花色苷类色素热稳定性的影响

按照实施例2的方法制得花色苷类色素浓度分别为1.36μg/mL和4.08μg/mL、辅色剂浓度为8mmol/L、pH为5.0的辅色剂-紫玉米芯花色苷类色素溶液。另设不添加辅色剂的紫玉米芯花色苷类色素溶液为空白对照。将上述各溶液置温度分别为50、60、70、80、90℃的水浴中加热，每隔30分钟在波长515nm处测量吸光度，按照阿伦尼乌斯公式计算紫玉米芯花色苷类色素的热降解动力学参数，计算公式为：

$\ln \frac{A}{A_0}=-\mathrm{kt}$ $t_{1/2}=\frac{\ln 2}{k}$ $\ln k=-\frac{E_a}{\mathrm{RT}}+\ln k_0$

式中：A为溶液的最终吸光度；A₀为溶液的初始吸光度；k为热降解反应常数；t为时间，h；k₀为频率常数；R为气体常数，8.314×10^-3kJ/(mol·k)；Ea为热降解活化能，kJ/mol；T为温度。k值可根据不同温度下的ln(A/A₀)-t线性回归的斜率求出。Ea值和lnk₀值可根据lnk-(-1/RT)线性回归的斜率和截距分别求出。结果见表2。

表2紫玉米芯花色苷类色素的热降解动力学参数

由表2所知，(1)从热降解活化能来看，添加或未添加辅色剂，高浓度紫玉米芯花色苷类色素溶液的热降解活化能都较低浓度溶液高，说明紫玉米芯花色苷类色素的热稳定性随花色苷浓度的增加而增加。向紫玉米芯花色苷类色素溶液中添加甘氨酸或香豆素后，热降解活化能明显升高，热降解反应难以进行，说明甘氨酸或香豆素可以显著增强紫玉米芯花色苷类色素的热稳定性；而添加丙二酸或DL-苹果酸后，热降解活化能的升高不明显，说明丙二酸或DL-苹果酸对紫玉米芯花色苷类色素的热稳定性影响较小。(2)从半衰期来看，添加或未添加辅色剂，紫玉米芯花色苷类色素的半衰期都随温度升高而缩短，热稳定性变差，这是由于花色苷受热后，其结构向查耳酮转变，导致有色结构2-苯并吡喃盐和醌式假碱减少。当温度低于90℃时，向紫玉米芯花色苷类色素溶液中添加甘氨酸或香豆素后，半衰期较空白对照明显延长，说明甘氨酸或香豆素在温度低于90℃时对紫玉米芯花色苷类色素具有显著的辅色作用；当温度为90℃时，向高浓度紫玉米芯花色苷类色素溶液中添加甘氨酸后，半衰期较空白对照缩短，说明甘氨酸在温度为90℃时对高浓度紫玉米芯花色苷类色素不具有辅色作用。

实施例4、甘氨酸对紫玉米芯花色苷类色素的辅色条件优化

以Fe²⁺浓度、甘氨酸浓度、紫玉米芯花色苷类色素浓度和温度为考察因素，采用U₁₀(10⁴)表设计均匀实验，以pH5条件下放置10天后的色素保存率为考察指标，运用DPSv7.5软件进行数据处理。实验方案及结果见表3。

表3U₁₀(10⁴)均匀设计表与实验结果

将表3数据按二次三项式模型采用逐步回归法求得回归模型的优化表达式为：Y＝86.329+0.220X₁ ²+0.312X₂ ²+0.208X₃ ²+0.570X₁X₃-0.361X₁X₄-0.810X₂X₃+0.494X₃X₄，相关系数R＝0.9998，F＝311.715，p＜0.05，表明回归模型具有统计显著性。

根据上述回归模型，通过DPS软件得到优化结果为：X₁＝10、X₂＝6、X₃＝2、X₄＝8，即在紫玉米芯花色苷类色素浓度为0.96μg/mL、甘氨酸浓度为20mmol/L(换算成质量浓度为1501.4μg/mL)、Fe²⁺浓度为2mmol/L(换算成质量浓度为111.7μg/mL)、温度为55℃、pH为5的条件下，10天后体系色素保存率最高可为141.218％。对上述优化条件进行实验验证，以未添加甘氨酸的上述溶液为对照，结果如图1所示，添加甘氨酸后的色素保存率是未添加甘氨酸的1.4倍以上。

此外，由表3可知，在紫玉米芯花色苷类色素浓度为2.56μg/mL、甘氨酸浓度为80mmol/L(换算成质量浓度为6005.6μg/mL)、Fe²⁺浓度为16mmol/L(换算成质量浓度为893.6μg/mL)、温度为95℃、pH为5的条件下，10天后体系色素保存率可达118.158％。在紫玉米芯花色苷类色素浓度为1.76μg/mL、甘氨酸浓度为320mmol/L(换算成质量浓度为24022.4μg/mL)、Fe²⁺浓度为128mmol/L(换算成质量浓度为7148.8μg/mL)、温度为15℃、pH为5的条件下，10天后体系色素保存率可达109.064％。在紫玉米芯花色苷类色素浓度为1.36μg/mL、甘氨酸浓度为5mmol/L(换算成质量浓度为375.35μg/mL)、Fe²⁺浓度为64mmol/L(换算成质量浓度为3574.4μg/mL)、温度为15℃、pH为5的条件下，10天后体系色素保存率可达108.705％。

实施例5、甘氨酸对紫玉米芯花色苷类色素的辅色机理分析

按照均匀实验优化结果制备样品，测定添加或未添加甘氨酸的紫玉米芯花色苷类色素溶液的紫外可见吸收光谱图。结果见图2、图3和表4。

表4紫玉米芯花色苷类色素的紫外可见吸收特征参数

由图2-3和表4可以看出，在紫玉米芯花色苷类色素溶液中添加甘氨酸后，紫玉米芯花色苷类色素的紫外可见吸收光谱发生了红移，且吸光度显著增强。紫玉米芯花色苷类色素在紫外区有二个苯环衍生物特征峰(λ＝237/280nm)，而这二个吸收峰在添加甘氨酸后变为了单峰(λ＝240nm)，说明甘氨酸与紫玉米芯花色苷类色素发生了分子间的相互作用。

按均匀试验优化结果制备样品，在转速为120r/min、温度为66±2℃的条件下旋转蒸发浓缩，在温度为30℃的条件下真空干燥48小时以上，研成粉末，KBr压片后进行红外光谱测定。光谱范围为4000～400cm^-1，分辨率为4cm，扫描信号累加次数为32次，扫描时扣除水和二氧化碳的干扰。取原始谱图各点，在Origin7.5中用FFT滤波器平滑，以13点平滑处理。结果见图4。由图4中谱图a可知：3432cm^-1处出现的宽而强的吸收峰为花色苷结构中的芳环与糖基上诸多羟基的伸缩振动峰；2928cm^-1处出现的弱峰为糖环中亚甲基的伸缩振动峰；1634cm^-1处出现的弱峰为羰基的伸缩振动峰，说明紫玉米芯花色苷类色素为酰基化的花色苷；1508、1452cm^-1处出现的中等强度的吸收峰为苯并吡喃的芳环和杂环骨架的振动吸收峰；1337、1277、1067cm^-1处出现的一系列吸收峰为糖环中碳氧键的伸缩振动峰；820、615cm^-1处出现的吸收峰为苯环取代结构上C-H面外弯曲振动吸收峰。将谱图b(添加甘氨酸)与谱图a(未添加甘氨酸)进行比较后发现：最大差异在于3426cm^-1处的羟基伸缩振动峰，该吸收峰向低频移动且峰形变宽，说明羟基间形成了氢键缔合；另一较大差异在于1637cm^-1处的羰基伸缩振动峰和1059cm^-1处的碳氧键伸缩振动峰，这两个吸收峰也明显增强；由此判断甘氨酸的辅色机理主要是与紫玉米芯花色苷类色素之间发生了氢键缔合反应。

Claims (7)

1.甘氨酸作为紫玉米芯花色苷类色素辅色剂的应用。

2.根据权利要求1所述的甘氨酸的应用，其特征在于：所述辅色的条件为pH4～6。

3.根据权利要求2所述的甘氨酸的应用，其特征在于：所述辅色的条件为pH5。

4.根据权利要求3所述的甘氨酸的应用，其特征在于：所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为0.9～1.0∶1501～1502∶111～112，温度为55℃。

5.根据权利要求3所述的甘氨酸的应用，其特征在于：所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为2.5～2.6∶6005～6006∶893～894，温度为95℃。

6.根据权利要求3所述的甘氨酸的应用，其特征在于：所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为1.7～1.8∶24022～24023∶7148～7149，温度为15℃。

7.根据权利要求3所述的甘氨酸的应用，其特征在于：所述辅色的条件为：紫玉米芯花色苷类色素、甘氨酸与Fe²⁺的质量比为1.3～1.4∶375～376∶3574～3575，温度为15℃。

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