CN105813471A - 用于蓝色的稳定化的藻蓝蛋白 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于稳定化的藻蓝蛋白的可用于制备食品、饲料、化妆品和药品和药物制剂的蓝色着色组合物，其为至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚的络合物；以及形成该络合物的方法。

Description

用于蓝色的稳定化的藻蓝蛋白
本发明涉及用于制造基于稳定化藻蓝蛋白的食品、饲料、化妆品和药学产品和制剂的蓝色发光组合物，所述稳定化藻蓝蛋白是至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚的复合体，以及用于形成该复合体的方法。
藻蓝蛋白是具有特征性浅蓝色的色素蛋白质复合体，吸收接近620nm的橙色光和红色光。藻蓝蛋白发现于蓝细菌中，先前被称为蓝绿藻。色素(分别是藻蓝蛋白的发色团)是藻蓝胆素。该发色团是通过硫醚键共价结合蛋白质的四吡咯。除了硫醚键，发色团通过氢键键合与蛋白质相互作用，其导致发色团的有利构象。这产生深蓝色。藻蓝胆素也可以发现于别藻蓝蛋白、藻红蛋白和其他色素蛋白质中。
藻蓝蛋白通常分离自螺旋藻(Spirulina)藻类并显示许多膳食和治疗属性。因此，螺旋藻和螺旋藻提取物已长期用作食品或营养组分。制备此类组分的一种方法公开于WO03/080811A1，其描述了通过加热至70-100℃而将色蛋白变性来解决由于深蓝色引起的令人讨厌的外观的办法。因此，藻蓝蛋白对于环境中温度和pH变化非常敏感，这是由于其多肽亚基。(Seo等,Int.J.Mol.Sci.2013,14,1778－1787)。另一方面，蛋白质-发色团相互作用的任何改变导致颜色丧失。
此外，在食品，尤其是饮料中使用螺旋藻提取物或藻蓝蛋白也是已知的(例如CN103054117A)，仍存在对满足由FDA或欧洲共同体所要求的高安全性标准的食品、饲料、化妆品或药物制剂中无毒、无害的蓝色着色剂的需求。此外，蓝色必须经长时期以及低、酸性pH以及约60-130°C的高温而保持稳定，因为例如用于巴氏杀菌方法中。
发色团必须进一步对氧化(其也减少颜色)稳定。
颜色例如着色剂(颜色化合物)必须在室温在高光照条件下尤其是稳定的。此外，必须避免着色剂组合物(尤其在饮料中)的沉淀，因为这将导致增加的浊度和沉降。
因此，依赖于特定的蛋白质结构产生正确颜色的颜色化合物的稳定是非常困难的。
此外，颜色化合物，尤其是发色团与另一化合物的络合物(其颜色基于发色团与这一其他化合物的相互作用)必须对于与其他分子的反应或相互作用是惰性的，所述反应或相互作用可能导致最终制剂诸如食物、饲料、化妆品和药物的颜色丧失。
因此，已发现可通过在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合而获得的至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚的络合物满足所有需求。
在一个实施方案中，通过在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合而获得至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚的络合物。
在本发明的一个实施方案中，包含至少一种藻蓝胆素的组合物包含由至少一种藻蓝胆素和至少一种氨基酸组成的藻蓝蛋白片段。氨基酸可以通过氢键键合和/或通过硫醚键与发色团相互作用。化合物可以包含其他氨基酸，其通过氢键键合与藻蓝胆素相互作用。
在一个备选方案中，该络合物是稳定的络合物。
“稳定的”意指，由于高热力学和/或动力学稳定性，络合物具有低的、优选非常低的解离常数，从而使化学平衡移向络合物一侧。因此，络合物在水中可溶但不会解离。
在一个实施方案中，络合物在pH1-8下，优选1.5-7、pH2-5，更优选2.5-4、pH3-4，尤其是pH3.5下是稳定的。
“稳定的”意指络合物维持蓝色，优选纯蓝色或蓝紫色，具有波长在550-670nm，优选560-640nm，更优选580-620nm，尤其是600-610nm区间内的最大光吸收。
在一个备选方案中，还存在可能在任何上述范围内的两个峰(peek)。
在其他实施方案中，本发明的络合物显示波长在550-670nm，优选560-640nm，更优选580-620nm，尤其是590-610nm区间内的增加的光吸收。
波长在上述区间内的增加的光吸收比藻蓝蛋白的吸光度高5％-200％，优选5％-95％，10％-90％、20％-90％、25％-90％，更优选25％-80％。
藻蓝蛋白与多酚的比率为1:10-10:1，优选1:2-5:1，更优选1:1-2:1，尤其是1:1。
在一个实施方案中，包含至少一种藻蓝胆素的组合物可以通过切割藻蓝蛋白获得或者通过切割藻蓝蛋白获得。
从螺旋藻藻类分离藻蓝蛋白是本领域所熟知的且可以例如根据由以下公开的方法来进行：Seo等(Int.J.Mol.Sci.2013,14,1778-1787)、Muthulakshni等(J.AlgaBiomusUtln.2012,3,7-11)、Hemlata等(J.AlgaBiomusUtln.2011,2,(1),30–51)或Gantar等(J.Biotechnol.2012,159(1-2),21–26)。此外，可以使用市售藻蓝蛋白，例如来自DIC的称为LinablueG1的商业粉末。
在一个实施方案中，本发明的多酚选自包含至少两个酚环的化合物，所述苯环的每一个被至少两个羟基，优选三个羟基所取代，和/或所述多酚包含至少一个羧酸酯基团和/或羧酸基团。
根据本发明，术语“羧酸基团”还涵盖羧基。
在一个备选方案中，本发明的多酚包含没食子酸的酯或聚合物。
多酚化合物还可以包含具有至少两个羟基线性饱和或不饱和烷基，优选具有羧基的C2或C3烷基的酚环。在多酚中，该羧基用于酯类键合或是游离的羧酸或羧基。
多酚还可以包含具有C5或C6的碳链的环烷基或异环烷基。优选使用葡萄糖或其他糖。
在一个实施方案中，本发明的多酚选自迷迭香酸、鞣酸、双没食子酸、缩合鞣质(黄烷的缩合产物)、栎单宁酸、没食子单宁酸、栎精、鞣花单宁、栗木鞣花素、栗木素、casuariticin、grandinin、punicaligin、石榴皮鞣素、roburinA、特里马素II、terflavinB、vescaligin、赤芍素、casuariin、castlin、栎木素，优选迷迭香酸、鞣酸、双没食子酸、缩合鞣质、栎单宁酸、没食子单宁酸、鞣花单宁，更优选鞣酸(CAS1401-55-4)。
本发明的其他主题是至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚的络合物，所述络合物可通过在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合获得，所述水溶液包含具有比藻蓝蛋白更高的等电点的蛋白质。
具有更高等电点的蛋白质在水溶液中是高度可溶的，优选具有pH1-7，优选1.5-7、pH2-5，更优选2.5-4、pH3-4，尤其pH3.5的酸性水溶液；更优选在饮料中。
在一个备选方案中，具有更高等电点的蛋白质选自动物蛋白质、植物蛋白质、来自微生物的蛋白质，优选选自乳清蛋白分离物、大豆蛋白质、聚赖氨酸。
在其他备选方案中，蛋白质具有4-9的等电点。
在本发明的一个备选方案中，使用水可溶聚合物替代具有更高等电点的蛋白质。
本发明的其他目标是用于形成络合物的方法，其包括在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合的步骤。
在一个实施方案中，包含至少一种藻蓝胆素的组合物通过用化学和/或酶促切割来切割藻蓝蛋白而获得。
在一个备选方案中，藻蓝蛋白通过蛋白水解切割。
蛋白水解可以通过施加至少一种强酸和任选热来进行。
具有pKa为-1及以下的强酸可以例如为HCl、甲酸、H2SO4、HNO3或其混合物，优选HCL。
任选地，将强酸和藻蓝蛋白的混合物加热至20-100℃的温度。任选地，酸可以是离子交换树脂的形式。
在一个实施方案中，将藻蓝蛋白粉末添加至浓强酸，优选HCL中，并搅拌。
藻蓝蛋白的切割产生藻蓝蛋白片段。一些片段包含藻蓝胆素。
切割反应通过用水稀释而终止。该步骤还导致藻蓝蛋白片段的沉淀。
在一个备选方案中，加入多酚以更好地沉淀。
将溶液过滤以去除强酸，产生藻蓝蛋白片段滤饼。随后将滤饼溶解于纯水中并搅拌或混合直至藻蓝蛋白片段溶解。将溶液喷雾干燥，产生在水中具有良好的可溶性的细粉。
本发明的络合物通过在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合而形成。
在其他实施方案中，将额外的蛋白质加入到本发明的络合物中，由此该额外蛋白质具有高于藻蓝蛋白的等电点。
本发明的主题还是至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚和额外蛋白质(优选具有更高的等电点)或聚合物的络合物。本发明的第二络合物在具有非常接近藻蓝蛋白的等电点的pH(优选pH3-4)的溶液中是稳定的。
具有更高等电点的蛋白质选自动物蛋白质、植物蛋白质，优选选自乳清蛋白分离物、大豆蛋白质、聚赖氨酸。
本发明的络合物以及本发明的第二络合物可用作着色剂。
本发明的其他主题是本发明的络合物以及第二络合物在食物、饲料、化妆品或药物制剂中的用途。
本发明的主题还是根据任何上述方法产生的任何产品。
本发明的其他主题还是上述络合物的络合物作为着色剂的用途。
本发明的额外的主题是包含本发明的络合物或本发明的第二络合物(优选作为着色剂)的本发明的产品，即食物、饲料、化妆品和药物制剂。
在一个实施方案中，食品选自饮料、饮料像软饮料、调味水、果汁、鸡尾酒(punches)或这些饮料的浓缩形式以及酒精饮品和速溶饮料粉、冰激凌、蛋糕、硬糖、奶酪、乳制品像乳饮料或酸奶、豆奶等、糖果产品、口香糖、甜品、奶糖、布丁、果冻、速溶布丁粉、以及小吃、饼干、调味酱、谷类食品、沙拉酱、汤。
在一个实施方案中，化妆品制剂选自面霜、牙膏、化妆品、皮肤产品(dermalproducts)。
在一个实施方案中，药物制剂选自软膏、丸剂、片剂、胶囊。
令人惊奇的且本领域技术人员无法预想到的是，本发明的目标可以通过本发明的络合物、方法或其他主题而得到解决。尤其令人惊奇的是，本发明的络合物在巴氏消毒法过程中(尤其是在90℃持续15分钟)且另外在贮存过程中在强光暴露下(如饮料在货架上储存长达6个月过程中可见的)在水溶液中是稳定的。
进一步令人惊奇的是本发明的络合物在低pH下，优选1-8，优选1.5-7、pH2-5，更优选2.5-4、pH3-4，尤其是pH3.5下是稳定的。
此外，本发明的络合物和尤其是本发明的第二络合物显示在水性组合物尤其是饮料中无沉淀和无浊度增加。
作为着色剂，优选在食品，尤其在饮料中，本发明的络合物和本发明的第二络合物分别以以下的量使用：1-5000ppm，优选10-700ppm，更优选10-500ppm，尤其是50-400ppm。
本发明的饮料可以额外包含：
在一个实施方案中，饮料是澄清的或混浊的，具有1-5000的NTU。
在一个实施方案中，产品的颜色可以通过加入类胡萝卜素或任何其他黄色食品色从蓝色改变为绿色。因此，本发明的产品包含类胡萝卜素，任选熔化的和/或溶解于以下和/或从反式异构化为顺式的：三酰甘油，诸如MCT油(中链三酰甘油)、橄榄油、玉米油、葵花油、花生油、大豆油或其他备选的植物油，优选MCT油。
在一个实施方案中，饮料产品包含油可溶性抗氧化剂。
在其他实施方案中，产品包含选自以下的碳水化合物：单糖、二糖或寡糖，葡萄糖浆、麦芽糖和海藻糖，优选葡萄糖浆、麦芽糖和海藻糖。糖类包括葡萄糖、果糖、半乳糖或甘露糖。
本发明的产品在一个备选方案中包含选自以下的至少一种水溶性抗氧化剂：
-天然化合物，其作为抗氧化剂是有活性的，因为它们在其化学结构中包含酚类OH基团：如肉桂酸的羟基衍生物，例如羟基肉桂酸、羟基肉桂酸酯(盐)，其为一类具有C6-C3骨架的多酚，例如羟基氢化肉桂酸酯(盐)；
-咖啡酸、阿魏酸、酪醇、羟基酪醇、肉桂酸、绿原酸、香豆素、香豆酸、芥子酸、肉桂酸、菊苣酸，和具有C1-C20的任何这些化合物的酯类；
-富含以上化合物的至少一种的植物提取物；
-迷迭香酸、羟基酪醇；
-常见香料的提取物。在一个实施方案中，常见香料选自迷迭香、香蜂叶、牛至、百里香、薄荷、鼠尾草或包含或富含上述化合物的至少一种的类似植物；
-味元素(flavons)，其为一类天然化合物，其中存在超过5000种用作抗氧化剂，它们中的任何可以提取自植物诸如茶叶或包含或富含儿茶酸或表儿茶酸或衍生物的任何其他植物，由此这些化合物可以被碳水化合物糖基化或被脂肪酸C1-C20或没食子酸酯化；来自包含或富含一种或多种上述化合物的植物诸如茶叶、橄榄、梨、苹果的提取物；
-抗坏血酸钠、多酚、Teanova80、谷胱甘肽、硫辛酸、儿茶酸、punicalagin、呫吨酮、苯并环庚三烯酚酮(benzotropolones)，优选抗坏血酸钠。
实施例：
实施例1：经切割的藻蓝蛋白粉末的形成。
将18g藻蓝蛋白(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)加入60g浓HCl中。将该溶液搅拌2小时。这产生蛋白质的部分降解。2小时后，通过将HCl/藻蓝蛋白溶液倒入533g水中终止反应。用水稀释导致藻蓝蛋白沉淀，允许过滤或离心以将经切割的藻蓝蛋白分离出来。随后将经切割的藻蓝蛋白在水中用球磨再分散。随后将经切割的藻蓝蛋白溶液通过喷雾干燥进行干燥，产生水溶性粉末。
实施例2：储存稳定性
将样品以500ppm浓度储存于室温(22℃)下的密封玻璃瓶中。将瓶置于距光源直线距离(straightrow)30cm处，因此将所有样品暴露于相同量的光7000LUX。随后通过在分光计(UV-vis光谱学HP8452A)在最大吸收下测量吸光度来测量颜色强度。进行该测试来模拟饮料直接在超市货架光源下的储存；然而，光强度实质上高于超市货架从而以加速方式评价对光的颜色稳定性。在该测试中储存7天后粗略地等同于在常规储存光照下储存3个月。
颜色损失的所有计算均基于试验开始(第0天)至研究结束中最终混合物的吸收，使用以下公式：
((Abs开始-Abs结束)/Abs开始)*100
其中Abs表示在测量最大吸光度的波长处所选的吸收。将样品在500ppm水溶液中直接测量。
实施例3：
将未切割的藻蓝蛋白(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)粉末以pH2和500ppm浓度溶解于水中，随后将瓶密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失100％的其颜色强度。
实施例4：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH2和500ppm浓度溶解于水中，随后将瓶密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失100％的其颜色强度(参见图1)。
实施例5：
将未切割的藻蓝蛋白粉末(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH3.5和500ppm浓度溶解于水中，随后将瓶密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失100％的其颜色强度，此外，可见显著聚集。
实施例6：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH3.5和500ppm浓度溶解于水中，随后将瓶密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失100％的其颜色强度，无聚集可见。
实施例7：
将未切割的藻蓝蛋白粉末(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH2和500ppm浓度溶解于水中，随后将100ppm的单宁酸加入溶液中，从而形成络合物。
络合物形成通过溶液吸收的小幅度增加来表明(6.4％的吸收增加和吸收最大值从628nm至632nm的偏移)。
最后，将瓶密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失64％的其颜色强度。
实施例8：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH2和500ppm浓度溶解于水中，随后将100ppm的单宁酸加入溶液中，从而形成络合物。
络合物形成通过溶液吸收的增加来表明(18％的吸收增加和吸收最大值从598nm至604nm的偏移)。最后，将瓶随后密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失35％的其颜色强度。
实施例9：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH2和500ppm浓度溶解于水中，随后将500ppm的没食子酸加入溶液中，然而，没有测量到吸收的增加。最后，将瓶随后密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失100％的其颜色强度。
实施例10：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH2和500ppm浓度溶解于水中，随后将500ppm的迷迭香酸加入溶液中，从而形成络合物。
络合物形成通过溶液吸收的小幅度增加来表明(11％的吸收增加和吸收最大值从598nm至608nm的偏移)。最后，将瓶随后密封并置于加速储存中5天。储存周期后，测量吸收。
该样品损失35％的其颜色强度。
实施例11：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH3.5(3.5为饮料中的常见pH)和500ppm浓度溶解于水中，随后将100ppm的单宁酸加入溶液中，从而形成络合物。
络合物形成通过溶液吸收的显著增加来表明(84％的吸收增加和吸收最大值从564nm至604nm的偏移)。储存5天后，我们无法测量到任何颜色破坏(参见图1)。
这用目视检查(其中不能检测到任何褪色)来证实。
实施例12：
将经切割的藻蓝蛋白(参见实施例1)(来自DIC的称为LinablueG1的商购粉末)以pH3.5(3.5为饮料中的常见pH)和500ppm浓度溶解于水中，随后将100ppm的单宁酸加入溶液中，从而形成络合物。
络合物形成通过溶液吸收的显著增加来表明(84％的吸收增加和吸收最大值从564nm至604nm的偏移)(图1)。
储存14天后，样品已损失18％的其颜色。
应注意，加速储存14天粗略地相当于饮料可能暴露于超市光照下货架上储存6个月的光量。应进一步注意，即使测量颜色强度比实验开始时低18％，但颜色强度中这种小量的降低通过新鲜样品和储存样品(加速储存14天)之间的目视比较仍是无法注意到的。
本发明的络合物的颜色强度由于多酚-发色团络合物而相比于空白或没食子酸降低较少或者增加。结果概述与表1和图1中。
表1.实施例的概述。

Claims (15)

1.至少一种藻蓝胆素和至少一种多酚的络合物，其可通过在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合而获得。
2.权利要求1的络合物，其为水中稳定的不解离的络合物。
3.权利要求1的络合物，其在pH1-8下是稳定的。
4.权利要求1的络合物，其相比于纯的藻蓝蛋白，具有在550-670nm区间内波长的增加的光吸收。
5.权利要求1的络合物，其中所述包含至少一种藻蓝胆素的组合物可通过切割藻蓝蛋白而获得。
6.权利要求1的络合物，由此所述多酚选自包含至少两个苯酚环的化合物，所述至少两个苯酚环的每一个被至少一个羟基所取代，和/或所述多酚包含至少一个羧酸酯基团和/或羧酸基团，任选具有C5或C6碳链的环烷基或杂环烷基，优选一个葡萄糖基团。
7.权利要求1的络合物，其包含具有比藻蓝蛋白更高的等电点的蛋白质和/或聚合物。
8.用于形成络合物的方法，其包括在水溶液中将多酚与包含至少一种藻蓝胆素的组合物混合的步骤。
9.权利要求8的方法，其中包含至少一种藻蓝胆素的组合物通过用化学和/或酶促切割来切割藻蓝蛋白而获得。
10.权利要求9的方法，其中藻蓝蛋白通过蛋白水解切割。
11.权利要求10的方法，其中藻蓝蛋白通过至少一种强酸和任选热的作用来切割。
12.权利要求8-10中任一项的方法，其中将藻蓝蛋白片段的溶液喷雾干燥并再溶解于水中。
13.权利要求8-12中任一项的方法，其包括添加具有比藻蓝蛋白更高的等电点的蛋白质的步骤。
14.权利要求1-7中任一项的络合物或根据权利要求8-13中任一项的方法的络合物在食品、饲料、化妆品和药物制剂中的用途。
15.权利要求1-7中任一项的络合物或根据权利要求8-13中任一项的方法的络合物作为着色剂的用途。
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