CN111685261B - 一种补铁花色苷蓝色素及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种补铁花色苷蓝色素及其制备方法和应用，所述补铁花色苷蓝色素包括花色苷亚铁络合物和多糖的组合。所述补铁花色苷蓝色素一方面作为功能性蓝色素，具有安全健康、稳定性高和颜色可控的特点，在pH值为3.6～6.6的范围内呈现出蓝紫色、天蓝色、淡蓝色或深蓝色等不同程度的蓝色，解决了食用蓝色素稀缺以及人们对人工合成色素的安全性担忧；另一方面，所述补铁花色苷蓝色素具有优异的保健功能，能够发挥补铁、抗氧化自由基和对抗肠道炎症的功效，其作为一种新型补铁剂，没有铁腥味，具有易吸收和保护胃肠道健康的特性，有效改善了传统补铁剂存在的铁腥味和刺激胃肠道的缺陷。

Description

一种补铁花色苷蓝色素及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于功能性色素技术领域，具体涉及一种补铁花色苷蓝色素及其制备方法和应用。
背景技术
人工合成色素常用于食品工业，然而一些合成色素已被证实对人体健康产生有害影响；近年来的研究结果表明，偶氮类染料与儿童的注意缺陷多动障碍(ADHD)有密切关系。随着人们健康意识的提高，采用天然色素替代人工合成色素已经成为食品行业的一个重要目标。天然食用色素中以红色素和黄色素的资源较为丰富，如红米红、甜菜红、辣椒红、红曲红、姜黄、栀子黄和胡萝卜素等。相比之下，天然蓝色素资源非常稀缺，仅有栀子蓝色素、藻蓝蛋白和靛蓝3种，使得天然蓝色素在国内外市场上均供不应求，因此积极开展天然蓝色素的研究开发工作，具有极大的现实意义和良好的市场前景。
花色苷作为一种天然色素，具有安全、无毒和资源丰富的特点，对人体具有许多保健功能，例如清除体内自由基、抗肿瘤、抗癌、抗炎和抑制脂质过氧化等。因此，花色苷在食品、化妆品和医药领域常作为天然色素和功能因子添加。花色苷独特的结构赋予其颜色特性，当pH＜2时，花色苷主要以红色的2-苯基苯并吡喃阳离子形式存在；当pH为3～6时，其以无色的甲醇假碱或查尔酮形式存在；当pH＞8时，其以蓝色的离子化醌式碱形式存在。
基于花色苷的保健功能，有很多研究人员聚焦于花色苷的提取、纯化以及性能优化的研究当中。例如CN110643196A公开了一种花色苷的提取分离方法，该方法通过采用低共熔溶剂作为提取溶剂，在微波超声辅助下对果渣中花色苷进行提取获得粗提液，然后将粗提液经过载体吸附、解吸附和浓缩步骤得到目标产物，其中，所述低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体；该方法能够对果渣废弃物进行处理，具有良好的经济效益。CN105925005A公开了一种高纯度花色苷色素粉末的制备方法，该制备方法包括：先用食用酒精提取紫薯花色苷，将粗提液上大孔树脂柱初步纯化，用乙酸乙酯萃取脂溶性杂质后上聚酰胺树脂柱，分别用去离子水、30％乙醇水溶液和70％乙醇水溶液为洗脱剂洗脱树脂柱，获得3个花色苷组分；所述制备方法可以获得不同酰基化度的花色苷产品，可应用于花色苷的理论研究或天然食品色素添加剂中。CN104403358A公开了一种耐热花色苷色素的制备方法，包括如下步骤：将花色苷植物原料用酸性乙醇溶液回流提取得到提取液，将提取液依次经过一次过滤、减压浓缩和二次过滤后得到精滤液，然后向精滤液中加入乙酸、乙酸酐、植酸或植酸钠中的至少一种并进行加热处理，得到耐热花色苷色素液体产品，该产品用于食品着色时没有变色和褪色现象。
然而，现有技术中获得的花色苷通常作为红色系的色素使用，鲜少用于蓝色素中；花色苷在弱碱或碱性条件下稳定性差，容易发生降解褪色，难以长期保持蓝色；同时绝大多数的液体及半固体食品基质都呈弱酸或酸性，这也限制了天然花色苷在酸性基质中呈蓝色的应用。
研究表明，金属离子可与花色苷发生络合，在酸性条件下通过调节花色苷的红移和增色效应能够呈现出强烈的蓝色，在一定程度上可缓解天然蓝色素在市场的供应。然而，目前报道的金属离子为铝离子，铝在人体中积累可使人慢性中毒，是世界卫生组织正式确定并需加以控制的“食品污染源”之一，具有一定的健康风险。
因此，开发一种健康安全且颜色可控的花色苷蓝色素，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种补铁花色苷蓝色素及其制备方法和应用，通过色素结构和组分的特殊设计，赋予其安全健康、颜色可控、稳定性高、纯度和活性高的特点，具有良好的着色和保健功能，可作为一种天然功能性蓝色素或补铁剂广泛应用于食品、保健品和药物中。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种补铁花色苷蓝色素，所述补铁花色苷蓝色素包括花色苷亚铁络合物和多糖的组合。
本发明提供的补铁花色苷蓝色素中含有花色苷亚铁络合物和多糖的组合；其中，络合物的形成不仅赋予其稳定的蓝色素性能，而且络合物中的亚铁离子作为人体必需的微量元素，是构成血红蛋白和细胞色素的主要成分，在机体的物质运输和能量代谢中发挥重要作用；多糖的引入能够有效提升其在光、热、氧等外界条件下的稳定性。所述补铁花色苷蓝色素一方面作为功能性蓝色素，具有安全健康、稳定性高和颜色可控的特点，在pH值为3.6～6.6的范围内呈现蓝紫色、天蓝色、淡蓝色或深蓝色等不同程度的蓝色，在一定程度上解决了食用蓝色素稀缺以及人们对人工合成色素的安全性担忧；另一方面，所述补铁花色苷蓝色素具有优异的保健功能，能够发挥补铁、抗氧化自由基和对抗肠道炎症的功效，其作为一种新型补铁剂，没有铁腥味，具有易吸收和保护胃肠道健康等重要特性，有效改善了传统补铁剂存在的铁腥味和刺激胃肠道的弊端。
本发明中，所述花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(3～30)，例如1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:28或1:29等，优选为1:(10～20)。
本发明所述补铁花色苷蓝色素中，花色苷与亚铁离子以上述摩尔比进行络合，使所述补铁花色苷蓝色素具有颜色稳定可控的特性；如果二者的摩尔比超出上述限定，亚铁离子过少则会使色素偏红，亚铁离子过多则会使色素偏灰，无法满足蓝色素的颜色要求。
优选地，所述补铁花色苷蓝色素中花色苷与多糖的质量比为1:(0.05～200)，例如1:0.06、1:0.08、1:0.1、1:0.5、1:1、1:3、1:5、1:8、1:10、1:15、1:20、1:30、1:50、1:70、1:90、1:100、1:110、1:130、1:150、1:160、1:180或1:190等。
本发明中，所述花色苷亚铁络合物中的花色苷为飞燕草素类花色苷。
优选地，所述飞燕草素类花色苷通过植物渣提取获得。
优选地，所述植物渣包括紫茄子皮、黑小麦麸皮或黑果枸杞渣中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的优选技术方案，所述补铁花色苷蓝色素中的花色苷从紫茄子皮、黑小麦麸皮或黑果枸杞渣中的任意一种或至少两种中提取得到。紫茄子皮、黑小麦麸皮和黑果枸杞渣在食品生产加工中常作为废渣丢弃，造成极大的资源浪费和环境污染；本发明将这些废渣进行再利用和综合开发，将其转化为具有应用价值的花色苷色素，能够提高经济效益。
所述飞燕草素类花色苷的提取方法可参考现有技术进行，示例性地提取方法为：向植物渣中加入酸性乙醇溶液(pH值为2.0)，采用超声波提取法在暗处提取、离心，收集上清液；再将滤渣按上述方法重复提取1～3次，合并上清液并浓缩，得到粗提液；将粗提液用乙酸乙酯萃取去除黄酮类物质，然后通过大孔树脂纯化，去除糖、蛋白质和氨基酸等杂质，得到所述飞燕草素类花色苷。
本发明中，所述多糖包括黄原胶、海藻酸钠、果胶或透明质酸中的任意一种或至少两种的组合，优选为黄原胶和/或海藻酸钠。
另一方面，本发明提供一种如上所述的补铁花色苷蓝色素的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将花色苷溶液、多糖溶液和亚铁化合物溶液进行混合反应，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(2)将步骤(1)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液进行超滤处理，得到所述补铁花色苷蓝色素。
本发明提供的补铁花色苷蓝色素的制备方法中，首先将花色苷溶液、多糖溶液和亚铁化合物溶液混合后反应，获得粗溶液；然后通过超滤处理对粗溶液进行提纯，去除游离花色苷的色差干扰以及游离亚铁离子，最大化保证所述补铁花色苷蓝色素的活性和纯度。
优选地，步骤(1)所述花色苷溶液的浓度为0.1～2.0g/L，例如0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L、0.5g/L、0.6g/L、0.7g/L、0.8g/L、0.9g/L、1g/L、1.1g/L、1.2g/L、1.3g/L、1.4g/L、1.5g/L、1.6g/L、1.7g/L、1.8g/L或1.9g/L，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(1)所述花色苷溶液的溶剂为酸性缓冲液。
优选地，所述酸性缓冲液的pH值为3.6～6.6，例如3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.5、4.7、4.9、5、5.1、5.3、5.5、5.7、5.9、6、6.1、6.3或6.5，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述酸性缓冲液包括柠檬酸盐缓冲液、苹果酸缓冲液或醋酸缓冲液中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中，所述酸性缓冲液中的有效成分为食品级酸味剂，具有良好的安全性。
优选地，步骤(1)所述多糖溶液中多糖的质量百分含量为0.01～2.0％，例如0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1％、1.1％、1.3％、1.5％、1.7％或1.9％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(1)所述花色苷溶液与多糖溶液的体积比为1:(1～1.5)，例如1:1.05、1:1.1、1:1.15、1:1.2、1:1.25、1:1.3、1:1.35、1:1.4或1:1.45等。
优选地，步骤(1)所述亚铁化合物溶液包括硫酸亚铁溶液、柠檬酸亚铁溶液或乳酸亚铁溶液中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中，所述亚铁化合物溶液中的亚铁化合物均为食品级补铁剂，安全性高。
优选地，步骤(1)所述混合反应的时间为2～8h，例如2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h或7.5h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(1)所述混合反应的方法为：将花色苷溶液和多糖溶液混合均匀后，向其中加入亚铁化合物溶液，得到混合液；所述混合液进行络合反应，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液。
优选地，所述混合液中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(3～30)，例如1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:28或1:29等。
优选地，所述混合液的pH值为3.6～6.6，例如3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.5、4.7、4.9、5、5.1、5.3、5.5、5.7、5.9、6、6.1、6.3或6.5，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述络合反应在静置条件下进行。
优选地，所述络合反应的时间为2～6h，例如2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h、3.8h、4h、4.2h、4.5h、4.8h、5h、5.2h、5.5h或5.7h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述超滤处理的超滤膜的截留分子量为500～800Da，例如520Da、550Da、580Da、600Da、620Da、650Da、680Da、700Da、720Da、750Da、770Da或790Da，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述超滤处理后还包括干燥的步骤。
优选地，所述干燥的方法为低温真空干燥。
优选地，所述干燥的时间为18～48h，例如20h、22h、24h、26h、28h、30h、32h、34h、36h、38h、40h、42h、44h、46h或47h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述低温真空干燥的温度为25～40℃，例如26℃、28℃、30℃、31℃、33℃、35℃、37℃或39℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)将花色苷溶液和多糖溶液以体积比1:(1～1.5)混合均匀后，向其中加入亚铁化合物溶液，得到花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(3～30)的混合液；将所述混合液的pH值调至3.6～6.6，静置条件下络合反应2～6h，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
其中，所述花色苷溶液的浓度为0.1～2.0g/L，溶剂为pH值为3.6～6.6的酸性缓冲液；所述多糖溶液中多糖的质量百分含量为0.01～2.0％；
(2)将步骤(1)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液进行超滤处理，得到的溶液进行低温真空干燥，得到所述补铁花色苷蓝色素；
所述超滤处理的超滤膜的截留分子量为500～800Da。
另一方面，本发明提供一种如上所述的补铁花色苷蓝色素在食品、保健品、药物或化妆品中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的补铁花色苷蓝色素中含有花色苷亚铁络合物和多糖的组合，具有安全健康、稳定性高和颜色可控的特点，在pH值为3.6～6.6的范围内呈现蓝紫色、天蓝色、淡蓝色或深蓝色等不同程度的蓝色，且颜色稳定、不易变色褪色，能够长期保持动力学稳定，解决了食用蓝色素稀缺以及人们对人工合成色素的安全性担忧。
(2)所述补铁花色苷蓝色素在光、热、氧等外界条件下具有良好的稳定性，尤其在80℃以上的高温条件下表现出高的活化能和长的半衰期，其半衰期可达到1.47h，热降解速率显著降低，最大程度地降低花色苷的损失率，且在储存过程中无絮凝、聚集或沉淀现象。
(3)所述补铁花色苷蓝色素具有优异的保健功能，能够发挥补铁、抗氧化自由基和对抗肠道炎症的功效，其作为一种新型补铁剂，没有铁腥味，具有缓释效果，易被机体吸收，能够保护胃肠道健康，改善了传统补铁剂存在的铁腥味和刺激胃肠道的缺陷。所述补铁花色苷蓝色素在功能评价实验中能够提高小鼠血红蛋白的含量，对DSS诱导的小鼠肠炎起到明显的治疗效果，对DPPH、FRAP和TEAC具有较强的自由基清除能力。
(4)所述补铁花色苷蓝色素易于制备，原料来源天然、安全性高，制备过程中通过超滤处理去除游离花色苷的色差干扰和游离亚铁离子，最大化地保证了补铁花色苷蓝色素的活性和纯度。
附图说明
图1为实施例1～3、对比例1、2、6提供的补铁花色苷蓝色素的抗氧化性能结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种补铁花色苷蓝色素，为花色苷亚铁络合物和黄原胶的组合，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:10，花色苷与黄原胶的质量比为1:10。
制备方法如下：
(1)花色苷的提取：称取捣碎的紫茄子皮30g，加入乙醇浓度为60％的酸性乙醇溶液(250mL，pH值为2.0)，采用超声波提取法，在暗处30℃提取30min，5000r/min离心20min后收集上清液，再将滤渣按上述重复提取2次，合并上清液，40℃旋转蒸发浓缩后得到紫茄子皮花色苷粗提液；将紫茄子皮花色苷粗提液用乙酸乙酯萃取去除黄酮类物质，随后使用大孔树脂XAD-7进行纯化，以1mL/min的速度上样，吸附饱和后，用5倍体积酸性去离子水(用HCl调至pH值为2)洗脱，从而去除糖、蛋白质以及氨基酸等水溶性杂质；用2倍体积酸性乙醇溶液(用盐酸调至pH值为2)洗脱花色苷，收集洗脱液，洗脱液至40℃条件下经旋转蒸发浓缩后，氮吹至无乙醇，得到紫茄子皮花色苷粉末；
(2)将步骤(1)得到的紫茄子皮花色苷粉末溶于pH值为3.6的柠檬酸盐缓冲液中，得到浓度为0.2g/L的花色苷溶液；将花色苷溶液与黄原胶溶液(黄原胶的质量百分含量为0.2％)等体积混合，振荡均匀后，加入硫酸亚铁溶液，使混合液中花色苷与Fe2+的摩尔比为1:10，充分振荡并调整pH值至3.6，置于室温中放置2h后，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(3)将步骤(2)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液通过超滤膜(截留分子量500Da)过滤，并反复用缓冲液清洗超滤3次，去除游离金属离子和花色苷，通过低温真空干燥机进行干燥，得到所述补铁花色苷蓝色素。
实施例2
一种补铁花色苷蓝色素，为花色苷亚铁络合物和海藻酸钠的组合，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:15，花色苷与海藻酸钠的质量比为1:25。
制备方法如下：
(1)花色苷的提取：称取捣碎的黑小麦麸皮30g，加入乙醇浓度为60％的酸性乙醇溶液(300mL，pH值为2.0)，采用超声波提取法，在暗处30℃提取30min，4500r/min离心20min后收集上清液，再将滤渣按上述重复提取2次，合并上清液，40℃旋转蒸发浓缩后得到黑小麦麸皮花色苷粗提液；将黑小麦麸皮花色苷粗提液用乙酸乙酯萃取去除黄酮类物质，随后使用大孔树脂XAD-7进行纯化，以0.5mL/min的速度上样，吸附饱和后，用6倍体积酸性去离子水(用HCl调至pH值为2)洗脱，从而去除糖、蛋白质以及氨基酸等水溶性杂质；用2倍体积酸性乙醇溶液(用盐酸调至pH值为2)洗脱花色苷，收集洗脱液，洗脱液至40℃条件下经旋转蒸发浓缩后，氮吹至无乙醇，得到黑小麦麸皮花色苷粉末；
(2)将步骤(1)得到的黑小麦麸皮花色苷粉末溶于pH值为4.6的柠檬酸盐缓冲液中，得到浓度为0.2g/L的花色苷溶液；将花色苷溶液与海藻酸钠溶液(海藻酸钠的质量百分含量为0.5％)等体积混合，振荡均匀后，加入柠檬酸亚铁溶液，使混合液中花色苷与Fe2+的摩尔比为1:15，充分振荡并调整pH值至4.6，置于室温中放置4h后，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(3)将步骤(2)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液通过超滤膜(截留分子量600Da)过滤，并反复用缓冲液清洗超滤3次，去除游离金属离子和花色苷，通过低温真空干燥机进行干燥，得到所述补铁花色苷蓝色素。
实施例3
一种补铁花色苷蓝色素，为花色苷亚铁络合物和黄原胶的组合，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:20，花色苷与黄原胶的质量比为1:0.1。
制备方法如下：
(1)花色苷的提取：称取研磨后的黑果枸杞渣30g，加入乙醇浓度为70％的酸性乙醇溶液(300mL，pH值为2.0)，采用超声波提取法，在暗处30℃提取40min，5500r/min离心20min后收集上清液，再将滤渣按上述重复提取2次，合并上清液，40℃旋转蒸发浓缩后得到黑果枸杞花色苷粗提液；将黑果枸杞花色苷粗提液用乙酸乙酯萃取去除黄酮类物质，随后使用大孔树脂XAD-7进行纯化，以1mL/min的速度上样，吸附饱和后，用5倍体积酸性去离子水(用HCl调至pH值为2)洗脱，从而去除糖、蛋白质以及氨基酸等水溶性杂质；用4倍体积酸性乙醇溶液(用盐酸调至pH值为2)洗脱花色苷，收集洗脱液，洗脱液至40℃条件下经旋转蒸发浓缩后，氮吹至无乙醇，得到黑果枸杞花色苷粉末；
(2)将步骤(1)得到的黑果枸杞花色苷粉末溶于pH值为5.6的柠檬酸盐缓冲液中，得到浓度为2.0g/L的花色苷溶液；将花色苷溶液与黄原胶溶液(黄原胶的质量百分含量为0.02％)等体积混合，振荡均匀后，加入乳酸亚铁溶液，使混合液中花色苷与Fe2+的摩尔比为1:20，充分振荡并调整pH值至5.6，置于室温中放置6h后，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(3)将步骤(2)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液通过超滤膜(截留分子量800Da)过滤，并反复用缓冲液清洗超滤3次，去除游离金属离子和花色苷，通过低温真空干燥机进行干燥，得到所述补铁花色苷蓝色素。
实施例4
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:30；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷与黄原胶的质量比为1:50；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷与黄原胶的质量百分比为1:200；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
实施例7
一种补铁花色苷蓝色素，为花色苷亚铁络合物和果胶的组合，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:10，花色苷与果胶的质量比为1:0.2。
制备方法如下：
(1)将黑果枸杞花色苷粉末(制备方法与实施例1相同)溶于pH值为5.6的柠檬酸盐缓冲液中，得到浓度为1.0g/L的花色苷溶液；将花色苷溶液与果胶溶液(果胶的质量百分含量为0.02％)等体积混合，振荡均匀后，加入乳酸亚铁溶液，使混合液中花色苷与Fe2+的摩尔比为1:10，充分振荡并调整pH值至5.6，置于室温中放置6h后，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(2)将步骤(1)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液通过超滤膜(截留分子量800Da)过滤，并反复用缓冲液清洗超滤3次，去除游离金属离子和花色苷，通过低温真空干燥机进行干燥，得到所述补铁花色苷蓝色素。
实施例8
一种补铁花色苷蓝色素，为花色苷亚铁络合物和黄原胶的组合，其与实施例1的区别仅在于，花色苷与黄原胶的质量比为1:0.07；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
实施例9
一种补铁花色苷蓝色素，为花色苷亚铁络合物和黄原胶的组合，其与实施例2的区别仅在于，花色苷与黄原胶的质量百分比为1:0.05；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，不含有黄原胶；其制备方法与实施例1的区别仅在于，将步骤(2)中的黄原胶溶液用等体积的柠檬酸盐缓冲液替换；其他制备步骤均与实施例1相同。
对比例2
一种花色苷色素，其与实施例1的区别仅在于，将花色苷亚铁络合物用等质量的花色苷替换；其制备方法与实施例1的区别仅在于，将步骤(2)中的硫酸亚铁溶液用等体积的柠檬酸盐缓冲液替换；其他制备步骤均与实施例1相同。
对比例3
一种补铁花色苷色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:2；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种补铁花色苷色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:35；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例5
一种补铁花色苷色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:50；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例6
一种花色苷色素，不含有多糖；其制备方法与对比例1的区别仅在于，将步骤(2)中的硫酸亚铁溶液用等体积的柠檬酸盐缓冲液替换；其他制备步骤均与对比例1相同。
对比例7
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷与黄原胶的质量百分比为1:0.02；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例8
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷与果胶的质量百分比为1:250；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例9
一种补铁花色苷蓝色素，其与实施例1的区别仅在于，花色苷与果胶的质量百分比为1:500；其他组分及制备方法均与实施例1相同。
测试例1
本测试例为补铁花色苷蓝色素的稳定性测试实验，具体方法为：
将补铁花色苷蓝色素溶于pH值为4.0的缓冲溶液，分别置于4℃、20℃、80℃和120℃条件下，间隔检测不同温度处理后各溶液在波长400～700nm范围内的吸收光谱，测定最大吸收波长处的吸光值(Amax)，并计算热降解速率常数(k)和半衰期(t1/2)。
热降解速率常数(k)的计算公式为：ln(At/A0)＝-k·t；半衰期(t1/2)的计算公式为：t1/2＝-ln0.5/k＝0.693/k；其中，At为处理时间为t(h)时的最大吸光值，A0为初始最大吸光值。
按照上述方法测试不同多糖浓度下制备的补铁花色苷蓝色素在不同温度和时间下的热降解参数，具体组别为实施例1、3、5和对比例1、7、8、9，数据如表1所示。
表1
Figure BDA0002534763070000151
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Figure BDA0002534763070000161
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Figure BDA0002534763070000171
根据表1的数据可知，在4℃、20℃、80℃和120℃条件下，相对于对比例1，多糖的加入使补铁花色苷蓝色素的稳定性增加，热降解速率减慢，具体表现为热降解速率常数降低，半衰期增加，其在80℃高温下的半衰期可达到0.75～1.47h，热降解速率常数低至0.47h-1。同时，在本发明优化后的花色苷与多糖质量比范围内所制备的补铁花色苷蓝色素(实施例1、3、5)稳定性要高于对比例1、7、8、9。这是因为黄原胶可与花色苷亚铁络合物发生相互作用提高其稳定性，但由于多糖结构中存在较多的支链，浓度过高会产生空间位阻，影响补铁花色苷蓝色素的稳定性，浓度过低改善效果并不明显。综上所述，本发明提供的补铁花色苷蓝色素具有较好的稳定性。
测试例2
本测试例为补铁花色苷蓝色素的感官分析和颜色测试实验，具体方法为：
将补铁花色苷蓝色素溶于pH值为3.6的缓冲溶液，采用色差仪分析比较实施例1～9、对比例2～5中的溶液颜色，得到其色差值如表2所示。其中，在所优化浓度内的实施例1～9提供的补铁花色苷蓝色素的溶液呈现出浅蓝色、天蓝色、深蓝色等色调，而对比例2为红色，非优化浓度范围内的对比例3、4、5分别为浅紫色、蓝灰色和浅灰色。
此外，对实施例1～9中的补铁花色苷蓝色素进行嗅闻，无铁腥味，证明本发明提供的补铁花色苷蓝色素能够有效去除铁腥味。
表2
样品 L* a* b* 颜色
实施例1 66.42 1.39 -23.6 淡蓝色
实施例2 68.54 1.41 -25.6 浅蓝色
实施例3 67.19 -2.55 -25.79 天蓝色
实施例4 65.34 -4.38 -32.42 深蓝色
实施例5 64.21 2.12 -21.42 蓝紫色
实施例6 63.26 3.26 -20.17 浅蓝色
实施例7 62.63 0.12 -21.24 深蓝色
实施例8 63.79 -1.26 -19.17 淡蓝色
实施例9 61.27 0.94 -24.82 深蓝色
对比例2 65.34 24.38 5.42 红色
对比例3 64.21 6.12 -11.42 浅紫色
对比例4 63.26 -5.45 -10.17 蓝灰色
对比例5 61.45 -7.16 -9.26 灰色
测试例3
本测试例为补铁花色苷蓝色素对提高血红蛋白含量的效果评价实验，具体方法如下：
将小鼠分为8组，每组5只，第1组为空白对照，每日灌胃生理盐水；第2组为FeSO4对照组，每日灌胃4mg/kg的亚铁离子；第3～5组为实施例1实验组，每日灌胃实施例1提供的补铁花色苷蓝色素，灌胃剂量分别以2mg/kg、4mg/kg和8mg/kg的亚铁离子计；第6组为对比例1实验组，每日灌胃无多糖添加的补铁花色苷蓝色素，灌胃剂量以4mg/kg的亚铁离子计。实验期间小鼠进行正常饮食，连续灌胃30天。30天后处死小鼠，迅速取新鲜动脉血液，用文齐氏液试剂盒(南京建成生物工程研究所)检测血液中的血红蛋白含量，测试结果如表3所示。
表3
组别 处置方式 血红蛋白含量(g/L)
第1组 空白对照 12.39±0.16
第2组 FeSO4(4mg/kg亚铁离子) 20.56±2.31*
第3组 实施例1(2mg/kg亚铁离子) 14.21±1.27*
第4组 实施例1(4mg/kg亚铁离子) 22.83±2.15*
第5组 实施例1(8mg/kg亚铁离子) 26.17±3.58*
第6组 对比例1(4mg/kg亚铁离子) 19.35±0.67*
表3中，*代表该组与空白对照p<0.05。
根据表3的数据可知，本发明实施例1提供的补铁花色苷蓝色素能够作为补铁剂，有效增加小鼠体内血红蛋白的含量。而在采用相同亚铁离子浓度(4mg/kg)灌胃的前提下，对比例1中未添加多糖的补铁花色苷蓝色素虽具有一定的补铁功效，但效果不如实施例1，这是因为对比例1的缓释效果较差，导致亚铁离子流失。
测试例4
本测试例为补铁花色苷蓝色素胃肠缓释的效果评价实验，具体方法如下：
将装有50mg实施例1和对比例1补铁花色苷蓝色素的600Da透析袋置于盛有50mL的新鲜胃液(2.0g/L氯化钠、2.917g/L盐酸及1mg/mL胃蛋白酶，pH＝2.0)的锥形瓶中，然后使其在37℃、150r/min的摇床上震荡，在每1h取样一次。2h后，向锥形瓶中加入90mL新鲜肠液(0.616g/L氢氧化钠、6.8g/L磷酸二氢钾及10mg/mL猪胰液素，pH＝7.2)，使其继续在37℃、150r/min的摇床上震荡，在每2h取样一次。其中，以20mg乳酸亚铁作为对照。
释放量的计算公式：参照药典2000版第二部附录XD第一法，分别取5mL透析液，按GB/T 5009.90-2003规定的方法测定亚铁含量，计算溶出亚铁占标示量的百分比，结果见表4。
表4
Figure BDA0002534763070000201
表4中表示亚铁离子在胃肠液中的释放量，时间为总时长，通常而言，游离铁离子会刺激胃肠道，引发疼痛或炎症，因此，亚铁离子释放量的指标可衡量铁离子对胃肠道的刺激。在乳酸亚铁对照组中，铁离子在胃液中1h达到顶峰。与乳酸亚铁对照组相比，未添加黄原胶的对比例1在模拟胃肠液中均显示出一定缓释能力，而实施例1补铁花色苷蓝色素在胃肠液中均能够有效缓解亚铁离子的释放，效果明显优于对比例1，这表明实施例1中黄原胶的加入能够有效提高补铁花色苷蓝色素的胃肠缓释效果，可避免亚铁离子对胃肠道造成刺激，进而降低补铁剂的副作用和不良反应。
测试例5
本测试例为补铁花色苷蓝色素的抗氧化性能测试实验，在确保花色苷含量一致的基础上，分别测试实施例1～3提供的补铁花色苷蓝色素和对比例1、2、6提供的样品的抗氧化作用，具体测试方法参考文献(赵磊等，甜叶菊废渣提取物的抗氧化和抗炎作用，中国食品学报，2018，第18卷第8期，8-15)进行，将所述补铁花色苷蓝色素按照DPPH法、FRAP法、TEAC法抗氧化测定方法进行操作，最后用分光光度计测定吸光值，每组实验重复3次；三种方法测定的补铁花色苷蓝色素的抗氧化能力用Trolox的等价物(μmol TE/g花色苷)表示，得到的抗氧化性能结果如图1所示。从图1中可知，与对比例1、2、6提供的样品相比，在花色苷含量相同的前提下，本发明实施例1～3提供的补铁花色苷蓝色素对于DPPH自由基、FRAP自由基和TEAC自由基具有较高的清除率，证明所制备的补铁花色苷蓝色素同样具有较强的抗氧化性。
测试例6
本测试例为补铁花色苷蓝色素对溃疡性结肠炎的保护效果测试实验，具体方法为：
参照文献(Cooper H S等，Clinicopathologic study of dextran sulfatesodium experimental murine colitis，Laboratory Investigation，1993，第69期第2卷，238-249)中公开的方法建立急性溃疡性结肠炎模型，模型组和实验组自由饮用3％葡聚糖硫酸钠溶液(DSS溶液，使用蒸馏水配制)连续5天，每隔1天更换新鲜的DSS溶液，对照组饮用蒸馏水。各组小鼠分笼饲养，每组8只小鼠，在溃疡性结肠炎造模前3天，实施例实验组开始分别灌胃给予实施例1提供的补铁花色苷蓝色素样品，灌胃剂量分别以25mg/kg、50mg/kg和100mg/kg的花色苷计；对比例实验组开始分别灌胃给予对比例1、2、6提供的样品，灌胃剂量以50mg/kg的花色苷计，对照组和模型组用蒸馏水代替样品，一直持续到造模的最后1天。随后，将各组小鼠解剖，迅速取出肛门至盲肠末端的整个肠段进行称重和测量长度，并计算结肠的重量长度比。
参照文献(Wirtz S等，Chemically induced mouse models of intestinalinflammation，Nature Protocols，2007，第2卷第3期，541)中公开的方法对各组小鼠进行小鼠疾病活动度(DAI)评分，DAI是体重下降分数、大便性状分数和便血分数总和的平均值。每天观察小鼠的精神状态、活动情况、毛发光泽度、大便性状(包括是否血便和腹泻)等，在第5天记录体重，并记录评分，DAI评分标准如表5所示。
表5
评分 体重下降/％ 大便性状 便血
0 <1 正常 阴性
1 1～5 松散 弱阳性
2 5～10 半成形稀 阳性
3 10～20 不成形稀 强阳性
4 >20 水样泻 肉眼血便
表5中，小鼠大便隐血测定的方法为：每天用取小鼠粪便涂抹在洁净的滤纸上，滴加邻联甲苯胺2～3滴，然后再滴加3％H2O2数滴，观察粪便颜色变化。隐血结果判断：①阴性：2min内颜色无变化；②弱阳性：10s后由浅蓝渐渐变为蓝色；③阳性：刚开始是浅蓝褐色，慢慢变成深蓝褐色；④强阳性：立即呈深蓝褐色。
按照上述方法测试对照组、模型组和实验组小鼠的结肠的重量长度比和DAI评分结果，得到的小鼠结肠指标结果如表6所示。
表6
分组 结肠的重量长度比 DAI
对照组 30.9±4.6c 0.20±0.03d
模型组 46.7±4.7a 3.06±0.16a
实施例1(25mg/kg花色苷) 41.5±4.8ab 2.10±0.09c
实施例1(50mg/kg花色苷) 43.3±6.2ab 1.72±0.11d
实施例1(100mg/kg花色苷) 42.0±5.3ab 1.87±0.14cd
对比例1(50mg/kg花色苷) 42.9±3.1ab 2.41±0.12b
对比例2(50mg/kg花色苷) 39.8±7.1bc 1.53±0.07d
对比例6(50mg/kg花色苷) 40.1±2.7bc 1.66±0.13d
表6中，a～d不同字母代表同一列各组之间存在显著性差异(p<0.05)。
如表6所示，小鼠结肠重量长度比值是指结肠重量与长度的比值，反映单位长度下结肠的水肿程度，模型组结肠重量/长度指标相对于对照组有显著性增大(p<0.05)，各实验组相对于模型组有不同程度的改善，各组之间无显著性差异(p>0.05)。DAI指数是综合评价小鼠的精神状态、活动情况、毛发光泽度、大便性状，也是反映炎症严重程度的一个指标，模型组DAI指数相对于对照组显著性增大(p<0.05)，实施例1各剂量组均能显著降低小鼠肠炎的疾病活动度(DAI指数)(p<0.05)，其中以50mg/kg的改善作用最明显。与对比例1制备补铁花色苷蓝色素相比，含有多糖的实施例1所制备补铁花色苷蓝色素改善溃疡性结肠炎的效果较好。与同等剂量的对比例2和对比例6相比，实施例1改善溃疡性结肠炎的效果与二者相当，这表明实施例1补铁花色苷蓝色素中存在的亚铁离子络合稳定，并未由于亚铁离子的存在产生对肠粘膜的刺激和损伤。这些均表明本发明提供的补铁花色苷蓝色素不仅避免了传统补铁剂中亚铁离子对肠道的刺激作用，还对小鼠溃疡性结肠炎起到明显的改善作用。
应用例1
本应用例提供了补铁花色苷蓝色素在饮料中的应用，所用添加剂均为食品剂添加，所用剂量均遵循《GB/T 2760-2014食品安全国家标准食品添加剂使用标准》，不对人体健康构成风险。
分别使用本发明实施例1～3提供的补铁花色苷蓝色素配制饮料，其配方如下：
配方一：蔗糖6％，维生素C 0.05％，钙0.01％，山梨酸钾0.02％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
配方二：果葡糖浆8％，柠檬酸0.15％，维生素C 0.05％，钙0.01％，山梨酸钾0.02％，补铁花色苷蓝色素0.04％，其余用水补充至100％。
配方三：蔗糖6％，甜蜜素0.05％，蛋白糖0.04％，柠檬酸0.2％，苹果酸0.05％，柠檬酸钠0.02％，苯甲酸钠0.02％，补铁花色苷蓝色素0.02％，其余用水补充至100％。
配方四：蔗糖6％，甜蜜素0.05％，蛋白糖0.03％，酒石酸0.05％，苯甲酸钠0.02％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
配方五：果葡糖浆5％，蜂蜜1％，维生素C 0.05％，山梨酸钾0.03％，补铁花色苷蓝色素0.02％，其余用水补充至100％。
按照上述配方制备的补铁花色苷蓝色素饮料酸甜可口，色泽均匀，存放6个月稳定性良好，能够有效防止饮料中补铁花色苷蓝色素的降解和褪色，证明本发明提供的补铁花色苷蓝色素具有优异的稳定性。
应用例2
本应用例提供了补铁花色苷蓝色素在果冻中的应用，所用添加剂均为食品剂添加，所用剂量均遵循《GB/T 2760-2014食品安全国家标准食品添加剂使用标准》，不对人体健康构成风险。
分别使用本发明实施例1～3提供的补铁花色苷蓝色素配制果冻，其配方如下：
配方一：蔗糖8％，柠檬酸0.7％，卡拉胶1.0％，山梨酸钾0.04％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
配方二：白砂糖6％，果冻粉0.6％，阿斯巴甜0.03％，苹果酸0.05％，柠檬酸0.15％，山梨酸鉀0.02％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
配方三：蔗糖10％，柠檬酸0.5％，卡拉胶0.5％，山梨酸钾0.01％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
配方四：甜蜜素0.05％，柠檬酸0.5％，明胶5％，山梨酸钾0.05％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
配方五：蔗糖10％，柠檬酸0.15％，海藻酸钠1％，山梨酸钾0.05％，补铁花色苷蓝色素0.03％，其余用水补充至100％。
按照上述配方将原料混合，经杀菌、冷却、包装等步骤制得果冻产品。得到的果冻外观晶莹，色泽鲜艳，呈蓝色或蓝紫色，口感软滑，在贮藏过程中能够有效控制花色苷的降解。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种补铁花色苷蓝色素及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (20)

1.一种补铁花色苷蓝色素，其特征在于，所述补铁花色苷蓝色素为花色苷亚铁络合物和多糖的组合；
所述花色苷亚铁络合物中的花色苷为飞燕草素类花色苷；
所述飞燕草素类花色苷通过植物渣提取获得；
所述多糖包括黄原胶、海藻酸钠、果胶或透明质酸中的任意一种或至少两种的组合；
所述植物渣包括紫茄子皮、黑小麦麸皮或黑果枸杞渣中的任意一种或至少两种的组合；
所述花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(3～30)；
所述补铁花色苷蓝色素中花色苷与多糖的质量比为1:(0.05～200)；
所述补铁花色苷蓝色素在pH值为3.6～6.6的范围内呈现蓝紫色、天蓝色、淡蓝色或深蓝色不同程度的蓝色；
所述补铁花色苷蓝色素通过如下方法制备得到：
(1)将花色苷溶液、多糖溶液和亚铁化合物溶液进行混合反应，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(2)将步骤(1)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液进行超滤处理，得到所述补铁花色苷蓝色素；
步骤(1)所述混合反应的方法为：将花色苷溶液和多糖溶液混合均匀后，向其中加入亚铁化合物溶液，得到混合液；所述混合液进行络合反应，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
所述混合液的pH值为3.6～6.6；
所述络合反应在静置条件下进行
所述络合反应的时间为2～6h。
2.根据权利要求1所述的补铁花色苷蓝色素，其特征在于，所述花色苷亚铁络合物中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(10～20)。
3.根据权利要求1所述的补铁花色苷蓝色素，其特征在于，所述多糖为黄原胶和/或海藻酸钠。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的补铁花色苷蓝色素的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将花色苷溶液、多糖溶液和亚铁化合物溶液进行混合反应，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
(2)将步骤(1)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液进行超滤处理，得到所述补铁花色苷蓝色素；
步骤(1)所述混合反应的方法为：将花色苷溶液和多糖溶液混合均匀后，向其中加入亚铁化合物溶液，得到混合液；所述混合液进行络合反应，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
所述混合液的pH值为3.6～6.6；
所述络合反应在静置条件下进行
所述络合反应的时间为2～6h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述花色苷溶液的浓度为0.1～2.0g/L。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述花色苷溶液的溶剂为酸性缓冲液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酸性缓冲液的pH值为3.6～6.6。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酸性缓冲液包括柠檬酸盐缓冲液、苹果酸缓冲液或醋酸缓冲液中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述多糖溶液中多糖的质量百分含量为0.01～2.0％。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述花色苷溶液与多糖溶液的体积比为1:(1～1.5)。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述亚铁化合物溶液包括硫酸亚铁溶液、柠檬酸亚铁溶液或乳酸亚铁溶液中的任意一种或至少两种的组合。
12.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合反应的时间为2～8h。
13.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合液中花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(3～30)。
14.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述超滤处理的超滤膜的截留分子量为500～800Da。
15.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超滤处理后还包括干燥的步骤。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的方法为低温真空干燥。
17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的时间为18～48h。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述低温真空干燥的温度为25～40℃。
19.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)将花色苷溶液和多糖溶液以体积比1:(1～1.5)混合均匀后，向其中加入亚铁化合物溶液，得到花色苷与亚铁离子的摩尔比为1:(3～30)的混合液；将所述混合液的pH值调至3.6～6.6，静置条件下络合反应2～6h，得到补铁花色苷蓝色素粗溶液；
其中，所述花色苷溶液的浓度为0.1～2.0g/L，溶剂为pH值为3.6～6.6的酸性缓冲液；所述多糖溶液中多糖的质量百分含量为0.01～2.0％；
(2)将步骤(1)得到的补铁花色苷蓝色素粗溶液进行超滤处理，得到的溶液进行低温真空干燥，得到所述补铁花色苷蓝色素；
所述超滤处理的超滤膜的截留分子量为500～800Da。
20.一种如权利要求1～3任一项所述的补铁花色苷蓝色素在食品、保健品、药物或化妆品中的应用。
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