CN113698285B - 一种卤代姜黄素衍生物、其制备方法及其在水产品保鲜上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水产品加工及贮藏领域，为解决现有技术下光动力杀菌中光敏剂生成的活性氧较少，水产品保鲜效果有待提升的问题，公开了一种卤代姜黄素衍生物、其制备方法及其在水产品保鲜上的应用，所述卤代姜黄素衍生物如结构通式Ⅰ所示，其中，R1为F、Cl、Br和I中的一种；R2为F、Cl、Br、I和OH中的一种，该卤代姜黄素衍生物可用一步法制备并可用于水产品的光动力杀菌。本发明的制备步骤简单，反应条件温和，并且制备所得的卤代姜黄素衍生物的在蓝光辐照下单线态氧产率高，对水产品的杀菌保鲜效果好，可有效延长鲜虾的货架期，对食品感官影响较小。

Description

一种卤代姜黄素衍生物、其制备方法及其在水产品保鲜上的 应用

技术领域

本发明涉及水产品加工及贮藏领域，尤其涉及一种卤代姜黄素衍生物、其制备方法及其在水产品保鲜上的应用。

背景技术

光动力杀菌是一种新型非热杀菌技术，其原理为利用可见光照射下光敏剂分子敏化氧气生成细胞毒性的活性氧(主要为单线态氧，¹O₂)杀灭病原微生物。因光动力杀菌具有广谱杀菌特性、无毒、不产生耐药性等优势，在食品杀菌领域，特别是水产品的杀菌保鲜极具应用前景。并且光动力杀菌技术还可以在实现致病菌的高效灭活的前提下，较好地保持水产品原有的营养成分、风味、色泽、口感和新鲜度。目前可应用于食品杀菌领域的光敏剂生成的活性氧较少，导致光动力杀菌效果差而使水产品货架期较短，因此亟需开发一种生成的活性氧较多的光敏剂。

例如，一种在中国专利文献上公开的“鲟鱼光动力冷杀菌保鲜方法”，其公告号为CN110150372A，包括将鲟鱼进行预处理取肉并切片后用生理盐水进行清洗，向鲟鱼片均匀喷洒加入光敏剂的水，然后将鲟鱼片进行LED光源光照射，完成杀菌过程。该发明用食品级姜黄素作为光敏剂，由于姜黄素系间窜越(ISC)效率较低，这导致其在光动力杀菌过程中生成的活性氧较少，影响其光动力杀菌效果。

发明内容

本发明为了克服现有技术下光动力杀菌中光敏剂生成的活性氧较少，保鲜效果有待提升的问题，提供一种卤代姜黄素衍生物、其制备方法及其在水产品保鲜上的应用，该卤代姜黄素衍生物在非金属卤素原子的重原子效应影响下而具有较高的系间窜越效率，可获得较高的单线态氧产率，并且制备步骤简单，对水产品的保鲜效果好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种卤代姜黄素衍生物，所述卤代姜黄素衍生物具有如下结构通式Ⅰ：

其中，R1为F、Cl、Br和I中的一种；R2为F、Cl、Br、I和OH中的一种。

卤代姜黄素衍生物结构含有非金属卤素重原子，可增强自旋-轨道耦合效应，进而增强衍生物的系间窜越效率而获得长寿命的三重激发态，使其获得增强的单线态氧产率。

一种卤代姜黄素衍生物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将乙酰丙酮和硼酸酐溶解于乙酸乙酯中，搅拌至完全溶解后加入原料a、原料b和硼酸三丁酯，继续搅拌至溶解完全；

(2)滴加催化剂后搅拌反应；

(3)反应后加入盐酸溶液，搅拌后分离有机相，用萃取剂萃取有机相，干燥后旋转蒸发得到粗产品，后经柱层析纯化得到目标产物姜黄素衍生物；

步骤(1)中原料a具有如下结构通式Ⅱ：

原料b具有如下结构通式Ⅲ：

其中，R1为F、Cl、Br和I中的一种，R2为F、Cl、Br、I和OH中的一种。

该方法制备卤代姜黄素衍生物步骤简单，反应条件温和，得到的产品纯度高。

作为优选，所述步骤(1)中乙酰丙酮、硼酸酐、原料a、原料b和硼酸三丁酯的摩尔比为1:(1～4):(0.5～1.5):(0.5～1.5):(1～3)。

作为优选，所述步骤(2)中催化剂为哌啶或正丁胺，催化剂质量为乙酰丙酮的0.1～1％，搅拌反应时间为12～24h。

作为优选，所述步骤(1)及(2)在25～45℃、氮气保护条件下进行。

作为优选，所述步骤(3)中盐酸溶液体积浓度为10～30％。

一种卤代姜黄素衍生物在水产品保鲜上的应用，所述卤代姜黄素衍生物作为光敏剂用于水产品的光动力杀菌。

卤代姜黄素衍生物应用于水产品保鲜，杀菌保鲜效果好，并且能够保存食品原有风味不影响口感。

作为优选，所述应用包括以下步骤：

(1)在避光水槽中配制卤代姜黄素衍生物水溶液；

(2)使用无菌生理盐水清洗水产品后，沥干表面水分；

(3)采用浸泡方式，将步骤(2)制得的水产品浸泡于步骤(1)配制好的卤代姜黄素衍生物水溶液中，浸泡10min后取出；

(4)将步骤(3)得到的水产品立即置于蓝光LED矩阵下进行辐照。

水产品优选为大黄鱼、小黄鱼、中华管鞭虾，卤代姜黄素水溶液颜色为黄色，选择自身颜色偏黄的水产品不会对其外观造成较大影响。

作为优选，所述步骤(1)中卤代姜黄素衍生物水溶液浓度为10～40μmol/L。

作为优选，所述步骤(4)中蓝光LED矩阵光功率为5～20W，波长范围为400～480nm，辐照时间为60s～180s。

因此，本发明具有如下有益效果：(1)卤代姜黄素衍生物的在蓝光辐照下单线态氧产率高；(2)卤代姜黄素衍生物的制备步骤简单，反应条件温和；(3)卤代姜黄素衍生物对水产品的杀菌保鲜效果好，可有效延长鲜虾的货架期，对食品感官影响较小。

附图说明

图1是实施例1所得产物的质谱。

图2是实施例1所得产物的紫外吸收谱图。

图3是实施例1所得产物的荧光光谱。

图4是实施例1所得产物与天然姜黄素单线态氧生成能力的对比图。

图5是卤代姜黄素衍生物应用于光动力杀菌保鲜的流程示意图。

图6是中华管鞭虾的细菌总数的变化图。

图7是中华管鞭虾的感官评分图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方法对本发明做进一步的描述。

实施例1

一种溴代姜黄素衍生物，其结构式为

制备步骤如下：

(1)在25℃、N₂保护条件下，将1mmoL的乙酰丙酮和和等摩尔量的硼酸酐溶解于20mL乙酸乙酯中，搅拌0.5h；

(2)加入2mmoL的4-溴-3-甲氧基苯甲醛和2mmoL的硼酸三丁酯，继续搅拌0.5h；

(3)滴加0.01mmoL催化量的正丁胺，继续搅拌反应24h；

(4)反应结束后，加入10mL10％的盐酸溶液，继续搅拌1h；

(5)分离有机相，用乙酸乙酯萃取，并用无水硫酸钠干燥，旋转蒸发得到粗产品，后经柱层析纯化得到目标产物溴代姜黄素衍生物。

对实施例1所得产物用ESI质谱检测，检测结果如图1所示。将实施例1所得产物按理论计算配置成浓度为5μmol/L的溶液，对该溶液进行紫外吸收光谱及荧光光谱扫描，结果如图2、图3所示。图1-3表明该制备方法成功了制备溴代姜黄素衍生物。

采用9,10-蒽基-双(亚甲基)二丙二酸(ABDA)吸光度衰减法评价实施例1所得的溴代姜黄素衍生物的单线态氧生成能力，检测步骤如下：

(1)配制实施例1所得的溴代姜黄素衍生物和ABDA终浓度分别为5μmol/L和50μmol/L的混合溴代姜黄素衍生物水溶液；

(2)配制化学结构式为

的单溴取代姜黄素衍生物和ABDA终浓度分别为5μmol/L和50μmol/L的混合单溴取代姜黄素衍生物水溶液；

(3)配制天然姜黄素和ABDA终浓度分别为5μmol/L和50μmol/L的对照品天然姜黄素水溶液；

(4)分别用蓝光LED矩阵光源(470nm，20mW/cm²)光辐照混合溴代姜黄素衍生物水溶液、混合单溴取代姜黄素衍生物水溶液及对照品天然姜黄素水溶液180s，每30s记录一次ABDA的吸光度值，绘制吸光度衰减曲线。

对比结果如图4所示，经溴原子取代后的姜黄素衍生物比天然姜黄素具有更高的单线态氧生成能力，并且双溴取代的重原子效应强于单溴取代，因此实施例1所得的溴代姜黄素衍生物的单线态氧生成能力高于单溴取代姜黄素衍生物。

实施例2

一种针对鲜虾的光动力杀菌方法，步骤如图5所示：

(1)在避光水槽中配制溴代姜黄素衍生物水溶液，其浓度为20μmol/L；

(2)选取鲜活完整、颜色鲜亮、大小均一的中华管鞭虾，将其浸入冰水(1：2，w/v)中冻死后，使用无菌生理盐水洗净并沥干表面水分；

(3)采用浸泡方式，将步骤(2)制得的水产品浸泡于步骤(1)配制好的卤代姜黄素衍生物水溶液中10min后取出；

(4)将步骤(3)得到的水产品立即置于光功率为10W的蓝光LED矩阵下进行辐照120s，波长为470nm。

对比例1

一种针对鲜虾的光动力杀菌方法，步骤如下：

(1)在避光水槽中配制天然姜黄素水溶液，其浓度为20μmol/L；

(2)选择选取鲜活完整、颜色鲜亮、大小均一的中华管鞭虾，将其浸入冰水(1：2，w/v)中冻死后，使用无菌生理盐水洗净并沥干表面水分；

(3)采用浸泡方式，将步骤(2)制得的水产品浸泡于步骤(1)配制好的天然姜黄素水溶液中10min后取出；

(4)将步骤(3)得到的水产品立即置于光功率为10W的蓝光LED矩阵下进行辐照120s，波长为470nm。

对比例2

(1)选择选取鲜活完整、颜色鲜亮、大小均一的中华管鞭虾，将其浸入冰水(1：2，w/v)中冻死后，使用无菌生理盐水洗净并沥干表面水分。

对实施例2、对比例1及对比例2所得的中华管鞭虾进行总菌的杀灭效果实验及感官评价，具体步骤如下：

(1)将实施例2、对比例1及对比例2所得的中华管鞭虾装入保鲜袋中，并放入保鲜盒内，置于4℃冰箱中储存；

(2)在储存2、4、6、8、10天时，根据国标《GB/T 4789.2-2016食品微生物学检验菌落总数测定》的规定方法，对步骤(1)处理后的中华管鞭虾进行菌落总数的测定；

(3)在储存2、4、6、8、10天时，感官评定小组对储存的虾进行感官评价；感官评定小组由10名经过严格训练的人员组成，对处理后中华管鞭虾的外观、气味和体态进行评定，取平均值，评分标准见表1，以3项指标成绩加和作为感官评定结果，满分18分，表示绝对新鲜，9分表示已出现明显的品质劣变。

表1.中华管鞭虾的感官评分标准

总菌的杀灭效果如图6所示，与对比例1和对比例2相比，经溴代姜黄素衍生物光动力处理后的中华管鞭虾的细菌生长受到显著抑制(p＜0.05)。一般认定虾的菌落总数≤10⁵CFU/g为一级鲜度，≤5×10⁵CFU/g为二级鲜度，菌落总数达到10⁶CFU/g时，表明虾已腐败而不能食用，此时为货架期终点。由此可知，对比例1和对比例2的冷藏中华管鞭虾的货架期均仅为4天。而实施例2所得的冷藏中华管鞭虾在冷藏第4天仍处于一级鲜度，经过10天的冷藏后，仍接近二级鲜度。因此，本发明涉及的溴代姜黄素衍生物对中华管鞭虾的光动力处理，可高效杀灭鲜虾总菌，而大幅延长鲜虾的货架期。

感官评价得分如图7所示，经溴代姜黄素衍生物光动力处理后中华管鞭虾的感官评分始终高于对比例1和对比例2，且在储存10天后，仍没有明显的品质劣变。而对比例1和对比例2在储存4天后，已出现明显的品质劣变。可见，经溴代姜黄素衍生物光动力处理后中华管鞭虾的感官风味没有明显降低，说明溴代姜黄素衍生物的光动力处理可有效延长中华管鞭虾的货架期。

Claims (10)

1.一种卤代姜黄素衍生物，其特征是，所述卤代姜黄素衍生物具有如下结构通式Ⅰ：

其中，R1为F、Cl、Br和I中的一种；R2为F、Cl和OH中的一种。

2.一种如权利要求1所述的卤代姜黄素衍生物的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将乙酰丙酮和硼酸酐溶解于乙酸乙酯中，搅拌至完全溶解后加入原料a、原料b和硼酸三丁酯，继续搅拌至溶解完全；

(2)滴加催化剂后搅拌反应；

(3)反应后加入盐酸溶液，搅拌后分离有机相，用萃取剂萃取有机相，干燥后旋转蒸发得到粗产品，后经柱层析纯化得到目标产物姜黄素衍生物；

步骤(1)中原料a具有如下结构通式Ⅱ：

原料b具有如下结构通式Ⅲ：

其中，R1为F、Cl、Br和I中的一种，R2为F、Cl和OH中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种卤代姜黄素衍生物的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中乙酰丙酮、硼酸酐、原料a、原料b和硼酸三丁酯的摩尔比为1:(1～4):(0.5～1.5):(0.5～1.5):(1～3)。

4.根据权利要求2所述的一种卤代姜黄素衍生物的制备方法，其特征是，所述步骤(2)中催化剂为哌啶或正丁胺，催化剂质量为乙酰丙酮的0.1～1％，搅拌反应时间为12～24h。

5.根据权利要求2所述的一种卤代姜黄素衍生物的制备方法，其特征是，所述步骤(1)及(2)在25～45℃、氮气保护条件下进行。

6.根据权利要求2所述的一种卤代姜黄素衍生物的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中盐酸溶液体积浓度为10～30％。

7.一种卤代姜黄素衍生物在水产品保鲜上的应用，其特征是，所述卤代姜黄素衍生物作为光敏剂用于水产品的光动力杀菌，所述卤代姜黄素衍生物具有如下结构通式Ⅰ：

其中，R1为F、Cl、Br和I中的一种；R2为F、Cl和OH中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种卤代姜黄素衍生物在水产品保鲜上的应用，其特征是，所述应用包括以下步骤：

(1)在避光水槽中配制卤代姜黄素衍生物水溶液；

(2)使用无菌生理盐水清洗水产品后，沥干表面水分；

(3)采用浸泡方式，将步骤(2)制得的水产品浸泡于步骤(1)配制好的卤代姜黄素衍生物水溶液中，浸泡10min后取出；

(4)将步骤(3)得到的水产品立即置于蓝光LED矩阵下进行辐照。

9.根据权利要求8所述的一种卤代姜黄素衍生物在水产品保鲜上的应用，其特征是，所述步骤(1)中卤代姜黄素衍生物水溶液浓度为10～40μmol/L。

10.根据权利要求8所述的一种卤代姜黄素衍生物在水产品保鲜上的应用，其特征是，所述步骤(4)中蓝光LED矩阵光功率为5～20W，波长范围为400～480nm，辐照时间为60s～180s。

Images