CN115708559A - 一种多酚共晶体在抑制食品中的晚期糖化终产物生成的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然产物的加工及应用领域，公开了一种多酚共晶体在抑制食品中的晚期糖化终产物生成的应用。所述多酚共晶体由原料A和原料B形成。所述原料A为多酚化合物，所述原料B为含羧基化合物或含氨基化合物。所述多酚共晶体在不改变所述多酚化合物化学结构的基础上，改善了所述原料A的溶解性和稳定性并能有效抑制原料A本身的苦味。所述多酚共晶体极大提高了原料A抑制食源性晚期糖化终产物生成的能力，能够有效减少食品中产生的对人体有害的食源性晚期糖化终产物，从而对食源性晚期糖化终产物诱导的糖尿病、阿兹尔海默症、动脉粥样硬化等多种慢性疾病起到预防作用。并且本发明制备方法简单、产物稳定性好，是一种新颖活性物质开发形式。
Description
技术领域
本发明属于天然产物的加工及应用领域，具体涉及一种多酚共晶体在抑制食品中的晚期糖化终产物生成的应用。
背景技术
美拉德反应是肉制品加工中最常见的反应，一方面能够通过形成风味物质赋予食品特殊风味，另一方面会通过产生有害物质威胁人体健康。晚期糖化终产物(AdvancedGlycation End-products，下称AGEs)作为美拉德反应的主要有害成分，是糖尿病、阿兹尔海默症、动脉粥样硬化等多种慢性疾病的生物标志物。
大量研究表明，多酚化合物是能够有效抑制晚期糖化终产物的天然活性物质，具有抗氧化活性和捕获活性羰基化合物的能力。在目前发现的8000多种多酚化合物中，姜黄素、茶多酚、类黄酮、原花青素等是食品中最常见的。在实际应用中，多酚化合物普遍具有水溶性低、稳定性差的特点，从而导致在食品中抑制晚期糖化终产物的活性被降低。且多酚化合物苦味显著的特点也增加了其在食品中应用的难度。解决上述存在问题，是目前对多酚化合物应用的研究热点。姜黄素由于成本低、安全性高和具备多种生物活性的特点，而被作为食品添加剂使用。因此，本发明以姜黄素为研究对象，对多酚化合物的应用进行的开发。
中国发明专利CN110668932A显示一种共晶体的制备方法能够提升姜黄素的生物利用度。共晶体可描述为“由两个或多个不同分子组成的晶体材料，其中一个是活性成分，在同一晶格内以定义的化学计量比通过非离子和非共价键结合”。因此，含有供电子基团酚羟基的多酚化合物可以通过氢键、范德华力等相互作用力与含有氨基、羧基等吸电子基团的化合物结合，形成共晶体。中国发明专利CN110668932A显示一种共晶体的制备方法能够提升姜黄素的生物利用度。综上，作为多酚化合物在食品添加剂中的典型代表，姜黄素与共形物形成共晶体是改善姜黄素理化性质的一种可行方法。但是，现阶段姜黄素共晶体主要用于解决姜黄素生物利用度低的问题，而关于姜黄素共晶体在食品中的应用却鲜有研究。因而，本发明旨在于提供一种姜黄素共晶体的制备方法，并对其在食品中的应用进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种姜黄素共晶体的制备方法，及其在抑制晚期糖化终产物生成方面的应用，以克服现有技术的不足。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种多酚共晶体在抑制食品中的晚期糖化终产物生成的应用，其特征在于，所述多酚共晶体由原料A和原料B制备而成，其中，原料A为多酚类化合物；
原料B为含羧基的有机化合物、含氨基的有机化合物中的任意一种或两种以上；
所述晚期糖化终产物为食品在发生美拉德反应时产生的有害物质。
优选地，所述原料A为姜黄素，姜黄素的结构式为：
优选地，所述含羧基的有机化合物选自柠檬酸、抗坏血酸、水杨酸中的任意一种或两种以上；所述含氨基的有机化合物选自烟酰胺、异烟肼、苯丙氨酸中的任意一种或两种以上。
优选地，所述多酚共晶体通过如下步骤制备：
原料A用有机溶剂进行溶解后，加入原料B混合均匀，将溶液蒸发得到析出的共晶体，将析出的共晶体干燥即得所述多酚共晶体。
优选地，所述有机溶剂为无水乙醇、乙腈、甲醇中的任意一种与乙酸乙酯按照1:1～2:3的比例混合；原料A与有机溶剂的质量比为1:10～1:15。
优选地，原料A与原料B的摩尔比为1:1～1:3。
优选地，所述蒸发步骤在25℃～35℃通风橱内进行，缓慢蒸发10～15天。
优选地，所述干燥步骤为将析出的共晶体置于40～45℃真空干燥箱中，加热1～3h。
优选地，将所述多酚共晶体添加在含有美拉德反应体系的食品中，有效添加量为0.3～1.0g/kg。
优选地，将所述多酚共晶体添加在调理肉制品、腌腊肉制品、酱卤肉制品、发酵肉制品、焙烤食品中，有效添加量为0.3～1.0g/kg。
本发明相对于现有技术，具有如下优势：
(1)本发明提供的多酚共晶体中，原料A与原料B以氢键相连形成稳定致密的晶体单元结构，并通过规律排列进一步形成晶格。在强极性的水分子作用下，水溶液中的姜黄素晶体中释放出游离态的原料A，并发挥抑制晚期糖化终产物的活性。
(2)本发明提供了一种混合有机试剂的配方。一方面原料A和原料B在有机试剂中具有高溶解度能够有效提高多酚共晶体的制备效率，另一方面有机试剂能够通过强挥发性使得多酚共晶体在常温中即可形成，保护了多酚共晶体中原料A和原料B的活性。原料A具有高对称性的化学结构，属于非极性强的物质，因此本发明分别将极性较高但挥发性强的乙腈、甲醇、无水乙醇与极性较低但挥发性弱的乙酸乙酯按一定比例混合，筛选并得到了适用于极性低、挥发性强、安全性高且适用于制备姜黄素共晶体的混合有机溶剂。
(3)本发明提供的多酚共晶体在保持原料A原有化学结构的基础上，有效提高了水溶液中原料A的浓度。
(4)本发明提供的多酚共晶体具有良好的热稳定性。原料A在常温条件下极易被氧化，而多酚共晶体在55℃下加热2h，仍能保持结构稳定。
(5)本发明提供的多酚共晶体利用原料B与原料A苦味基团发生氢键结合，从而起到屏蔽原料A苦味的作用。
(6)本发明提高了多酚对晚期糖化终产物的抑制效果：
本发明提供的姜黄素共晶体具有更好的AGEs抑制效果。通过美拉德反应的模拟体系，对多酚共晶体抑制荧光型晚期糖化终产物生成进行了研究。对比发现多酚共晶体在高温诱导美拉德反应发生时，能够更有效地抑制晚期糖化终产物生成。
附图说明
图1示出了如实施例一所述制备的姜黄素-柠檬酸共晶体和实施例二所述制备的姜黄素-抗坏血酸共晶体的X-射线粉末衍射(PXDR)图；
图2示出了如实施例一所述制备姜黄素-柠檬酸共晶体的红外光谱(FT-IR)图；
图3示出了如实施例一所述姜黄素的红外光谱(FT-IR)图；
图4示出了如实施例一所述柠檬酸的红外光谱(FT-IR)图；
图5示出了如实施例一所述姜黄素-柠檬酸混合物的的红外光谱(FT-IR)图；
图6示出了如实施例一所述姜黄素-柠檬酸共晶体的差示扫描量热法(DSC)图；
图7示出了如实施例一所述姜黄素-柠檬酸共晶体的释放动力学变化；
图8示出了如实施例一所述姜黄素-柠檬酸共晶体稳定性随温度和时间的变化；
图9示出了如实施例一所述的姜黄素-柠檬酸共晶体、实施例二所述的姜黄素-抗坏血酸共晶体和实施例三所述的姜黄素-烟酰胺共晶体对美拉德模拟体系中，荧光型AGEs的抑制率；
图10示出了姜黄素-柠檬酸共晶体添加后，腊肠味觉感官的变化；
图11示出了姜黄素-柠檬酸共晶体在扫描电镜下的微观形貌；
图12示出了姜黄素-烟酰胺共晶体在扫描电镜下的微观形貌。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的技术教导与启示所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例一姜黄素柠檬酸共晶体的制备及应用
1.姜黄素-柠檬酸共晶体的制备方法
称取736.8mg(2.0mmol)姜黄素溶解于50mL混合溶剂(20mL无水乙醇与30mL乙酸乙酯)，加入382.9mg(2.0mmol)或765.8mg(4.0mmol)柠檬酸。将溶液置于通风橱，缓慢蒸发10天，得到粗晶体。将粗晶体置于40℃恒温真空烘箱中，干燥3h，得到红棕色的姜黄素-柠檬酸共晶体。
2.姜黄素-柠檬酸共晶体的结构特征
(1)粉末X-射线衍射(PXRD)
测试条件：常温，光源Cu Kα
电压30kV，电流10mA，测试步长0.014°，扫描速度0.2s/step，衍射角范围3-40°。
(2)傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
测试条件：扫描范围4000-650cm-1，分辨率4.000cm-1，扫描次数128次，衰减全反射技术测定。
(3)差示扫描量热仪(DSC)
分析条件：铝坩埚，氮气氛围(保护气20mL/min，吹扫气60mL/min)，温度范围室温30-350℃，升温速率5℃/min。
图1为姜黄素-柠檬酸共晶体的X-射线粉末衍射图谱中的特征峰。从图1可以看出，姜黄素-柠檬酸共晶体产生了不同于姜黄素晶体或柠檬酸晶体的新特征峰，而新特征峰表明姜黄素与柠檬酸在共晶体中形成了以氢键相连的新物质。图2为姜黄素-柠檬酸共晶体的红外光谱图，图中显示姜黄素-柠檬酸共晶体中3492.99cm处的酚羟基发生了蓝移，而3285.19cm处的羧基发生了红移。这说明姜黄素的酚羟基与柠檬酸的羧基之间形成了氢键，导致酚羟基与羧基的振动频率发生变化。图6显示姜黄素的熔融峰为220±23℃，柠檬酸的熔融峰为152±2℃，姜黄素-柠檬酸共晶体的熔融峰为175±2℃。
3.姜黄素-柠檬酸共晶体水溶液的释放动力学
测试条件：将过量姜黄素-柠檬酸共晶体加入蒸馏水中，放置6h，每隔0.5h取样进行姜黄素定量分析。
图7可以看出，姜黄素-柠檬酸共晶体在水中的溶解度得到显著提升，其中姜黄素与柠檬酸1：1形成的姜黄素-柠檬酸共晶体溶解度比姜黄素提升了3～4倍，而姜黄素与柠檬酸1：2形成的姜黄素-柠檬酸共晶体溶解度比姜黄素提升了近6倍。
4.姜黄素-柠檬酸共晶体的热稳定性
测试条件：将姜黄素-柠檬酸共晶体分别在不同温度(25℃、55℃)下加热，每间隔一定时间后，取样溶于蒸馏水中，用紫外分光光度计分析样品中姜黄素的浓度。
图8可以看出，姜黄素-柠檬酸共晶体在具有一定的热稳定性，在55℃下加热2h仍能保持较高的活性。在25℃下能长时间保持稳定。
5.姜黄素-柠檬酸共晶体抑制荧光型晚期糖化终产物
实验条件：将一定量的酪蛋白溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中，得到8.0mg/mL的酪蛋白溶液，再将一定量的葡萄糖溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中，得到0.4mol/L葡萄糖溶液。将1mL上述酪蛋白溶液与1mL上述葡萄糖溶液混合，并加入20mg姜黄素-柠檬酸共晶体样品，得到美拉德反应体系。将所得体系置于100℃水浴，加热2h。
测试条件：荧光光谱仪，激发波长330nm，扫描范围370-500nm，扫描间隔2nm。
图9可以看出，姜黄素-柠檬酸共晶体及其饱和溶液均能够有效抑制荧光型晚期糖化终产物的生成。其抑制效果与姜黄素和柠檬酸物理混合相比具有显著提升。姜黄素-柠檬酸共晶体的抑制率达到了87.01％，而姜黄素和柠檬酸的混合物为61.29％。
6.姜黄素-柠檬酸共晶体在腊肠中的应用及对腊肠味觉感官的影响
实验条件：分别将0g、0.5g、1.0g、1.5g的姜黄素-柠檬酸共晶体作为食品添加剂，添加到1500g腊肠原料中，并将其分为A、B、C、D组。将腊肠原料经过60℃，烘焙8h再55℃，烘焙40h得到腊肠样品。腊肠样品切成0.5cm片状，100℃加热20min，关闭热源继续加热5min。将蒸熟腊肠放入斩拌机中粉碎成肉末。取5.0g肉末于50mL离心管中，加入40mL蒸馏水，充分混匀，超声振荡10min。将混匀样品6000rpm离心10min，取30mL上清液于50mL离心管中。加入15mL石油醚，摇匀后，取10mL水层稀释至85mL，且电导率在1000μS/m以下。将得到的最终溶液用于上机检测。
测试条件：TS-5000Z味觉分析系统，使用传感器为鲜味传感器(AAE)、咸味传感器(CT0)、酸味传感器(CA0)、苦味传感器(C00)、涩味传感器(AEI)、甜味传感器(GL1)。基准溶液为0.3mM酒石酸+30mM KCl。
表1和图10可以看出姜黄素-柠檬素共晶体，A-E组的腊肠样品酸度、咸度、涩味和余味B均低于基准溶液。而苦味、鲜味、和丰富度均高于基准溶液。在苦味对比中，A组苦味值最低，为3.66，B组苦味最高，为4.41，C组苦味为3.87，D组苦味为3.90。
表1姜黄素-柠檬酸共晶体添加后，腊肠味觉值的变化
7.姜黄素-柠檬酸共晶体的微观形貌
测试条件：COXMEM EM-30Plus超高分辨率台式扫描电镜，放大倍数为200倍、500倍、1000倍，加速电压为10kV。
图11可以看出姜黄素-柠檬素共晶体的尺寸在50-300μm范围内。姜黄素-柠檬酸共晶体表面平整，具有规则的结构，整体呈现为柱状。
实施例二姜黄素-抗坏血酸共晶体的制备及应用
1.姜黄素-抗坏血酸共晶体的制备方法
称取736.8mg(2.0mmol)姜黄素溶解于50mL混合溶剂(25mL乙腈于25mL乙酸乙酯)，加入352.3mg(2.0mmol)或704.6mg(4.0mmol)抗坏血酸。将溶液置于通风橱，缓慢蒸发12天，得到粗晶体。将粗晶体置于40℃恒温真空烘箱中，干燥2.5h，得到橙红色的姜黄素-抗坏血酸共晶体。
2.姜黄素-抗坏血酸共晶体的结构特征
(1)粉末X-射线衍射(PXRD)
测试条件：常温，光源Cu Kα
电压30kV，电流10mA，测试步长0.014°，扫描速度0.2s/step，衍射角范围3-40°。
(2)傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
测试条件：扫描范围4000-650cm-1，分辨率4.000cm-1，扫描次数128次，衰减全反射技术测定。
(3)差示扫描量热仪(DSC)
分析条件：铝坩埚，氮气氛围(保护气20mL/min，吹扫气60mL/min)，温度范围室温30-320℃，升温速率5℃/min。
3.姜黄素-抗坏血酸共晶体水溶液的释放动力学
测试条件：将过量姜黄素-抗坏血酸共晶体加入蒸馏水中，放置6h，每隔0.5h取样进行姜黄素定量分析。
4.姜黄素-抗坏血酸共晶体的热稳定性
测试条件：将姜黄素-抗坏血酸共晶体分别在不同温度(25℃、55℃)下加热，每间隔一定时间后，取样溶于蒸馏水中，用紫外分光光度计分析样品中姜黄素的浓度。
5.姜黄素-抗坏血酸共晶体抑制荧光型晚期糖化终产物
实验条件：将一定量的酪蛋白溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中，得到8.0mg/mL的酪蛋白溶液，再将一定量的葡萄糖溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中，得到0.4mol/L葡萄糖溶液。将1mL上述酪蛋白溶液与1mL上述葡萄糖溶液混合，并加入20mg姜黄素-抗坏血酸共晶体样品，得到美拉德反应体系。将所得体系置于100℃水浴，加热2h。
测试条件：荧光光谱仪，激发波长330nm，扫描范围370-500nm，扫描间隔2nm。
实施例三姜黄素-烟酰胺共晶体的制备及应用
1.姜黄素-烟酰胺共晶体的制备方法
称取736.8mg(2.0mmol)姜黄素溶解于40mL混合溶剂(15mL甲醇与25mL乙酸乙酯)，加入488.4mg(4.0mmol)或732.6mg(6.0mmol)烟酰胺。将溶液置于通风橱，缓慢蒸发15天，得到粗晶体。将粗晶体置于35℃恒温真空烘箱中，干燥2h，得到红色的姜黄素-烟酰胺共晶体。
2.姜黄素-烟酰胺共晶体的结构特征
(1)粉末X-射线衍射(PXRD)
测试条件：常温，光源Cu Kα
电压30kV，电流10mA，测试步长0.014°，扫描速度0.2s/step，衍射角范围3-40°。
(2)傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
测试条件：扫描范围4000-650cm-1，分辨率4.000cm-1，扫描次数128次，衰减全反射技术测定。
(3)差示扫描量热仪(DSC)
分析条件：铝坩埚，氮气氛围(保护气20mL/min，吹扫气60mL/min)，温度范围室温30-320℃，升温速率5℃/min。
3.姜黄素-烟酰胺共晶体水溶液的释放动力学
测试条件：将过量姜黄素-烟酰胺共晶体加入蒸馏水中，放置6h，每隔0.5h取样进行姜黄素定量分析。
4.姜黄素-烟酰胺共晶体的热稳定性
测试条件：将姜黄素-烟酰胺共晶体分别在不同温度(25℃、55℃)下加热，每间隔一定时间后，取样溶于蒸馏水中，用紫外分光光度计分析样品中姜黄素的浓度。
5.姜黄素-烟酰胺共晶体抑制荧光型晚期糖化终产物
实验条件：将一定量的酪蛋白溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中，得到8.0mg/mL的酪蛋白溶液，再将一定量的葡萄糖溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中，得到0.4mol/L葡萄糖溶液。将1mL上述酪蛋白溶液与1mL上述葡萄糖溶液混合，并加入20mg姜黄素-烟酰胺共晶体样品，得到美拉德反应体系。将所得体系置于100℃水浴，加热2h。
测试条件：荧光光谱仪，激发波长330nm，扫描范围370-500nm，扫描间隔2nm。
6.姜黄素-烟酰胺共晶体的微观形貌
测试条件：COXMEM EM-30Plus超高分辨率台式扫描电镜，放大倍数为200倍、500倍、1000倍，加速电压为10kV。
Claims (10)
1.一种多酚共晶体在抑制食品中的晚期糖化终产物生成的应用，其特征在于，所述多酚共晶体由原料A和原料B制备而成，其中，原料A为多酚类化合物；
原料B为含羧基的有机化合物、含氨基的有机化合物中的任意一种或两种以上；
所述晚期糖化终产物为食品在发生美拉德反应时产生的有害物质。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述原料A为姜黄素，姜黄素的结构式为
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含羧基的有机化合物选自柠檬酸、抗坏血酸、水杨酸中的任意一种或两种以上；所述含氨基的有机化合物选自烟酰胺、异烟肼、苯丙氨酸中的任意一种或两种以上。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的应用，其特征在于，所述多酚共晶体通过如下步骤制备：
原料A用有机溶剂进行溶解后，按一定摩尔比加入原料B混合均匀，将溶液蒸发得到析出的共晶体，将析出的共晶体干燥即得所述多酚共晶体。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇、乙腈、甲醇中的任意一种与乙酸乙酯按照体积比为1:1～2:3的比例混合；原料A与有机溶剂的质量比为1:10～1:15。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，原料A与原料B的摩尔比为1:1～1:3。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述蒸发步骤在25℃～35℃通风橱内进行，缓慢蒸发10～15天。
8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述干燥步骤为将析出的共晶体置于40～45℃真空干燥箱中，加热1～3h。
9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述多酚共晶体添加在含有美拉德反应体系的食品中，有效添加量为0.3～1.0g/kg。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将所述多酚共晶体添加在调理肉制品、腌腊肉制品、酱卤肉制品、发酵肉制品、焙烤食品中，有效添加量为0.3～1.0g/kg。
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