桑椹花色苷的辅色作用及其微胶囊化研究

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桑椹花色苷作为颜色鲜艳且无副作用的天然色素,具有多种生物活性。本文以桑椹花色苷为研究对象,分别利用分子辅色技术和微胶囊化技术提高桑椹花色苷的稳定性,并探究分子辅色反应的机理,从而拓宽其在食品、化妆品和生物医药等领域的应用。首先选取了七种不同化学结构的酚酸、酚醛(对羟基苯甲酸、原儿茶酸、没食子酸、阿魏酸、咖啡酸、香草酸、香草醛)与桑椹花色苷进行辅色作用。分析辅色反应前后的紫外扫描光谱变化,比较辅色剂浓度、温度、p H等因素对辅色作用的影响。结果表明,p H值在3.5-4.5之间,温度在20℃时有较好的辅色效果。随着辅色剂浓度的增加,复合物水溶液的最大吸收波长发生1-4 nm的红移;在p H值为3.5,20℃条件下,比较最大吸收波长处的吸收光值,可得辅色效果顺序为阿魏酸>咖啡酸>香草酸>没食子酸>原儿茶酸>对羟基苯甲酸>香草醛,阿魏酸辅色效果最好,辅色后最大吸收光值比空白组提高52.94%;辅色剂的化学结构是影响辅色效果的重要因素,结果表明乙烯型酚酸结构的辅色剂(阿魏酸、咖啡酸)辅色效果最好,苯环上连接羟基数目更多的辅色剂辅色效果更好,甲氧基结构比羟基结构有更好的辅色效果;通过热力学公式计算七种辅色反应的热力学参数,发现除了香草醛外辅色反应ΔG°<0,说明其他6种辅色剂参与的辅色反应是一个自发的反应,阿魏酸平衡常数K值最大,吉布斯自由能最小,分别为3.51和-3.06KJ/mol;以吸收光值为指标,热降解实验发现辅色剂可以降低桑椹花色苷降解常数(k)延长半衰期(T1/2),说明辅色剂对提高桑椹花色苷热稳定有较好效果,70℃条件下,咖啡酸可将花色苷半衰期由17.5 h延长至31.28 h。为了进一步探究桑椹花色苷与有机酸辅色反应的机理,首先利用超高效液相色谱-高分辨率飞行时间质谱(UHPLC-Q-TOF-MS)技术对桑椹花色苷进行结构鉴定,结果表明桑椹花色苷中含有四种花色苷单体,分别是飞燕草素-3,5-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-芸香糖苷,其中矢车菊素-3-O-葡萄糖苷含量最高。其次利用UHPLC-Q-TOF-MS技术分析检测七种辅色反应产物,检测到阿魏酸和咖啡酸体系均生成新的花色苷衍生物。选择第二章中筛选得到增色效应最强的阿魏酸、咖啡酸、香草酸与桑椹花色苷中含量最多的矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(C3G)反应,对反应体系进行傅里叶红外FTIR技术分析、分子对接及分子动力学模拟,FTIR图谱显示阿魏酸-C3G复合物与咖啡酸-C3G复合物C-O-C处峰均增强,且有机酸与花色苷之间存在氢键和π-π堆积作用力。分子动力学模拟结果表明:3种有机酸均可与花色苷之间通过形成氢键、π-π堆积的方式,增强结合力,增大花色苷稳定性,且阿魏酸和咖啡酸与桑椹花色苷之间形成的氢键更多,因此结合得更稳定。此外,溶剂可及表面积分析结果表明,疏水相互作用可能也是花色苷有机酸的辅色相互作用之一。最后采用喷雾干燥的方式制备以丝素蛋白、阿拉伯胶为壁材的桑椹花色苷微胶囊,采用p H试差法,以包埋率为指标优化不同壁材、壁材配比、芯壁比、固形物含量四个因素,优化得到最佳包埋条件为壁材配比丝素蛋白:阿拉伯胶为2:1,芯壁比为1:7.5,固形物含量为15%,在此条件下,桑椹花色苷微胶囊包埋率高达95.71%。比较包埋与未包埋的桑椹花色苷在不同温度及p H下的保留率,结果显示包埋后的桑椹花色苷在高温、高p H下的保留率均高于未经包埋的花色苷,说明包埋提高了桑椹花色苷的热稳定性和p H稳定性。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、X-射线衍射(XRD)对桑椹花色苷微胶囊进行结构表征。微胶囊表面有褶皱,未见裂缝,无孔洞,呈团聚状,热稳定性提高,红外光谱结果表明桑椹花色苷已较好地被包埋在壁材里。
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