桑葚果渣花青素的提取及稳定性研究

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桑葚(Mulberry)隶属桑科桑属,为多年生木本植物桑树的成熟果实,含有丰富的营养物质和功能性成分。目前在桑葚用于桑葚果汁、桑葚果酒、桑葚果醋的生产中,其加工的主要副产物桑葚果渣产量很大。许多研究表明,桑葚果渣中含有丰富的花青素类物质,具有抗氧化、抗癌、降血糖、降血脂和保护心脑血管等生理功能。因此合理利用桑葚果渣,构建废弃物资源的综合利用模式,具有积极的意义。本文以桑葚果酒企业提供的桑葚果渣为原料,对其花青素的提取、稳定性、结构鉴定及降解机理方面进行了系统的研究。主要研究内容和结论如下:1.桑葚果渣花青素提取工艺研究研究了传统溶剂提取(CSE)、微波辅助提取(MASE)和低共熔溶剂提取(DES)对桑葚果渣花青素的提取效果。通过单因素试验和正交试验确定CSE的最佳工艺参数为:乙醇体积分数为60%,p H 3.5,提取温度50℃,提取时间120 min,料液比1:70,花青素提取量为33.18 mg/g;同时通过响应面优化试验确定了MASE最佳工艺参数为:乙醇体积分数为75%,p H 3.5,微波功率700 W,提取温度50℃,提取时间20 s,料液比1:50,花青素提取量为34.63 mg/g;以及通过响应面优化试验确定了DES的最佳工艺条件为:提取剂氯化胆碱/1,2-丙二醇(摩尔比1:2,含水量40%),微波功率600 W,提取温度40℃,提取时间40 s,料液比1:50,花青素提取量为36.05 mg/g;比较了CSE、MASE和DES在各自最佳条件下的花青素提取量,结果表明MASE和DES提取效果均优于CSE,明显提高了提取效率和提取量;与DES相比,MASE操作简便,试剂易于回收再利用,最终确定MASE为桑葚果渣花青素的最佳提取方法。2.桑葚果渣花青素的稳定性研究对桑葚果渣花青素在不同p H值、温度、光照、金属离子等条件下进行了稳定性研究。结果表明,p H值对桑葚果渣花青素吸收光谱、颜色及稳定性影响较大,p H值升高,花青素稳定性下降;当温度不超过60℃时,花青素相对比较稳定,当温度超过60℃后,高温长时间处理使花青素稳定性急剧下降。同时,随着贮藏时间的延长,花青素的保存率也呈下降趋势,即使在较低温度下贮藏,花青素依然会发生降解;在室外较强阳光照射下,会导致花青素迅速降解;金属离子Al3+和Fe3+具有增色效果,但Fe3+会导致花青素溶液发生降解,使花青素溶液的最大吸收波长蓝移,Al3+对花青素的降解具有抑制作用;低浓度的Na+有抑制花青素降解的作用;Cu2+会使花青素溶液发生褐变,加速花青素的降解;添加Ca2+和Mg2+对花青素溶液稳定性影响不大;在酒精发酵过程和醋酸发酵过程中,花青素含量均会不同程度的下降。3.桑葚果渣花青素结构及降解机理初探1通过紫外-可见吸收光谱结合UHPLC-MS/MS技术,采用全谱分析方法对桑葚果渣花青素的组成结构进行鉴定。结果表明,桑葚果渣花青素有6种单体组分,分别为矢车菊-3-槐糖苷、矢车菊-3-葡萄糖苷、矢车菊-3-芸香苷、天竺葵-3-葡萄糖苷、天竺葵-3-芸香苷和矢车菊素,相对含量分别为0.52%、54.46%、38.88%、5.37%、0.66%、0.11%。2将纯化后的桑葚果渣花青素在100℃水浴加热0、4、8 h,检测其降解产物,并推测其降解路径。结果表明,桑葚果渣花青素的降解途径有两种:矢车菊糖苷的3-糖苷键断裂得到矢车菊素,水分子进攻矢车菊素的C环产生羟基,并进一步被氧化生成槲皮素。另一种降解途径为降解的矢车菊素开环生成不稳定的酮类物质,最终生成原儿茶酸和2,4-二羟基苯甲酸等。3通过UHPLC-MS/MS技术分析了光降解后桑葚果渣花青素组成和所占比例的变化。结果显示,光照后样品中检测到5种花青素单体,分别为矢车菊-3-槐糖苷、矢车菊-3-葡萄糖苷、矢车菊-3-芸香苷、天竺葵-3-葡萄糖苷和天竺葵-3-芸香苷,相对含量发生变化,分别为2.12%、46.52%、42.95%、6.76%、1.65%。桑葚果渣花青素主要成分矢车菊-3-葡萄糖苷和矢车菊-3-芸香苷二者比例由光照前1.38:1降到1.08:1,矢车菊-3-芸香苷所占比例升高,说明矢车菊-3-芸香苷稳定性高于矢车菊-3-葡萄糖苷。4采用UHPLC-MS/MS技术分析酒精发酵和醋酸发酵对花青素组成的影响。结果显示,桑葚果汁和桑葚果酒中均含有所检测到的5种花青素单体,即矢车菊-3-槐糖苷、矢车菊-3-葡萄糖苷、矢车菊-3-芸香苷、天竺葵-3-葡萄糖苷和天竺葵-3-芸香苷,但峰面积降低,含量减少,而在桑葚果醋样品仅检测到矢车菊-3-芸香苷1种花青素单体,说明醋酸发酵对花青素稳定性影响更大。
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