花青素在高压均质操作中的稳定性

花青素在高压均质操作中的稳定性研究花青素在高压均质操作中的稳定性研究 摘摘要：要：大量研究表明含花青素的食物对人体健康具有良好益处， 但是离开自然 生长环境， 花青素就变得极其不稳定。在适宜条件下将其封存于乳浊液滴中能够 提高花青素的稳定性。足够的机械剪切力才能产生乳浊液滴，但是也会同时造成 花青素的温度升高，影响其稳定性。 富含花青素的越橘提取液在乳化过程中常常 会受到定义热和复合热，机械力，应力的影响。在pH3.5 时，能够检测出花青素 的分解， 尤其是由于热应力原因分解的那一部分花青素，时间和温度是此部分花 青素分解量的主要参考参数。研究发现花青素是可以在外界机械力下保持稳定 的。 为了防止花青素在乳化过程中的热分解，一定要控制好乳化过程中的升温时 间。也就是说，要消除高压均质过程中因升温而造成的花青素的损失，可以在处 理过程中添加冰水达到极速冷却的效果。 关键词：关键词：花青素；生物活性组分；稳定性；包装；乳化；热力；机械力 1. 1. 引言：引言： 含花青素食物无论在体外实验、动物实验、还是临床研究中，均显示其具有 较强的抗氧化、抗癌及免疫调节活性。欧洲越橘含有极为丰富的花青素，但是没 有适宜的保护措施，一旦从天然生长环境的植物细胞中分离，其就会失去其稳定 性。研究发现，热力、pH 值大于 4、氧气和特殊酶的存在对加速花青素的分解 具有显著影响。 因此添加到食物中的花青素在储存和人体消化吸收的过程中常常 会迅速分解， 这也就是为什么食用含有大量花青素的食品后却只能在血液中检测 到小部分花青素的原因。 所以关于花青素生物可利用性和生物活性的研究依然很 具挑战性。 本研究， 用乳化剂和甘油三酯形成的单密集层包围亚微粒的水滴，从而形成 纳米容器包裹提取液中的花青素分子达到稳定花青素的目的， 用以食品及其生物 活性的研究。在水滴中的化学组成和pH 的微观环境条件调整来达到花青素稳定 的最优条件。 相关研究报道， 由于油滴在胃部环境中不分解性， 对于花青素而言， 油滴成为其在胃道环境中的完美屏障。甘油三酯将含有花青素的水滴包围住，在 第二水相中有可能进行再次乳化，以适应食品或肠道环境。 （见图 1） 图图 1 1 多重复合乳化结构图 为了向亚微粒水滴中添加生物活性分子， 必须首先将其水相混合，然后经受 高能量输入的乳化阶段，届时大量机械力和热力会作用于这些活性分子。此实验 通过将富含花青素的越橘提取液置于乳化过程中出现的典型热力或机械力点下， 测定花青素分子在水相中的分解情况。 2. 2. 材料和方法：材料和方法： 2.12.1 材料材料 越橘提取物（产品名：600761 型越橘提取物，浓度 25%）是由德国 Kaden 生物化学有限责任公司供应，原材料为欧洲越橘的果渣。调节越橘提取物使得花 色苷含量为 25%（w/w)，总的花青素含量接近 37%（w/w)。盐酸浓度 37%，分 析纯级，CAS 编号 7647-01-0 和矢车菊素-3-葡萄糖苷为 K&R HPLC 级，CAS 编 号 7084-24-4，均购买于德国 Carl Roth 公司。 2.22.2 方法方法 在室温下， 将富含花青素的越橘提取物溶解于蒸馏水中，用磁力搅拌器持续 搅拌 30min， 将提取过程中不可溶解的固体颗粒过滤掉， 制得花青素水溶液备用。 热力稳定性实验： 将浓度为 250ug/ml 的越橘提取液分别加热至 333、 343 和 363K， 这些温度是乳化过程阶段的典型温度。 加热微热交换器中越橘提取物水溶液根据 乳化器的不同需要乳化 30ms 到 5s 不等。 而将花青素样品放置在加热板上达到指 定温度，则会需更长的加热时间，长达 120min，每 30min 测定样品花青素的浓 度。 乳化过程中常伴有机械力产生， 由于机械力会引发热力，因此考察花青素的 稳定性要同时观察花青素受到的机械力和热力。在 300 至 1500bar 不同压力下， 用高压均质机均质 250 和 1000ug/ml 的越橘提取液， 从而测定复合机械热力下花 青素的稳定性。 上述处理过程中产生高剪切率以及高速气流作用于液滴，进而作 用于生物活性分子。高压处理过后， 立即往样品液中加入冰水将溶液温度冷却至 298K。 根据 2006 年 Bonerz,Wurth,Patz,和 Dietrich 描述的方法用分光光度计去测量 样品液中花青素的浓度。将盐酸稀释到5%，分别加入某一浓度的矢车菊素-3-葡 萄糖苷溶液和不同浓度的样品液中。其中固定浓度矢车菊素-3-葡萄糖苷溶液是 用作对照试验，矢车菊素-3-葡萄糖苷是此研究所选越橘体内最主要化学成分。 盐酸的加入使花青苷发色团转变为最稳定的形式-黄烊盐阳离子，其特征吸收波 长基于花青苷糖基化在 500nm-520nm 之间。在添加盐酸前后分别测定溶液在 520nm 处的吸光度。样品中花青苷根据提前含有等量矢车菊素-3-葡萄糖苷测定 好的花青苷标准曲线得到其浓度。根据公式（1）a=c(t)/c(t0)，计算样品的相对花 青苷浓度，c(t0)是样品初始花青苷浓度，c(t)是样品经过热处理或机械处理过后 的浓度。 花青苷降解所需时间由下列第一动力学公式计算而得，即公式（2） ，而阿伦 尼乌斯公式用于计算花青苷降解所需的温度，如公式（3） ： c(t)  c(t 0 ).ek(T).t(2) k(T)  A.eEA/ RT(3) k(T）为温度 T 的降解速率常数，单位(s-1)； A 为阿伦尼乌斯因素，单位(s-1)；EA为活化能，单位[J/mol]；R 为摩尔气体 常量，单位[J/K mol]。 每组实验，平行测定 3 次，3 次实验数据用作各自的分析，实验标准偏差见 后面结果分析。 3. 3. 结结 果果 图 2 为在温度居于 333K 与 363K 之间，pH 为 3.5 时，越橘提取液中花青 苷热降解结果。越橘提取液加热处理的时间从小于1s 到 120min(7200s)，从图中 能得到随着加热时间及加热温度的增加，样液中花青苷的相对浓度在减少。根据 公式（2）应用指数拟合得到花青苷降解速率常数 k，结果如表 1 所示。活化能 EA和阿伦尼乌斯因素 A 根据公式（3）分别测得为 34kJ/mol 和 10.4s-1。 图图 2 2 热处理对花青苷降解的影响 如图.3 所示， 越橘提取液中花青素受到的机械力通过不同压力下的均质过程 而得，从0bar 到 1500bar，尽管在均质前后，提取液温度298K 上升至 319K，样 液中花青苷的相对含量依然基本保持不变，实际上与越橘初始提取液中含量一 致。 表表 1 1 越橘提取液中花青素在不同温度下的降解常数 机械力几乎不会造成花青苷的损失。 此外， 随着处理过程中极速冷却样液的 原因，也没有导致热力损失。由于没有机械损失，因此乳化处理过程中的花青苷 损失仅仅由热力驱使。由此花青苷降解速率常数 k(T)，最终花青苷浓度 c，以及 最终相对花青苷浓度 a 均可以根据公式（1）-(3)计算而得，其中这里 EA为有效 活化能，其值在这里为 34kJ/mol。在温度 319K，加热时间 5s（乳化处理过程)， 花青苷的降解常数 k 为 0.3×1