紫甘蓝花色苷分析、吸附分离模型及性质研究

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紫甘蓝花色苷是一类易溶于水的天然食品色素,具有保健、易得等优点。紫甘蓝花色苷的结构分析、分离优化及性质等研究,对于其实际生产和应用具有重要意义。本文改进了紫甘蓝花色苷的液相色谱分析方法,对X-5大孔树脂吸附分离花色苷过程进行了优化和模型研究,并对牛奶中紫甘蓝花色苷的稳定性及其抗氧化性进行了探索。采用甲醇/水代替传统花色苷分析中的乙腈/水体系,对高效液相色谱(HPLC)流动相梯度、柱温、流速和进样量进行考察。得到最佳 HPLC 条件为:Ultimate LP-C18 色谱柱(4.6×250 mm,5 μm);流动相:A相为5%甲酸水溶液,B相为甲醇;梯度洗脱:0-5 min 20-30%B,5-12 min 30-33%B,12-18 min 33-40%B,18-25 min 40-60%B,30min(停止);流速:1.0mL/min;进样量:10μL;检测波长:517 nm;柱温:45 ℃;后运行时间:5 min。在液相分析条件基础上,采用液质联用(HPLC-ESI-MS/MS)技术分析确定了 14种紫甘蓝花色苷单体结构。所研究的紫甘蓝(产地杭州)中,其花色苷的花青素母核均为矢车菊色素,其中单酰化花色苷约占48%,双酰化花色苷约占33%,非酰化花色苷约占19%。结果显示,本文建立的方法可以很好的用于紫甘蓝花色苷的定性和定量分析。对采用大孔树脂吸附分离紫甘蓝花色苷的过程进行了优化和模型研究。考察了 6种大孔树脂(AB-8,LX-60,X-5,LX-68,XDA-8和NKA)的吸附解吸特性,确定X-5为吸附和解吸能力最佳的吸附材料。优化了吸附和洗脱条件,得出pH为4的80%乙醇为最优洗脱剂。优化X-5大孔树脂对紫甘蓝花色苷动态吸附条件,上样量为6 BV,吸附流速为1.5 mL/min时,树脂利用率高;洗脱液体积为4 BV,洗脱流速为1.5mL/min,花色苷洗脱最彻底。经X-5纯化后紫甘蓝花色苷的粉末纯度从0.9%增加为20%。对X-5大孔树脂静态吸附过程进行动力学、等温线和热力学拟合,其静态吸附过程符合准二级动力学(R2=0.9968),其模型计算的平衡吸附量(Qe,c,24.82mg/g)与实验值接近(Qe,23.56 mg/g);X-5静态吸附结果与Langmuir模型等温线方程相关性最好,尤其在低温环境下(25 ℃,R2=0.9943),其中Langmuir常数0<1/KL<1表明吸附有利于进行;热力学分析参数△H°<0且|△H°|<43kJ/mol,△G°<0,△S°>0结果显示树脂吸附为能自发进行的放热的物理吸附过程。方法及模型为紫甘蓝花色苷的树脂纯化工艺工业化应用提供了参考和热动力学数据。研究了紫甘蓝花色苷在牛奶中于70-90 ℃的热稳定性,建立了热降解动力学模型。紫甘蓝花色苷在牛奶和水中的热降解过程均符合一级动力学模型,在相同温度下牛奶中的降解速率大于在水中的降解。温度在70-90 ℃时,紫甘蓝花色苷在牛奶和水中的降解活化能Ea分别为64.71、28.49kJ/mol,表明紫甘蓝花色苷在牛奶中对温度更敏感,易降解。研究了紫甘蓝花色苷在酪蛋白、Na+和Ca2+条件下的热稳定性,结果显示在酪蛋白溶液中紫甘蓝花色苷的降解较快,初步推断在牛奶中紫甘蓝花色苷的加速降解主要是由酪蛋白引起的。HPLC分析降解结果显示,在牛奶和水体系条件下,单酰化花色苷较非酰化或无酰化花色苷稳定。论文通过DPPH法、FRAP法和细胞损伤防护法测定了紫甘蓝花色苷的抗氧化能力。由DPPH和FRAP实验得出在一定浓度范围,紫甘蓝花色苷的抗氧化能力随着浓度的升高而增强。且花色苷溶液浓度一定时,纯化后的紫甘蓝花色苷抗氧化能力高于未纯化的花色苷。细胞的氧化应激实验显示纯化紫甘蓝花色苷浓度在1 mg/mL时,对HepG2细胞的损伤防护效果最好,细胞存活率为82.33%,能显著降低细胞内的活性氧(ROS)水平,荧光强度为104.45%,说明纯化后的紫甘蓝花色苷具有较强的抗氧化性。
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