蓝锭果提取物分析与应用研究进展

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蓝锭果提取物分析与应用研究进展

2023-06-05 22:11| 来源: 网络整理| 查看: 265

农业论文 蓝锭果提取物分析与应用研究进展

时间:2021年11月25日 所属分类:农业论文 点击次数:

摘要:蓝锭果是一种野生浆果,富含维生素、氨基酸、矿物质等营养成分以及多酚类功能活性成分,因其提取物具有丰富的营养、保健和药用价值日益受到人们的关注。本文从制备工艺、鉴别及定量分析、理化性质与稳定化研究和功能应用等方面展开阐述,介绍了蓝锭果的提取净化

  摘要:蓝锭果是一种野生浆果,富含维生素、氨基酸、矿物质等营养成分以及多酚类功能活性成分,因其提取物具有丰富的营养、保健和药用价值日益受到人们的关注。本文从制备工艺、鉴别及定量分析、理化性质与稳定化研究和功能应用等方面展开阐述,介绍了蓝锭果的提取净化方式,定性与定量主要方法,功能、理化性质以及发展趋势,对蓝锭果提取物的研究情况及趋势进行了总结归纳,旨在为蓝锭果提取物合理有效的开发利用提供参考依据。

  关键词:蓝锭果;提取物;分析;发展

  蓝锭(靛)果是一种忍冬科的落叶小灌木植物(LoniceracaeruleaL.)[1],多产于俄罗斯、日本、朝鲜以及中国东北三省。和蓝莓、越橘及黑加仑类似,它的果实也为多汁肉质的浆果[2-3],该植物耐极寒、抗霜冻[4],当温度降低到-40℃仍存活,-8℃时可开花[5]。由于它不易受虫病侵害,因此被看作为一种前景较好的有机作物。蓝锭果的种质和品种繁多[6],果实的成熟度不同其口感也会发生变化[7],除了直接食用外,它也可用于果汁、酒、糕点、果酱、乳制品等多种食品及其他保健类功能性食品[8]。

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  由于它含有丰富的维生素、多酚、黄酮、原花青素和花青素等营养成分或活性成分[9],具有较强的抗氧化功能、抗菌和抗癌功能,国内外学者对它的提取物进行了大量研究,包括提取工艺优化、功效成分鉴定及分离纯化、生理功能、开发利用等,而之前的综述文献仅针对蓝锭果或蓝锭果的某一种提取物或某一方面的研究进展,如蓝锭果色素的研究、蓝锭果利用价值的总结、其加工技术的研究现状,未有全面综合性的叙述。本文归纳了蓝锭果提取物的提取分离、定性定量、理化性质及功能的开发应用情况,为其在食品加工行业的发展提供研发思路,为更合理有效的利用提供参考依据。

  1提取分离研究

  有效的提取是研究蓝锭果提取物的前提。适当的提取手段可提高所需成分的占比,并减少其他杂质的干扰,有利于后续的分离。原料经初步提取后进入分离阶段,分离主要是针对成分复杂的天然产物中的某一种或几种物质,通过分离技术使其与其他物质分开,以纯度较高的形式存在。

  在实际操作中,提取和分离相互关联、相互影响。蓝锭果中花色苷的常见提取方式包括溶剂法提取、微波辅助提取、超声波辅助提取等。当进行结构鉴定时常用酸性甲醇[10]或甲醇水溶液[11],但当蓝锭果提取物用于制备食品时,通常采用酸性乙醇溶液[12]取代毒性较大的甲醇进行提取。Thompson等[13]采用丙酮水溶液对液氮粉化的蓝锭果进行提取,并将离心后的上清液以氯仿洗涤。

  也有研究[14]对比了乙醇和磷酸缓冲盐溶液(pH=7)提取的蓝锭果抗氧化性、维生素C、花色苷、多酚含量和黄酮含量与其他植物提取物的差异。研究结果表明,在对提取物进行不同成分的测定时选取的溶剂也应有所区别[15],磷酸盐溶液用于抗坏血酸含量的测定,去离子水用于糖分及有机酸的测定,乙醇和添加了甲酸的甲醇可分别用于总皂素和单个酚类化合物在测定前的提取[11]。采用超声波提取可以提高效率,减少溶剂用量。微波辅助提取则采用微波对蓝锭果进行立体加热提取其中的有效成分,污染少,效率高。李凤凤等[16]以花色苷提取量为评估对象,采用响应面法优化了微波功率、微波时间、料液比、乙醇体积分数等参数。

  李新原[17]将果实溶于酸化丙酮后加压进行处理得到抗氧化物冻干粉。结果表明超高压处理可提高蓝锭果总抗氧化物提取量,但总酚和花色苷含量会随着压力先增加后减小,VC的含量会受高压的影响损失。最早期的蓝锭果提取物分离方法采用的是纸层析技术。纸层析是以滤纸作为支持物的分配层析,在层析时,以滤芯纸纤维及其结合的水作为固定相,以有机溶剂作为流动相,有快速、设备简便等优点。柱层析也常应用于蓝锭果提取物的分离提纯,一般常用的柱层析填料有离子交换树脂、大孔吸附树脂和凝胶树脂。对于蓝锭果红色素的提取和分离,有人[18]使用了纸层析法和柱层析法,从果实提取液中分离出了2种颜色不同的组分。

  也有研究[10]采用纸层析法将花青素进行分离,得到4个比移(RetentionFactorValue,Rf值),并根据文献[19]判断它的Rf值与矢车菊素的Rf值相吻合。纸层析的缺点在于定性粗糙,定量不准确,且不利于提取后的应用,因此广泛被大孔树脂的纯化和液相色谱定性定量所取代。高速逆流色谱(High-speedCountercurrentChromatography,HSCCC)是一种无载体的液-液分配色谱技术[20],与传统的液-固载体基质相比,它具有减少吸附损失及样品失活,防止溶质峰的拖尾和污染,以及极佳的回收率等优势[12,21]。

  有研究[22]建立高速逆流色谱方法从40mg的粗提取物中成功分离出了6.38mg矢车菊素-3-O-葡萄糖苷,1.08mg矢车菊素-3-O芸香糖苷,1.41mg矢车菊素3,5-双葡萄糖苷,分离纯度可达到97.6%、95.8%和92.4%。并重点考察了两相溶剂体系中5种溶剂(叔丁基甲基醚、正丁醇、乙腈、水、三氟乙酸)的比例对分离目标花色苷的影响。

  在此方法中合适的两相溶剂对其分离成功与否有着极其关键的影响,分离系数过小可能会使得峰分不开,但过大会导致峰宽加大,洗脱时间增加,这也是采用高速逆流色谱进行分离的关键技术点之一。对于界面张力较高的溶剂系统,应使用较高的转速,以使两者之间可以剧烈地混合,从而促进分配和减少质点传递的阻力。对于界面张力较低的系统,应使用较低的转速,以避免过分混合引起的乳化作用和固定相流失的问题。

  2成分及含量研究

  人们研究了蓝锭果提取物中有价值的成分组成及其含量,如VC、矿物质、多酚和环醚烯萜类化合物[23-26],采用的手段涵盖了光谱、色谱、质谱、核磁共振等分析领域。定性定量分析包括了纸色谱法、薄层色谱法、高效液相色谱法、紫外可见光谱法、红外光谱法和核磁共振波谱法。吴信子采用了紫外-可见光吸收光谱、红外、核磁、高效液相色谱等手段对蓝锭果花色苷和花青素进行结构鉴定,结合所获图谱和数据,得到了主要花青素即矢车菊素的结构式[10],马自 超[27]采用了双向层析法和液相色谱法得到蓝锭果红色素有5个组分,含量最多的为花青定-3-葡萄糖苷。

  其余为花青定-3,5-双葡萄糖苷、花青定-3-芸香糖苷、芍药定-3-葡萄糖苷和花青定-3-龙胆二糖。并对其中的3个组分进行了核磁共振谱的研究以确认其结构,他在另一篇研究[18]中测定了采用红外光谱对由蓝锭果中提取的红色素进行了分析,显示出2980cm-1、1650cm-1、1530cm-1、1460cm-1和1390cm-1的吸收峰为花青定。

  采用高效液相色谱进行定性分析时最常见的是二极管检测器,将DAD(diode-arraydetector)或PDA(photodiodearraydetection)设定在一定波长范围内扫描,可得到化合物紫外-可见光谱数据。结合质谱信息可作出结构鉴定,如果从扫描结果中提取最大吸收波长对应的色谱图信息,则可得到色谱指纹图谱。DAD能够获得粗提物中所含成分的色谱指纹图谱和每种成分对应的紫外-可见光谱[28]。

  花色苷的红外光谱主要有苯环、含氧杂环、糖和羟基、甲氧基4部分[29]。其中杂环的C=O键的吸收峰在1630~1620cm-1,苯环和杂环的C-C键有3个吸收峰分别在1605~1580cm-1、1577~1565cm-1、1518~1485cm-1。苯环C-H键的吸收峰在900~800cm-1、4-H在906~885cm-1、6-H在839~848cm-1、8-H在809~830cm-1。B环C-H键的吸收峰位置受取代基影响而发生变化[30-31]。在定量研究方面,WojdyloA[32]通过LCPDA-QTOF/MS鉴定蓝锭果提取物的多酚种类,并通过UPLC-PDA和UPLC-FL进行定量。共鉴定出21种多酚化合物,表现为6种花色苷、6种黄烷-3-醇、4种酚酸、3种黄烷醇和2种黄酮。

  聚合物原花青素和木犀草素衍生物首次建立了定量分析。花色苷的定量分析包括了总花色苷和单个花色苷的测定,前者主要为pH示差法[33-34],后者以液相色谱法[35]或液质联用法[11]居多。pH示差法是一种测花青素含量的方法。它的原理是基于花色苷发色团的结构转换是pH的函数,且褐色降解物的吸收特性不随pH变化。因此在不同pH条件下,分子结构发生变化,最大吸收光值也会不同。

  陈智力[36]以不同有机溶剂对蓝锭果的乙醇提取物浸膏进行提取,采用色价法、消光系数法、pH示差法来对不同提取部位花青素的含量进行比较,发现3个方法结果中正丁醇层含量均为最高,采用比色法测定不同萃取物多酚的含量,得出乙酸乙酯层的多酚类含量最高。

  除了对多酚类物质进行鉴别和定量研究外,也有人针对蓝锭果提取物中的环烯醚萜类化合物进行了提取和分析[37]。从蓝锭果提取物发现鼠李酸和马钱苷含量分别为44%、41%,另外有少量的当药苷和断马钱子苷。在新鲜的蓝锭浆果、果汁和新鲜的果渣中,鉴定出的总的环烯醚萜含量没有发生变化。但浆果的前处理步骤对果渣中环烯醚萜含量有显著影响。

  有研究表明[9]蓝锭果及其果汁经提取后含有7.20%糖类化合物、1.52%脂类、14.62%固形物、12.2%有机酸和4%的酚类化合物,游离糖包含了3.2%葡萄糖、2.9%果糖,结合糖的主要种类则为0.8%葡萄糖、0.2%半乳糖和0.1%阿拉伯糖[38]。Imanishi[4]认为气候和季节的差异影响了蓝锭果中的5种主要糖类成分的含量。由于这些碳水化合物积累的时间与芽尖最耐冷冻的时期相对应,说明糖类的含量和植物的抗冻性可能呈正相关。蓝锭果提取物仅含1.52%的脂质化合物。主要的酸包括了棕榈酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、月桂酸。不皂化物占了总浆果重的0.46%,主要有α糊精、β糊精、豆甾醇和熊果酸[39]。

  3理化性质及稳定性研究

  蓝锭果提取物的理化性质和稳定性紧密相关。稳定性研究主要围绕酶、温度、氧气、光、pH、糖及其降解产物、金属离子的影响展开,它是蓝锭果提取物得以广泛应用于工业生产的关键,因此也有研究涉及到如何增强目标提取物的稳定性。Monika[40]对不同品种蓝锭果提取物的可溶性固形物、pH、有效酸度、VC及花色苷含量进行了比较,发现果汁的pH在1.8~3.8间,可溶性固形物大于10%,VC含量也达到了32%以上。不同品种蓝锭果提取物花色苷含量有明显差别,但VC含量和可溶性固形物含量基本处于同一水平。Aneta[32]也证实了相同结论。雷月等[41]发现温度和光照、不同质量浓度的糖类对蓝锭果多酚抗氧化活性有显著影响,过氧化氢的加入会破坏蓝锭果多酚的抗氧化性。

  Khattab[42]则对不同储存和加工条件下的花色苷稳定性进行了研究,发现在不同的解冻方式中微波能最大保留花色苷。花色苷的降解程度会随着干燥温度的升高而增加,这说明了花色苷的热稳定性受温度的影响较为明显。矢车菊素是最易降解的花青素而芍药素最难降解。这可能是由于稳定性受糖苷配基B环取代基的影响,而羟基的存在减少了中性介质中糖苷配基的稳定性,此外,单糖苷和二糖苷衍生物比未糖基化的糖苷配基更稳定。

  了解稳定性的影响参数有利于改进产品的质量,获得更好的营养指标或实现特定功能的研发。微胶囊化也是常见的稳定性研究。它通过将性能不稳定的物质包埋、封存于高分子材料为壁材的微型胶囊内,减少被包埋的物质与外界接触,以便保持生物活性[43]。这方面的研究主要是针对蓝锭果提取物中的花色苷展开[44]。试验[45]通过正交优化得到制备花色苷微胶囊的工艺,结果表明,经包埋处理后的对光照和高温的稳定性均有大幅提高。

  4蓝锭果提取物的功能及产品开发研究

  由上述研究结果可知,蓝锭果提取物具有丰富的酚类化合物,例如酚酸、花青素、原花青素和其他黄酮类化合物,最近的研究也支持了一些民间说法,认为其在动脉粥样硬化、高血压、胃肠道疾病和细菌感染治疗具有一定的辅助作用,这主要得益于它具有丰富的VC、矿物质、环醚烯萜和高水平的多酚含量[46-49]。

  因此,人们着力于研究它的抗癌抗炎、抗微生物、抗氧化和辐射、护心护胃保肝等特点[50-51],并根据这些特点来进行产品的研发。蓝锭果提取物在天然色素加工方面也有良好的发展前景,由于它表现出来的预防多重疾病和促进健康的功效,也被作为保健食品或辅助治疗药物进行开发利用。有人[52]将蓝锭果和椰肉椰汁混合,添加复合菌种后发酵得到酵素原液,考察了发酵温度、蓝锭果和椰子果浆质量比、菌种比例对花色苷含量、总黄酮、SOD酶活、残糖量的影响,优化了发酵工艺,提供了一种新型的蓝锭果利用方式。

  对蓝锭果花色苷的抗氧化性研究包括了体内外抗氧化的研究,以及对抗氧化能力与其结构间关系的探讨。体外抗氧化研究主要包括了总抗氧化活性研究[41]、对油脂的抗氧化研究和清除自由基作用的研究[36]。其中以清除自由基作用的研究较多[14,17,53],包括了DPPH自由基清除[14]、·OH的清除[54]、超氧阴离子自由基清除[55]、ABTS+·清除[56]、FRAP值的测定[15]。

  有研究对不同亚种的蓝锭果提取物进行总酚含量、花色苷含量与氧自由基清除(ORAC)和总抗氧化能力(FRAP)关联测定研究,发现[13]前两者的含量和后2种抗氧化性呈正相关关系,这为通过育种而开发出富含促进健康的功能性成分的品种提供了参考方向。花色苷是抗氧化的主要功效。由于它的天然缺电子性使得其反应活性很强,但同时也使得其对温度和pH变化较敏感。它的抗氧化性与化学结构有一定关系,改变芳香环上的化学基团的位置和种类,它们从自由基分子接受未配对电子的能力就会发生变化。研究者们针对蓝锭果提取物中含有的活性成分对抗菌抗炎作用的效果也展开了详尽的研究[15,57]。

  Piret[14]发现与沙棘、番茄、蓝莓、黑加仑提取物相比,蓝锭果的花色苷含量最高,有较好的抗氧化性和抗菌功能,但对益生菌并没有表现出抗菌性,说明它可作为功能性成分添加在有益生菌的食品中。研究[58]阐明蓝锭果提取物对炎症和抗氧化剂介导的调节作用,在脂多糖诱导的小鼠爪水肿模型中全面研究了其对23种细胞因子的影响。数据表明,LCBP通过靶向TAK1(一种位于炎症途径中的关键激酶),通过对炎症和抗氧化介质的双重调节来抑制LPS诱导的炎症。

  Anshul评估了蓝锭果提取物对高脂饮食诱导的轻度糖尿病小鼠的抗糖尿病潜力,分析了提取物口服12周后的降血糖和肾保护作用[59]。研究结果表明,与对照小鼠组相比,以400、200和100mg/kg的剂量连续口服蓝锭果提取物84d后,所有糖尿病和相关并发症均随着剂量的增加得到明显改善。同时肝葡萄糖调节酶活性观察到了显著变化。这说明蓝锭果的提取物可以作为有发展 前景的植物来治愈高脂饮食诱发的糖尿病(II型)和相关疾病。

  有人[60]也研究了饮食中添加蓝锭浆果提取物是否能够限制高果糖饮食大鼠诱导的疾病,发现与饲喂对照饮食的大鼠相比,饲喂含蓝锭果提取物饮食的大鼠小肠的黏膜乳糖酶活性增加。在盲肠消化中,饮食中的KHBE大大增加了细菌α-和β-葡萄糖苷酶的活性。研究表明[12],矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cy3G)通过诱导细胞凋亡对肝癌细胞具有抗增殖活性,而确切作用机制仍不清楚,在体内使用花青素来抑制癌症的研究受到了研究者的广泛关注。研究[61-62]发现蓝锭果提取物经洗脱后对前列腺癌和DNA损伤均有抑制作用,且呈量效和时效关系。

  Giovanni[15]的研究也证实了蓝锭果提取物展示出了免疫调节活性,且研究其对UVA和UVB射线诱导的细胞毒性应激和DNA损伤的作用也成为了新的研究方向。结合蓝锭果提取物的主要成分、理化性质及功能研究表明,蓝锭果提取物在抗氧化、抗炎抗癌方面均能发挥出积极的作用,未来可通过基因调节控制体内花色苷的成分及含量,获得目标中的靶向功能。

  5结束语

  综上所述,蓝锭果提取物具有丰富的活性成分及营养物质,在功能性食品的开发利用方面有应用推广的优势。蓝锭果富含多酚、环烯醚萜类化合物、矿物质和维生素等,可应用于食品工业的原料或食品添加剂,如开发饮品、作为着色剂添加于糕点、冷冻饮品中;此外,花色苷的提取纯化分离既可在保健品的研发上发挥优势,也可以为医疗资源提供研究方向。目前的应用研究可朝以下领域展开:

  (1)功能成分精准化提取研究,通过控制提取工艺参数精准分离富集功能性成分。(2)研究成分及含量与靶向功能的相关性,对复合性的功能作用展开综合研究;如研究蓝锭果提取物中花色苷的抗氧化机理,探索羟基所在位置及数量与抗氧化能力的关系,研究不同的成分对抑制α-葡糖苷酶活性、降低总胆固醇、谷草转氨酶等指标的影响。(3)深化蓝锭果提取物的毒理学研究,使其在食品领域中的质量安全得到保障。

  参考文献:

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  [4]GerbrandtEM,BorsRH,ChibbarRN,etal.Bluehoneysuckle(LoniceracaeruleaL.)vegetativegrowthcessationandleafdropphenologicaladaptationtoatemperateclimate[J].GeneticResourcesandCropEvolution,2018,65(5):1471-1484.

  作者:徐文泱,刘漾伦

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