栀子系列色素的开发与研究

论文摘要

我国栀子资源丰富,特别是近几年天然色素行业具有很好的发展趋势,使栀子色素的开发应用成为一个热点。本项研究的目的在于以提取栀子黄色素副产废液中的京尼平苷为原料,探讨固定化酶法制备栀子蓝色素和栀子红色素优化工艺条件和沉淀法纯化浓缩栀子色素工艺条件,并初步了解了栀子色素的理化性质,为栀子系列色素的综合开发利用提供基础数据。主要研究结果如下:（1）利用响应面实验设计法,对影响纤维素酶固定化率的主要因素海藻酸钠浓度、给酶量、氯化钙溶液浓度和固定化时间的最佳水平范围及其交互作用进行研究,根据实验数据分析,建立了影响纤维素酶固定化的二次多项式数学模型,得出最佳的固定化工艺条件是:海藻酸钠浓度为2.97%,V酶液量/V海藻酸钠量为1:5,氯化钙浓度为1.91%,固定化时间为1.67 h时,纤维素酶的最大理论固定化率为59.686%;并且固定化酶的稳定性优于游离纤维素酶;固定化纤维素酶经分批重复利用20次,其酶活性保留45%以上;在设计1 L的连续酶解过程中,当流量为1.0 mL/min时,酶解效果最佳。（2）利用固定化纤维素酶连续制备栀子蓝色素,并对参数进行优化,得出最佳工艺条件为:反应温度50℃,流速1.0 mL/min,反应时间60 h,氨基酸与苷质量比5:10。采用金属盐沉淀法对栀子蓝色素进行纯化浓缩可明显提高色素的色价。沉淀法纯化浓缩栀子蓝色素的最佳条件为:浓度为0.01 mol/L的Al3+溶液,浓缩率为70%。通过与现有的工艺进行比较,本试验开发的栀子蓝色素新工艺在产品色价、酶的利用率、反应周期和能耗等方面具有一定的优势。（3）建立了栀子蓝色素的高效液相色谱条件,色谱柱:Waters Ultrahydrogel linear色谱柱流动相:0.1 mol/L硝酸钠溶液。经体积排阻色谱法对栀子蓝色素分子量进行表征的结果显示,栀子蓝色素在反应过程中,随反应时间延长,分子体积不断增大,反应达平衡后,其所表现的分子量分布在45.5 kDa附近。（4）利用固定化纤维素酶连续制备栀子红色素的最佳工艺条件为:反应温度50℃,流速0.5ml/min,反应时间60h,氨基酸与苷质量比5:10;经酸沉淀法纯化后的栀子红色素,其色价由原来的46提高到197;该制备栀子红色素的新工艺与现有的工艺相比较,具有一定的优势。（5）栀子红色素溶液在540 nm左右有最大吸收,因此540 nm处色素吸光值的变化可作为栀子红色素理化性质研究的指标,红外光谱分析结果表明,反应生成的栀子红色素可能保留了京尼平苷原有的芳香环结构,而京尼平苷的糖苷键被酶解后生成了新的酚羟基。以0.1 mol/L硝酸钠作流动相,采用高效凝胶色谱法测定栀子红色素的分子量分布,显示栀子红色素所表现的分子量分布在38.6 kDa附近;色素在pH >3范围内具有良好的稳定性,当pH低于3时会发生沉淀,碱性环境对色素有一定的增色护色作用;色素溶液对光的耐受性较差,因此在加工及贮藏过程中应避面日光直接照射;色素对温度具有良好的稳定性;金属离子Na+、K+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Zn2+对色素无不良影响,Fe3+、Cu2+、Al3+、Sn2+会使栀子红色素溶液产生沉淀;常见的还原剂对色素没有明显影响,而抗氧化作用较弱,会使色素发生沉淀或是褪色,因此,在色素的应用及加工工艺中应避免与这些物质接触;各种常见食品添加剂的使用基本不影响色素的品质,因此,栀子红色素的应用范围不受添加剂的限制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 天然食用色素概述
• 1.1.1 天然色素的分类
• 1.1.2 天然色素的制备
• 1.1.3 国内外天然色素的应用现状及其发展趋势
• 1.1.4 天然色素在我国国民经济中的作用
• 1.2 栀子色素概论
• 1.2.1 栀子资源及其分布
• 1.2.2 栀子系列色素概况
• 1.3 栀子蓝色素的研究进展
• 1.3.1 栀子蓝色素的反应机理
• 1.3.2 栀子蓝色素的制备及纯化研究
• 1.3.3 栀子蓝色素稳定性
• 1.3.4 栀子蓝色素衍生物的制备
• 1.4 栀子红色素的研究进展
• 1.5 酶固定化的意义与方法
• 1.6 本课题的立题意义和研究内容
• 第二章 栀子蓝色素制备工艺的研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料与仪器
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 栀子蓝色素的制备工艺流程
• 2.3.2 纤维素酶液的制备
• 2.3.3 固定化酶的制备
• 2.3.4 扫描电镜观察固定化纤维素表面形态
• 2.3.5 固定化纤维素酶活性的测定
• 2.3.6 固定化率的测定
• 2.3.7 固定化纤维素酶稳定性的测定
• 2.3.8 固定化纤维素酶酶解京尼平苷
• 2.3.9 利用固定化纤维素酶制备栀子蓝色素
• 2.3.10 沉淀法纯化浓缩栀子蓝色素
• 2.3.11 色价的计算
• 2.3.12 色素生成率的测定及计算
• 2.3.13 HPLC 法分离栀子蓝色素
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 纤维素酶固定化条件的确定
• 2.4.2 固定化纤维素酶的稳定性
• 2.4.3 固定化纤维素酶在酶解京尼平苷中的应用
• 2.4.4 固定化纤维素酶制备栀子蓝色素
• 2.4.5 沉淀法纯化、浓缩栀子蓝色素
• 2.4.6 栀子蓝色素制备新工艺效果的表征
• 2.4.7 栀子蓝色素分子量的表征
• 2.4.8 栀子蓝色素高效液相色谱条件的优化
• 2.5 结论
• 第三章 栀子红色素制备工艺的研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料与仪器
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 仪器
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 栀子红色素的制备工艺流程
• 3.3.2 利用固定化纤维素酶制备栀子红色素
• 3.3.3 酸沉淀法纯化浓缩栀子红色素
• 3.3.4 色价的计算
• 3.3.5 色素生成率的测定及计算
• 3.3.6 分光光度法检测栀子红色素反应过程
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 固定化纤维素酶制备栀子红色素
• 3.4.2 酸沉淀法纯化浓缩栀子红色素
• 3.5 结论
• 第四章 栀子红色素理化性质的研究
• 4.1 试验材料与仪器
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 仪器
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 栀子红色素母液的配制
• 4.2.2 UV 光谱扫描
• 4.2.3 IR 分析
• 4.2.4 HPLC 检测
• 4.2.5 pH 稳定性试验
• 4.2.6 光稳定性试验
• 4.2.7 热稳定性试验
• 4.2.8 耐氧化还原稳定性试验
• 4.2.9 金属离子稳定性试验
• 4.2.10 对食品添加剂的稳定性试验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 栀子红色素外观及溶解性
• 4.3.2 栀子红色素的UV、IR 分析
• 4.3.3 栀子红色素HPLC 检测
• 4.3.4 pH 对栀子红色素稳定性的影响
• 4.3.5 光照对栀子红色素稳定性的影响
• 4.3.6 加热对栀子红色素稳定性的影响
• 4.3.7 氧化剂还原剂对栀子红色素稳定性的影响
• 4.3.8 金属离子对色素稳定性的影响
• 4.3.9 食品添加剂对色素稳定性的影响
• 4.4 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表作品
• 致谢