壳聚糖和壳寡糖的抗氧化特性及其抑制苹果果汁褐变机理的研究

论文摘要

苹果汁风味佳美,营养成分丰富且易被人体吸收,是深受人们喜爱的一种果汁饮品。但苹果汁加工生产中的酶促褐变不仅影响了果汁的色泽及风味,而且会大大降低果汁的营养价值。抗氧化剂或抗褐变剂是防止果汁加工中褐变发生的重要措施之一。但人工合成的食品添加剂所带来的食品安全性问题已引起公众的关注,寻找绿色、天然的抗褐变剂已成为目前研究的热点。壳聚糖作为一类富含活性氨基和羟基的天然碱性多糖,在抗氧化和果蔬的保鲜方面已显示出优良的特性。因而,研究壳聚糖在苹果果汁中的防褐变效果具有重要的现实意义。首先,采用醇酸降解法制备不同分子量的壳聚糖。以分子量（Molecular weight, Mw）为1186kDa的壳聚糖（Chitosan, CS）为原材料,降解得到了分子量分别为560kDa（C7）、320kDa（C6）、160kDa（C5）、94KDa（C4）的四种CS样品。采用电位突跃法测定其相应的脱乙酰度（Degree of deacetylation, DD）均在90%以上。说明在CS降解过程中,CS的DD值无明显变化。三种水溶性壳寡糖（Oligochitosans, OCS）的分子量分别为1 KDa（C1）、2 KDa（C2）、5 KDa （C3）。DD值均大于90%。共得到了七种脱乙酰度一定而分子量不同的样品。通过测定上述七种不同分子量的壳聚（寡）糖的自由基（OH·、O2-·、DPPH）清除能力、还原能力和在亚油酸乳化体系中的总抗氧化能力,研究了壳聚（寡）糖的分子量与抗氧化强弱之间的关系。结果表明低分子量OCS（C1-C3）比高分子量CS（C4-C7）具有更强的自由基清除能力:当样品浓度为2 mg/mL时,C1和C2对OH·的清除率高达98.35%和96.52%,C3的清除率为57.64%,而其他的四种壳聚糖的清除率只有39.68%-43.04%;当浓度为10mg/mL时,C1对O2-·的清除率达到了76.54%,而C7的清除率只有28.32%,对O2-·的清除顺序为:C1> C2 > C3 > C4 > C5 > C6 > C7;三种低分子量的OCS（C1-C3）比四种高分子量CS（C4-C7）显示出更强的DPPH清除能力,当壳聚（寡）糖浓度为1mg/mL时,C1-C3的清除能力分别为65.52%、59.41%和53.59%,而C4-C7却分别只有19.38%、14.85%、13.34%和10.53%。三种OCS的还原能力随分子量的降低而不断增大,而四种CS的还原能力非常微弱。当浓度为5mg/mL时,C1-C3的还原力分别为1.337、1.075和0.600,而C4-C7却接近为零。在亚油酸乳化体系中,也表现出分子量越低的OCS对亚油酸过氧化抑制效果越强的现象。上述七种分子量的壳聚（寡）糖中,C1在自由基清除能力、还原力和总抗氧化能力方面均表现的最为优异。以C1为材料研究了它在苹果果汁加工（0h）和储藏（24h、48h）过程中对果汁褐变程度的影响。随着储藏时间的延长苹果汁的褐变程度越来越明显,但浓度为1.0、2.0和4.0 mg/mL的C1可显著抑制苹果果汁的褐变。例如,0h时,它们对苹果果汁褐变的抑制率高达65.24%、74.87%和82.73%。经C1处理的果汁中维生素C（VC）和还原糖含量几乎保持不变,说明C1在抑制褐变的同时并没有影响苹果果汁的营养品质。但总蛋白和总酚含量明显下降,这可能是因为C1通过静电吸附与蛋白质发生了絮凝,以防止蛋白质与多酚类在储藏过程中形成聚合物,导致果汁出现后混浊现象。此外研究了C1能有效抑制苹果果汁褐变的机理。发现C1处理能显著降低果汁中O2-·的含量;延缓抗氧化酶（SOD、POD）活性的下降,使之保持在较高水平;抑制褐变引发酶（PPO）活性。本实验表明壳聚（寡）糖具有很好的抗氧化效果,且分子量越低的OCS抗氧化效果越强。C1能有效抑制苹果果汁褐变的发生并且不会影响果汁的品质。C1之所以能起到抑制果汁褐变的效果可能与其降低了果汁中O2-·的含量,延缓了抗氧化酶活性和抑制了褐变引发酶（PPO）活性有关。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 壳聚糖及其衍生物的抗氧化性能及应用
• 0.1.1 抗氧化活性的评价方法
• 0.1.2 壳聚糖的抗氧化性能
• 0.1.3 壳聚糖衍生物的抗氧化性能
• 0.1.4 壳聚糖及其衍生物抗氧化活性的应用
• 0.2 果汁的褐变及抑制方法
• 0.2.1 褐变的种类
• 0.2.2 抑制果汁褐变的方法
• 0.2.3 酶促褐变的机理
• 0.3 存在的问题
• 0.3.1 壳聚糖抗氧化性能方面存在的问题
• 0.3.2 果汁褐变的抑制及其机理研究中存在的问题
• 0.4 本课题的研究目标和研究内容
• 1 不同分子量壳聚糖的制备
• 1.0 引言
• 1.1 材料与仪器
• 1.1.1 实验材料与试剂
• 1.1.2 主要溶液
• 1.1.3 仪器设备
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 不同分子量壳聚糖的制备
• 1.2.2 壳聚糖分子量的测定
• 1.2.3 壳聚糖脱乙酰度的测定
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 不同降解时间壳聚糖的分子量
• 1.3.2 不同分子量壳聚糖的脱乙酰度
• 1.4 本章小结
• 2 不同分子量壳聚（寡）糖的抗氧化性能
• 2.0 引言
• 2.1 材料与仪器
• 2.1.1 实验材料与试剂
• 2.1.2 主要溶液
• 2.1.3 仪器设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 不同分子量壳聚（寡）糖的自由基清除能力
• 2.2.2 不同分子量壳聚（寡）糖的还原能力
• 2.2.3 不同分子量壳聚（寡）糖的总抗氧化能力
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同分子量壳聚（寡）糖的自由基清除能力
• 2.3.2 不同分子量壳聚（寡）糖的还原能力
• 2.3.3 不同分子量壳聚（寡）糖的总抗氧化能力
• 2.4 本章小结
• 3 壳寡糖对苹果汁的褐变抑制作用及对果汁品质的影响
• 3.0 引言
• 3.1 材料与仪器
• 3.1.1 实验材料与试剂
• 3.1.2 主要溶液
• 3.1.3 仪器设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 苹果汁的制备
• 3.2.2 C1 苹果汁褐变的抑制效果测定
• 3.2.3 苹果果汁中维生素C 含量的测定
• 3.2.4 苹果果汁还原糖含量的测定
• 3.2.5 苹果果汁中总蛋白含量的测定
• 3.2.6 苹果果汁中总酚含量的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 C1 对苹果汁褐变的抑制作用
• 3.3.2 苹果果汁中维生素C 含量
• 3.3.3 苹果果汁中还原糖含量
• 3.3.4 苹果果汁中总蛋白含量
• 3.3.5 苹果果汁中总酚含量
• 3.4 本章小结
• 4、壳寡糖抑制果汁褐变的机理
• 4.0 引言
• 4.1 材料与仪器
• 4.1.1 实验材料与试剂
• 4.1.2 主要溶液
• 4.1.3 仪器设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 C1 对果汁中超氧阴离子自由基的影响
• 4.2.2 C1 对果汁中抗氧化酶活性的影响
• 4.2.3 C1 对果汁中多酚氧化酶（PPO）活性的影响
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 C1 对果汁中超氧阴离子自由基的影响
• 4.3.2 C1 对果汁中抗氧化酶活性的影响
• 4.3.3 C1 对果汁中多酚氧化酶（PPO）活性的影响
• 4.4 本章小结
• 5 总结与讨论
• 6 本文创新点
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果