黑苦荞麦壳原花青素分离纯化、降解及其功能性质研究

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黑苦荞麦壳是富含原花青素的黑苦荞麦加工副产物,占籽粒鲜重的17%左右,随着黑苦荞麦深加工产业的发展,每年有上万吨黑苦荞麦壳被废弃。黑苦荞麦原花青素(black tartary buckwheat proanthocyanidins,BPC)具有极强的抗氧化活性,目前的研究主要集中在其低聚体(black tartary buckwheat oligomeric proanthocyanidins,BOPC),而大量的高聚体(black tartary buckwheat polymeric proanthocyanidins,BPPC)由于其功能活性差而未得到重视。因此,对黑苦荞麦壳原花青素高聚体进行降解研究对提高其功能活性及黑苦荞麦产业的综合效益具有重要意义。本文以黑苦荞麦壳为原料,优化BPC提取工艺,分离纯化得到BPPC和BOPC,并研究BOPC结构组成,然后探究BPPC固体酸降解工艺,对BPPC及其固体酸降解产物的结构进行初步分析,然后分别对其功能性质进行研究。研究内容与结果如下:(1)通过单因素和响应面法考察超声辅助溶剂法提取BPC的最优工艺,得出BPC的最佳提取条件为:超声功率226 W、超声温度48℃、超声时间52 min、料液比1:26(g:m L),此时BPC提取量为24.56±0.23 mg/g。BPC通过乙酸乙酯萃取,AB-8大孔树脂、葡聚糖凝胶LH-20分离并纯化出BPPC和BOPC,所得BOPC纯度为84.5%,平均聚合度为2.38,占黑苦荞麦壳原花青素总质量的44.8%;BPPC的纯度为79.8%,平均聚合度为6.59,占总原花青素的55.2%。运用薄层色谱初步分析后,通过HPLC-MS分析BOPC组成,结果显示,BOPC主要由3种单体(儿茶素、表儿茶素、儿茶素没食子酸),4种二聚体(1种A型二聚体,3种B型二聚体),2种三聚体(1种A型三聚体,1种B型三聚体)组成。(2)建立并优化BPPC的固体酸降解工艺降解。以筛选出的固体酸催化剂Amberlyst-35(A-35)作为降解剂,平均聚合度作为评价指标,采用单因素和正交试验考察固体酸催化剂A-35降解BPPC的最佳工艺,得出适宜的降解工艺条件为:催化剂质量添加比例为10%,反应温度为60℃,反应时间为40 min,此时BPPC的平均聚合度从6.59下降至2.37,降解效果显著。BPPC与降解产物的紫外光谱和傅里叶红外光谱对比图表明,A-35并没有在降解反应中破坏原花青素的活性功能基团和黄烷醇结构。同时降解产物水溶性得到了提高,相比降解之前水溶性提高了12.7%。(3)通过体外抗氧化试验研究BPPC及其固体酸降解产物抗氧化能力。在脂质体体系中,降解产物对脂质体过氧化标志产物CD-POV的抑制率为78.1%,其抑制率是BPPC的1.9倍,和阳性对照BHT和BOPC无显著性差异(p>0.05);在ABTS·+清除试验中,降解产物对ABTS·+的IC50为9.23±0.22μg/m L,其清除能力显著强于BPPC(p>0.05),是BPPC的4.7倍,但是显著低于阳性对照BOPC和BHT(p<0.05);在DPPH自由基清除试验中,降解产物对DPPH自由基的IC50为5.67±0.24μg/m L,其清除活性显著(p<0.05)强于BPPC,清除能力是BPPC的1.9倍;在亚铁离子螯合能力试验中,降解产物和BPPC在浓度为0.5 mg/m L、1 mg/m L时都具有较强螯合亚铁离子的能力,且两者之间无显著性差异(p>0.05),但两者螯合亚铁离子的能力均显著强于阳性对照VC(p<0.05)。因此可初步认为,BPPC经过A-35固体酸降解后,抗氧化能力得到提升。(4)通过体外消化酶抑制试验研究BPPC及其固体酸降解产物的抗营养特性。降解产物对α-淀粉酶、胃蛋白酶、胰脂肪酶都具有不同程度的抑制作用。降解产物对胃蛋白酶的抑制作用最大,IC50为241.53±5.23μg/m L,约为BPPC的4倍;其次是α-淀粉酶、IC50为274.06±6.73μg/m L,约为BPPC的5倍;抑制作用最小的为胰脂肪酶、IC50为3081.06±9.75μg/m L,约为BPPC的1.7倍。BPPC经过A-35固体酸降解后,对这三种消化酶的IC50值均显著性的增加(p<0.05),表明降解产物对这三种消化酶的抑制作用减弱,初步认为,降解产物对营养物质的消化吸收抑制减弱。(5)研究热处理温度、光照、pH值及金属离子对BPPC及其固体酸降解产物稳定性的影响。结果显示:两者在60℃以下的温度环境下、p H为2~4酸性环境中和黑暗避光条件下能表现出良好的稳定性,降解产物的稳定性相较于BPPC有所下降;在浓度为0.01 mol/L的金属离子环境中,Na+和K+对两者的保存率影响较小,总体可以保持较高水平,Ca2+、Al3+和Zn2+对两者的保存率相较空白对照组有所降低,Fe3+和Cu2+对两者有明显的破坏作用,降解产物的稳定性相较于BPPC差异不大。
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