栓皮栎橡子壳色素理化性质和抗氧化活性

罗 强1,杨雪果1,施宝珠1,吴烨婷1,蒋鹏飞1,黄慧娜1,韩稳社2,段旭昌1,*,焦振山3

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌 712100;3.陕西省彬县龙高镇人民政府,陕西 咸阳 712000)

摘要:以秦巴山区栓皮栎橡子壳为原料,采用定性实验、紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱及抗氧化实验研究了栓皮栎橡子壳色素的提取、分离、结构、理化性质及抗氧化特性。结果表明:栓皮栎橡子壳色素中含丰富的多酚类物质,其主要成分为缩合单宁,约占总酚含量的89%;光谱分析表明该色素分子中具有分子内氢键、多个苯环和酚羟基结构;易溶于乙醇、甲醇、碱液和水,微溶于乙酸乙酯,不溶于苯,在酸性条件下稳定,碱性条件下颜色加深,对温度、光照有较好耐受性,遇K+、Na+、Ca2+稳定,遇Mg2+、Zn2+、Al3+颜色基本不变,产生沉淀,遇氧化剂易褪色,遇还原剂较稳定;对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力和总还原能力均强于VC,而对超氧阴离子清除能力弱于VC,具有较强的抗氧化能力。

关键词:栓皮栎橡子壳;色素;稳定性;抗氧化

橡子是壳斗科植物果实的总称,全世界共有8 属900余种,我国有6 属301 种,其产量大、资源丰富,年产达1 000万 t[1-2]。陕西省是我国橡子资源大省,橡子产量约占全国总量的50%,其中以栓皮栎为主[3-4]。由于橡子果实含丰富的淀粉和保健功能成分,主要应用于保健功能淀粉的加工[5-13]。每年橡子加工过程中产生了大量的橡子壳废弃物,造成了资源浪费和环境污染。而橡子壳中丰富的多酚、单宁等保健功能成分具有抗氧化、抗癌变、防止心血管疾病、排除体内重金属的功效[14-16],因此可作为开发天然保健品和保健色素的良好原料。

随着人们对合成色素安全性问题的关注,天然色素逐渐成为研究的热点[17]。目前关于橡子壳色素研究报道尚少,张志键等[18]对秦巴山区的栓皮栎橡子壳色素的稳定性做了研究,结果表明其对光、热、氧化剂(H2O2)、还原剂(Na2SO3)及山梨酸钾均具有良好的稳定性,但对柠檬酸、抗坏血酸(VC)、苯甲酸的稳定性相对较差。董孝元[19]对橡壳棕色素的稳定性和体外抗氧化性做了研究,结果表明橡壳棕色素在酸性条件下稳定性最好,对热稳定,Al3+对橡壳棕色素略具护色作用,而Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mg2+不具护色作用;氧化剂和还原剂的加入会影响橡壳棕色素的稳定性;有机酸和糖类的存在能增加橡壳棕色素的稳定性。毛迪锐等[20]的研究结果表明橡子壳色素的耐光性、耐氧化性和耐热性较好,在酸性和中性条件下比较稳定;碱性溶液和还原剂对橡子壳色素影响较大。为开发这种富有利用价值的资源,本研究以秦巴山区栓皮栎橡子壳为材料,研究了橡子壳色素的结构、理化性质和抗氧化活性,为栓皮栎橡子壳色素的开发应用建立一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

栓皮栎橡子采自陕西省商洛市山阳县苍龙山森林公园,经西北农林科技大学吴振海、杨荣慧两位植物分类学教授鉴定确认为壳斗科栎属。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH) 梯希爱(上海)化成工业发展有限公司;抗坏血酸(VC) 成都市科龙化工试剂厂;硫酸、三氯化铁、H2O2、Na2SO3、石油醚、氢氧化钠、95%乙醇、盐酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、亚硝酸钠、邻苯三酚等试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

HC-3018高速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司;DGG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱 北京科伟永鑫实验仪器设备厂;真空旋转蒸发仪 上海申生科技有限公司;UV-2550型紫外分光光度计 日本岛津公司;傅里叶变换红外光谱仪 德国布鲁克光学仪器公司;HH-4恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司;层析柱(1.5 cm×40 cm) 北京满仓科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 栓皮栎橡子壳纯色素的制备

将新鲜栓皮栎橡子洗净后于45 ℃条件下热风干燥48 h,等橡子壳裂开后,手工取橡子壳,用粉碎机粉碎后过80 目筛备用。取一定质量橡子壳粉末放入锥形瓶中,加入橡子壳粉质量5 倍体积的50%乙醇,密封,于45 ℃、200 W超声波仪中提取30 min后,3 000 r/min离心,收集上清液,将残渣再以料液比3∶1(m/V)比例用50%乙醇采用同样方法提取2 次,收集离心上清液,于45℃真空旋转蒸发回收乙醇,当提取液体积浓缩至原体积1/20时,用浓缩液2 倍体积的石油醚洗涤3 次,去除脂肪后真空旋转蒸发至干,即得干燥的粗栓皮栎橡子壳色素粉,于5 ℃条件下低温保藏备用[20]。将粗的栓皮栎橡子壳色素粉用蒸馏水配制成质量浓度5 mg/mL,采用D4020大孔树脂,以流速2 BV/h、pH 3.0,按2 BV体积上样;以70%乙醇、流速2 BV/h,按2.5 BV体积解吸,获得栓皮栎橡子壳纯化色素液,浓缩至干,即得栓皮栎橡子壳色素。

1.3.2 色价的测定

准确称取0.01 g纯化前后干燥的色素粉末,用40%乙醇稀释于100 mL容量瓶中,再准确吸取稀释液10 mL,稀释至100 mL,用分光光度计在276 nm波长处测定其吸光度,以40%乙醇作参照液。按式(1)计算色价E。

式中:A为稀释后试样的吸光度;F为橡子壳色素溶液稀释倍数(100);m为色素质量/g。

1.3.3 栓皮栎橡子壳色素成分的测定

1.3.3.1 色素成分的定性实验

色素成分的定性分析参照文献[21]。

单宁的测定:将5 g氯化钠与0.59 g明胶混合,定容至50 mL,配成明胶溶液,取1 mL质量浓度为3 mg/mL的栓皮栎橡子壳色素水溶液加入明胶溶液中,若有白色沉淀生成,则说明有单宁存在。

缩合单宁的测定:将2 mL质量浓度为3 mg/mL的栓皮栎橡子壳色素水溶液与2 mL 30%稀硫酸混合后在试管中煮沸,如出现棕红色沉淀,证明试样中含有缩合单宁。

酚的测定:将3 mL质量浓度为0.1 mg/mL的栓皮栎橡子壳色素水溶液置于10 mL容量的试管中,加入1 mL 3 g/100 mL的三氯化铁溶液,如出现蓝色或绿色反应,证明试样中含有酚类物质,如出现红色反应,证明试样中含有羟肟酸类物质。

黄酮的测定:在质量浓度为3 mg/mL橡子壳色素乙醇溶液中滴加1 g/100 mL三氯化铝乙醇溶液,如产生鲜黄色铝螯合物并伴有荧光,则证明试样中含有黄酮类物质。

1.3.3.2 栓皮栎橡子壳色素总酚、单宁含量的测定

参照文献[22],以没食子酸为标准,采用福林-酚法测定橡子壳色素总酚含量,采用磷钼钨酸-皮粉比色法测定单宁含量。

1.3.4 栓皮栎橡子壳色素的光谱分析

1.3.4.1 紫外光谱

取纯化后的橡子壳色素用50%甲醇溶液配制成一定浓度的色素溶液,以50%甲醇为对照,在200~800 nm波长范围内测定色素的紫外-可见吸收光谱,依据吸收光谱分析其成分结构。

1.3.4.2 傅里叶变换红外光谱

采用压片法对纯化后橡子壳色素进行傅里叶变换红外光谱测定。将0.002 g干燥的色素与0.2 g溴化钾混匀并充分研磨后在压片机上压片,确认采集参比背景光谱后,将制好的样品压片放入光谱仪内进行400~4 000 cm-1波数范围扫描,测定色素的红外吸收光谱,结合紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱推测色素的组成成分。

1.3.5 栓皮栎橡子壳色素理化特性实验

1.3.5.1 橡子壳色素溶解度测定

栓皮栎橡子壳色素浓度与吸光度标准曲线绘制:精确称取0.100 0 g纯化色素,用蒸馏水溶解定容至100 mL,配成1 mg/mL橡子壳色素溶液,然后再用水稀释成0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg/mL的色素溶液,在276 nm波长处测定各色素溶液吸光度,制作标准曲线,确定栓皮栎橡子壳色素溶液与吸光度关系。

橡子壳色素溶解度的测定:准确称取8 份0.20 g纯化后的色素置于8 个试管中,分别加入10 mL的水、pH 2.0 HCl溶液、pH 10.0 NaOH溶液、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯,在室温条件下振荡1 h后过滤(饱和溶液),用相应的溶剂稀释一定倍数后,以相应溶剂为对照,在276 nm波长处测定各溶液绝对吸光度。根据标准曲线以及吸光度,计算不同溶剂中栓皮栎橡子壳色素的溶解度。

1.3.5.2 pH值对色素稳定性的影响

在Tan Mingxiong等[23]的方法上做适当的改进,将5 mL质量浓度为0.05 mg/mL的橡子壳色素水溶液分别用pH 2、3、4、5、6、7、8、10、12的磷酸盐缓冲溶液定容至10 mL,静置30 min后,以各自缓冲溶液为对照,测定各溶液在最大吸收波长处的吸光度,观察颜色变化,研究pH值对色素稳定性的影响。

1.3.5.3 温度对色素稳定性的影响

将4 份质量浓度为0.05 mg/mL的橡子壳色素水溶液25 mL分别置于25、50、75、100 ℃水浴中,2.5 h后,以水为对照,测定各溶液在最大吸收波长处的吸光度,观察颜色变化,研究温度对色素稳定性的影响。

1.3.5.4 光对色素稳定性的影响

取3 份质量浓度为0.05 mg/mL的橡子壳色素水溶液25 mL置于密封的透明白色玻璃瓶中,分别于室外日光、室内自然光、紫外光下(紫外光白天照射12 h,晚上停止照射,紫外灯距离样品29 cm)放置1 周后,以水为对照,测定各溶液在最大吸收波长处的吸光度,观察颜色变化,研究光照对色素稳定性的影响。

1.3.5.5 金属离子对色素稳定性的影响

取6 份质量浓度1 mg/mL的橡子壳色素水溶液1 mL分别置于25 mL容量瓶中,再分别加入金属离子浓度为0.05 mol/L的MgSO4、CaCl2、NaCl、AlCl3、ZnSO4、KCl溶液定容,于室温条件下黑暗处放置24 h后,以各离子溶液为空白对照,测定各溶液在最大吸收波长处的吸光度,观察颜色变化,研究不同金属离子对色素稳定性的影响。

1.3.5.6 氧化剂对橡子壳色素稳定性的影响

取6 份1 mg/mL的橡子壳色素溶液1 mL分别放于25 mL容量瓶,加入不同量的H2O2,使H2O2定容后的体积分数分别为0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%,静置30 min后测定各溶液在最大吸收波长处的吸光度,观察颜色变化,研究氧化剂对色素稳定性的影响。

1.3.5.7 还原剂对橡子壳色素稳定性的影响

取6 份0.5 mg/mL的橡子壳色素溶液0.5 mL分别放于10 mL容量瓶,加入不同量Na2SO3,使其定容后质量浓度分别为0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/100 mL,静置30 min后测定各溶液在最大吸收波长处的吸光度,观察颜色变化,研究还原剂对色素稳定性的影响。

1.3.6 栓皮栎橡子壳色素抗氧化性研究

1.3.6.1 栓皮栎橡子壳色素清除DPPH自由基能力的测定

参考Kusznierewicz等[24]方法略有改动。将橡子壳色素及VC配制成质量浓度分别为5、10、15、20、25、30 μg/mL的水溶液,在4 mL浓度为0.2 mmol/L DPPH的95%乙醇溶液中分别加入1 mL不同浓度待测的橡子壳色素或VC溶液,振荡混匀后,室温避光放置30 min,在517 nm波长处测定各溶液吸光度,按式(2)计算各溶液对DPPH自由基清除率。

式中:A0为蒸馏水为空白对照的吸光度;A1为样品+4 mL 95%乙醇溶液的吸光度;A为样品+4 mL 0.2 mmol/L DPPH的95%乙醇溶液的吸光度。

1.3.6.2 栓皮栎橡子壳色素总还原能力的测定

参考张泽生等[25]的方法,以VC做阳性对照,测定栓皮栎橡子壳色素的总还原能力。

1.3.6.3 栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基能力的测定

参考郭雪峰等[26]方法,略有改动。以VC作为对照,采用邻苯三酚法测定橡子壳色素对超氧阴离子自由基的清除能力。分别取pH 8.2的Tris-HCl缓冲液5 mL与4.7 mL蒸馏水置于10 支试管中,混匀于25 ℃水浴中保温20 min。然后分别加入1 mL不同质量浓度橡子壳色素或VC溶液,再加入0.3 mL 3 mmol/L邻苯三酚溶液(于25 ℃保温),混匀9 min后,再加入2 滴8 mol/L HCl终止反应,于320 nm波长处测定吸光度,以蒸馏水做空白实验,以蒸馏水代替邻苯三酚做对照实验,按式(3)计算样品的超氧阴离子自由基清除率。

式中:As为试样反应后吸光度;A0为蒸馏水代替邻苯三酚对照实验吸光度;Ab为蒸馏水空白实验吸光度。

2 结果与分析

2.1 栓皮栎橡子壳色素纯化前后色价的比较分析

栓皮栎橡子壳粉经用50%乙醇超声波提取的粗色素得率为10.1%。栓皮栎橡子壳粗色素的色价测定结果为127.47±1.27,经大孔树脂纯化后的色素色价测定结果为207.67±1.40,纯化后的色素色价比粗色素色价提高了62.91%。纯化色素得率为粗色素的82.3%,相对橡子壳粉的得率为8.3%。

2.2 栓皮栎橡子壳色素定性实验结果分析

橡子壳色素的定性实验结果由表1分析可知,橡子壳色素中含有酚类物质,且酚类物质含有单宁成分(缩合单宁)。

表1 栓皮栎橡子壳色素定性实验结果
Table 1 Qualitative analysis results of Quercus variabilis acorn shell pigment

2.3 栓皮栎橡子壳色素中总酚、单宁含量

橡子壳色素的总酚、单宁含量测得结果见表2。橡子壳色素以酚类物质为主,而其酚类物质的主要成分为单宁,占到总酚含量的88.78%。粗色素中总酚含量为57.29%,而单宁含50.87%。纯化后橡子壳色素总酚含量提高至70.04%,单宁含量提高至62.91%,单宁占总酚含量的89.82%,说明色素成分除了单宁外还含有10%的其他酚类物质。

表2 纯化前后栓皮栎橡子壳色素总酚、缩合单宁的含量
Table 2 Total phenol and condensed tannin contents of the Quercus variabilis acorn shell pigment before and after purification

2.4 栓皮栎色素的光谱分析

图1 纯化后的栓皮栎橡子壳色素紫外-可见吸收光谱图
Fig. 1 UV-vis absorption spectrum of the purified Quercus variabilis acorn shell pigment

由图1可知,栓皮栎橡子壳色素分别在224 nm和276 nm波长处有2个强吸收,且224 nm波长处的吸收强度明显大于276 nm处。其吸收峰位置与酚羟基在210 nm和270 nm波长附近吸收带相接近[27],说明栓皮栎橡子壳色素分子结构中含有较多酚羟基。

图2 纯化后栓皮栎橡子壳色素的傅里叶变换红外光谱图
Fig. 2 Fourier transform infrared spectrum of the purified pigment

由图2可知,橡子壳色素的近红外吸收有11 个峰,在3 423 cm-1处有一宽而强的振动吸收峰,可能是色素分子形成氢键缔合的—OH伸缩振动吸收峰。在2 360 cm-1与2 339 cm-1处有两个尖的吸收峰,这可能是空气中CO2的干扰所引起的吸收。在1 720 cm-1处的尖吸收峰是非共轭羰基的特征吸收峰,在1 612、1 517、1 445 cm-1处的吸收峰是芳环骨架振动引起的较强特征吸收峰。在1 368 cm-1处吸收峰是C—H伸缩振动引起的特征吸收峰,在1 280 cm-1和1 110 cm-1处的吸收峰是C—O伸缩振动和C—O—H面内弯曲振动吸收特征峰,说明橡子壳色素分子中具有分子内氢键结构,同时含有多个苯环、酚羟基[28-30]

2.5 栓皮栎橡子壳色素的理化性质分析

2.5.1 栓皮栎橡子壳色素的溶解度

栓皮栎橡子壳色素在0.01~0.07 μg/mL范围内其质量浓度与吸光度之间表现出良好的线性关系,线性方程为y=13.443x+0.050 9,相关系数R2=0.997 4,可以据此确定测定橡子壳色素的溶解度。

纯化后的栓皮栎橡子壳色素在不同溶剂中的溶解度测定实验结果见表3,栓皮栎橡子壳色素在乙醇、甲醇、碱溶液、水的中有较高的溶解性,微溶于乙酸乙酯,不溶于苯,其溶解度大小依次为乙醇>甲醇>碱溶液>水>酸溶液。

表3 栓皮栎橡子壳色素在不同溶剂中的溶解度
Table 3 Solubility of the pigment in different solvents

2.5.2 pH值对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响pH值对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响实验结果见表4。随着溶液pH值的增加,栓皮栎橡子壳色素溶液的吸光度增加。当溶液显酸性时,随着pH值的降低,色素颜色基本保持不变,显示淡黄色,当溶液显碱性时,随着pH值的增加,色素颜色变深,由淡黄色变为棕色再到棕褐色。这种现象的出现可能是因为色素分子中的酚羟基在碱性条件下被氧化为羰基,助色基团被释放导致色泽加深。说明碱性溶液对栓皮栎橡子壳色素分子结构影响较大,而酸性溶液对橡子壳色素分子结构影响较小。

表4 pH值对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响
Table 4 Effect of pH on the stability of the pigment

2.5.3 温度对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响温度对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响实验结果见表5。随着处理温度的升高,色素溶液在276 nm波长处的吸光度增加,色素颜色稍有加深,这可能是因为随着温度的升高色素的氧化加速所致,说明温度对栓皮栎橡子壳色素稳定性具有一定的影响。

表5 温度对栓皮栎橡子壳色素稳定性影响
Table 5 Effect of temperature on the stability of the pigment

2.5.4 光照对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响

表6 光照对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响
Table 6 Effect of light on the stability of the pigment

光照对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响实验结果见表6。栓皮栎橡子壳色素经不同光照处理,其吸光度变化不明显,且栓皮栎橡子壳色素溶液的颜色未发生明显变化,无沉淀产生。这说明栓皮栎橡子壳色素对光稳定。

2.5.5 不同金属离子对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响

表7 金属离子对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响
Table 7 Effects of metal ions on the stability of the pigment

不同金属离子对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响实验结果见表7。加入K+、Na+、Ca2+的色素溶液吸光度与原溶液吸光度相差不明显,而且色素溶液透明,未见色素溶液颜色有明显变化,说明栓皮栎橡子壳色素对K+、Na+、Ca2+稳定。而加入Mg2+、Zn2+、Al3+的色素溶液的吸光度比原色素溶液减小,颜色基本不变,但溶液变得较为浑浊,说明栓皮栎橡子壳色素对Mg2+、Zn2+、Al3+的稳定性较差,发生这种现象的原因可能是栓皮栎橡子壳色素中含有的单宁与金属离子产生沉淀反应所致。

2.5.6 氧化剂对栓皮栎橡子壳色素稳定性影响

表8 氧化剂对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响
Table 8 Effect of oxidant on the stability of the pigment

氧化剂对栓皮栎橡子壳色素稳定性影响实验结果见表8。随着氧化剂H2O2体积分数的增高,色素溶液的吸光度下降,颜色变浅,而且较低体积分数的H2O2就有较强的褪色作用,表明栓皮栎橡子壳色素对氧化剂的稳定性较差。

2.5.7 还原剂对栓皮栎橡子壳色素稳定性影响

表9 还原剂对栓皮栎橡子壳色素稳定性的影响
Table 9 Effect of reducing agents on the stability of the pigment

还原剂对栓皮栎橡子壳色素稳定性影响实验结果见见表9。随着还原剂Na2SO3质量浓度的增加,色素吸光度稍有增大,颜色变化不显著,说明栓皮栎橡子壳色素对还原剂较为稳定。

2.6 栓皮栎橡子壳色素的抗氧化作用分析

2.6.1 栓皮栎橡子壳色素清除DPPH自由基能力分析

图3 栓皮栎橡子壳色素清除DPPH自由基能力
Fig. 3 DPPH radical scavenging capacity of the pigment

以VC为对照,栓皮栎橡子壳色素清除DPPH自由基的实验结果见图3,栓皮栎橡子壳色素对DPPH自由基的清除率高于VC。经计算,栓皮栎橡子壳色素的半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC50)为20.84 μg/mL,而VC的IC50为27.72 μg/mL,栓皮栎橡子壳色素的IC50小于VC,说明栓皮栎橡子壳色素对DPPH自由基的清除能力强于VC。

2.6.2 栓皮栎橡子壳色素总还原能力分析

图4 栓皮栎橡子壳色素总还原能力
Fig. 4 Reducing powers of the pigment

以VC作为对照,栓皮栎橡子壳色素的总还原能力实验结果见图4,栓皮栎橡子壳色素对Fe3+的还原能力高于VC,说明栓皮栎橡子壳色素具有较强的总还原能力。

2.6.3 栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基分析

图5 栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基能力
Fig. 5 Superoxide anion radical scavenging capacity of the pigment

以VC作对照,栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基实验结果见图5,随着栓皮栎橡子壳色素质量浓度的增加,清除超氧阴离子自由基的能力增强。当栓皮栎橡子壳色素在质量浓度低于150 μg/mL时,栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基的能力强于VC。当色素质量浓度高于150 μg/mL时,其清除超氧阴离子自由基的能力弱于VC。经计算,栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基的IC50为226 μg/mL,VC清除超氧阴离子自由基的IC50为192 μg/mL,色素的IC50值大于VC,说明栓皮栎橡子壳色素清除超氧阴离子自由基的能力弱于VC。

通过栓皮栎橡子壳色素的几种体外抗氧化实验结果分析可知,栓皮栎橡子壳色素具有较强的抗氧化能力。

3 结 论

栓皮栎橡子壳中含有丰富的多酚类色素成分,其主要成分为缩合单宁,约占色素多酚的90%。栓皮栎橡子壳色素的紫外可见吸收在224 nm和276 nm波长处有两个强吸收峰,傅里叶变换红外光谱在3 423、1 720、1 612、 1 517、1 445、1 368、1 280 cm-1和1 110 cm-1处有较强吸收峰,说明橡子壳色素分子中具有分子内氢键结构,同时含有多个苯环,酚羟基。栓皮栎橡子壳色素易溶于乙醇、甲醇、碱水、水,微溶于乙酸乙酯,不溶于苯。在酸性条件下稳定,在碱性条件下颜色加深,对温度、光照、K、Na、Ca2+稳定,遇Mg2+、Zn2+、Al3+颜色基本不变但产生沉淀。氧化剂易引起栓皮栎橡子壳色素褪色,而栓皮栎橡子壳色素对还原剂较为稳定。栓皮栎橡子壳色素清除DPPH自由基能力、总还原能力均强于VC,而清除超氧阴离子自由基能力弱于VC,因此栓皮栎橡子壳色素具有较强的抗氧化能力和自由基清除能力。

参考文献:

[1] HOU X G, YI X F, YANG Y Q, et al. Acorn germination and seedling survival of Q. variabilis: effects of cotyledon excision[J]. Annals of Forest Science, 2010, 67(7): 711. DOI:10.1051/forest/2010036.

[2] 白坤, 赵智星, 景晓辉. 橡子资源的开发和产品加工技术[J]. 中国商办工业, 2000(5): 50-51.

[3] 关贵兰. 橡子淀粉的工业化生产[J]. 淀粉与淀粉糖, 2000(1): 4-8.

[4] 李登武, 刘国彬, 张文辉, 等. 秦巴山地栓皮栎所在群落主要乔木树种种间联结性的研究[J]. 西北植物学报, 2003, 23(6): 901-905. DOI:10.3321/j.issn:1000-4025.2003.06.006.

[5] 魏练平, 毛非鸿, 蒋立科, 等. 橡子营养成分及其加工利用的初步研究[J]. 安徽农学通报, 2007, 13(9): 137-138. DOI:10.3969/ j.issn.1007-7731.2007.09.072.

[6] 孙铁锤. 食用橡籽淀粉的批量生产与橡籽资源的综合利用[J]. 贵州化工, 2005, 30(4): 12-13; 18. DOI:10.3969/j.issn.1008-9411.2005.04.005.

[7] 郭王达, 罗勤贵, 张国权. 碱性蛋白酶水解脱除蛋白的橡子淀粉分离工艺条件优化[J]. 粮食加工, 2011, 36(5): 36-39. DOI:10.3969/ j.issn.1007-6395.2011.05.016.

[8] 孙铁锤, 王子坚, 何文光, 等. 食用橡籽淀粉的批量生产及其资源的综合利用[J]. 山地农业生物学报, 2005, 24(5): 460-462. DOI:10.3969/j.issn.1008-9411.2005.04.005.

[9] 杨萍, 张传军, 邓开野. 橡子米酒的生产工艺研究[J]. 食品工业科技, 2005, 26(11): 93-96. DOI:10.3969/j.issn.1002-0306.2005.11.027.

[10] 钟昔阳, 张景强. 橡子凉粉的研制[J]. 食品科技, 2002, 27(12): 26-27. DOI:10.3969/j.issn.1005-9989.2002.12.010.

[11] 王继伟. 橡子挂面的研制[J]. 食品科学, 2002, 23(3): 95-96. DOI:10.3321/j.issn:1002-6630.2002.03.023.

[12] 胡芳名, 李建安, 李若婷. 湖南省主要橡子资源综合开发利用的研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2000, 20(4): 41-45. DOI:10.3969/ j.issn.1673-923X.2000.04.005.

[13] 阮家武. 橡子粉丝生产方法[J]. 技术与市场, 2004(1): 14.

[14] COOK N C, SAMMAN S. Flavonoids-chemistry, metabolism, cardioprotective effects, and dietary sources[J]. Journal of Nutritional Biochemistry, 1996, 7(2): 66-76. DOI:10.1016/0955-2863(95)00168-9.

[15] 张志健, 王勇. 我国橡子资源开发利用现状与对策[J]. 氨基酸和生物资源, 2009, 31(3): 10-14. DOI:10.3969/j.issn.1006-8376.2009.03.003.

[16] 任莹, 陈炳卿, 刘颖, 等. 橡子面拮抗铅毒性的作用及对微量元素的影响[J]. 中国食品卫生杂志, 1996(3): 4-8. DOI:10.13590/ j.cjfh.1996.03.002.

[17] 李传欣, 张华, 李景琳. 食用天然色素的应用及发展趋势[J]. 辽宁农业科学, 2001(1): 29-32. DOI:10.3969/j.issn.1002-1728.2001.01.009.

[18] 张志健, 李新生. 橡子壳色素稳定性研究[J]. 中国食品添加剂, 2010(3): 135-138. DOI:10.3969/j.issn.1006-2513.2010.03.024.

[19] 董孝元. 橡壳棕色素提取、纯化和性能研究[D]. 武汉: 湖北工业大学, 2013: 39-40.

[20] 毛迪锐, 姜贵全, 孙广仁. 橡子壳色素提取工艺及稳定性[J]. 北华大学学报(自然科学版), 2014(5): 665-670. DOI:10.11713/ j.issn.1009-4822.2014.05.025.

[21] 王俊儒, 张继文. 天然产物提取分离与鉴定技术[M]. 杨凌: 西北农林科技大学出版社, 2005: 49-50.

[22] POLITI F A S, de MELLO J C P, MIGLIATO K F, et al. Antimicrobial, cytotoxic and antioxidant activities and determination of the total tannin content of bark extracts Endopleura uchi[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2011, 12(4): 2757-2768. DOI:10.3390/ijms12042757.

[23] TAN Mingxiong, GAN Dianhua, WEI Liuxin, et al. Isolation and characterization of pigment from Cinnamomum burmannii’ peel[J]. Food Research International, 2011, 44(7): 2289-2294. DOI:10.1016/ j.foodres.2010.05.022.

[24] KUSZNIEREWICZ B, PIEKARSKA A, MRUGALSKA B, et al. Phenolic composition and antioxidant properties of Polish blue-berried honeysuckle genotypes by HPLC-DAD-MS, HPLC postcolumn derivatization with ABTS or FC, and TLC with DPPH visualization[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(7): 1755-1763. DOI:10.1021/jf2039839.

[25] 张泽生, 贺伟, 刘甜甜, 等. 白藜芦醇的体外抗氧化活性[J]. 食品科学, 2012, 33(11): 266-268.

[26] 郭雪峰, 岳永德, 汤锋, 等. 用清除超氧阴离子自由基法评价竹叶提取物抗氧化能力[J]. 光谱学与光谱分析, 2008(8): 1823-1826. DOI:10.3964/j.issn.1000-0593.2008.08.031.

[27] 张征. 香蕉皮中多酚物质的提取分离与结构鉴定[J]. 科技资讯, 2015(7): 79. DOI:10.3964/j.issn.1000-0593.2008.08.031.

[28] 张福娣. 自制黑米色素的红外光谱分析[J]. 光谱实验室, 2005(3): 531-533. DOI:10.3969/j.issn.1004-8138.2005.03.023.

[29] 李琦, 侯丽华, 刘鑫, 等. 黑木耳黑色素鉴定及提取工艺优化[J]. 食品科学, 2010, 31(16): 87-92.

[30] 陈晓, 叶明, 陈炜, 等. 山核桃壳棕色素的生物活性及其红外光谱分析[J]. 食品科学, 2011, 32(5): 115-118.

Physicochemical Properties and Antioxidant Activity of Quercus variabilis Acorn Shell Pigment

LUO Qiang1, YANG Xueguo1, SHI Baozhu1, WU Yeting1, JIANG Pengfei1, HUANG Huina1, HAN Wenshe2, DUAN Xuchang1,*, JIAO Zhenshan3
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China; 2. College of Natural Resources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, China; 3. LongGao Government of Shaanxi Binxian, Xianyang 712000, China)

Abstract:Pigment was extracted from Quercus variabilis acorn shell harvested from Qinba mountain area, China and it was qualitatively analyzed and structurally characterized by ultraviolet-visible (UV-vis) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Meanwhile, the antioxidant activity was evaluated. The results showed that the pigment contained abundant polyphenols, with condensed tannins being the predominant species, accounting for up to about 89% of the total polyphenols. The UV-vis and FTIR analysis proved that the pigment molecule contained intramolecular hydrogen bonds as well as multiple benzene rings and phenolic hydroxyl groups. The pigment was easily soluble in ethanol, methanol, alkali solution and water, slightly soluble in ethyl acetate, and insoluble in benzene. The pigment exhibited good stability in acidic environments, but its color became darker with increasing pH in alkali environments. The pigment had good resistance to light and heat, and it was stable in K+, Ca2+and Na+solution and could basically retain its color although generating a precipitate in Al3+, Mg2+and Zn2+solution. The color of the pigment was obviously faded in antioxidant solution but was not changed in reducing agent solution. The 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging capacity and reducing power of the pigment were stronger than those of VC, while the superoxide anion scavenging capacity was slightly weaker than that of VC. Therefore, the pigment has a good antioxidant effect in vitro.

Key words:Quercus variabilis acorn shell; pigment; stability; antioxidant activity

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711021

中图分类号:TS202.3

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)11-0128-07

引文格式:

罗强, 杨雪果, 施宝珠, 等. 栓皮栎橡子壳色素理化性质和抗氧化活性[J]. 食品科学, 2017, 38(11): 128-134. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711021. http://www.spkx.net.cn

LUO Qiang, YANG Xueguo, SHI Baozhu, et al. Physicochemical properties and antioxidant activity of Quercus variabilis acorn shell pigment[J]. Food Science, 2017, 38(11): 128-134. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711021. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-05-20

基金项目:国家林业局林业科学技术研究项目(2016-04)

作者简介:罗强(1993—),男,硕士研究生,研究方向为天然产物分离。E-mail:luoqiang314159@163.com

*通信作者:段旭昌(1965—),男,副教授,博士,研究方向为天然产物及食品加工新技术。E-mail:duanxc1965@163.com