薏苡果壳黑色素提制鉴定、稳定性及其形成生理机制

论文摘要

黑色素是一类结构复杂多样非均质多酚聚合类或吲哚类生物大分子色素的总称,是生物生存所需的重要大分子物质,广泛存在于自然界中。天然黑色素能促进生物的生长和发育,提高生物生存的竞争力,具有光保护、抵抗生物氧化、促进螯合发生、降低辐射和促进免疫的作用;因而可作为一种光保护剂、生物抗氧化剂、螯合剂、抗辐射剂和免疫促进剂,同时还可用作生物半导体和光电传递材料等。在医药、化妆品、食品、材料等领域有着广泛的应用前景。植物天然黑色素安全性高,应用范围广。然而,生产中缺乏有开发利用价值的高黑色素含量原料,从植物中寻找和开发天然黑色素,具有重要的理论意义和应用价值。薏苡是禾本科薏苡属一种古老的粮食和经济作物,药食两用,营养丰富。我国薏苡的栽培面积最大,分布最广,资源丰富,是世界薏苡的重要起源地之一。本研究以薏苡深加工过程中产生的下脚料—薏苡果壳和不同居群的薏苡为材料,研究了薏苡中黑色素提取和纯化的工艺条件、理化性质、作为食品着色剂的稳定性,以及薏苡生长过程中黑色素形成的生理机制,对薏苡的各部位以及不同成熟度果壳的黑色素形成关键酶多酚氧化酶进行了活性及同工酶谱的分析,为进一步的工业化开发利用黑色素及研究薏苡果壳黑色素形成生理机制提供了基础和依据。主要的研究结果如下:1.薏苡果壳黑色素的提制与鉴定采用化学法从薏苡果壳中提取天然黑色素,用强酸水解、有机溶剂洗涤和反复沉淀法进行纯化。根据吸收光谱和多种化学反应,对提取的黑色素产物进行了鉴定。结果表明:薏苡果壳黑色素具有黑色素典型的光吸收特性,在短波紫外区（UVC,200-280 nm）和中波紫外区（UVB,280-320 nm）有广泛吸收,在229 nm波长处有个典型的最大吸收峰,不同居群的薏苡果壳黑色素的吸收光谱特征完全相同;薏苡果壳黑色素不溶于水和常见的有机溶剂,可被NaClO、H2O2、KMnO4和K2Cr2O7氧化漂白,多酚定性反应呈阳性。对其提取工艺进行了优化,得出薏苡果壳黑色素提制最适条件为:1.8 mol/L的NaOH溶液为溶剂,料液比1∶10（W/V）,提取时间3 h,提取温度90℃,并获得国家发明专利授权（CN201710313442.5[P]）。2.薏苡果壳黑色素稳定性分析运用分光光度法,以229 nm处吸光值为衡量指标,对薏苡果壳黑色素制品进行了稳定性分析。结果表明:薏苡果壳黑色素不受温度、糖等因素影响,但易受氧化剂和还原剂的影响而发生变色或褪色,容易受到自然光光照、氯化钠存在的影响;pH值对其也有一定的影响,黑色素溶液随pH的增大吸光值增加且颜色加深,吸光值在pH3-5时较为恒定,在pH5-7之间急剧增加,pH7-11的碱性条件下,缓慢增加。低温（4℃）对黑色素稳定性无影响;Cu2+有增色作用,Fe3+、Ca2+有减色作用,但不明显;Mg2+、K+和Zn2+对其没有显著影响。3.薏苡黑色素形成关键酶—多酚氧化酶（PPO）体外活性测定最适条件采用分光光度法测定PPO活性,研究结果表明:以pH6.0的0.2 mol/L磷酸缓冲液研磨提取PPO,最适料液比0.5:50（W/V）,室温下最适浸提时间为1 h,底物邻苯二酚的最适浓度为100 mmol/L,最适反应温度为40℃,最适反应时间10 min,产物的最大吸收波长为400 nm,测定时间不超过20 min。4.不同薏苡材料不同部位多酚氧化酶（PPO）活性和酶谱比较分析通过对不同成熟度的薏苡果壳及灌浆期植株各部位的PPO活性比较发现,不同成熟度的薏苡果壳PPO活性有一定的规律性,早期活性较低,中期活性最强,晚期最弱;薏苡果壳、根、茎、叶、籽粒中均检测到PPO活性;不同材料、不同部位之间PPO活性均有差异,呈一定的规律性;从植株上部到下部PPO活性依次降低;植株幼嫩、叶绿素含量高的部位PPO活性较高。采用聚丙烯酰胺凝胶电泳、邻苯二酚—对苯二胺染色,进行了PPO同工酶谱分析。结果发现,在果壳成熟过程中共出现6条同工酶条带,活性最高的是高分子量的PPO同工酶条带,其对果壳黑色素的形成可能起主要作用。植株不同部位的条带具有明显的组织特异性,根、茎、叶的同工酶条带数目差别较大,根部出现5条带,茎节部位有4条带,叶片部位有8条带;叶片是同工酶条带最丰富、活性最强的部位,根次之,茎节部位最低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
•   1.1 薏苡简介
•     1.1.1 薏苡资源的分布
•     1.1.2 薏苡的营养、保健及药用价值
•     1.1.3 薏苡成分分析
•     1.1.4 薏苡的综合利用研究情况
•   1.2 天然黑色素概述
•     1.2.1 天然黑色素的分类
•     1.2.2 天然黑色素的结构
•   1.3 天然黑色素的理化性质
•     1.3.1 溶解性
•     1.3.2 光吸收特性
•     1.3.3 氧化还原特性
•     1.3.4 金属螯合性和离子交换性
•     1.3.5 自由基特性
•     1.3.6 光热稳定性
•     1.3.7 光电导性和半导体性质
•     1.3.8 其它性质
•   1.4 天然黑色素提取的研究进展
•     1.4.1 碱液提取
•     1.4.2 醇液提取
•     1.4.3 酸液提取
•     1.4.4 混合溶剂提取
•     1.4.5 酶法提取
•   1.5 天然黑色素纯化的研究进展
•     1.5.1 碱溶酸沉法
•     1.5.2 层析法
•     1.5.3 酶法
•   1.6 天然黑色素的功能及应用
•     1.6.1 天然黑色素的功能
•     1.6.2 天然黑色素的应用
•   1.7 黑色素的生物合成
•     1.7.1 合成前体和途径
•     1.7.2 酶、基因及其调节
•   1.8 植物黑色素形成的关键酶—多酚氧化酶的活性及同工酶研究进展
•     1.8.1 多酚氧化酶（PPO）简介
•     1.8.2 多酚氧化酶（PPO）的提取、活性表达及同工酶
•     1.8.3 PPO的生理功能及其应用
• 第2章 引言
•   2.1 研究目的及意义
•   2.2 研究内容
•   2.3 研究技术路线
• 第3章 薏苡果壳黑色素的提制与鉴定
•   3.1 材料、试剂与仪器
•     3.1.1 材料
•     3.1.2 试剂与仪器
•   3.2 试验方法
•     3.2.1 薏苡果壳黑色素提取与纯化流程
•     3.2.2 薏苡果壳黑色素提取溶剂优选方法
•     3.2.3 薏苡果壳黑色素紫外可见光吸收光谱分析
•     3.2.4 溶剂浓度对薏苡果壳黑色素提取的影响
•     3.2.5 料液比对薏苡果壳黑色素提取的影响
•     3.2.6 提取时间对薏苡果壳黑色素提取的影响
•     3.2.7 提取温度对薏苡果壳黑色素提取的影响
•     3.2.8 薏苡果壳黑色素的化学鉴定
•     3.2.9 不同薏苡材料果壳黑色素得率比较
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 提取溶剂对薏苡果壳黑色素的提取效果
•     3.3.2 研磨处理对薏苡果壳黑色素的提取效果
•     3.3.3 溶剂浓度对薏苡果壳黑色素的提取效果
•     3.3.4 料液比对薏苡果壳黑色素的提取效果
•     3.3.5 提取时间对薏苡果壳黑色素的提取效果
•     3.3.6 提取温度对薏苡果壳黑色素的提取效果
•     3.3.7 薏苡黑色素的紫外可见光吸收光谱特征
•     3.3.8 薏苡黑色素的化学鉴定
•     3.3.9 薏苡黑色素溶解性
•     3.3.10 薏苡黑色素漂白效果
•     3.3.11 不同薏苡材料果壳黑色素得率
•   3.4 小结与讨论
• 第4章 薏苡果壳黑色素稳定性的分析
•   4.1 材料、试剂与仪器
•     4.1.1 材料
•     4.1.2 试剂与仪器
•   4.2 试验方法
•     4.2.1 薏苡果壳黑色素的提取纯化
•     4.2.2 薏苡果壳黑色素热稳定性试验
•     4.2.3 薏苡果壳黑色素的低温稳定性试验
•     4.2.4 薏苡果壳黑色素的光稳定性试验
•     4.2.5 薏苡果壳黑色素的pH稳定性试验
•     4.2.6 还原剂和氧化剂对薏苡果壳黑色素稳定性试验
•     4.2.7 薏苡果壳黑色素的耐盐性和耐糖性试验
•     4.2.8 金属离子对薏苡果壳黑色素稳定性试验
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 薏苡果壳黑色素热稳定性
•     4.3.2 薏苡果壳黑色素对低温的稳定性
•     4.3.3 薏苡果壳黑色素的光稳定性
•     4.3.4 薏苡果壳黑色素pH稳定性
•     4.3.5 还原剂和氧化剂对薏苡果壳黑色素稳定性的影响
•     4.3.6 氯化钠和蔗糖对薏苡果壳黑色素稳定性的影响
•     4.3.7 金属离子对薏苡果壳黑色素稳定性的影响
•   4.4 小结与讨论
• 第5章 薏苡黑色素形成的关键酶—多酚氧化酶活性测定最适条件研究
•   5.1 材料、试剂与仪器
•     5.1.1 材料
•     5.1.2 试剂与仪器
•   5.2 试验方法
•     5.2.1 PPO提取和活性测定
•     5.2.2 产物适宜波长（λ）的确定
•     5.2.3 产物稳定性测定
•     5.2.4 料液比对酶活性影响的测定
•     5.2.5 浸提时间对酶活性影响的测定
•     5.2.6 pH值对酶活性影响的测定
•     5.2.7 反应时间对酶活性影响的测定
•     5.2.8 底物浓度对酶活性影响的测定
•     5.2.9 反应温度对酶活性影响的测定
•   5.3 结果与讨论
•     5.3.1 产物适宜波长（λ）
•     5.3.2 产物稳定性
•     5.3.3 料液比对PPO活性的影响
•     5.3.4 浸提时间对PPO活性的影响
•     5.3.5 pH值对PPO活性的影响
•     5.3.6 反应时间对PPO活性的影响
•     5.3.7 底物浓度对PPO活性的影响
•     5.3.8 反应温度对PPO活性的影响
•   5.4 小结与讨论
• 第6章 不同薏苡材料不同部位PPO活性和酶谱比较研究
•   6.1 材料、试剂与仪器
•     6.1.1 材料
•     6.1.2 试剂与仪器
•   6.2 试验方法
•     6.2.1 不同成熟度薏苡果壳及不同部位PPO活性的比较
•     6.2.2 PPO同工酶电泳
•   6.3 结果与分析
•     6.3.1 不同成熟度薏苡果壳PPO活性的比较
•     6.3.2 薏苡不同部位PPO活性的比较
•     6.3.3 薏苡PPO同工酶谱的变化
•   6.4 小结与讨论
• 第7章 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 创新点
•   7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表论文情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕大进

导师: 李关荣

关键词: 薏苡果壳,黑色素制备,化学鉴定,稳定性,多酚氧化酶

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 西南大学

分类号: Q946

总页数: 88

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