第一章 绪论
1.1 花色苷简介
花色苷是天然色素中一大类无毒安全、来源广、种类多的水溶性色素，广泛存在于果蔬花草等高等植物，分布于根、茎、叶、花及果实等液泡中，赋予植物界红、橙、黄、蓝、紫等色彩，富含花色苷果蔬历来成为人们所喜爱的食物原料。花色苷具有阻止DNA 分子受损、抗氧化、抗炎症、抗肿瘤、抗癌、预防糖尿病、改善记忆力、治疗心脑血管病和神经退行性疾病等生理功效，发达国家已将其开发为保健食品和药品，可见其在食品、医药及化妆品等行业应用前景广阔。目前花色苷主要来源有葡萄皮、黑醋栗、黑莓、越橘、桑葚、紫甘蓝、紫玉米、黑胡萝卜、黑米、番茄等，以干燥粉末和浓缩浸膏为主要商品形式。富含花色苷的果蔬汁、葡萄色素提取物及葡萄皮提取物在美国免于检测。
花色苷是羟基和甲氧基化的 2-苯基苯并吡喃阳离子与糖分子通过糖苷键结合而成的一类化合物，属于类黄酮酚类化合物，具有基本的C6-C3-C6碳骨架结构，如图1-1。花色素为花色苷的前体物质，又名花色苷元，基本结构是 3,5,7-三羟基-2-苯基苯并吡喃。
花色素间的差别在于母核上甲氧基和羟基数量及键合位置不同，目前发现天然花色素达 20 多种，最常见的是矢车菊色素（Cyanidin）、芍药色素（Peonidin）、天竺葵色素（Pelargonidin）、飞燕草色素（Delphinidin）、锦葵色素（Malvidin）和牵牛花（Petunidin）色素，花色素基本结构及在酸化甲醇中 λmax情况。花色素在自然状态下很不稳定，多以花色苷形式存在，而花色苷之间的差异由羟基数量，结合糖及酰基化有机酸的种类、数量和位置决定的。糖苷化糖包括葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、槐糖等单糖或二糖等，参与酰基化有机酸包括阿魏酸、苹果酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸、乙酸、丙二酸、芥子酸、琥珀酸等。目前达 400多种花色苷被发现，且新的花色苷陆续被发现，矢车菊花色苷是植物中存在最广泛的花色苷。
1.2 紫甘薯及其花色苷概况
1.2.1 紫甘薯概况
紫薯块根呈紫色，俗称“黑红薯”，富含碳水化合物、矿物质、维生素、膳食纤维，还含有抗癌物质硒、黄酮、果胶、绿原酸、糖蛋白等对人体有益的活性成分；另外还富含花色苷[49, 50]。对紫薯进行深加工是开发紫薯资源及增加农民收益的渠道，目前加工产品主要有休闲膨化紫薯条、紫薯面粉等，还可向烤薯、糕点、果脯、罐头、冲服剂、饮料及紫薯枣等深色保健食品方向发展，而开发利用脱味紫薯花色苷是另一个值得研究的方向。
1.2.2 紫薯花色苷研究现状
紫薯花色苷部分发生酰基化，稳定性相对较高，无毒安全，其色泽随环境酸碱度不同而不同，具有降血压、降血脂、抗氧化、防突变、抗肿瘤、保护肝脏和预防心血管疾病等功效[2]。据报道，紫薯花色苷主要由芍药素和矢车菊素组成，葡萄糖和槐糖参与糖基化，以芳香族有机酸（如阿魏酸、对羟基苯甲酸和咖啡酸等）为主参与酰基化。据Fossen报道，紫薯中发生酰基化的花色苷占 98%以上。Shi 等鉴定出两种主要的花色苷结构，其分子中均含一分子咖啡酸，所含阿魏酸数量分别是两分子和三分子；Odake[40]和 Goda等分别鉴定出紫薯花色苷结构为 3-O-{6-O-(E)-咖啡酰-2-O-[6-O-(E)-阿魏酰-β-D-吡喃葡糖基]-β-D-吡喃葡糖苷}-[5-O-(β-D-吡喃葡糖苷)]芍药素和矢车菊素及3-O-{6-O-反式-咖啡酰-2-O-β-D-吡喃葡糖基-β-吡喃葡糖苷}-5-O-β-葡糖苷芍药素和矢车菊素。目前从日本新品种“Ayamurasaki”中鉴定出2种新的花色苷即：3-O-槐糖苷-5-O-葡糖苷矢车菊素和 3-O-{2-O-[6-O-(E)-p-香豆酰-β-D-吡喃葡糖基]-β-D-吡喃葡糖苷}-5-O-β-D-吡喃葡糖苷矢车菊素，花色苷含量是品种“Yamagawamurasaki”中的 4 倍，目前日本对紫薯花色苷的研究处于领先水平。
第二章 紫薯花色苷提取工艺及其优化研究
2.1 前言
紫薯花色苷以球形包合物存在于液泡中，通过吸附或氢键方式与蛋白质结合，可被酸性溶剂析出，离心可将其与蛋白质分离。国外对紫薯花色苷的研究主要集中在结构鉴定方面，提取工艺研究相对较少。目前国内外多采用酸性溶剂法提取，鉴于安全性，常采用柠檬酸、冰乙酸和盐酸的水或乙醇溶液来提取食用花色苷色素，但各种提取剂组合比例和用量对提取效果的影响报道不一。
目前已采取一些除传统加热和冻融外，如微波、超声波、微生物发酵、酶法、超临界流体萃取和高压脉冲电场等先进辅助技术，能有效提高溶剂渗透性，缩短处理时间，提高提取率和效率并改善产品质量。酶法需要适宜 pH 和温度、专一性强、酶本身成本较高。CSE（传统溶剂提取）提取率低且耗时耗溶剂，这可能是由于植物细胞膜、细胞壁及其内部成分如纤维素、果胶等对花色苷扩散有一定阻碍作用。MASE（微波辅助提取）选择性、穿透力强、加热效率高，系统受热均匀，能减少提取剂用量和热传导所需消耗时间，明显提高萃取速率和产品得率；同时微波处理起到灭酶作用能防止酶促褐变对花色苷色泽的影响，成为替代CSE理想方法之一。UASE（超声波辅助提取）利用空化作用破坏植物细胞提高渗透性，便于有效成分溶出，具有操作简便、不需额外加热等优点，但设备成本和维护要求较高。选择有效的提取方式可最小化降低花色苷降解、最大化提高花色苷得率和保持天然组分及结构完整性。目前关于紫薯花色苷色素提取的报道大多停留在自身条件的优化上，提取方式间的比较研究很少，又不同研究报道所得结论不一，况且花色苷稳定性低使得最佳提取工艺条件的确定成为研究重点。
紫薯花色苷提取是后续脱味工艺的基础，根据液固萃取原理及国内外研究结果得知不同因素对其提取效果影响很大，总花色苷得率是评价提取工艺是否合理的重要指标。本章以紫甘薯为原料，主要研究响应面法优化MASE 提取紫薯花色苷的最佳工艺参数；研究正交试验法优化 UASE 提取紫薯花色苷的最佳工艺条件；通过比较 MASE、UASE和 CAE 最佳条件下总花色苷得率大小，最终确定提取紫薯花色苷的工艺条件，旨在改善提取工艺、降低成本、提高紫薯花色苷得率，以期为我国紫薯花色苷产业化和工业化生产提供理论和实践指导。
2.2 材料与设备
2.2.1 主要材料与试剂
紫甘薯，无锡雪浪市场购买。
盐酸、柠檬酸、无水乙醇、氯化钾，醋酸钠等均为分析纯试剂，国药集团化学试剂有限公司
2.2.2 试验仪器与设备
DZF-6050 型真空干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；高速万能粉碎机：上海旗箭粉碎机公司；三次元振动筛分过滤机：中国新乡市未来机械设备有限公司；NJL08-3型实验用微波炉，南京杰全微波设备有限公司；JY98-3D超声波细胞粉碎机：宁波新芝生物科技股份有限公司；HH-S型水浴锅：郑州长城科工贸有限公司；UV2600 紫外可见分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；RJ-LDL-50G 型低速大容量多管离心机；CR-400 全自动测色色差计：柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；电子天平 PL203：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；实验室 pH计FE20：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。
第三章 紫薯花色苷关键脱味工艺的研究...................... 22
3.1 前言............... 22
3.2 材料与设备 ............ 22
3.2.1 主要材料与试剂............... 22
3.2.2 试验仪器与设备 .......................... 22
第四章 脱味紫薯花色苷稳定性的研究 ...............36
4.1 前言 ......36
4.2 材料与设备 ............36
4.2.1 主要材料与试剂 ...................... 36
4.2.2 试验仪器与设备 ...................... 36
第五章 脱味紫薯花色苷结构的初步鉴定 ................. 50
5.1 前言 ............... 50
5.2 材料与设备 ..............50
第五章 脱味紫薯花色苷结构的初步鉴定
5.1 前言
由于花色苷元、糖基化糖及酰基化有机酸的种类、数量及位置不同，自然界花色苷种类繁多，目前已鉴定出数百种且每年不断有新的花色苷被发现；紫薯中主要花色苷的基本结构为单酰或二酰化的矢车菊素-3-槐糖苷-5-葡糖苷和芍药素-3-槐糖苷-5 葡糖苷，酰基化有机酸有对羟基苯甲酸、阿魏酸、豆香酸和咖啡酸等，紫薯中大部分花色苷发生酰基化。液质联用技术具有对复杂化合物高效分离的能力，并且能够高选择性地提供所需分子量和其他结构信息，具有快速定性、便捷、可靠等优点，是较先进灵敏的分析技术。对花色苷结构进行鉴定分析，不仅有助于评价花色苷的营养价值，还能为以分子修饰技术来提高花色苷稳定性作指导，拓宽其应用领域，从而实现其商业化价值。
本文采用液质联用技术（LC-MS）同时得到化合物出峰顺序、保留时间、紫外-可见光谱、分子离子峰及特征碎片离子峰等丰富的信息，通过参考文献并参照花色苷指纹图谱库，初步确定紫薯花色苷的组分。
主要结论与展望
主要结论
本论文通过对紫薯花色苷提取、大孔吸附树脂纯化及壳聚糖吸附脱味工艺、稳定性以及结构初步鉴定的研究，得出以下主要结论：
1. 微波辅助提取（MASE）紫薯花色苷的最佳工艺为：提取剂 60 mmol/L HCl、微波功率471.87 W、处理时间 3.54 min、液料比47.42:1 ml/g，总花色苷得率最大预测值为183.60 mg/100 g，根据实际调整工艺参数，得到总花色苷得率实际值为182.56 mg/100 g。超声辅助提取（UASE）的最佳工艺为：超声功率 360 W，液料比 40:1 ml/g，处理时间35 min，超声温度 65°C，总花色苷得率为176.13 mg/100 g；通过比较三种提取方式的效果可知，MASE得率最高且明显缩短提取时间；UASE 次之，CSE 效果最差；最终确定MASE为最佳提取方法。
2. 采用超声波辅助醇沉预处理、大孔吸附树脂纯化与壳聚糖吸附对紫薯花色苷进行脱味除杂，研究结果表明，超声波辅助醇沉预处理不仅能除掉大部分杂质还能进一步提取花色苷；AB-8树脂与NKA-II、NKA-9、D101、D4020、HPD-300 及X-5相比是最理想的纯化树脂，最佳纯化工艺为：静态吸附温度40°C、样液 pH 3.0、样液吸光度1.4，树脂用量50 mL样液/g树脂；解吸剂为75% 酸化乙醇，解吸剂pH 3.0，上样流速2 BV/h；AB-8 树脂耦合壳聚糖脱味对产品品质影响的结果表明，二者耦合除杂除异味效果好，与粗提液相比，蛋白质、总糖、可溶性固形物含量及降解指数降低，色差值 L*、a*、C*和感官评分值增加，反映出脱味紫薯花色苷稳定性和纯度得到提高；SPME-GC/MS检测结果表明脱味能降低产生不良气味挥发性物质的种类及含量；同时壳聚糖吸附对花色苷含量也有影响；综合考虑，壳聚糖吸附的最佳条件为：控制样液pH 3.2，壳聚糖添加量1.5%，吸附时间 2.5 h，其可应用于花色苷浓缩液的脱味除杂。
3. pH 对紫薯花色苷颜色特征及稳定性影响很大；低温有利于紫薯花色苷贮藏；紫外和自然光对紫薯花色苷有降解作用，应低温、避光、pH 3.0环境保存；低浓度Fe3+有增色作用，高浓度则随时间延长花色苷发生降解；Fe2+不但无增色效果，还会导致花色苷降解；低浓度 Ca2+、Mn2+和Cu2+有一定辅色作用；H2O2能使花色苷降解和褪色，Na2SO3具有漂白作用；苯甲酸钠和山梨酸钾对其稳定性基本无影响，抗坏血酸使其减色；草酸、丙二酸和L-苹果酸对花色苷有辅色作用，提高其热稳定性，其中草酸辅色效果最好；植酸、EDTA 和芸香叶苷有辅色效果，植酸辅色效果最佳，芸香叶苷次之；SDS和吐温-80辅色作用不明显。
参考文献（略）