叶黄素酯和叶黄素稳定性的研究

第 27卷第 1期 2007年 2月 林 　产 　化 　学 　与 　工 　业 Chem istry and Industry of Forest Products Vol. 27 No. 1 Feb. 2007 叶黄素酯和叶黄素稳定性的研究 　　收稿日期 : 2005 - 07 - 13 　　基金项目 :江苏省科技攻关资助项目 (BG2006319) 　　作者简介 :李大婧 (1976 - ) ,女 ,黑龙江肇东人 ,讲师 ,博士 ,主要从事天然产物方面的研究 ; E2ma il: lidajing@163. com 　3 通讯作者 :刘春泉 ,研究员 ,主要从事功能食品方面的研究。 L IDa2jing　　 李大婧 1, 2 , 方桂珍 3 , 刘春泉 23 , 于家鹏 1(1. 东北林业大学 林学院 食品科学与工程教研室 , 黑龙江 哈尔滨 150040;2.江苏省农科院原子能农业利用研究所 , 江苏 南京 210014;3. 东北林业大学 材料科学与工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150040)摘 　要 : 　研究光、热、酸、碱、金属离子、氧化剂和还原剂对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响。结果明 ,光对叶黄素酯和叶黄素的稳定性影响很大 ,日光照射 0. 5 h,二者的保存率仅为 0. 35 % ,而放 置在暗处保存率基本不变 ;叶黄素酯和叶黄素对热较稳定 ,但随着温度的升高和加热时间的延长 ,保存率下降 ,降解速度 加快 ;在相同的光、热条件下 ,叶黄素酯的稳定性优于叶黄素 ,叶黄素以与脂肪酸结合的形式存在 ,稳定性更强 ;强酸性条 件对叶黄素酯和叶黄素有一定的破坏作用 ,而其在中性、碱性条件下较稳定 ; Fe3 + 、Fe2 + 、Cu2 +对它们的破坏作用较强 , 保存率下降较多 ,而 Zn2 + 、Mg2 + 、Ca2 + 、K+ 、Na +对它们基本无影响 ;氧化剂 H2O2 对其有轻微的破坏作用 ;还原剂 Na2 SO3 对叶黄素酯和叶黄素影响不大 , VC可以使它们降解 ,与 VC共存叶黄素酯的降解程度比叶黄素大。 关键词 : 　叶黄素酯 ;叶黄素 中图分类号 : TQ91; Q562; O629. 4　　　　　　文献标识码 : A　　　　　　文章编号 : 0253 - 2417 (2007) 01 - 0112 - 05 Stability of Lutein and Its Esters L IDa2jing1, 2 , FANG Gui2zhen3 , L IU Chun2quan2 , YU J ia2peng1 (1. Food Sciences and Engineering Department, College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2. Institute of App lication in A tom ic Energy, J iangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 3. College ofMaterial Science and Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China) Abstract: Stabilities of lutein and its esters against light, heat, acid, alkali, metal ions, oxidant and reductant were studied. Results showed that both lutein and lutein esters were unstable against light, and stable in darkness. Their p reservation rate was 0. 35 % toward outdoor sunlight for 0. 5 h while they were p reserved constantly in darkness. They were slightly stable against heat but their degradation could be accelerated with decreased p reservation rate under long time and high temperature. Lutein ester was more stable toward light and heat than lutein under the same condition and esterification of —OH group with fatty acids m ight stabilize lutein against heat and light. They were unstable with decreased p reservation rate toward Fe3 + , Fe2 + , Cu2 + and strong acid while stable against Zn2 + , Mg2 + , Ca2 + , K+ , Na + , alkali and Na2 SO3 as well as slightly stable toward H2O2. It was noted that VC could degrade significantly lutein esters and lutein, in which absorbance of lutein esters decreased more quickly than that of lutein. Key words: lutein esters; lutein 在植物组织中叶黄素以与脂肪酸结合生成叶黄素酯的形式存在 [ 1 ] ,叶黄素酯在人体内代谢可转化 为叶黄素。叶黄素能吸收对视网膜有损害作用的蓝光 ,同时具有抗氧化作用 ,因此 ,在老年性黄斑退化 病和白内障疾病防治方面具有重要的作用 [ 2 ]。此外 ,叶黄素还具有预防心血管疾病、抗癌和提高机体 免疫力等作用 [ 3 ]。目前叶黄素酯和叶黄素稳定性方面的研究较少 ,盛爱武等发现万寿菊叶黄素提取液 在皂化前、后均对温度不甚敏感 ,而光可使其成分降解 [ 4 ]。Achmad等对叶黄素和叶黄素肉豆蔻酸酯的 第 1期 李大婧 ,等 :叶黄素酯和叶黄素稳定性的研究 113　　 光热稳定性进行了研究 [ 5 ] ,但对在其他条件如 pH值、金属离子等存在时的情况未见报道。本实验以叶 黄素酯和精制成的叶黄素晶体为原料 ,研究了它们在光、热、酸、碱、金属离子、氧化剂和还原剂存在条件 下的性质变化情况 ,并对其稳定性进行比较 ,为进一步工业化开发叶黄素和叶黄素酯产品提供依据。 1　材料与方法 1. 1　材料、主要仪器与试剂 材料 :叶黄素酯为超临界 CO2 萃取物 ;叶黄素由叶黄素酯皂化、冻干制得 (纯度为 90 % )。仪器 :可 见分光光度计 ,上海棱光技术有限公司 ;数显恒温水浴锅 ,江苏省金坛市大地自动化仪器厂 ;数显酸度 计 ,上海虹益仪器仪表有限公司 ;电子天平 ,上海恒平科学仪器有限公司。试剂 :丙酮 ,亚硫酸钠 ,过氧化 氢 ,氯化钠 ,硫酸铜 ,硫酸锌 ,氯化钙 ,硫酸铁 ,硫酸亚铁 ,硫酸镁 ,氯化钾 ,盐酸 ,氢氧化钠等均为纯 ; VC为生化试剂。 1. 2　试验方法 1. 2. 1　光照对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 　分别取一定量的叶黄素酯和叶黄素晶体 ,用丙酮定 容 ,立即测吸光值。分别放置在暗处、室内自然光、室外阳光直射的地方 [ 6 ] ,隔 0. 5、1、3、6、9、12、24、 72、120和 240 h测定它们在最大吸收波长 (446 nm )处的吸光值。 1. 2. 2　温度对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 　分别取一定量的叶黄素酯和叶黄素晶体 ,用食用调和 油定容 ,立即测吸光值。分别在 25、40、60、80和 100 ℃恒温 ,隔 1、2、3、4、5和 6 h取样一次 ,迅速冷 却后测定它们在最大吸收波长 (431 nm)处的吸光值。 1. 2. 3　pH值对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 　由于叶黄素酯和叶黄素不溶于水 ,但溶于丙酮水 (体积比为 9 ∶1,以下同 )的溶液 [ 7 ]。配制叶黄素酯和叶黄素晶体的丙酮水溶液 ,用盐酸、氢氧化钠调节 pH值在 1～14范围 ,置于数只比色管中 ,室温下避光静置 2和 4 d后 ,测定它们的吸光值。 1. 2. 4　金属离子对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响　将叶黄素酯和叶黄素溶解于丙酮水溶液中 ,加入常 见的离子 Mg2 + (硫酸镁 )、Ca2 + (氯化钙 )、Fe3 + (三氯化铁 )、K+ (氯化钾 )、Cu2 + (硫酸铜 )、Fe2 + (硫酸亚 铁 )、Na+ (氯化钠 )、Zn+ (硫酸锌 ) ,质量浓度为 0. 5 g/L,放置 1和 4 d后测定吸光值 ,并观察溶液状态。 1. 2. 5　氧化剂对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 　分别配制含有 H2O2 的叶黄素酯和叶黄素丙酮水溶 液 ,体积分数为 0. 3 %、0. 6 %、0. 9 % 和 1. 2 % 在室温下避光放置 1、3、6和 24 h后 ,测定吸光值。 1. 2. 6　还原剂对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 　分别配制含有 Na2 SO3 和 VC的叶黄素酯和叶黄素 丙酮水溶液 ,质量浓度为 0. 6、1. 2、2. 4和 4. 8 g /L,在室温下避光放置 1、3、6和 24 h后 ,测定吸光值。 1. 2. 7　保存率的计算 　实验采用保存率考核叶黄素酯和叶黄素的稳定性。保存率 =测定吸光值 /初始 吸光值 ×100 % 2　结果与讨论 2. 1　光照对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 叶黄素酯和叶黄素晶体的丙酮水溶液在不同环境下放置不同时间吸光值的变化如表 1所示。 表 1　光照对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 Table 1　Effects of light on the stability of lutein esters and lutein 试样 samp les 条件 1) conditions 不同时间的吸光值 absorbance at different time 0 h 0. 5 h 1 h 6 h 12 h 24 h 72 h 120 h 240 h 叶黄素酯 lutein esters A 0. 853 0. 849 0. 857 0. 854 0. 853 0. 854 0. 864 0. 870 0. 854 B 0. 853 0. 846 0. 838 0. 771 0. 747 0. 721 0. 332 0. 020 0. 008 C 0. 853 0. 003 - - - - - - - 叶黄素 lutein A 0. 855 0. 855 0. 854 0. 852 0. 850 0. 845 0. 851 0. 843 0. 842 B 0. 855 0. 855 0. 842 0. 758 0. 721 0. 711 0. 442 0. 108 0. 007 C 0. 855 0. 003 - - - - - - - 1) A. 暗处 dark; B. 室内自然光 indoor daylight; C. 阳光直射 outdoor sunlight 114　　 林 　产 　化 　学 　与 　工 　业 第 27卷 由 1. 2. 7节的计算方法可得出 ,暗处放置 240 h叶黄素酯的保存率基本不变 ,叶黄素晶体的保存率 98. 48 % ;室内自然光照射 24 h后叶黄素酯的保存率 84. 52 % ,叶黄素 83. 16 % , 240 h后叶黄素酯仅 0. 94 % ,晶体为 0. 82 % ;而日光照射 0. 5 h叶黄素酯的保存率仅为 0. 352 % ,晶体为 0. 351 %。这些结 果说明 :光对叶黄素酯和叶黄素的稳定性影响很大 ,日光对其有明显的破坏作用 ,而放置在暗处的影响 很小 ,这与其他类胡萝卜素的光稳定性研究结果一致 [ 7 ]。实验发现在光照条件下 ,叶黄素以与脂肪酸 结合生成酯的形式存在比叶黄素晶体更稳定 ,叶黄素以晶体形式存在更容易被光降解。所以含有叶黄 素的食品、功能食品或药品在储存和运输过程中要避免阳光照射。 2. 2　温度对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 叶黄素酯和叶黄素晶体的食用调和油溶液分别在 25、40、60、80和 100 ℃下恒温一定时间 ,吸光 度值的变化情况见表 2。 表 2　温度对叶黄素酯和叶黄素晶体稳定性的影响 Table 2　Effects of temperature on the stability of lutein ester and lutein 时间 / h time 叶黄素酯的吸光值 absorbance of lutein esters 25 ℃ 40 ℃ 60 ℃ 80 ℃ 100 ℃ 叶黄素的吸光值 absorbance of lutein 25 ℃ 40 ℃ 60 ℃ 80 ℃ 100 ℃ 0 0. 713 0. 713 0. 713 0. 713 0. 713 0. 722 0. 722 0. 722 0. 702 0. 702 1 0. 713 0. 700 0. 696 0. 688 0. 679 0. 715 0. 723 0. 722 0. 675 0. 669 2 0. 706 0. 690 0. 688 0. 682 0. 668 0. 723 0. 712 0. 710 0. 667 0. 659 4 0. 713 0. 692 0. 684 0. 676 0. 670 0. 724 0. 704 0. 698 0. 644 0. 640 6 0. 716 0. 689 0. 669 0. 675 0. 657 0. 710 0. 705 0. 694 0. 631 0. 614 由表 2可知 ,室温下放置 6 h叶黄素酯保存率未发生明显变化 ,叶黄素晶体的保存率 98. 34 % ; 40 ℃下叶黄素酯保存率 96. 63 % ,晶体 97. 65 % ; 60 ℃下叶黄素酯保存率 93. 83 % ,晶体 96. 12 % ; 80 ℃加热 1 h,叶黄素酯保存率 96. 49 % ,晶体保存率 96. 15 % ,加热 6 h后叶黄素酯保存率 94. 67 % , 晶体 89. 89 % ; 100 ℃加热 1 h,叶黄素酯的色素保存率 95. 23 % ,晶体的色素保存率 95. 30 % ,加热 6 h 后叶黄素酯 92. 14 % ,晶体 87. 46 %。随着温度的升高和加热时间的延长 ,两者的降解速度都有所加 快 ,但叶黄素的更快 ,这与 Achmad[ 5 ]研究的叶黄素对热不稳定 ,而其酯对热较稳定相一致。因而 2种物 质 ,尤其是叶黄素应避免在 80 ℃以上高温下长时间加热。 2. 3　pH值对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 配制 pH值 1～14的叶黄素酯和叶黄素丙酮水溶液放置 2和 4 d后的吸光值见图 1。 图 1　pH值对叶黄素酯 ( a)和叶黄素 ( b)稳定性的影响 Fig. 1　Effects of pH value on the stability of lutein esters ( a) and lutein ( b) 　　图 1结果表明 ,在强酸性范围 (pH值 1～4)内 ,叶黄素酯和叶黄素吸光值下降较大。放置 4 d pH值 2的叶黄素酯保存率 48. 42 % ,叶黄素 47. 99 % ; pH值 3的叶黄素酯保存率 80. 70 % ,叶黄素 71. 56 %。 在碱性范围内二者的吸光值都略有增加 ,叶黄素的增加趋势较为明显 ,而叶黄素酯在 pH值 11、12时出 现下降 ,这可能由于实验误差造成的。上述结果说明 ,强酸性范围对叶黄素酯和叶黄素的稳定性影响较 大 ,在碱性范围内叶黄素酯和叶黄素晶体吸光值略有增加 ,这与大多数关于类胡萝卜素 pH值稳定性的 第 1期 李大婧 ,等 :叶黄素酯和叶黄素稳定性的研究 115　　 研究结果相一致 [ 6 ]。 2. 4　金属离子对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 含有不同金属离子 (质量浓度均为 0. 5 g/L)的叶黄素酯和叶黄素溶液放置 1和 4 d后的吸光值见 表 3。 表 3　金属离子对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 Table 3　Effects of metal ions on the stability of lutein esters and lutein 试样　　 samp les　　 离子 ions 吸光值 absorbance 0 d 1 d 4 d 叶黄素酯 lutein esters Na + 0. 751 0. 742 0. 745 Cu2 + 0. 899 0. 726 0. 713 Zn2 + 0. 788 0. 774 0. 756 Ca2 + 0. 759 0. 751 0. 754 Fe3 + 0. 793 0. 795 0. 669 Fe2 + 0. 846 0. 735 0. 695 Mg2 + 0. 768 0. 759 0. 758 K + 0. 834 0. 771 0. 763 叶黄素 lutein Na + 0. 720 0. 709 0. 697 Cu2 + 0. 759 0. 676 0. 610 Zn2 + 0. 800 0. 723 0. 789 Ca2 + 0. 724 0. 718 0. 712 Fe3 + 0. 763 0. 653 0. 619 Fe2 + 0. 849 0. 724 0. 690 Mg2 + 0. 745 0. 739 0. 742 K + 0. 778 0. 768 0. 759 　　实验中发现含 Fe3 + 、Cu2 + 、Fe2 +的溶液放置 4 d后 ,均出现了不同程度的混浊或沉淀 ,而 Ca2 + 、K+ 、 Na+对溶液状态无影响 ;与 Mg2 +共存叶黄素酯和叶黄素保存率分别为 98. 70 % 和 99. 60 % ,与 Fe2 +共 存其保存率分别为 82. 15 % 和 81. 27 % ,与 Fe3 +共存保存率分别为 84. 36 % 和 81. 27 % ,与 Cu2 +共存 其保存率分别为 79. 31 % 和 80. 37 % ; Zn2 +、Ca2 +、K+ 、Na+ 的保存率分别为 95. 94 % 和 98. 62 %、 99. 34 %和 98. 34 %、91. 49 %和 97. 56 %、99. 20 %和 96. 80 %。这些结果说明 : Fe3 + 、Fe2 + 、Cu2 +对叶 黄素酯和叶黄素影响较大 ,破坏作用较强 ;而 Zn2 + 、Mg2 + 、Ca2 + 、K+ 、Na+对其基本无影响。所以在叶黄 素的制取与使用过程中尽量避开铁器和铜器。 2. 5　氧化剂对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 用丙酮配制的含有不同体积分数氧化剂的叶黄素酯和叶黄素溶液放置不同时间后的吸光值见表 4。由表 4看出 , H2O2 　0. 3 % 时 ,室温暗处放置 24 h叶黄素酯和叶黄素的保存率分别为 96. 35 % 和 99. 46 % ; 0. 6 % 叶黄素酯和叶黄素的保存率分别为 96. 08 % 和 97. 45 % ; 0. 9 % 时 ,保存率分别为 95. 10 % 和 96. 62 % ; 1. 2 % 时 ,保存率分别为 94. 91 % 和 95. 82 %。此结果说明有氧化剂存在时 ,叶 黄素酯和叶黄素发生轻微降解 ,但降解不大 ,可认为叶黄素酯和叶黄素有抗氧化作用。 表 4　H2O2 对叶黄素酯和叶黄素晶体稳定性的影响 Table 4　Effects of H2O2 on the stability of lutein esters and lutein H2O2 体积分数 /% H2O2 volume part 叶黄素酯 lutein esters 0 h 1 h 3 h 6 h 24 h 叶黄素 lutein 0 h 1 h 3 h 6 h 24 h 0 0. 721 0. 723 0. 722 0. 724 0. 724 0. 746 0. 746 0. 739 0. 745 0. 745 0. 3 0. 712 0. 708 0. 700 0. 698 0. 686 0. 740 0. 748 0. 743 0. 745 0. 736 0. 6 0. 714 0. 711 0. 708 0. 703 0. 686 0. 744 0. 736 0. 729 0. 732 0. 725 0. 6 0. 714 0. 710 0. 700 0. 697 0. 679 0. 739 0. 732 0. 723 0. 724 0. 714 1. 2 0. 708 0. 707 0. 695 0. 693 0. 672 0. 741 0. 733 0. 725 0. 727 0. 710 2. 6　还原剂对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 用丙酮配制的含有不同浓度还原剂的叶黄素酯和叶黄素溶液放置不同时间后的吸光值见表 5。 116　　 林 　产 　化 　学 　与 　工 　业 第 27卷 表 5　Na2 SO3 和 VC对叶黄素酯和叶黄素稳定性的影响 Table 5　Effects of Na2 SO3 and VC on the stability of lutein esters and lutein 还原剂 reductants 质量浓度 / (g·L - 1 ) mass concn. 叶黄素酯 lutein esters 0 h 1 h 3 h 6 h 24 h 叶黄素 lutein 0 h 1 h 3 h 6 h 24 h Na2 SO3 0 0. 712 0. 723 0. 723 0. 725 0. 716 0. 731 0. 740 0. 744 0. 744 0. 734 0. 6 0. 707 0. 709 0. 709 0. 709 0. 703 0. 712 0. 594 0. 570 0. 569 0. 531 1. 2 0. 706 0. 707 0. 709 0. 710 0. 700 0. 715 0. 578 0. 539 0. 532 0. 471 2. 4 0. 709 0. 720 0. 720 0. 706 0. 685 0. 674 0. 358 0. 147 0. 129 0. 094 4. 8 0. 703 0. 704 0. 707 0. 702 0. 696 0. 677 0. 350 0. 130 0. 111 0. 084 VC 0 0. 765 0. 761 0. 764 0. 758 0. 764 0. 759 0. 755 0. 753 0. 756 0. 764 0. 6 0. 766 0. 763 0. 769 0. 764 0. 766 0. 754 0. 749 0. 746 0. 750 0. 749 1. 2 0. 771 0. 769 0. 773 0. 768 0. 771 0. 750 0. 744 0. 735 0. 732 0. 730 2. 4 0. 784 0. 766 0. 767 0. 758 0. 743 0. 753 0. 740 0. 730 0. 722 0. 672 4. 8 0. 793 0. 790 0. 798 0. 790 0. 772 0. 769 0. 754 0. 746 0. 736 0. 661 由表 5看出 , Na2 SO3 质量浓度为 2. 4 g /L ,室温暗处放置 24 h叶黄素酯和叶黄素的保存率分别为 96. 61 % 和 94. 77 % ; Na2 SO3 质量浓度为 4. 8 g/L二者的保存率分别为 99. 00 % 和 97. 35 % ,这说明 Na2 SO3 对叶黄素酯和叶黄素的稳定性无影响 ,同时 Na2 SO3 很容易与氧发生反应从而减少叶黄素的氧 化。 由表 5还看出 , VC质量浓度为 2. 4 g/L ,室温暗处放置 24 h叶黄素酯和叶黄素的保存率分别为 13. 95 % 和 89. 24 % ; VC质量浓度为 4. 8 g/L它们的保存率分别为 12. 41 % 和 85. 95 %。这一结果说 明 , VC与叶黄素酯和叶黄素共存时可加速叶黄素酯和叶黄素降解 ,尤其是叶黄素酯几乎全被降解 ,降解 幅度很大。 3　结 论 对叶黄素酯和叶黄素稳定性的研究表明 :光对叶黄素和叶黄素酯的稳定性影响很大 ,日光对其有明 显的破坏作用 ,而放置暗处影响很小 ;叶黄素酯和叶黄素对热较稳定 ,但随着温度的升高和加热时间的 延长 ,它们降解速度加快 ;在相同的光、热条件下 ,叶黄素酯的稳定性优于叶黄素 ,叶黄素以与脂肪酸结 合的形式存在稳定性更强 ;强酸性条件对叶黄素酯和叶黄素有一定的破坏作用 ,而在中性、碱性条件下 较稳定 ; Fe3 + 、Fe2 + 、Cu2 +对其破坏作用较强 ,而 Zn2 + , Mg2 + 、Ca2 + 、K+ 、Na+对其基本无影响 ;氧化剂 H2O2 对其有轻微的破坏作用 ;还原剂 Na2 SO3 对叶黄素酯和叶黄素影响不大 , VC可以使其降解 ,与 VC共 存叶黄素酯的降解程度比叶黄素大得多。 参考文献 : [ 1 ] PH IL IP T, BERRY J W. 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