化学部落~~格格

给食物一点“蓝色”看看——来自紫甘蓝的花色素苷色素

本文来自Chem-Station日文版 赤キャベツから新しい青色天然着色料を発見 -青色1号に代わる美しく安定なアントシアニン色素- Zeolinite

翻译投稿 炸鸡 校对 肥猫

各位小伙伴们日常生活中有没有看过或吃过蓝色的食物呢?

蓝色的蛋糕:

蓝色的炸鸡:

甚至还有蓝色的可口可乐:

我们所吃的蓝色的饼干,蛋糕,可乐等蓝色食物都是添加了一种名为“蓝色1号”的人工合成色素。那么有没有天然的蓝色色素呢?答案是:有。但是显色不稳定。今天这篇论文介绍小编就为读者们介绍一种新发现的天然蓝色色素。

“蓝色1号”是广为使用的人工合成的蓝色食用色素,最近由名古屋大学,美国大型食品企业玛氏食品以及加利福尼亚大学组成的国际研究团队在美国科学杂志上发表了一篇文章表示他们从紫甘蓝中发现了可以长期保存,且和“蓝色一号”颜色一样的绝佳天然食用色素——花色素苷色素。(引用:名古屋大学新闻稿4月8日)

紫甘蓝大家都不陌生吧。在很多减肥人士的食谱上紫甘蓝可以说是常客了。紫甘蓝也是小编今天要介绍的这篇论文的主角。今天介绍的这篇研究不仅发现紫甘蓝中的花色素苷拥有独特的蓝色,还成功确定了花色素苷的分子结构并成功用酶合成出了花色素苷。

食品制造商为了增进顾客的食欲,经常会用着色剂给零食或饮料着色。但是由于天然化合物中还没有发现能稳定显现蓝色的化合物,所以人类一直以来用的蓝色色素都是Brilliant Blue FCF(蓝色1号)和靛蓝胭脂红(蓝色2号)等人工合成色素。

蓝色1号的结构式

蓝色2号的结构式

关于蓝色人工色素是否应被允许添加到食品中,国际上诸国的态度并不一致。日本认为蓝色色素诱发癌症的可能性低,允许一定量的蓝色色素添加到食品中,有些国家则明令禁止食品中添加蓝色色素。日本批准使用的天然蓝色色素有:栀子果实中的栀子苷(Geniposide)经过水解后得到的京尼平(Genipin)与蛋白质反应得到的蓝色聚合物,还有从蓝藻螺旋藻中提取的螺旋藻蓝。但是这两种天然蓝色色素的颜色和性质都无法与蓝色1号媲美,当尝试用天然蓝色色素和黄色色素调配制取绿色色素的时候,只能得到浑浊的绿色。可见天然的蓝色色素并不能作为食品色素被投入到实际生产中,所以现在需要开发一种天然且显色稳定的色素。

京尼平的结构式

从紫甘蓝分离出来的花色素苷因为其颜色能随PH值变化而发生改变,所以经常作为从红色到红黄色一系列颜色的食品色素。虽然从紫甘蓝分离出来的花色素苷也能显现出蓝色,但是一经加热蓝色就会消失,所将花色素苷作为蓝色色素是不现实的。在前人的研究中,用高效液相色谱法分析了紫甘蓝中的花色素苷的成分,发现峰2(P2)在pH 为7下的吸收波长为640 nm,本研究分析了P2峰对应的成分的结构(下文简称P2),并阐明了其显色机制。

A: 各类色素的吸收光谱及色度 B: 从紫甘蓝中提取的花色素苷的HPLC结果图和各峰检出的化学物的分子结构(来自论文

通过ESI-TOF-MS、1H和13C NMR、1D TOCSY、COSY、NOESY、HSQC、HMBC以及二维NMR等手段最终确定了花色素苷分子结构为3-O-(2-O-(2-O-(E)-sinapoyl-β-D-glucopyranosyl)-β-D-glucopyranosyl)-5-O-β-D-glucopyranosylcyanidin。为了确认中性络合物是导致颜色变化的主要因素,研究人员向花色素苷中添加了铝离子并测量了其吸收光谱。从下图中可以看到,向P2加入铝离子后,最大吸收波长红移了40nm以上,最大吸收波长变得比蓝色一号的最大吸收波长还要长。此外,通过定期测量溶液的吸收光谱,发现只有P2-Al络合物能够稳定地显色8天以上。

A:向各类花色素苷中加入铝离子时的颜色变化,B:水溶液的最大吸收峰的吸收强度随时间的变化。来自论文

为了阐明P2-Al络合物的独特显色机制和立体结构,研究人员测量了络合物的CD光谱。当向P2中加入铝离子后,显示出了强烈的Cotton效应,表明三个P2分子与铝离子配位结合形成了手性立体结构。因为借助NMR很难归属每个峰,所以研究人员借助分子动力学模拟了该络合物的分子的结构(见下图)。

P2与铝离子结合形成的络合物的推测结构,计算结果表明图A中蓝色标识的二面角会影响最大吸收波长,二面角和最大吸收波长的关系见左下角的曲线(来自论文

P2具有与其他花色素苷不同的结构,这种特殊的结构赋予了P2不同的性质,比如P2为蓝色时的最大吸收波长与其他花色素苷不同,铝离子和水分子配位也并不会破坏原有络合物结构且能长期保持蓝色。

P2有作为天然蓝色色素的潜力,但可惜紫甘蓝中P2的含量尚不足5%。所以研究人员思考能不能利用酶将其他种类的花色素苷转变为P2。通过筛选水解酶蛋白和改变氨基酸,发现了一种酶1AUR M73H,这种酶可以通过水解除去Sinapoyl基团,将P6-8转化为P2,将P3-5转化为P1。这种酶可以将紫甘蓝中各类花色素苷全部转化为P1和P2,再从P1P2混合物中分离出P2就可以得到大量的P2了。

A: 通过加水分解完成花色素苷的转变 B: 在酶1AUR M73H的作用下HPLC谱图的变化 C:酶的系统树 D: 1AUR WT和M73H的活性位点与P6的位置关系(来自论文

那么P2的显色效果如何呢?吸收光谱实验表明:55天过后,仅有14%的褪色,P2的颜色稳定性无疑是很高的。研究人员使用各种色素制作蓝色和绿色的点心,比较色素的实际显色效果。实验结果表明,P2-Al络合物的颜色最接近亮蓝FCF,P2-Al络合物和红花色素的混合物最接近绿色色素的颜色。

A: 各种物质的水溶液经过一段时间后的吸收光谱 B,C: 使用各色素制作的点心的颜色和色泽度(来自论文

本研究由名古屋大学,UC Davis,Ohio State大学,意大利Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati,法国Avignon大学玛氏食品公司联合研究,研究历时10年。

本研究发现的P2-Al络合物有望作为天然蓝色色素被投入到食品生产中,并且本研究提出的酶合成法为P2-Al络合物的大量化工业化生产提供了一种可能。

Related post

  1. Angew. Chem., Int. Ed. 3次分子内共轭加成…
  2. 实验室常用溶剂怎么干燥除水?
  3. 有机化学日语术语发音 4
  4. 碳碳键构筑的王道反应:羟醛缩合反应(Aldol reaction…
  5.  合成化学的第一步!:找遍古典反应到最新反应2︱第七篇“有机合成…
  6. 化学空间2016年人气记事排行榜
  7. 谱光微视–原位断层光谱
  8. 有機化合物の日本語名称9

Comment

  1. No comments yet.

  1. No trackbacks yet.

You must be logged in to post a comment.

Pick UP!

微信

QQ

广告专区

PAGE TOP