基本信息
- 项目名称：
- 虾青素几何异构体的分析和化学性质研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 虾青素是一种含氧类胡萝卜素，具有优越的抗氧化性。在常规环境中虾青素极易发生不同程度的几何异构化反应，导致其化学性质的变化。故本课题以虾青素为研究对象，通过各种实验和理论方法，对虾青素几何异构体进行分离与鉴定，并将虾青素不同几何异构体的化学性质进行比较研究，同时设法将其制备成化学性质稳定且比例可控的虾青素微胶囊，从而促进其在医药、保健品、食品等领域的更大应用。
- 详细介绍：
- 虾青素（3,3'-二羟基-β,β'-胡萝卜素-4,4'-二酮）是一种含氧类胡萝卜素，主要存在于海洋生物中。因其独特的化学性质，已逐渐被应用于医药、化工、保健品等各个领域，与人类生活和健康息息相关。但是人们对虾青素异构体的功用认识不明，很多时候把顺式异构体当杂质处理，而且对其的生理作用及副作用有多种不同的报道和论述。以上学术争论极大地限制了虾青素的市场。 故本课题通过比较，选择二氯甲烷/正己烷/乙酸乙酯（12:3:5，v/v/v）为最优配比，应用于实际的TLC和OCC分离；借助分析技术确定分离得到了全反式、9顺和13顺虾青素； 经过测定失重、HPLC标准曲线和吸光值标准曲线，我们得到了多个定量方法，综合比较利弊后，确定全反式、9顺-和13顺-虾青素的真实相对响应因子（RRF）分别为1、0.77和0.62，其消光系数分别为2129、1765和1506； 同等浓度下，虾青素的抗氧化性能均显著强于β-胡萝卜素和VE，且顺式虾青素强于全反式虾青素；在自由基清除实验中，9顺-虾青素的清除能力最强，而在超氧阴离子清除实验中，13顺-虾青素的清除能力更优；几何异构体由于构型不同会导致变质途径的差异：9顺-虾青素难以转化为全反式虾青素，却更容易转化为其它副产物；13顺-虾青素非常容易转化为全反式虾青素，使得其变质的速率会显著降低。 关于异构体的分离是一项非常重要的工作，我们在本项目研究的基础上，查阅相关文献并综述了超临界技术在类胡萝卜素化学中的应用，同时申请了发明专利《异构体比例可控的类胡萝卜素微胶囊的制备方法》，希望在以后的工作中能进一步拓展；异构体的定量非常繁琐复杂，本项目集中比较了多种定量方法，但还需要进一步验证推广；虾青素的抗氧化性能和异构化反应研究还需更加系统，最好能加上理论计算的验证。关于抗氧化及异构我们已发表或录用了多篇论文，包括《虾青素几何异构体的分离、鉴定及抗氧化性能研究》、《类胡萝卜素几何异构化反应的研究进展》、《番茄红素异构体的定性分析》和《Stability of β-carotene in thermal oils》，关于虾青素的实验现象还需进一步总结提炼。
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撰写目的和基本思路
- 目的：通过各种实验和理论方法，对虾青素几何异构体进行分离与鉴定，并将虾青素不同几何异构体的化学性质进行比较研究，同时设法将其制备成化学性质稳定且比例可控的虾青素微胶囊，从而促进其在医药、保健品、食品等领域的更大应用。 基本思路：（1）查阅相关期刊文献；2）对虾青素几何异构体进行分离、定性和定量；（3）虾青素几何异构体化学性质比较研究；（4）将研究结果应用于微胶囊制备等生产实践。
科学性、先进性及独特之处
- 虾青素具有强大的抗氧化性能，国际市场需求日益增大。但虾青素产品中均含有不同含量的几何异构体，而人们对这些几何异构体的功效缺乏足够认识，从而限制了其更大应用。本课题将采用理论与实验相结合、微观与宏观相结合的研究方法对全反式-、9顺-和13顺-虾青素的抗氧化性能和几何异构化反应做系统的比较研究，从而帮助人们科学地认识虾青素几何异构体。
应用价值和现实意义
- 虾青素因其独特的化学性质，已逐渐被应用于医药、保健品等各个领域，与人类生活和健康息息相关。但人们对虾青素异构体的功用认识不明，而且对其的生理作用及副作用有多种不同的报道，极大地限制了虾青素的市场。 本项目将分离得到单一几何异构体，并对其抗氧化性能和异构化反应进行科学地比较和研究，通过微观与宏观相结合的研究方法，揭开虾青素几何异构体的真实生理作用，促进虾青素产业的发展。
学术论文摘要
- 摘要：通过比较，选择二氯甲烷/正己烷/乙酸乙酯（12:3:5，v/v/v）为最优配比，应用于实际的TLC和OCC分离；借助分析技术确定分离得到了全反式、9顺和13顺虾青素； 经过测定失重、HPLC标准曲线和吸光值标准曲线，我们得到了多个定量方法，综合比较利弊后，确定全反式、9顺-和13顺-虾青素的真实相对响应因子（RRF）分别为1、0.77和0.62，其消光系数分别为2129、1765和1506； 同等浓度下，虾青素的抗氧化性能均显著强于β-胡萝卜素和VE，且顺式虾青素强于全反式虾青素；在自由基清除实验中，9顺-虾青素的清除能力最强，而在超氧阴离子清除实验中，13顺-虾青素的清除能力更优；几何异构体由于构型不同会导致变质途径的差异：9顺-虾青素难以转化为全反式虾青素，却更容易转化为其它副产物；13顺-虾青素非常容易转化为全反式虾青素，使得其变质的速率会显著降低。
获奖情况
- (1) 吴月婵，仇丹，金兴江，高志杰，俞津斌．超临界技术在类胡萝卜素化学中的应用[J]．宁波工程学院学报，2011，23（1）：87-90． (2) 金兴江，吴月婵，仇丹，竹文礼，俞津，赵波，石立芳，周佳超．虾青素几何异构体的分离、鉴定及抗氧化性能研究[J]．食品科技，2010，35（12）：224-231． (3) 仇丹，吴月婵，金兴江，赵波，叶世强，竹文礼，石立芳，周佳超．类胡萝卜素几何异构化反应的研究进展[J]．食品科技，2010，35（11）：257-260． (4) 仇丹，吴月婵，汪泠．异构体比例可控的类胡萝卜素微胶囊的制备方法[P]．专利号：ZL201010201551.6，公开日：2010年11月10日． (5) Dan Qiu， Shuang-xi Shao，Bo Zhao， Yue-chan Wu， Li-fang Shi，Jia-chao Zhou and Zhi-rong Chen． Stability of β-carotene in thermal oils ．Journal of Food Biochemistry (SCI 期刊)，Accept
鉴定结果
- 情况属实。
参考文献
- [1] Jyonouchi H，Sun S，Iijima K，& Gross M．Antitumor activity of astaxanthin and its mode of action [J]．Nutr Cancer，2000，36(1)：59-65． [2] Yuan J，Chen F．Isomerization of trans-astaxanthin to cis-isomers in organic solvents [J]．J. Agric. Food .Chem.，1999，47：3656-3660． [3] Yuan J，Chen F．Kinetics for the reversible isomerization reaction of trans-astaxanthin[J]．Food Chem.，2001，73：131-137． [4] 李浩明，高蓝．虾青素的结构、功能与应用[J]．精细化工，2003，20(1)：32-37． [5] Palozza P，Krinsky N. I． Astaxanthin and canthaxanthin are potent antioxidants in a membrane model[J]．Arch. Biochem. Biophys.，1992， 297： 291-295． [6] Qiu D，Chen Z，Li H． Effect of heating on solid β-carotene [J]．Food Chem.，2009，112：344-349． [7] Liu X，Osawa T．Cis astaxanthin and especially 9-cis astaxanthin exhibits a higher antioxidant activity in vitro compared to the all-trans isomer [J]．Biochem. Biophys. Res. Commun.，2007，357：187-193．
同类课题研究水平概述
- 国内外学者对此进行了大量的研究，大多集中于虾青素的抗氧化性能研究，而对于各个单一异构体的化学性质研究较少。 ⑴ 虾青素的抗氧化性能研究 前人已进行了大量关于虾青素抗氧化性能的研究，尽管学术界一般认为类胡萝卜素的全反式异构体应该具有更强的抗氧化性能，但是有文献报道β-胡萝卜素、番茄红素等的顺式异构体的抗氧化能力在某些体外抗氧化实验中要强于全反式异构体。通过清除DPPH自由基等一系列体外抗氧化实验，Liu等更是明确提出9顺-虾青素具有最强的体外抗氧化性能。长久以来一个很重要的学术问题一直困扰着大家——如何正确认识几何异构体的功用。由于无法建立合理的定量方法，导致存在很多矛盾的结论（如几何异构体抗氧化能力的评价）。 ⑵ 虾青素的几何异构化反应研究 几何异构化反应是变质过程中最受关注的一种变化。通过色谱和光谱方法，人们发现9顺和13顺异构体是全反式异构体最易生成的两种顺式异构体，并且顺式异构体的消光系数要小于全反式异构体，而此结论得出是以色谱峰面积直接作为定量标准的。Gao利用电子顺磁共振波谱与核磁共振波谱联用等手段，发现电化学反应中类胡萝卜素是通过阳离子自由基发生几何异构化反应的。此外，有很多关于虾青素动力学的研究，且绝大部分文献都报道虾青素的异构化反应是一级可逆反应。此外，研究者更多地关注了类胡萝卜素瞬间分子状态的变化过程，却很少涉及实际介质中变质过程研究，更遑论实际介质中不同构型的比较。
