分離藍色的花青素苷級分的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及通過從含花青素巧的蔬菜和水果的汁和提取物選擇性分離花青素巧 分子的級分來得到含花青素巧的天然藍色著色劑組合物的方法。
【背景技術】
[0002] 在食品工業中對用天然著色劑替代合成材料來著色食品的興趣日益增大。
[0003] 在用天然著色劑替代合成著色劑中的一個挑戰是鑒定提供與由合成著色劑所提 供的顏色特征相似的顏色特征的天然著色劑。
[0004] 迄今為止，尚未發現提供與合成的藍色著色劑美國聯邦食品、藥品和化妝品法案 藍1號（抑&CBlueNo. 1)相同的顏色特征的天然著色劑。缺乏合適的天然青藍色色調的 著色劑也已使得從天然的藍色著色劑和黃色著色劑的混合物中得到期望的天然綠色色調 著色劑成為一種挑戰。藍綠藻衍生的材料螺旋藻藍（SpirulinaBlue)被用作天然的藍色 著色劑，但其不提供與美國聯邦食品、藥品和化妝品法案藍1號相同的顏色特征。 陽0化]花青素巧（anthocyanin)是在水果、蔬菜和花瓣，W及有時在植物的根、葉、莖和 巷片的細胞液泡中發現的水溶性化合物。至少部分地由于其寬泛的可用性，含花青素巧的 蔬菜和水果的汁和提取物已經被用作天然的可食用著色劑，并用于生產著色劑組合物，特 別是天然的紅色、紫色和藍色色調的著色劑組合物。
[0006] 花青素巧（anthocyanin)包含與一個或多個糖分子（糖基（glycone))醋化W形 成糖巧的花色素（anthocyanidin)(糖巧配基（aglycone))。糖分子可附接至C-3、C-5、C-7、 C-3'、C-4'和/或C-5'位。在花青素巧結構中發現的糖分子的例子是：阿拉伯糖、半乳糖、 葡萄糖、鼠李糖、蕓香糖、接骨木二糖（sambubiose)、槐糖和木糖。
[0007] 花青素巧還可被酷化，即，它們可具有一個或多個與糖分子醋化的分子，通常位于 單糖的6-位，但還可能在2-位、3-位或4-位。最常見的酷基單元包括來自香豆酸、阿魏酸、 咖啡酸、芥子酸、沒食子酸、丙二酸、醋酸、蘋果酸、班巧酸、香草酸和草酸的那些酷基單元。
[0008] 花色素結構W如下的黃弾鹽（flavylium)陽離子形式示出，該形式是酸性條件下 的主要形式。花色素可在不同位置被氨、徑基和/或甲氧基取代：
其中R3是H或OH， R5是H、OH或OCH3， R6是H或0H， R7 是OH或OCH3， R3'是H、OH或OCH3， R4'是OH或OCH3,且R5'是H、OH或OCH3。
[0009] W下結構示出了最常見的天然花色素：
[0010]因此，基于主要結構、糖基化和酷化模式的差異，運類被稱為花青素巧的化合物涵 蓋大量的結構多樣的化合物。 W11] 已知的花青素巧的植物來源包括：（1)蔬菜，例如，紅卷屯、菜、紫甘馨、藍馬鈴馨、 紅馬鈴馨、紅蘿K黑胡蘿K紫胡蘿K紫玉米、紅玉米、紅洋蔥、紫花挪菜、紅花挪菜、紫菜 花、大黃、黑豆、紅葉窩宦、黑米和茄子；和（2)水果，例如，草替、樹替、蔓越橘、越橘、紅葡 萄、蘋果、黑加侖、紅加侖、樓桃、藍替、接骨木替、越枯、巖高蘭、黑替、花揪果、醋栗、黑漿果 (agai)、油桃、桃、李子、血澄和藍番茄。各花青素巧源包含不同量的多種不同的花青素巧 種類，給定的植物源中通常具有15至30種結構不同的花青素巧分子。
[0012] 含花青素巧的蔬菜和水果的汁和提取物的顏色特征因抑的變化而變化。含花青 素巧的汁和提取物在低pH下通常呈現出紅色色調，并且隨著pH增大該色調遷移至紫色。隨 著pH進一步增大，僅有一些汁和提取物呈現出藍色色調。
[0013] 由抑變化引起的含花青素巧的汁和提取物的顏色變化與花青素巧的許多次級結 構相關，在水性溶液中運些次級結構與主要的黃禪鹽陽離子結構平衡存在。當抑變化時， 不同的平衡結構的相對量將變化。在給定的抑下，一種或多種結構形式可占優勢，而其他 結構形式W較低的量存在或不存在。例如，在非常低的抑下，黃書鹽陽離子形式占優勢。 隨著抑增大，黃#鹽陽離子形式的分子可被去質子化并轉化成甲醇假堿形式，該甲醇假堿 可分別可通過失去水分子和質子進一步轉化成中性的和離子化的釀式堿形式，并進一步轉 化成查耳酬形式。運些轉化減少了黃鮮鹽陽離子形式的分子的量，并且不同程度地增加了 其它平衡形式的量。因此，與低抑相比，在較高的抑下，不同平衡結構W不同的相對量存 在。各結構形式的花青素巧可有差別地吸收光，導致不同感知的顏色，包括無色。因此，隨 著溶液的抑變化，不同結構形式的相對量的變化可導致溶液顏色的變化。
[0014] 各種不同花青素巧分子的特征在于其自身的一種結構轉化為另一種結構的反應 的平衡分子結構和平衡常數組。例如，將一種花青素巧平衡結構轉化成另一種的反應可具 有與其相關的特定的酸解離常數K。。所述反應還可根據對數常數pK。來描述，即，定義為- Io邑10 Ka。
[0015] 黃轉鹽陽離子和釀式堿結構具有連接花青素巧分子的所有=個環的共輛鍵。大 范圍的不定域的n鍵允許黃鋒鹽陽離子和釀式堿吸收可見光，導致在低抑下黃鮮盈陽離 子的感知到的紅色色調，W及在較高的pH下產生離子化的釀式堿的紫色或藍色色調。相比 而言，甲醇假堿和查耳酬結構不具有連接所有=個環的不定域的n鍵，并且是無色或淡黃 色。
[0016] 花青素巧的取代方式也影響顏色。例如，通常觀察到當氨原子被徑基取代時，色調 從粉色遷移至紫色。相似地，觀察到，糖基（糖）單元的數量和酷基單元的數量和類型影響 顏色。但是，運些現象未得到充分的理解，或者不可預測。
[0017] 此外，分子間和分子內的相互作用也影響花青素巧的顏色。相同的花青素巧可取 決于其他分子的存在而產生不同色調。例如，人們相信花青素巧糖上的酷基可折疊起來并 保護黃鮮鹽陽離子C-2不受親核攻擊。因此，該分子內的相互作用防止形成無色的甲醇假 堿結構。相似地，人們相信，由花青素巧濃度的兩倍升高的事實證明的花青素巧分子的自連 接（self-associate)可導致色度增加300倍，并且可改變色調和值。假設該自連接類似于 分子內的堆積（intramolecularstacking)，并防止親核攻擊和甲醇假堿結構的形成。
[0018] 雖然已知例如抑、花青素巧化學結構、取代方式、分子間和分子內的相互作用等因 素都影響在含花青素巧的蔬菜和水果的汁和提取物中觀察到的顏色，但是對于運些因素如 何相互作用W改變顏色的理解并不充分，即，具體的原因和作用是不可預測的。
[0019] 例如，已經通過HPLC分離到了單個的花青素巧分子，但是該分離總是在低抑下發 生，并且在低抑下分析了單個的花青素巧的顏色特征。類似地，已經研究了抑對含花青素 巧的蔬菜和水果的汁和提取物的顏色特征的影響，但是運些研究已經分析了所述汁和提取 物中天然存在的復雜的花青素巧混合物。然而，pH的變化如何影響從天然來源的單個花青 素巧分子或花青素巧級分的顏色特征，并沒有得到充分理解，或者是不可預測的。現有技術 公開了取代基（例如糖基和酷基）的數量和類型影響顏色；然而，其沒有公開和不知道運些 取代基如何隨著抑的變化來影響顏色。最后，雖然現有技術假設，多種分子間和分子內相 互作用影響顏色，但是其沒有公開抑變化如何影響運些分子間和分子內相互作用，W及最 終影響所觀察到的花青素巧的顏色。
[0020] WO2009/100165A2公開了從含花青素巧的水果和蔬菜的汁中的其他酪類分子分 離花青素巧的方法。WO2009/100165A2沒有公開基于分子的電荷和極性的差異來選擇性 地分離花青素巧分子的級分W產生具有期望的與包含花青素巧的汁不同的顏色的級分。
[0021] 色譜分析法雜志A卷（J.C虹omatographyA.)，1148 (2007)，38-45 中描述了分析 規模地分離單種花青素巧。所述分離在低抑，即，小于2的抑，下進行，使用HPLCW協助鑒 定單種花青素巧。該方法分離花青素巧分子用于檢測而非用于產生具有花青素巧混合物的 級分。
[0022] WO2004/012526公開了一種抑7. 9的紅卷屯、菜花青素巧的藍著色劑溶液，其用 于包裹糖食忍的糖漿中。沒有將該紅卷屯、菜花青素巧分離成級分。
[0023] 現有技術中不存在基于花青素巧分子電荷和極性的差異在選擇的抑下從含花青 素巧的蔬菜和水果的汁和提取物分離花青素巧分子的級分的例子。此外，尚沒有公開用于 得到提供與由源汁和提取物提供的顏色特征不同的顏色特征的花青素巧級分的方法。特別 地，現有技術尚未描述用于得到提供與合成的藍色著色劑美國聯邦食品、藥品和化妝品法 案藍1號所提供的顏色特征相似的顏色特征的天然的含花青素巧的藍色著色劑組合物的 方法。
[0024] 期望具有可用于對食物進行著色的豐富多彩的天然著色劑。長期感到對天然的藍 色著色劑的需要，該天然的藍色著色劑提供的顏色特征與合成的美國聯邦食品、藥品和化 妝品法案藍1號提供的顏色特征相似。因此，從含花青素巧的蔬菜和水果的汁和提取物得 到運樣的天然的藍色著色劑的方法是期望的。
【發明內容】
[00巧]本發明設及得到含花青素巧的天然藍色著色劑組合物的方法，該含花青素巧的天 然藍色著色劑組合物提供的顏色特征與合成的藍色著色劑美國聯邦食品、藥品和化妝品法 案藍1號（抑&CBlueNo. 1)提供的顏色特征相似花青素巧。所述含花青素巧的天然藍色 著色劑通過基于花青素巧分子電荷和極性的差異在選擇的抑下從含花青素巧的蔬菜和水 果的汁和提取物分離包含花青素巧分子的混合物的級分來得到。
[00%] 在一個實施方式中，本發明設及從含花青素巧的蔬菜或水果的汁或提取物或它們 的組合中分離花青素巧的級分的方法，所述方法包括：a)將含花青素巧的蔬菜或水果的汁 或提取物或它們的組合上樣至離子交換柱；b)基于花青素巧分子的電荷和極性的差異，使 用選擇的抑的溶劑，在所述離子交換柱上選擇性地分離花青素巧，其中所述抑值為至少約 2 ;W及C)選擇包含分離的花青素巧的一個級分或級分組合，W使當在pH8. 0的水性溶液 中時，所述一個級分或所述多個級分的組合中的所述分離的花青素巧具有615nm至635nm 的最大吸光度。所選擇的含花青素巧的級分或級分組合包含分離的花青素巧，該分離的花 青素巧提供的顏色特征更接近美國聯邦食品、藥品和化妝品法案藍1號提供的顏色特征， 但與含花青素巧的蔬菜或水果的汁或提取物或它們的組合的顏色特征不同，即，是分級的 子集。
【附圖說明】
[0027]圖1示出了兩個透視圖，其為作為水性溶液中濃度的函數的CIE1976CIELAB L相沖*顏色空間中美國聯邦食品、藥品和化妝品法案藍I號提供的顏色特征的S維表示。
[0028] 圖2示出了兩個透視圖，其為作為水性溶液中濃度的函數的CIE 1976CffiLCH L*C*h°顏色空間中美國聯邦食品、藥品和化妝品法案藍1號提供的顏色特征的=維表示。
[0029] 圖3表示兩個透視圖，其為CIE 1976 CIELAB L相沖*顏色空間中與美國聯邦食 品、藥品和化妝品法案藍1號提供的顏色差3或更小的AE的顏色的區域，