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基本信息

項(xiàng)目名稱：
蝦青素幾何異構(gòu)體的分析和化學(xué)性質(zhì)研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
蝦青素是一種含氧類胡蘿卜素，具有優(yōu)越的抗氧化性。在常規(guī)環(huán)境中蝦青素極易發(fā)生不同程度的幾何異構(gòu)化反應(yīng)，導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)的變化。故本課題以蝦青素為研究對(duì)象，通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)和理論方法，對(duì)蝦青素幾何異構(gòu)體進(jìn)行分離與鑒定，并將蝦青素不同幾何異構(gòu)體的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較研究，同時(shí)設(shè)法將其制備成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且比例可控的蝦青素微膠囊，從而促進(jìn)其在醫(yī)藥、保健品、食品等領(lǐng)域的更大應(yīng)用。
詳細(xì)介紹：
蝦青素（3,3'-二羥基-β,β'-胡蘿卜素-4,4'-二酮）是一種含氧類胡蘿卜素，主要存在于海洋生物中。因其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，已逐漸被應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、保健品等各個(gè)領(lǐng)域，與人類生活和健康息息相關(guān)。但是人們對(duì)蝦青素異構(gòu)體的功用認(rèn)識(shí)不明，很多時(shí)候把順式異構(gòu)體當(dāng)雜質(zhì)處理，而且對(duì)其的生理作用及副作用有多種不同的報(bào)道和論述。以上學(xué)術(shù)爭(zhēng)論極大地限制了蝦青素的市場(chǎng)。 故本課題通過(guò)比較，選擇二氯甲烷/正己烷/乙酸乙酯（12:3:5，v/v/v）為最優(yōu)配比，應(yīng)用于實(shí)際的TLC和OCC分離；借助分析技術(shù)確定分離得到了全反式、9順和13順蝦青素； 經(jīng)過(guò)測(cè)定失重、HPLC標(biāo)準(zhǔn)曲線和吸光值標(biāo)準(zhǔn)曲線，我們得到了多個(gè)定量方法，綜合比較利弊后，確定全反式、9順-和13順-蝦青素的真實(shí)相對(duì)響應(yīng)因子（RRF）分別為1、0.77和0.62，其消光系數(shù)分別為2129、1765和1506； 同等濃度下，蝦青素的抗氧化性能均顯著強(qiáng)于β-胡蘿卜素和VE，且順式蝦青素強(qiáng)于全反式蝦青素；在自由基清除實(shí)驗(yàn)中，9順-蝦青素的清除能力最強(qiáng)，而在超氧陰離子清除實(shí)驗(yàn)中，13順-蝦青素的清除能力更優(yōu)；幾何異構(gòu)體由于構(gòu)型不同會(huì)導(dǎo)致變質(zhì)途徑的差異：9順-蝦青素難以轉(zhuǎn)化為全反式蝦青素，卻更容易轉(zhuǎn)化為其它副產(chǎn)物；13順-蝦青素非常容易轉(zhuǎn)化為全反式蝦青素，使得其變質(zhì)的速率會(huì)顯著降低。 關(guān)于異構(gòu)體的分離是一項(xiàng)非常重要的工作，我們?cè)诒卷?xiàng)目研究的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)文獻(xiàn)并綜述了超臨界技術(shù)在類胡蘿卜素化學(xué)中的應(yīng)用，同時(shí)申請(qǐng)了發(fā)明專利《異構(gòu)體比例可控的類胡蘿卜素微膠囊的制備方法》，希望在以后的工作中能進(jìn)一步拓展；異構(gòu)體的定量非常繁瑣復(fù)雜，本項(xiàng)目集中比較了多種定量方法，但還需要進(jìn)一步驗(yàn)證推廣；蝦青素的抗氧化性能和異構(gòu)化反應(yīng)研究還需更加系統(tǒng)，最好能加上理論計(jì)算的驗(yàn)證。關(guān)于抗氧化及異構(gòu)我們已發(fā)表或錄用了多篇論文，包括《蝦青素幾何異構(gòu)體的分離、鑒定及抗氧化性能研究》、《類胡蘿卜素幾何異構(gòu)化反應(yīng)的研究進(jìn)展》、《番茄紅素異構(gòu)體的定性分析》和《Stability of β-carotene in thermal oils》，關(guān)于蝦青素的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還需進(jìn)一步總結(jié)提煉。

作品圖片

  • 蝦青素幾何異構(gòu)體的分析和化學(xué)性質(zhì)研究
  • 蝦青素幾何異構(gòu)體的分析和化學(xué)性質(zhì)研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的：通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)和理論方法，對(duì)蝦青素幾何異構(gòu)體進(jìn)行分離與鑒定，并將蝦青素不同幾何異構(gòu)體的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較研究，同時(shí)設(shè)法將其制備成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且比例可控的蝦青素微膠囊，從而促進(jìn)其在醫(yī)藥、保健品、食品等領(lǐng)域的更大應(yīng)用。 基本思路：（1）查閱相關(guān)期刊文獻(xiàn)；2）對(duì)蝦青素幾何異構(gòu)體進(jìn)行分離、定性和定量；（3）蝦青素幾何異構(gòu)體化學(xué)性質(zhì)比較研究；（4）將研究結(jié)果應(yīng)用于微膠囊制備等生產(chǎn)實(shí)踐。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

蝦青素具有強(qiáng)大的抗氧化性能，國(guó)際市場(chǎng)需求日益增大。但蝦青素產(chǎn)品中均含有不同含量的幾何異構(gòu)體，而人們對(duì)這些幾何異構(gòu)體的功效缺乏足夠認(rèn)識(shí)，從而限制了其更大應(yīng)用。本課題將采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、微觀與宏觀相結(jié)合的研究方法對(duì)全反式-、9順-和13順-蝦青素的抗氧化性能和幾何異構(gòu)化反應(yīng)做系統(tǒng)的比較研究，從而幫助人們科學(xué)地認(rèn)識(shí)蝦青素幾何異構(gòu)體。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

蝦青素因其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，已逐漸被應(yīng)用于醫(yī)藥、保健品等各個(gè)領(lǐng)域，與人類生活和健康息息相關(guān)。但人們對(duì)蝦青素異構(gòu)體的功用認(rèn)識(shí)不明，而且對(duì)其的生理作用及副作用有多種不同的報(bào)道，極大地限制了蝦青素的市場(chǎng)。 本項(xiàng)目將分離得到單一幾何異構(gòu)體，并對(duì)其抗氧化性能和異構(gòu)化反應(yīng)進(jìn)行科學(xué)地比較和研究，通過(guò)微觀與宏觀相結(jié)合的研究方法，揭開(kāi)蝦青素幾何異構(gòu)體的真實(shí)生理作用，促進(jìn)蝦青素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

學(xué)術(shù)論文摘要

摘要：通過(guò)比較，選擇二氯甲烷/正己烷/乙酸乙酯（12:3:5，v/v/v）為最優(yōu)配比，應(yīng)用于實(shí)際的TLC和OCC分離；借助分析技術(shù)確定分離得到了全反式、9順和13順蝦青素； 經(jīng)過(guò)測(cè)定失重、HPLC標(biāo)準(zhǔn)曲線和吸光值標(biāo)準(zhǔn)曲線，我們得到了多個(gè)定量方法，綜合比較利弊后，確定全反式、9順-和13順-蝦青素的真實(shí)相對(duì)響應(yīng)因子（RRF）分別為1、0.77和0.62，其消光系數(shù)分別為2129、1765和1506； 同等濃度下，蝦青素的抗氧化性能均顯著強(qiáng)于β-胡蘿卜素和VE，且順式蝦青素強(qiáng)于全反式蝦青素；在自由基清除實(shí)驗(yàn)中，9順-蝦青素的清除能力最強(qiáng)，而在超氧陰離子清除實(shí)驗(yàn)中，13順-蝦青素的清除能力更優(yōu)；幾何異構(gòu)體由于構(gòu)型不同會(huì)導(dǎo)致變質(zhì)途徑的差異：9順-蝦青素難以轉(zhuǎn)化為全反式蝦青素，卻更容易轉(zhuǎn)化為其它副產(chǎn)物；13順-蝦青素非常容易轉(zhuǎn)化為全反式蝦青素，使得其變質(zhì)的速率會(huì)顯著降低。

獲獎(jiǎng)情況

(1) 吳月嬋，仇丹，金興江，高志杰，俞津斌．超臨界技術(shù)在類胡蘿卜素化學(xué)中的應(yīng)用[J]．寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，23（1）：87-90． (2) 金興江，吳月嬋，仇丹，竹文禮，俞津，趙波，石立芳，周佳超．蝦青素幾何異構(gòu)體的分離、鑒定及抗氧化性能研究[J]．食品科技，2010，35（12）：224-231． (3) 仇丹，吳月嬋，金興江，趙波，葉世強(qiáng)，竹文禮，石立芳，周佳超．類胡蘿卜素幾何異構(gòu)化反應(yīng)的研究進(jìn)展[J]．食品科技，2010，35（11）：257-260． (4) 仇丹，吳月嬋，汪泠．異構(gòu)體比例可控的類胡蘿卜素微膠囊的制備方法[P]．專利號(hào)：ZL201010201551.6，公開(kāi)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

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)。

參考文獻(xiàn)

[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，高藍(lán)．蝦青素的結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用[J]．精細(xì)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．

同類課題研究水平概述

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，大多集中于蝦青素的抗氧化性能研究，而對(duì)于各個(gè)單一異構(gòu)體的化學(xué)性質(zhì)研究較少。 ⑴ 蝦青素的抗氧化性能研究 前人已進(jìn)行了大量關(guān)于蝦青素抗氧化性能的研究，盡管學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為類胡蘿卜素的全反式異構(gòu)體應(yīng)該具有更強(qiáng)的抗氧化性能，但是有文獻(xiàn)報(bào)道β-胡蘿卜素、番茄紅素等的順式異構(gòu)體的抗氧化能力在某些體外抗氧化實(shí)驗(yàn)中要強(qiáng)于全反式異構(gòu)體。通過(guò)清除DPPH自由基等一系列體外抗氧化實(shí)驗(yàn)，Liu等更是明確提出9順-蝦青素具有最強(qiáng)的體外抗氧化性能。長(zhǎng)久以來(lái)一個(gè)很重要的學(xué)術(shù)問(wèn)題一直困擾著大家——如何正確認(rèn)識(shí)幾何異構(gòu)體的功用。由于無(wú)法建立合理的定量方法，導(dǎo)致存在很多矛盾的結(jié)論（如幾何異構(gòu)體抗氧化能力的評(píng)價(jià)）。 ⑵ 蝦青素的幾何異構(gòu)化反應(yīng)研究 幾何異構(gòu)化反應(yīng)是變質(zhì)過(guò)程中最受關(guān)注的一種變化。通過(guò)色譜和光譜方法，人們發(fā)現(xiàn)9順和13順異構(gòu)體是全反式異構(gòu)體最易生成的兩種順式異構(gòu)體，并且順式異構(gòu)體的消光系數(shù)要小于全反式異構(gòu)體，而此結(jié)論得出是以色譜峰面積直接作為定量標(biāo)準(zhǔn)的。Gao利用電子順磁共振波譜與核磁共振波譜聯(lián)用等手段，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)中類胡蘿卜素是通過(guò)陽(yáng)離子自由基發(fā)生幾何異構(gòu)化反應(yīng)的。此外，有很多關(guān)于蝦青素動(dòng)力學(xué)的研究，且絕大部分文獻(xiàn)都報(bào)道蝦青素的異構(gòu)化反應(yīng)是一級(jí)可逆反應(yīng)。此外，研究者更多地關(guān)注了類胡蘿卜素瞬間分子狀態(tài)的變化過(guò)程，卻很少涉及實(shí)際介質(zhì)中變質(zhì)過(guò)程研究，更遑論實(shí)際介質(zhì)中不同構(gòu)型的比較。
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