壳聚糖枝载型食用色素的设计合成及其功能性研究

With food safety issues have become increasingly prominent, the safty of edible pigments has been received extensive attention, nowadays how to improve the safety of synthetic edible pigments has become a urgent global problem. Synthetic edible pigments mostly are azo-compounds, which can be degraded and metabolized to aromatic amines by NADH and NADPH in liver or by the gut microflora. The produced aromatic amines cause synthetic edible pigments carcinogenic and genotoxic. Natural polysaccharide-chitosan has good biocompatibility and safety.In addition chitosan is antibacterial, immunomodulatory and unabsorbable. In this project, chitosan was chosen to "carrier "and some synthetic pigments were chosen to "Chromophores". Through molecular assembly, edible pigments were grafted to chitosan to form polymeric pigments, which have both coloring nature and reliable safety. The molecular assembly methods were designed and the target products will be synthesized, characterized and investegated to meet our minds.

随着食品安全问题日益突出，食用色素对人类健康的影响备受关注，提高食用色素安全性是当今国际面临的急迫课题。目前，国内外常用的食用色素均以偶氮类色素为主体，但偶氮类色素在人体中会通过肝脏还原辅酶的降解和肠道中菌群的还原代谢而产生芳胺类化合物，从而具有致癌性和遗传毒性。本课题基于天然多糖-壳聚糖生物相容性好、安全性高，同时具有抗菌、免疫功能调节、人体不易降解吸收等独特性能，拟选择壳聚糖及其衍生物作为载体，以目前常规使用的食用色素分子作为发色体，通过"载体"和"发色体"的合理分子组装，构建一类既具有发色体染色性质，又保留天然载体安全性能，同时能缓解或阻断偶氮基还原断裂的新型天然载体枝载型使用色素，研究色素分子结构与染色性能、生理性能的关系及其调控规律，筛选色泽饱满无毒的全色谱化合物，为新型绿色食用色素创制提供理论依据和先导化合物。

本项目选取了日落黄、诱惑红、柠檬黄、苋菜红、橙黄Ⅱ等常规偶氮类食用合成色素，通过化学改性，在分子上引入磺酰氯、四甘醇酯以及环氧氯丙烷等活性基团，再与壳聚糖、羧甲基壳聚糖等生物相容性好、安全性高的天然生物大分子进行化学组装，创制了4个系列20余种新型壳聚糖支载型大分子食用色素。通过考察反应原料摩尔比、pH、反应温度、反应时间以及缚酸剂种类等因素的影响，优化了合成方法，获得了最佳工艺条件。 . 壳聚糖支载型大分子色素不仅保留了小分子食用色素的发色性质，且具备良好的水溶性。课题组利用扫描电镜、紫外光谱、红外光谱、核磁氢谱、元素分析、凝胶渗透色谱、差示扫描量热仪等综合分析手段，对大分子色素的微观形貌、分子结构以及化合物信息进行了系统表征。扫描电镜呈现了壳聚糖支载型大分子色素球形的微观形貌，紫外光谱确认了大分子色素中的发色团共轭结构，红外光谱、核磁氢谱对中间体和终产物特征峰的识别验证了分子结构，元素分析给出了大分子色素分子的元素相对含量，差示扫描量热则分析了聚合物的热性能也进一步验证了小分子色素与壳聚糖的化学键交联，凝胶渗透色谱则给出了大分子色素的分子量信息。. 课题组通过对小分子偶氮色素和大分子色素的抗辅酶（NADH）还原和肝细胞抑制实验平行的结果对比，初步验证了大分子色素的细胞毒性。抗辅酶还原实验结果显示大分子色素能够有效屏蔽辅酶（NADH）对偶氮双键的还原，阻断偶氮键的断裂，使得色素在细胞液中的稳定性得以提升。肝细胞抑制实验通过考察色素导致细胞凋亡的数量，计算得出色素的半抑制率（IC50），对比发现大分子色素的IC50普遍低于小分子偶氮色素，由此推断壳聚糖支载的大分子色素具有相对较低的细胞毒性。. 另外，课题组还尝试了合成了HPEI-b-PHEMA、HPA-b-PCL、HPGs三类超支化功能聚合物，其结构呈多臂星状，与壳聚糖开环产物类似，均具有多个羟基和氨基位点，易溶于水，具有较好的生物相容性。实验初步证实，超支化聚合物可以有效负载偶氮食用色素，提升偶氮色素抗辅酶还原能力。