酶法輔助提取紫薯花青素研究

田麗君，劉志偉，張艷

(武漢工業學院食品科學與工程學院，湖北武漢430023)

酶法輔助提取紫薯花青素研究

田麗君，劉志偉，張艷

(武漢工業學院食品科學與工程學院，湖北武漢430023)

紫薯花青素是紫薯的重要活性成分，是一種天然營養功能型色素。在紫薯液中加入α-淀粉酶和纖維素酶能夠提高紫薯花青素的提取得率，實驗研究優選最佳條件:α-淀粉酶在pH為6，溫度80℃，添加量為40 U/mL作用40 min可達到最佳效果;纖維素酶在pH為5，溫度為50℃，添加量為100 u/mL作用1 h可達到最佳效果。

紫薯花青素;酶法輔助提取;提取技術

Abstract:Anthocyanin，as an important component of purple sweet potato，is a kind of natural and nutrient pigment with many physiological functions. The optimal addition，temperature，pH and time ofα-amylase and cellu1ase were determined:pH6，temperature 80℃，，addition400U/mL，hydrolysis time 40min were best forα-amylase;pH5，temperature 60℃，addition 200U/mL，hydrolysis time 60min were best for cellu1ase.

Key words:anthocyanins from purple sweet potato;enzyme-assisted extraction;extraction

紫薯花青素屬類黃酮化合物，以C6-C3-C6為基本結構，主要為酰基化的花青素和甲基花青素［1-3］。研究表明，紫薯花青素具有多種生理活性，如抗氧化功能、清除自由基作用、預防癌變、預防高血壓等［4-6］，可用于保健食品領域。在酸性條件下，呈鮮艷的深紅色［7］，是一種天然的食用紅色素資源，在食品、藥品、化妝品等領域具有很大的應用潛力。

在日本已利用紫薯加工混合甜飲料、全薯粉、酒、面包、薯醬等。國內企業已生產出紫薯面包、飲料、全薯粉等新產品，深受消費者歡迎。隨著研究的深入，紫薯將會在新的領域，特別是醫藥、保健品領域有著更大的發展前景。

紫薯花青素的提取技術，在傳統方法如溶劑萃取法、超濾法、吸附精制法等基礎上有了很大的發展。復合酶解、微波、超聲波和其他生物技術等輔助提取技術也不斷嘗試運用于紫薯花青素的提取研究，大大提高了紫薯花青素的提取率，降低了能耗和生產成本。本文對α-淀粉酶和纖維素酶輔助提取紫薯花青素的工藝條件進行研究，旨在確定酶解的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1. 1 材料與試劑

紫薯全粉:武漢普澤天食品有限公司提供;檸檬酸:天津市科密歐化學試劑有限公司，分析純;

α-淀粉酶和纖維素酶:天津諾奧科技發展有限公司;莧菜紅:國藥集團化學試劑有限公司，分析純;其它常用試劑，均為分析純。

1. 2 儀器與設備

DF-101S集熱式加熱磁力攪拌器:鞏義市予華儀器有限責任公司;V-1100型可見分光光度計:上海美譜達儀器有限公司;80-2離心沉淀器:金壇市醫療儀器廠;實驗室pH計FE20:梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1. 3 試驗方法

1. 3. 1 標準曲線的繪制

稱取干燥至恒重的莧菜紅約0. 2 g(精確至0. 0001 g)，用蒸餾水定容至1000 mL。然后精確移取0. 2，0. 4，0. 6，0. 8，1. 0 mL該溶液至10 mL容量瓶中，定容至刻度。靜置15 min后，在525 nm下測定其吸光度，根據所得數據以莧菜紅含量為縱坐標，以對應的吸光值為橫坐標，繪制標準曲線，得回歸方程。

1. 3. 2 紫薯花青素酶解工藝

(1)紫薯花青素酶解輔助提取工藝如圖1所示。

圖1 提取工藝流程

(2)紫薯花青素粗得率的計算。

紫薯花青素粗得率(mg/g)=cv/m.

其中，c表示提取液中花青素的濃度，μg/mL;v表示稀釋的體積，mL;m表示樣品的質量，g。

(3)α-淀粉酶和纖維素酶酶解條件的優化。準確稱取1. 00 g紫薯粉，確定酶解pH、酶添加量及酶解時間、酶解溫度為研究的主要因素，分別考察α-淀粉酶和纖維素酶的酶法提取對紫薯花青素提取得率的影響。根據實驗結果，確定酶解的最佳條件。

1. 3. 3 酶解對紫薯花青素提取效果的影響

在α-淀粉酶和纖維素酶的最適pH、最適溫度、最適添加量和酶解時間的條件下酶解紫薯粉，測定色素粗提液在525 nm下的吸光值，并與空白試驗相比較，分析酶解對色素提取的影響。

2結果與討論

2. 1 標準曲線制作

利用分光光度計法測定莧菜紅色素標準曲線，如圖2所示。

圖2 莧菜紅標準曲線

2. 2α-淀粉酶及纖維素酶水解條件的優化

2. 2. 1 α淀粉酶酶解條件的確定

(1)α-淀粉酶最適pH。pH對α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響如圖3所示。由圖3可看出在α-淀粉酶添加量在40 U/mL、酶解時間30 min、溫度80℃的條件下，酶解反應的pH從4升至8的過程中，所得紫薯花青素先增加后減少，在pH為6時達到最大，為2. 051 mg/g。在pH升高至6之前，α-淀粉酶的活性逐漸增強直至到達最適pH，所得紫薯花青素也呈現逐漸增加的趨勢;在pH大于6之后，一方面是由于酶活性降低，另一方面是偏中性的環境影響了紫薯花青素的穩定性導致得率下降［8］。α-淀粉酶的常用pH通常在中性左右，在紫薯花青素水解反應中最適pH偏酸性，這與紫薯花青素在酸性條件下更穩定有關［9］。

圖3 pH對α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響

(2)α-淀粉酶最適溫度。溫度對α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響如圖4所示。由圖4可看出在α-淀粉酶添加量在40 U/mL、酶解時間30 min、pH為6的條件下，酶解反應的溫度從70℃升至90℃的過程中，所得紫薯花青素在溫度為80℃時達到最大。在一般情況下，α-淀粉酶的最適溫度在90℃以上，在紫薯中卻在80℃，是因為該溫度利于酶分子進入紫薯組織，從而促進酶解反應的進行［10］。

圖4 溫度對α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響

(3)α-淀粉酶添加量及酶解時間。α-淀粉酶添加量及酶解時間對紫薯花青素得率的影響如圖5所示。由圖5可看出，在80℃、pH為6的條件下，α-淀粉酶添加量分別為40 U/mL，60 U/mL，80 U/mL，100 U/mL，120 U/mL、酶解時間為別為20 min，40 min，60 min，80 min，100 min，當酶添加量為40 U/ mL、酶解時間為40 min時，所得紫薯花青素達到最大。可見，α-淀粉酶的最適添加量和最適酶解時間分別為40 u/mL，40 min。

圖5 α-淀粉酶添加量及酶解時間對紫薯花青素得率的影響

2. 2. 2 纖維素酶酶解條件的確定

(1)纖維素酶最適pH。pH對纖維素酶水解紫薯花青素的影響如圖6所示。由圖6可看出纖維素酶添加量在200 U/mL、酶解時間60 min、溫度為50℃的條件下，酶解反應的pH從4升至6的過程中，所得紫薯花青素在pH為5時達到最大，為1. 987 mg/g。在pH大于5之后，紫薯花青素的得率基本保持不變，可見纖維素酶在紫薯中作用的最適pH為5。

圖6 pH對纖維素酶水解紫薯花青素的影響

(2)纖維素酶最適溫度。溫度對纖維素酶水解紫薯花青素的影響如圖7所示。由圖7可看出在纖維素酶添加量在200 U/mL、酶解時間60 min、pH為5的條件下，酶解反應的溫度從40℃升至60℃的過程中，所得紫薯花青素在溫度為50℃時達到最。在溫度達到50℃后，紫薯花青素的得率基本保持不變，因此，纖維素酶在紫薯中作用的最適溫度為50℃。

圖7 溫度對纖維素酶水解紫薯花青素的影響

(3)纖維素酶添加量和作用時間。纖維素酶添加量及酶解時間對紫薯花青素得率的影響如圖8所示。由圖8可看出，在60℃、pH為5的條件下，纖維素酶的添加量分別為50 U/mL，100 U/mL，150 U/mL，200 U/mL，250 U/mL、酶解時間為別為20 min，40 min，60 min，80 min，100 min，當酶添加量為100 U/mL、酶解時間為60 min時，所得紫薯花青素達到最大。可見，纖維素酶的最適添加量和最適酶

圖8 纖維素酶添加量及酶解時間對紫薯花青素得率的影響

解時間分別為100 U/mL，60 min。

2. 3 α-淀粉酶和纖維素酶聯合作用的影響

α-淀粉酶和纖維素酶在各自最適條件下先后作用于紫薯溶液，在經60℃浸提2 h，同時做空白試驗。酶解所得紫薯花青素的得率為2. 342 mg/g，空白試驗得率僅為1. 892 mg/g。可見，在α淀粉酶和纖維素酶的聯合作用下，紫薯花青素的得率不僅高于空白試驗，而且高于兩種酶單一作用時的得率，這對紫薯花青素的工業化生產有一定的指導作用。

3 結論

本試驗結果表明，在紫薯花青素的提取試驗中，α-淀粉酶的最佳作用條件為:pH為6，溫度80℃，添加量為40 U/mL作用40 min;纖維素酶在pH為5，溫度為50℃，添加量為100 U/mL作用1 h可達到最佳效果。這兩種酶的聯合作用，可顯著提高紫薯花青素的得率。

紫薯花青素是一種安全、無毒的天然色素，而且兼具營養和保健功能，研究新的提取方法，對紫薯花青素開發利用有重大意義。本研究運用復合酶水解法提取紫薯花青素不僅可以提高其得率，降低生產成本，而且可以加快其在保健品、藥品、化妝品等領域的應用進程。

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Enzyme-assisted Extraction of Anthocyanins from Purple Sweet Potato

TIAN Li-jun，LIU Zhi-wei，Zhang Yan
(School of Food Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China)

TQ 461

A

10. 3969/j. issn. 1009-4881. 2012. 02. 001

2011-11-21.

2012-03-16.

田麗君(1984-)，女，碩士研究生，E-mail:yaoyue840812@163. com.

劉志偉(1965-)，男，博士，E-mail:liuzhiweicdc@yahoo. com. cn.

湖北省教育廳科學技術研究項目(D20121802);武漢經濟技術開發區科技創新基金項目(2011028);國家“863計劃項目”(2010AA023004).