濰縣蘿卜中花青素的提取工藝及提取液的 抗氧化活性研究

◎ 黃鈺茹，魏銘蕓，張 妍，孫明宏，武文濤，楊延存

（青島工學院，山東 青島 266300）

濰縣蘿卜是產于山東省濰縣的一種優良蘿卜，也被稱做濰坊蘿卜，它含有豐富的營養物質和微量元素，也被叫做“水果蘿卜”和“維他命蘿卜”，直接食用時會給人一種芳香脆甜、多汁微辣的感覺[1-2]。據《醫療本草》的記載，濰縣蘿卜具有“益五臟、祛痰止咳、治肺吐血、溫中順氣”的作用[3]。自由基清除以及抗氧化能力是類黃酮物質的主要生理功能，花青素是黃酮類的一種，其抗氧化活性分別是維生素E的50倍和維生素C的20倍[4]。此外，花青素有抗衰老等多種生理功能[5-7]，也可以作為著色劑以及食物色素[8-9]。

本研究以濰縣蘿卜為原料，采用酶解法提取花青素，探討酶解法提取條件，為濰縣蘿卜中花青素的提取和利用提供理論依據；同時測定濰縣蘿卜可食用部分的抗氧化能力，進而為濰縣蘿卜資源的綜合開發利用奠定基礎，提高經濟效益和社會效益。

1 材料與方法

1.1 供試材料

新鮮濰縣蘿卜（網購），選用成熟、無損傷、果色均勻的果實。

1.2 試劑與儀器

1.2.1 試劑

纖維素酶（和氏璧生物科技有限公司）、果膠酶（南寧龐博生物工程有限公司）、乙醇溶液（天津市致遠化學試劑有限公司）、鹽酸（煙臺三和化學試劑有限公司）、三吡啶三嗪（TPTZ）（南京都萊生物技術有限公司）和硫酸亞鐵（天津致遠化學試劑有限公司）。

1.2.2 主要儀器與設備

101-3A型電熱鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）、LDZ4-08電動離心機（上海梅香儀器有限公司）、電子天平（上海菁海儀器有限公司）、 722型可見分光光度計、數顯恒溫水浴鍋HH-4（常州市華普達教學儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 濰縣蘿卜中花青素的提取方法

將新鮮的濰縣蘿卜清洗干凈，均勻切成約2 mm的薄片，65 ℃烘干至質量達到恒重，粉碎并過篩，在常溫避光條件下保存。稱取干燥濰縣蘿卜粉1.0 g，用100 mL的純凈水溶解并加入復合酶（纖維素酶-果膠酶）進行酶解，調節酶解條件，過濾除去濾渣，用離心機在3 000 r · min-1條件下離心10 min后，吸取上清液，利用旋轉蒸發儀去除液體，用純凈水溶解花青素并定容至100 mL，測定花青素含量[10]。

1.3.2 單因素試驗設計

取濰縣蘿卜粉，分別對提取過程中的復合酶（纖維素酶∶果膠酶）比例（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）、復合酶濃度（0.01 mg·g-1、0.02 mg·g-1、 0.03 mg·g-1、0.04 mg·g-1和0.05 mg·g-1）、酶 解 溫 度 （35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃和55 ℃）、酶解時間 （30 min、60 min、90 min、120 min和150 min）等因素進行調整，測定濰縣蘿卜中花青素提取率，確定各提取條件對結果的影響。

1.3.3 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，選取復合酶比例、酶用量、酶解時間3因素進行正交試驗。以花青素提取率為評價指標，設計L9（33）正交試驗，優化濰縣蘿卜花青素的提取工藝條件。

1.3.4 濰縣蘿卜花青素提取液的抗氧化活性的測定

參考文獻中鐵離子抗氧化法（FRAP）測定濰縣蘿卜花青素提取液的抗氧化活性[11]。

2 結果與分析

2.1 復合酶質量比對濰縣蘿卜花青素提取量的影響

由圖1可以看出，濰縣蘿卜中花青素的提取量最高是在復合酶中的纖維素酶與果膠酶質量比為2∶1時，為3.19 mg·g-1；提取量最低時復合酶質量比為 1∶3，為2.48 mg·g-1。由試驗結果可以得出，在花青素的提取中纖維素酶起到的作用較大，最佳復合酶質量比為纖維素酶∶果膠酶為2∶1。

圖1 復合酶質量比對濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.2 復合酶用量對濰縣蘿卜花青素提取量的影響

如圖2所示，當復合酶用量為0.01～0.03 mg·g-1時，濰縣蘿卜中花青素的提取量隨著復合酶用量增加而逐漸增加，當復合酶的用量大于0.03 mg·g-1時，濰縣蘿卜中花青素的提取量隨著酶用量的增加而逐漸減少，在0.03 mg·g-1時提取量達到最大值4.05 mg·g-1。造成這一現象的原因可能是果膠酶與纖維素酶共同作用，在合理的配比下，對細胞壁的破壞比較徹底，有效地促進了細胞內容物的析出，同時促進了花青素的提取效率。因此，提取花青素最佳酶用量為0.03 mg·g-1。

圖2 復合酶用量對濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.3 酶解時間對濰縣蘿卜花青素提取量的影響

如圖3所示，當酶解時間為30～90 min時，濰縣蘿卜花青素的提取量隨著酶解時間的延長而增加；當時間大于90 min時，花青素的提取量隨時間的延長而減少。酶解時間的延長，多糖等大分子固形物溶出并與花青素形成的分子復合物以及花青素的氧化，可能會導致花青素含量出現下降現象。因此可以得出酶解時間在90 min時花青素的提取效果最好，提取量達到4.22 mg·g-1。

圖3 酶解時間對濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.4 酶解溫度對濰縣蘿卜花青素提取量的影響

圖4 中可以看出，隨著酶解溫度的升高，濰縣蘿卜花青素的提取量逐漸增加，當酶解溫度為50 ℃時，花青素的提取量達到最高，為4.13 mg·g-1，溫度高于50 ℃時，花青素的提取量開始減少。研究發現，果膠酶和纖維素酶的最佳活性溫度均為50 ℃，因此當酶解溫度高于50 ℃時，酶活性下降，所以50 ℃是酶的最佳活性溫度。

圖4 酶解溫度對濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.5 正交試驗優化

通過對試驗數據的分析，選擇了復合酶的質量比（纖維素酶∶果膠酶）、復合酶用量和酶解時間3因素3水平的正交試驗，對濰縣蘿卜花青素提取工藝進行了優化。正交因素與水平如表1所示，結果如表2所示。通過分析正交試驗結果，根據極差R的大小可以得出復合酶的用量對濰縣蘿卜花青素的提取的影響較大；按照k的大小可得出最佳提取條件為A2B2C2。此組合不在正交試驗組合中，需進行試驗，驗證結果測得在該條件下花青素的提取量為4.23 mg·g-1， 高于正交試驗各組中的最佳值，因此在A2B2C2提取條件下最佳，即纖維素酶與果膠酶的比例為2∶1，復合酶用量為0.03 mg·g-1，酶解時間在90 min。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交結果分析表

2.6 濰縣蘿卜花青素提取液抗氧化能力測定

對濰縣蘿卜可食用部位（根皮、根肉）的花青素提取液進行FRAP抗氧化能力檢測，檢測結果表明，在最優提取條件下提取的根皮花青素提取液的抗氧化能力見圖5。

圖5 FRAP測定結果圖

3 結論

本研究以濰縣蘿卜為原料，確定其中花青素提取的最優提取條件并探究花青素提取液的抗氧化活性，研究結果顯示：當酶解溫度為50 ℃、復合酶用量為 0.03 mg·g-1、纖維素酶和果膠酶質量比為2∶1、酶解時間為90 min時濰縣蘿卜中花青素提取量最高。用鐵離子抗氧化法（FRAP）測定濰縣蘿卜根肉和根皮的花青素提取液的抗氧化性能，根皮提取液的抗氧化能力為10.00 μmol·g-1，根肉提取液的抗氧化能力 為2.50 μmol·g-1。