紫甘蔗皮中原花青素的提取工藝優(yōu)化研究

馬丹丹

原花青素具有極強的抗氧化性，是公認(rèn)的高效清除自由基的天然抗氧化劑，在人體內(nèi)的抗氧化能力是維生素C 的20 倍，維生素E 的50 倍，對心臟健康，心血管疾病，抗皮膚老化和促進(jìn)頭發(fā)健康生長等都有積極影響，因此在食品和醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用得到廣泛重視。紫甘蔗皮含有大量的天然色素、粗纖維，原花青素等物質(zhì)，但工業(yè)和日常生活產(chǎn)生的甘蔗皮都被當(dāng)成垃圾處理，無論是資源還是材料再回收方面都是很大的浪費，如果能有效地開發(fā)利用則大大提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值，也會減少對環(huán)境的污染，增加經(jīng)濟收益。因此本文研究如何從紫甘蔗皮中高效地提取原花青素，填補資源再利用方面的空白。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器

醫(yī)學(xué)院自有儀器：721 型分光光度計，高速冷凍離心機、中藥粉碎機，電子天平，真空泵、水浴恒溫?fù)u床，干燥箱。超聲波清洗儀；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1.2 實驗材料與試劑

紫甘蔗皮，纖維素酶，半纖維素酶、果膠酶，水楊酸、磷酸緩沖液、原花青素標(biāo)準(zhǔn)品，乙醇、抗壞血酸酸鈉、濃鹽酸

1.3 實驗方法

1.3.1 原花青素提取工藝流程

紫甘蔗皮烘干→粉碎過五號篩→不同酶分步水解處理→乙醇-丙酮提取→減壓濃縮提取→真空干燥→獲得產(chǎn)物，根據(jù)吸光值繪制原花青素標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定原花青素含量，計算最終提取率。所有實驗都做三次重復(fù)，計算誤差與標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.2 紫甘蔗皮中原花青素提取方法的研究：單因素實驗與正交實驗

1.3.2.1 果膠酶濃度對原花青素提取率的影響。紫甘蔗皮用粉碎機粉碎后，過五號篩，用電子天平精確地稱取2.00g，加入20ml pH 值為4.5 的緩沖溶液，水浴鍋震蕩培養(yǎng)，設(shè)置培養(yǎng)溫度50 ℃，酶解濃度分別為0.5%、0.70%、0.90%、1.10%、1.30%。酶解60 分鐘之后，立即把酶解溫度上升至90℃-100℃，把酶滅活后分離并保存上清液。取30mL的60%的乙醇-丙酮溶液加入底物中，劇烈震蕩30分鐘，棄掉沉淀。

1.3.2.2 纖維素酶、半纖維素酶濃度對原花青素提取率的影響。紫甘蔗皮粉的方法處理同上，分別按照4：6的比例加入纖維素酶和半纖維素酶，復(fù)合酶濃度設(shè)置五個梯度：0.5%、0.70%、0.90%、1.10%、1.30%。酶的處理方法同上，原花青素含量測定方法使用鹽酸-香草醛法，分光光度計最大吸收波長采用500nm，詳見文獻(xiàn)2。

1.3.2.3 酶處理溫度對原花青素提取率的影響。在紫甘蔗皮粉培養(yǎng)液中加入酶濃度為0.9%的纖維素和半纖維素復(fù)合酶處理，溫度梯度分別是：25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，保溫發(fā)酵60分鐘。把每一溫度段的OD 值都記錄下來，繪制吸光度曲線，測量所提取到的原花青素的含量。

1.3.2.4 pH 值對原花青素提取率的影響。用HAc-NaAc 緩沖溶液調(diào)節(jié)提取液pH 值分別為4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，測定所提取到的原花青素的含量。

1.3.2.5 化學(xué)試劑對原花青素提取率的影響。分別設(shè)置乙醇和丙酮提取液(2:3)濃度為40%、50%、60%、70%、80%，合適的化學(xué)試劑對原花青素提取率尤為重要，根據(jù)已有數(shù)據(jù)選擇乙醇-丙酮作為提取試劑，測量所提取到的原花青素的含量。

1.3.2.6 正交試驗。通過以上四個單因素的實驗結(jié)果上，再選取三個條件進(jìn)行正交實驗優(yōu)化組合。

2 結(jié)果與討論

2.1 各種酶濃度對原花青素提取率的影響

圖1 各種酶濃度對原花青素提取率的影響

用平衡棒作圖，可以更有效地分析處理數(shù)據(jù)，清晰直觀地看到變化，橫坐標(biāo)為酶濃度，縱坐標(biāo)為花青素提取率，復(fù)合酶濃度不超過0.9%時，原花青素提取率呈上升趨勢，同時看出纖維素和半纖維素酶復(fù)合酶的作用效果優(yōu)于果膠酶處理的效果,可能因為纖維素酶和半纖維酶對細(xì)胞壁的分解更徹底;當(dāng)酶濃度高于0.9%時，原花青素得率明顯下降。因此，選用0.9%的復(fù)合酶（纖維素：半纖維素=4：6）來處理紫甘蔗皮粉。

2.2 酶作用溫度對原花青素提取率的影響

圖2 酶溫度作用對紫甘蔗皮原花青素提取率的影響

由圖可知，酶作用溫度在45℃時達(dá)到原花青素提取率的最高峰，溫度過低時，酶活性弱；當(dāng)高于45℃時，因為高溫容易導(dǎo)致酶失活，產(chǎn)量開始下降。

2.3 溶液pH 對紫甘蔗皮原花青素提取率的影響

圖3 PH對原花青素提取率的影響

由圖可知，在PH為5.5時，原花青素提取率達(dá)到最高，隨著PH升高，可導(dǎo)致纖維素酶活性下降，因而原花青素提取率下降。

2.4 化學(xué)試劑對原花青素提取率的影響

圖4 乙醇-丙酮濃度對原花青素提取率的影響

由上圖可知，乙醇-丙酮最適提取濃度為60%，當(dāng)高于60%時，紫甘蔗皮粉溶解物中雜質(zhì)增加，原花青素溶解受到抑制，因此導(dǎo)致產(chǎn)物提取率下降。

最終，得到紫甘蔗皮中原花青素的最優(yōu)提取條件為：纖維素和半纖維素酶復(fù)合酶濃度0.9%，酶作用溫度為45℃，使用提取試劑為60%的乙醇-丙酮溶液，用HAc-NaAc 緩沖溶液調(diào)整至PH5.5，全部采用最優(yōu)提取條件后，可使原花青素提取率高達(dá)3.95%，高于同類文獻(xiàn)資料的提取率。