紫山藥主要活性成分提取純化技術(shù)研究進展

王彥平,湯高奇,謝克英,孫瑞琳,古　洋,錢志偉

(河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院食品工程學院，河南鄭州 451450)

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紫山藥主要活性成分提取純化技術(shù)研究進展

王彥平,湯高奇,謝克英,孫瑞琳,古洋,錢志偉*

(河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院食品工程學院，河南鄭州 451450)

紫山藥富含天然花青素、多糖、薯蕷皂苷、多酚、尿囊素等生物活性成分,因此具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、耐缺氧、抗衰老等保健功能。歸納整理了紫山藥活性成分的研究現(xiàn)狀,對紫山藥花青素、多糖、薯蕷皂苷、尿囊素等的性質(zhì)、提取、分離純化技術(shù)研究進展進行綜述,以期為我國紫山藥的綜合開發(fā)利用提供參考。

紫山藥,活性成分,提取,研究進展

紫山藥(Dioscoreaalata)是薯蕷科(Dioscoreae)山藥屬(DioscoreaL.)一年生或多年生蔓生植物,又名參薯、腳板薯等。其塊莖質(zhì)脆有黏性,富含淀粉、膳食纖維、礦物元素、氨基酸、花青素、黏質(zhì)多糖、尿囊素和薯蕷皂苷等多種營養(yǎng)和活性成分[1-3],具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、降血糖、降血脂等保健功能。《本草綱目》記載其具有補脾胃、益肺腎、消渴,可治慢性泄瀉、虛勞咳嗽、氣虛衰弱等病癥[4],是我國重要的經(jīng)濟植物及藥食同源的綠色蔬菜佳品。近年來,隨著提取分離技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,對紫山藥活性成分的提取分離純化技術(shù)研究逐步深入。如何提高紫山藥活性成分提取率,進一步分離純化,研制出紫山藥深加工產(chǎn)品,已成為國內(nèi)外學者的研究熱點。本文就目前國內(nèi)外關(guān)于紫山藥活性成分提取技術(shù)及保健功能方面的研究現(xiàn)狀進行綜述,旨在為紫山藥的綜合開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1　紫山藥花青素

1.1性質(zhì)

1.2提取

1.2.1溶劑提取法溶劑提取法一般遵循相似相溶的原則,采用蒸餾水、有機溶劑作為溶劑。由于紫山藥花青素在酸性條件下較穩(wěn)定,通常采用酸性溶劑進行提取。從安全角度出發(fā),花青素的提取通常采用鹽酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸的水和乙醇溶液。劉水英等[5]和倪勤學等[10]研究均表明,以鹽酸-乙醇作為溶劑時紫山藥花青素提取率最高,可能原因是鹽酸-乙醇溶液的極性與紫山藥花青苷的最為接近,且鹽酸為強電解質(zhì),電離出的H+可與花青苷結(jié)合形成更為穩(wěn)定的烊鹽而利于紫山藥中花青苷的溶出。王澤鋒等[11]對比蒸餾水、乙醇、檸檬酸、鹽酸作為提取溶劑,結(jié)果顯示以0.5%檸檬水溶液作為溶劑時紫山藥花色苷提取率最高,最佳工藝參數(shù):檸檬酸濃度3.0%,提取時間2.5 h,料液比1∶20 g/mL,提取溫度65 ℃,花色苷得率為0.574%。

表1　紫山藥中花青素的提取測定方法及結(jié)果

由于紫山藥花青素的主要成分為矢車菊素和芍藥色素,且多為酰化物,穩(wěn)定性較高,但溶劑提取法提取時間較長,對花青素存在一定的破壞和流失,難以高效利用資源,因此新方法如超聲波、微波、酶法等輔助提取方法得到了應(yīng)用。

1.2.2超聲波、微波輔助提取法超聲波、微波輔助技術(shù)是近年來廣泛用于植物活性成分提取的方法。超聲波輔助提取技術(shù)主要利用超聲波振蕩產(chǎn)生的空化作用和次級效應(yīng),可在細胞周圍形成微流,在細胞內(nèi)形成環(huán)流,從而提高細胞壁和細胞膜的通透性,使活性成分高效溶出,因此縮短了提取時間、提高了活性成分提取率。微波輔助提取是利用結(jié)構(gòu)不同化合物吸收微波的能力差異,使細胞成分被微波選擇性加熱,導致細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而提高有效成分溶出的程度和速度[12]。

阮思蓮等[13]利用超聲波輔助提取紫山藥花青素,得到的最佳工藝參數(shù):料液比1∶6 g/mL、提取溫度30 ℃、提取時間30 min、超聲波功率300 W,花青素得率4.57 mg/100 g(鮮重)。裴志勝等[14]采用超聲-微波協(xié)同萃取紫參薯花青素,得到最佳條件為,恒溫模式時,超聲功率50 W、料液比1∶48 g/mL、萃取時間283 s、微波控制溫度46 ℃,紫山藥花青素提取率達79.38%,較時間模式下高10.63%,總花青素得率為4.37 mg/g(干重)。

1.2.3生物酶法提取生物酶法提取是利用生物酶反應(yīng)高度專一性等特點,選擇相應(yīng)的酶,將植物細胞壁的組成成分水解或降解,從而破壞細胞壁結(jié)構(gòu),使活性成分充分溶出,達到提高提取率的目的。

霍艷榮等[15]研究表明,纖維素酶對紫山藥花色苷的提取效果較顯著,最佳提取條件:纖維素酶用量2.0%,提取時間60 min,提取溫度50 ℃,料液比1∶15 g/mL。肖杰等[16]對比了酶法和乙醇提取法、纖維素酶和果膠酶對紫山藥提取效果的影響,結(jié)果顯示,酶法提取效果優(yōu)于乙醇提取法,纖維素酶提取效果優(yōu)于果膠酶,纖維素酶法提取條件:酶添加量為2 mg/g紫山藥粉,料液比1∶30 g/mL,溫度70 ℃,時間20 min。

1.3分離純化

紫山藥花青素提取液中含有淀粉、蛋白質(zhì)、無機鹽等雜質(zhì),為提高紫山藥花青素的色價和純度,需對提取液進行純化。目前采用的方法主要為大孔吸附樹脂法。

用陽離子交換樹脂靜態(tài)吸附取出紫山藥花青素提取液雜質(zhì),以鹽酸-乙醇為洗脫液來交換洗脫,再濃縮干燥至粘稠狀,然后真空干燥,得到紫黑色粉末,得率最高可達90%以上。傅婧[17]綜合比較了AB-8、D101、X-5、LSA-10、XDA-6、XDA-7六種大孔吸附樹脂對紫山藥花青素的吸附及解吸特性,確定XDA-7樹脂的純化效果最佳,色價為51.2。曾哲靈[18]等采用AB-8大孔吸附樹脂純化后的紫山藥色素為紫黑色粉末,穩(wěn)定性好,不易吸潮,其色價為51.2。

2　紫山藥多糖

2.1性質(zhì)

多糖是山藥的主要活性成分之一。紫山藥多糖具有抗氧化[19]、耐缺氧[20]、增強免疫力[21]等作用。杭悅宇等[21]采用氣相色譜法測定紫山藥多糖中的單糖以半乳糖為主,而山藥多糖以甘露糖為主。徐國鈞等[20]采用氣相色譜法確定了紫山藥多糖的組成,主要含有甘露糖、葡萄糖和半乳糖,其比例為1.00∶4.47∶5.95。

2.2提取

2.2.1溶劑提取法熱水浸提法是提取多糖的傳統(tǒng)方法,提取前要對紫山藥進行脫脂處理,通常采用乙醚溶液回流脫脂。劉杭達等[22]研究顯示紫山藥多糖熱水浸提法最佳工藝:料液比1∶15 mg/mL、提取溫度55 ℃、提取時間2 h,紫山藥粗多糖得率高達2.58%(干重)。裴會鵬等[23]采用提取溫度100 ℃、浸提時間4 h、料液比1∶20 mg/mL,測得紫山藥粗多糖含量達19.17%(干重)。

2.2.2超聲波、微波輔助提取法由于超聲波、微波輔助提取法具有快速、安全、高效、活性成分得率高等優(yōu)點,近年來在紫山藥多糖提取方面得到廣泛應(yīng)用。陳少青等[24]研究表明,超聲輔助提取法的最佳工藝參數(shù):料液比1∶35 g/mL、超聲功率1000 W、超聲波處理時問10 min,粗多糖平均得率為8.35%(干重),超聲波輔助提取法粗多糖得率高于傳統(tǒng)水提法。王澤鋒等[25]采用微波輔助提取紫山藥多糖,最佳工藝參數(shù):提取溫度90 ℃、提取時間30 min,料液比1∶30(g∶mL)、微波功率為900 W,紫山藥多糖的含量為2.852%。

2.2.3生物酶法提取汪財生[27]等研究顯示纖維素酶法提取最佳工藝參數(shù)為:加酶量0.50%、提取溫度40 ℃、pH5,粗多糖平均得率為8.51%(干重),較熱水浸提法提高了1.51倍。

2.3分離純化

通過以上方法提取的紫山藥粗多糖中常含有大量蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、色素及不溶于醇的小分子化合物等雜質(zhì),其中去除蛋白質(zhì)是分離純化多糖的重要步驟,目前一般采用Sevage法[22-23]除蛋白,即體積比為4∶1的氯仿、戊醇或丁醇的混合液,加入粗品中振搖,粗多糖中的蛋白質(zhì)發(fā)生變性而不溶,離心,到無蛋白層出現(xiàn)為止。為使分離后的紫山藥多糖在化學組成表現(xiàn)均一性,得到的多糖還需進一步純化,常采用乙醇沉淀法和有機溶劑純化法。劉杭達等[22]除采用Sevage法除蛋白、80%乙醇沉淀、用水溶解純化外,還采用了用活性炭除去花青素的方法。王澤鋒等[28]采用響應(yīng)面法優(yōu)化紫山藥粗多糖乙醇沉淀工藝,最優(yōu)參數(shù)為:乙醇體積分數(shù)75%、醇沉時間18 h、醇沉溫度0.5 ℃、相對密度1.23。該條件下粗多糖得率驗證值為2.49%。

3　紫山藥薯蕷皂苷

3.1性質(zhì)

薯蕷皂苷含有各種荷爾蒙基本物質(zhì),常吃山藥可促進內(nèi)分泌荷爾蒙合成,益于皮膚保濕,促進細胞新陳代謝,還具有脫敏、抗炎、降脂、抗腫瘤、保肝、抗病毒等作用[27]。

3.2提取、分離純化

徐皓等[29]和史會齊等[30]采用甲醇回流浸提工藝可實現(xiàn)對紫山藥薯蕷皂苷的提取,具體方法為:將紫山藥粉置于圓底燒瓶,加90%甲醇于80 ℃回流10 h,濾液減壓濃縮至10 mL。在加入5%鹽酸-甲醇回流5 h,冷卻,pH調(diào)制8,然后氯仿萃取3次,合并萃取液,濃縮,即獲得紫山藥薯蕷皂苷。周新勇等[31]采用甲醇浸提取得紫山藥薯蕷皂苷粗提液,具體方法為:取紫山藥用70%(v/v)甲醇浸泡過夜,然后于80 ℃回流1 h,期間每隔10 min振搖一次,得提取液于3000 r/min離心2 min,取上清液于13000 r/min離心13 min,經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾,即得薯蕷皂苷液。紫山藥薯蕷皂苷的分離純化技術(shù)有待進一步研究。

4　紫山藥尿囊素

4.1性質(zhì)

尿囊素常作為山藥品質(zhì)評價的重要指標,具有促進傷口愈合、加速細胞生長、消炎抑菌、麻醉鎮(zhèn)痛、軟化角質(zhì)和抗刺激物等作用[32]。目前,尿囊素常作為外用制劑用于皮膚科臨床。

4.2提取

紫山藥中尿囊素含量較低、提取技術(shù)復雜,其研究報道相對較少。紫山藥尿囊素的提取方法主要采用有機溶劑提取法和超聲波輔助提取法。易駿等[33]采用超聲波輔助提取法可實現(xiàn)對紫山藥尿囊素的提取,具體方法:紫山藥粉加入70%甲醇,稱重,搖勻,超聲提取40 min,靜置稱重,補甲醇,過濾,得紫山藥尿囊素粗提液。黃瑞平[34]采用超聲波輔助水提法,具體方法:紫山藥粉加入水中,定容,于40 ℃下,超聲提取90 min,12000 r/min離心10 min,上清液于0.45 μm微孔濾膜過濾,得紫山藥尿囊素粗提液。紫山藥尿囊素的分離純化技術(shù)亦需深入探究。

5　紫山藥其他活性成分

袁菊如等[35]采用水提-醇沉法提取紫山藥糖蛋白,最佳提取條件:料液比1∶20 g/mL、提取溫度60 ℃、提取時間3 h。粗提物經(jīng)DEAE-52和Sephadex G-75柱層析純化后得1個糖蛋白分子,該糖蛋白經(jīng)SDS-PAGE電泳分析,分子量為1.35×104u。于東等[36]對紫山藥酚酸類化合物進行提取,采用HPLC-PDA-MS鑒定紫山藥中可溶態(tài)和不可溶態(tài)酚酸類均主要為芥子酸和阿魏酸,且芥子酸含量均高于阿魏酸。

6　展望

紫山藥含有多種有益人體健康的和活性成分,是一種具有開發(fā)前景的綠色蔬菜和保健食品原料,但目前對紫山藥保健功能的研究還不夠深入,對其深加工的研究更是滯后。縱觀關(guān)于紫山藥活性成分提取純化技術(shù)研究進展,不難得出存在的主要問題:目前對于紫山藥功能成分的提取純化技術(shù)集中于花青素和多糖的研究,對其他功能成分研究較少;缺乏高效提取純化紫山藥功能成分的技術(shù),難以形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化效益;高效技術(shù)的缺乏限制了紫山藥功能成分對人體的保健作用的研究與評價。因此,如何開發(fā)高效、安全提取純化紫山藥活性成分的技術(shù),并深入研究和評價其對人體的功效,開發(fā)紫山藥功能性食品,將對帶動紫山藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。

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Progress in extraction and purification of main active constituents in purple yam

WANG Yan-ping,TANG Gao-qi,XIE Ke-ying,SUN Rui-lin,GU Yang,QIAN Zhi-wei*

(Department of Food Engineering,Henan vocational college of agriculture,Henan Zhengzhou 451450,China)

Purple yam is rich in natural anthocyanins,polysaccharide,diosgenin,polyphenols and allantoin,so it has functions of antioxidation,immunoregulation,anti-anoxia and anti-aging. By consulting literatures,the paper synthetically gives the research status of active ingredient in purple yam and the review on the extraction,separation and purification of purple yam,aiming at enhancing research level of purple yam.

purple yam;active constituent;extraction;reasearch progress

2016-01-14

王彥平(1983-),女,碩士,講師,研究方向:食品功能與營養(yǎng)因子,E-mail:14389487@qq.com。

錢志偉(1969-),男,碩士,教授,研究方向:食品營養(yǎng)與檢測,E-mail:1460331538@qq.com。

鄭州市普通科技攻關(guān)項目(153PKJGG424);2015年度河南省高等學校優(yōu)秀教學團隊建設(shè);2014年度河南省高等學校“專業(yè)綜合改革試點”項目。

TS202.3

A

1002-0306(2016)17-0356-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.062