紫甘蔗皮中原花青素的提取工藝優化研究

馬丹丹

原花青素具有極強的抗氧化性，是公認的高效清除自由基的天然抗氧化劑，在人體內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，抗皮膚老化和促進頭發健康生長等都有積極影響，因此在食品和醫藥行業的應用得到廣泛重視。紫甘蔗皮含有大量的天然色素、粗纖維，原花青素等物質，但工業和日常生活產生的甘蔗皮都被當成垃圾處理，無論是資源還是材料再回收方面都是很大的浪費，如果能有效地開發利用則大大提高農產品的附加值，也會減少對環境的污染，增加經濟收益。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

醫學院自有儀器：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、水浴恒溫搖床，干燥箱。超聲波清洗儀；旋轉蒸發儀。

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、原花青素標準品，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→獲得產物，根據吸光值繪制原花青素標準曲線，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，計算誤差與標準差。

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，設置培養溫度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，復合酶濃度設置五個梯度：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。在紫甘蔗皮粉培養液中加入酶濃度為0.9%的纖維素和半纖維素復合酶處理，溫度梯度分別是：25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，保溫發酵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 緩沖溶液調節提取液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 化學試劑對原花青素提取率的影響。分別設置乙醇和丙酮提取液(2:3)濃度為40%、50%、60%、70%、80%，合適的化學試劑對原花青素提取率尤為重要，根據已有數據選擇乙醇-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果上，再選取三個條件進行正交實驗優化組合。

2 結果與討論

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據，清晰直觀地看到變化，橫坐標為酶濃度，縱坐標為花青素提取率，復合酶濃度不超過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合酶的作用效果優于果膠酶處理的效果,可能因為纖維素酶和半纖維酶對細胞壁的分解更徹底;當酶濃度高于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℃時達到原花青素提取率的最高峰，溫度過低時，酶活性弱；當高于45℃時，因為高溫容易導致酶失活，產量開始下降。

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，原花青素提取率達到最高，隨著PH升高，可導致纖維素酶活性下降，因而原花青素提取率下降。

2.4 化學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%，當高于60%時，紫甘蔗皮粉溶解物中雜質增加，原花青素溶解受到抑制，因此導致產物提取率下降。

最終，得到紫甘蔗皮中原花青素的最優提取條件為：纖維素和半纖維素酶復合酶濃度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 緩沖溶液調整至PH5.5，全部采用最優提取條件后，可使原花青素提取率高達3.95%，高于同類文獻資料的提取率。