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葡萄皮中花色苷的提取
摘要:
为提高花色苷的提取率,利用生物酶和少声波萃取技术提取葡萄皮中花色苷,对提取效果进行比较。
通过单因素试验和正交试验,确定了提取葡萄皮中花色苷酶法提取的最佳工艺条件为:
pH为5、温度为50℃、酶解时间为80min;超声波法提取的最佳工艺条件为:
超声功率为300W、料液比为1:
40。
关键词:
葡萄皮、花色苷、提取
Abstract:
Inordertoincreasetheyieldofanthocyanins,thetechnologyofbiologicenzymeandsupersonicextractingwereusedtocomparetheeffectofanthocyaninsfromgrapeskin.Thesinglefactorsandorthogonaldesignweredonetostudythebestrangeofextractingwerecompared.Theresultsshowedthattheoptimumconditionsofenzymewere:
pH5,temperature50℃,time80min;thesupersonicwere:
power300W,rateofsolid1:
30
Keywords:
grapeskin,anthocyanins,estract
1绪论
1.1葡萄的概述
葡萄又有孛桃、草龙珠、赐紫樱桃、欧洲蒲桃、菩提子、蒲桃、蒲陶、山葫芦等别名。
它是葡萄科,葡萄属的观赏植物,原产地为亚洲西部地区,在我国长江流域以北各地均有产,主要产于新疆、甘肃、山西、河北、山东等地。
葡萄叶色青翠,果可鱼食,将其称霸到阳台上,夏日能够给环境带来一片浓荫,秋季可是人们领略丰收心情。
葡萄属多年生落叶木质藤本植物,以扦播法繁殖为主,多在每年2~3月进行。
枝蔓长达30米以上,卷须2分叉,单叶互生,卵圆形,3~5浅裂或中裂,缘具粗齿,表面光滑,纸质,圆锥花序,花瓣5,雄蕊5,子房卵圆形,浆果椭圆形成圆球形,直径10~25毫米,黄绿色或黑紫色,被白粉,种子水滴形,花期5~6月,果期8~9月。
其果实酸甜可口,老少皆爱,夏季颇受人们喜爱。
葡萄在不同的生长阶段所需的温度是不同的,若管理者能掌握这些温度和其他条件,其果实口味一定受人们喜欢。
1.2花色苷的概述
花色苷是一种重要的天然食用色素,是鲜花、水果和蔬菜中重要的着色物质,对健康有益,广泛应用于食品工业。
花色苷一般可溶于水、甲醇、乙醇、丙二醇、丙三醇、冰醋酸、柠檬酸等极性溶剂,不溶于苯、甲苯、氯仿、石油醚、四氯化碳、油脂等非极性溶剂,在溶液中,其溶解度随温度的升高而加大。
花色苷能被活性炭吸附,与醋酸铅试剂沉淀[1-3]。
花色苷是花青素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物,有很强的抗氧化活性,具有促进视红素再合成、抗炎症、提高免疫力、抗心血管疾病、延缓衰老、抗癌等多种生理活性功能[4]。
葡萄皮中含有大量的花色苷,但由于葡萄皮中含有维纤素、果胶等物质,花色苷存在于细胞内或吸附在由纤维素组成的细胞壁上,难以溶出,常规方法提取花色苷很难提取,提取率较低。
纤维素酶、果胶酶可以对纤维素和果胶进行降解,使细胞壁破坏,花色苷可得到充分释放分布其中,所以可以选用合适的酶如纤维素酶和果胶酶使纤维素、果胶断裂,使花色苷得以释放,从而提高提取率。
超声波是一种弹性波,它能产生并传递强大的能量,大能量的超声波作用在液体里,在振动处于稀疏状态时,超声波在植物组织细胞里比电磁波穿透更深,停留时间也更长,使液体被击成很多的小空穴,这些小空穴一瞬间就闭合,闭合时产生高达3000MPa的瞬间压力,即产生空化作用,使植物细胞破裂。
此外,超声波还具有机械振动、乳化扩散、击碎等多级效应,有利于植物中有效成分的转移、扩散及提取。
1.3花色苷的作用
(一)清除自由基、抗氧化作用
自由基是生物体氧化过程中产生的中间代谢产物,随着人年龄的增长,机体清除自由基能力下降,或体内自由基生成过多时,过多的自由基在体内积累,而自由基能使生物膜上的多不饱和脂肪酸发生脂质过氧化而引起膜结构和功能紊乱,攻击蛋白质引起蛋白质交联,使酶活性改变,损伤DNA引起突变,从而引起细胞的破坏、衰亡,最终导致机体的衰老和功能障碍。
花色苷具有清除自由基的作用,从而起到抗衰老抗氧化的作用。
(二)抗诱变作用
花色苷有很强的抗突变作用。
目前我国可能还没有进行深入的研究,但国外在这方面已有比较深入的研究报道。
Yoshimoto[5]等用鼠伤寒沙门氏菌TA98对四种不同颜色甘薯根的水提物进行了抗突变的试验,证明了紫色甘薯中的花色苷对于杂环胺类的致突变的物质具有很好的抑制作用,特别是从紫色甘薯中分离的两种花色苷:
矢车菊色素-3-(6,6-咖啡酰阿魏酰槐糖苷)-5-葡萄糖苷(YGM-3)和芍药素-3-(6,6-咖啡酰阿魏酰槐苷)-5-葡萄糖苷(YGM-6)具有很强的抗突变作用,YGM-3抗突变作用大YGM-6。
若进行进一步的研究不难发现,葡萄皮中的花色苷也具有抗诱变作用。
(三)降血脂作用
国外已有文献报道,黄酮类物质具有较强的降低血脂血糖作用。
Suda[6]等进行了含大量花色苷的紫色甘薯饮料的生理功效试验研究。
结果表明,给大鼠喂食含大量花色苷的紫色甘薯饮料后,病鼠血清中谷氨酸-草醋酸转氨酶(GOT)、谷氨酸-焦葡萄糖酸转氨酶(GPT)的上升受到明显地抑制,而且紫甘薯饮料表现出对病鼠血清中的硫化巴比妥酸(TBA)反应物、肝脏中的TBA反应物及氧化脂蛋白的增加均有一定的抑制能力。
Matsui等给约两月大的雄性小鼠口服2g/kg麦芽糖和1从紫色甘薯块根中分离出来的一种二酰基花青素,结果表明30分钟后小鼠体内的血糖浓度下降了16.5%,二酰基花青素是通过对α-葡糖苷酶产生抑制作用,从而导致血糖的降低。
2材料与方法
2.1材料
2.1.1原材料:
品种为赤霞珠,由新疆新天葡萄酒有限公司提供。
2.1.2试剂:
纤维素酶(R-10上海索来宝生物科技有限公司)、果胶酶(PectinasefromAspergillusniger上海索来宝生物科技有限公司)
2.1.3设备
仪器名称
型号
生产厂家
电热恒温鼓风干燥箱
DHG-9240
上海一恒科技有限公司
雷磁精密pH计
S-3L
上海精密仪器有限公司
分光光度计
722型
上海精密仪器有限公司
旋转蒸发器
RE-52A
上海亚荣生化仪器厂
电子天平
ALC-110
北京赛多利斯仪器系统有限公司
飞利浦榨汁机
HR1861
飞利浦家庭电器有限公司
平板膜
NTC
无锡凝洋环保科技有限公司
超声波细胞粉碎仪
JY99-2D
上海比朗仪器有限公司
2.2方法
2.2.1酶法
2.2.1.1工艺流程
葡萄皮→榨汁→水浸→调节pH值→加酶→酶解反应→灭酶→抽滤→平板膜透滤→旋转蒸发仪浓缩→冷冻干燥→花色苷成品
2.2.1.2操作要点
取一定量的葡萄皮用飞利浦榨汁机榨汁,与蒸馏水混合,分别在不同的pH、温度、时间条件下,进行恒温酶解,加酶时加入纤维素酶、果胶酶。
将提取液进行精滤,然后用平板膜透滤,将所得滤液浓缩,进行真空冻干干燥,得葡萄皮花色苷纯品。
将葡萄皮花色苷成品稀释至。
pH调整到7左右,用722分光光度计测其光密度吸收值,与葡萄皮色素含量光密度标准曲线对比,得出提取率。
2.2.2超声波法
2.2.2.1工艺流程
葡萄皮→水浸→超声波处理→抽滤→平板膜透滤→旋转蒸发仪浓缩→冷冻干燥→花色苷成品
2.2.2.2操作要点
取葡萄皮渣50℃鼓风干燥箱干燥24h,过40目筛,得皮渣粉待用。
取干燥后的葡萄皮皮渣粉与蒸馏水混合,分别在不同的温度、功率、时间及固液比条件下进行超声波处理,将提取液进行精滤,然后用平板膜透滤,过滤后浓缩,进行冷冻干燥得葡萄皮花色苷纯品。
用722分光光度计测其光密度吸收值,与葡萄皮色素含量光密度标准曲线对比,得出提取率。
2.2.3葡萄皮中花色苷提取率的测定
取两份1mL的葡萄皮渣花色苷提取液,分别用pH1.0和pH4.5的缓冲溶液稀释定容到10mL,稀释液避光静止2h后,分别用分光光度计在520nm和700nm处测其吸光值,花色苷提取率(mg/g)按以下公式进行计算:
[7-9]
花色苷提取率(mg/g)=(△ODpH1.0-pH4.5×VF×DV)/(avE1%lcm×W)
其中,△ODpH1.0-pH4.5为(A520-A700)pH1.0-(A520-A700)pH4.5,DV/W为液料比(mL/g),VF为稀释倍数,avE1%lcm为平均消光系数。
2.2.4酶法单因素试验
2.2.4.1pH对提取率的影响
取葡萄皮30g,榨汁后分为等量的三份,在温度为50℃,酶解时间都为80min,但pH分别为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0的条件下进行酶解,酶解后的提取液用722分光光度计测其光密度吸收值,再根据数值求出花色苷的提取率。
2.2.4.2温度对提取率的影响
取葡萄皮30g,榨汁后分为等量的三份,在酶解时间都为80min,pH为4.0,温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃的条件下进行酶解,酶解后的提取液用722分光光度计测其光密度吸收值,再根据数值求出花色苷的提取率。
2.2.4.3酶解时间对提取率的影响
取葡萄皮30g,榨汁后分为等量的三份,在温度为50℃,pH为4.0,但酶解时间分别为40min、60min、80min、100min、120min的条件下进行酶解,酶解后的提取液用722分光光度计测其光密度吸收值,再根据数值求出花色苷的提取率。
2.2.5超声波法单因素试验
2.2.5.1超声功率对提取率的影响
各取干燥的葡萄皮10g,在功率为200W、250W、300W、350W、400W,其它提取条件都相同的条件下进行超声波处理,处理后的提取液用722分光光度计测其光密度吸收值,再根据数值求出花色苷的提取率。
2.2.5.1料液比对提取率的影响
各取干燥的葡萄皮10g,分别按1:
10、1:
20、1:
30、1:
40、1:
50的比例与蒸馏水混合,在功率为300W,其它提取条件都相同的条件下进行超声波处理,处理后的提取液用722分光光度计测其光密度吸收值,再根据数值求出花色苷的提取率。
3结果与分析
3.1酶法提取
3.1.1pH对葡萄皮花色苷提取的影响
图3-1pH对花色苷提取的影响
由图3-1可知,在所试验范围内,花色苷的提取率在pH为5~8时,随pH值的升高而降低,这表明在酸性条件下更容易提取花色苷,但当pH值比5小时,提取率又随之降低,因为每一种酶都有一个最适pH值,由图3-1可看出当pH值为5时提取率最高。
3.1.2温度对葡萄皮花色苷提取的影响
图3-2温度对花色苷提取的影响
由图3-2可知,酶解花色苷的最适温度在之间花色苷的提取率在一定范围内随温度的升高而升高,但过了这一范围,它随温度的升高而降低。
因为一开始升高温度使分子热能增加,反应速率加快,但随着温度的持续升高,酶的活性逐渐降低,最后导致酶失火。
由图可知在温度为50℃时提取率最高。
3.1.3酶解时间对葡萄皮花色苷提取的影响
图3-3时间对花色苷提取的影响
由图3-3可知,花色苷的提取率在一定范围内随着时间的增加而升高,因为延长时间可以使葡萄皮进行充分酶解,反应更完全,但时间的持续延长,花色苷的提取率逐渐降低,由于时间过长,酶解反应逐渐结束,所以提取率降低。
由图可知在提取时间为80min时提取率最高。
3.1.4酶法提取的优化
表3-1酶法正交试验结果
试验号
A
B
C
D
提取率(mg/g)
pH值
温度(℃)
酶解时间(min)
空白
1
1(5)
1(40)
1(60)
1
1.17
2
1(5)
2(50)
2(80)
2
1.21
3
1(5)
3(60)
3(100)
3
1.15
4
2(6)
1(40)
2(80)
3
1.16
5
2(6)
2(50)
3(100)
1
1.14
6
2(6)
3(60)
1(60)
2
1.12
7
3(7)
1(40)
3(100)
2
1.09
8
3(7)
2(50)
1(60)
3
1.1
9
3(7)
3(60)
2(80)
1
1.07
K1
3.53
3.42
3.39
3.38
K2
3.42
3.45
3.44
3.42
K3
3.26
3.34
3.4
3.41
k1
1.177
1.14
1.13
1.127
k2
1.14
1.15
1.147
1.14
k3
1.087
1.113
1.127
1.137
R
0.09
0.037
0.02
0.013
由表3-1可以看出,对提取率影响的大小依次是A>B>C,pH值对花色苷的提取率影响最大,最佳工艺条件为A1B2C2,
3.2超声波法提取
3.2.1超声功率对葡萄皮花色苷提取的影响
图3-4功率对花色苷提取的影响
由图3-4可知,在其它条件都相同的情况下,可知在所试的一定范围内,花色苷的提取率随着功率的增大而升高,在功率为300W时提取率达到最大。
当超过这个范围,提取率随着功率的增大而降低。
因为当功率过低时,细胞破坏不完全,葡萄皮中的花色苷不能完全释放,提取率自然就低;当功率过大时会破坏花色苷的结构,花色苷受热分解,不利于提取。
3.2.2料液比对葡萄皮花色苷提取的影响
图3-5料液比对花色苷提取的影响
由图3-5可知,在其它条件都相同的情况下,花色苷的提取率随着料液比的增大而升高,在料液比为1:
40时花色苷的提取率达到最大值,之后随着料液比的增加花色苷的提取率的变化不大。
因为当溶剂达到一定浓度时,花色苷基本溶出,若再增加溶剂只是浪费物料。
3.2.3超声波法提取的优化
表3-2超声波法正交试验结果
试验号
A
B
C
D
提取率(mg/g)
功率(W)
料液比
空白1
空白2
1
1(250)
1(1:
20)
1
1
1.98
2
1(250)
2(1:
30)
2
2
2.07
3
1(250)
3(1:
40)
3
3
2.12
4
2(300)
1(1:
20)
2
3
2.15
5
2(300)
2(1:
30)
3
1
2.29
6
2(300)
3(1:
40)
1
2
2.32
7
3(350)
1(1:
20)
3
2
1.86
8
3(350)
2(1:
30)
1
3
1.92
9
3(350)
3(1:
40)
2
1
2.01
K1
6.17
5.99
6.22
6.28
K2
6.76
6.28
6.23
6.25
K3
5.79
6.45
6.27
6.19
k1
2.057
1.997
2.073
2.093
k2
2.253
2.093
2.077
2.083
k3
1.93
2.15
2.09
2.063
R
0.323
0.153
0.017
0.03
由表3-2可以看出,用超声波法提取时影响最大的是超声功率,当功率为300W时提取率最大。
最佳工艺条件为A1B2。
4结论
通过上述单因素试验可知,当用酶法提取花色苷时的最佳水平为酶解温度为50℃,酶解时间为60min,在酸性条件下进行,最好在pH为5时提取率最高。
当用超声波法提取时,功率为300W、料液比为1:
40提取效果最好。
通过正交试验可知,用酶法提取时的最佳工艺条件为:
pH为5,温度为50℃,酶解时间为80min;用超声波法提取的最佳工艺条件为:
超声功率为300W,料液比为1:
40。
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