紫山药花色苷生物酶法提取工艺优化研究

霍艳荣　高前欣　王振宇

摘要 [目的]优化紫山药花色苷生物酶法提取工艺。[方法]选择纤维素酶及果胶酶对紫山药花色苷的提取效果进行对比分析，对纤维素酶法提取紫山药花色苷的工艺进行优化，选用酶用量、时间、温度、料液比进行4因素3水平的正交试验。[结果]试验表明，纤维素酶能显著提高花色苷得率。正交试验结果表明，最佳提取方案为：提取温度50 ℃，提取时间60 min，酶用量2.0%，料液比1∶15 g/ml。[结论]研究可为紫山药花色苷的提取应用提供参考依据。

关键词：紫山药；花色苷；提取工艺；生物酶法

中图分类号：S632.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）08-253-02

紫山药富含多糖、黏液质、蛋白质、淀粉、多种氨基酸及矿物元素，具有多种功能性组分如薯蓣皂苷、尿囊素、多酚、植物固醇、花青素等[1-3]。紫山药的营养成分及主要功能组分含量与怀山药基本一致[4-5]。

花色苷是花色素与各种糖结合而形成的黄酮多酚类化合物。花色苷具有抗氧化活性，这种活性使其在预防一些神经性心血管方面疾病以及癌症、糖尿病等方面具有非常关键的作用[6-7]。花色苷在食品工业中应用较多，它是水溶性的物质，可以从葡萄、紫甘蓝、红萝卜、郁金香等果蔬及植物中提取获得。因为花色苷是具有维管束植物中的最重要的色素，而这些色素使一些果蔬和植物展现出鲜亮的橘色、红色及蓝色等，易与水溶性介质混合，因此可以作为天然的水溶性色素应用于食品中。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料。紫山药，收获于浙江农林大学实验基地。

1.1.2 试剂。纤维素酶（6万U/g）、果胶酶（80万U/g），购于张家港市金源生物化工有限公司；柠檬酸、氢氧化钠、缓冲溶液，均为分析纯。

1.1.3 仪器与设备。

紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；pHS-2C型精密酸度计，上海精密科学仪器有限公司；大容量低速离心机，上海安亭科学仪器厂；HH-4数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；JJ300型精密电子天平，美国双杰兄弟（集团）有限公司；精密电子分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；DGG-9053AD型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紫山药花色苷酶法提取工艺流程。

新鲜紫山药样品→清洗→去皮→切片→护色（1%柠檬酸溶液）→干燥→粉碎→加酶→溶剂浸提→离心→测吸光度值。

1.2.2 紫山药预处理。

将新鲜紫山药洗净，去皮，切片，护色，烘干，粉碎，过80目筛，紫山药粉末装入自封袋中密封避光保存。

1.2.3 酶法提取紫山药花色苷的单因素试验。

在其他条件不变的情况下，分别考察酶解提取加酶量、酶解时间、酶解温度、料液比及pH对提取效果的影响，根据提取液色价大小确定最佳提取条件。

1.2.3.1 酶用量对提取效果的影响。

称取紫山药粉末2.0 g，加入30 ml蒸馏水摇匀，分别加入0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的2种酶，45 ℃浸提45 min，离心15 min，取上清液测定吸光度，并计算花色苷溶液的色价，根据色价大小确定最佳酶用量。

1.2.3.2 酶解时间对提取效果的影响。

称取紫山药粉末2.0 g，加入30 ml蒸馏水摇匀，分别加入30 mg 2种酶，45 ℃分别浸提15、30、45、60、75、90 min，离心15 min，取上清液测定吸光度，计算花色苷溶液的色价，根据色价大小确定最佳提取时间。

1.2.3.3 酶解温度对提取效果的影响。称取紫山药粉末2.0 g，加入30 ml蒸馏水摇匀，分别加入30 mg 2种酶，分别于25、30、35、40、45、50 ℃浸提45 min，离心15 min，取上清液，测定吸光度，并计算花色苷溶液的色价，根据色价大小确定最佳提取温度。

1.2.3.4 料液比对提取效果的影响。

称取紫山药粉末2.0 g，按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 g/ml与蒸馏水摇匀，分别加入30 mg 2种酶，45 ℃浸提45 min，离心15 min，取上清液测定吸光度，并计算花色苷溶液的色价，根据色价大小确定最佳料液比。

1.2.3.5 pH对提取效果的影响。

称取紫山药粉末2.0 g，加入30 ml蒸馏水摇匀，调pH至3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5，分别加入30 mg 2种酶，45 ℃的恒温水浴锅中浸提45 min，离心15 min，取上清液测定吸光度，并计算花色苷溶液的色价，根据色价大小确定最佳pH。

1.2.4 纤维素酶对紫山药花色苷最佳提取条件的确定。根据单因素的结果，以酶用量、提取时间、提取温度和料液比为影响因素，设计L9（34）正交试验，试验安排如表1所示。

1.2.5 紫山药含量的检测。

在波长535 nm下对花色苷溶液进行吸光度检测（以蒸馏水做空白），并计算色价。色价计算式：

E1%1cm=AV/W

式中，E1%1cm，色价；A，提取液吸光度；V，提取液的总体积（ml）；W，固体样品的质量（g）。当V=100 ml，W=1 g时，将公式简化为E1%1cm=A。

2 结果与分析

2.1 酶用量对紫山药花色苷提取效果的影响 由图1可知，在一定酶用量范围内，随着酶用量的增加，吸光度值也随着升高，这主要是由于底物浓度一定时，酶的浓度较低时，酶解进行的不完全，酶促反应速度与酶的初始浓度成正比，即随着酶用量的增加而增加。当酶用量与底物结合达到平衡时，吸光度值达到最大，酶用量继续增加时，吸光度值有所降低。得率最大时纤维素酶的用量比果胶酶少，且纤维素酶的得率比果胶酶大。

2.2 酶解时间对紫山药花色苷提取效果的影响 由图2可知，随着提取时间的延长，吸光度值增大，说明提取的得率增加，当达到60 min时，吸光度达到最大值，且纤维素酶的得率比果胶酶大。60 min以后，吸光度值开始降低，这可能是由于时间延长使得色素有所分解。

2.3 酶解温度对紫山药花色苷提取效果的影响 由图3可知，在一定温度范围内，随着温度的升高，吸光度增大，这主要是因为温度升高使酶的活性增强，从而促进细胞壁的分解，加速可溶性物质的扩散和溶出，促进色素的浸出。当温度分别达到40、50 ℃时，纤维素酶、果胶酶分别达到酶的最适反应温度，因此吸光度达到最大值；温度继续升高，吸光度值开始降低，主要原因是由于酶的活性有所降低，并且温度升高会导致紫山药花色苷的分解。取得最大值时，纤维素酶的温度比果胶酶低，且纤维素酶的最大值比果胶酶大。

2.4 料液比对紫山药花色苷提取效果的影响 由图4可知，随着料液比中溶剂用量的增加，吸光度值下降，花色苷的提取量降低，这主要是因为料液比中溶剂用量增加，酶的浓度随之降低，提取率下降。

2.5 pH对紫山药花色苷提取效果的影响 由图5可知，在酸性条件下，随着pH的增大，吸光度值也增大，这主要是因为色素在不同的pH条件下会发生颜色的改变，pH在3.5时，颜色为偏粉红色，pH为5.0时，颜色为紫红色，pH到达6.5时，颜色为紫色。因此吸光度值的增大主要是色素色泽的影响，无法辨别得率的大小。

2.6 纤维素酶法提取紫山药花色苷的正交试验结果与分析 由正交试验结果可知（表2），影响紫山药花色苷提取效果因素顺序为：C>B>A>D，即先后顺序为酶用量、提取时间、提取温度、料液比。纤维素酶助提取最佳条件为：A3B2C3D1，即酶解提取温度为50 ℃，提取时间为60 min，酶用量为2.0%，料液比为1∶15 g/ml。

3 结论

紫山药中淀粉及果胶的存在会影响花色苷的溶出，因此选用纤维素酶和果胶酶进行研究。试验结果表明，纤维素酶对花色苷的提取效果较显著。通过正交试验得出，纤维素酶酶解提取紫山药花色苷最佳提取条件为：酶用量2.0%，提取时间60 min，提取温度50 ℃，料液比1∶15 g/ml。

参考文献

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