甘蔗皮原花青素的提取及抗氧化活性研究

侯巧芝，吴建丽，张爽爽

(黄河科技学院 医学院，郑州 450063)

原花青素(Procyanidins，简称PC)是一类黄烷醇单体及其聚合体形成的多酚类物质，具有抗氧化、清除自由基等多种生理活性[1]。作为食品添加剂具有防腐、抗氧化等多重功效。甘蔗是我国制糖工业的主要原料之一，作为副产物的甘蔗皮含有大量的天然色素、蛋白质和纤维等物质，若能有效地开发利用能大大提高农产品的附加值[2]，同时有利于资源的循环利用。查阅文献发现对甘蔗皮中原花青素的提取工艺及性质的研究鲜有报道[3]。本研究利用超声辅助通过单因素考察和正交试验确定甘蔗皮的原花青素提取的最佳工艺，并考察原花青素粗提液的总抗氧化性能。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

甘蔗皮：郑州市农贸市场购买。

TU-1810紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；XFB-200粉碎机 吉首市中诚制药机械厂；7230G可见分光光度计 上海永光精密仪器有限公司；干燥箱、药典筛、分析天平、托盘天平、超声波清洗器、恒温水浴锅。

无水乙醇、浓盐酸、香草醛粉末、丙酮、甲醇、原花青素标准品：以上试剂均为AR级，购于上海阿拉丁试剂网。

1.2 甘蔗皮原花青素的提取工艺

1.2.1 甘蔗皮原花青素主要提取流程

甘蔗皮清洗→烘干→粉碎→过筛→提取→粗滤液→测其吸光度。

1.2.2 溶剂的选择

取1 g甘蔗皮粉末9份于9支锥形瓶中，分别加入纯的甲醇、乙醇和丙酮10 mL各3份于锥形瓶中，再各自加入10 mL蒸馏水，在温度50 ℃，浸泡时间30 min和超声时间30 min后抽滤，各自加入相同量的香草醛-硫酸显色剂于532 nm处测吸光度。结果发现丙酮溶解性最好，乙醇次之，但考虑绿色化试验及实际的应用，本试验选用乙醇作为溶剂。

1.2.3 波长的确定

取1 g甘蔗皮粉末于锥形瓶中，加入60%乙醇，超声30 min，水浴锅50 ℃加热20 min后，抽滤，加入显色剂在400～800 nm进行波长扫描，在532 nm处有最大吸收，故本试验甘蔗皮中提取原花青素波长定为532 nm。

1.2.4 原花青素标准曲线的绘制

精密称取原花青素标准品300 mg于50 mL容量瓶中用蒸馏水定容，超声30 min后抽滤，再分别量取0，1.0，3.0，5.0，7.0，9.0 mL于10 mL容量瓶中用蒸馏水定容，加入显色剂摇匀，在532 nm处测吸光度A，得到的线性回归方程为 y=0.17742x+0.00293，R=0.9992，在浓度0.4～3.2 mg/mL范围内线性关系良好。

1.2.5 甘蔗皮中原花青素提取率的计算

提取率=C×V×n/m。

式中：C为根据标准曲线得出不同吸光度A所对应的原花青素的浓度，mg/mL；V为测定提取液的原始体积，mL；n为稀释的倍数；m为甘蔗皮粉末的质量，g。

1.3 试验方法

1.3.1 甘蔗皮中原花青素的提取

取1.0 g甘蔗皮粉末按料液比1∶30加入体积分数为60%的乙醇水溶液30 mL，于50 ℃水浴锅中浸泡30 min后超声30 min。抽滤后加入显色剂，于532 nm处测其吸光度，并计算提取率。

1.3.2 单因素试验

在1.3.1项条件下进行试验，保证其他条件相同的情况下改变其中的一个条件，分别考察料液比[1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60 (g/mL)]、超声时间(10，20，30，40，50，60 min)、温度(10，20，30，40，50，60 ℃)、乙醇体积分数(0，30%，40%，50%，60%，70%)和浸泡时间(30，40，50，60，70，80 min)对提取率的影响。

1.3.3 正交试验

单因素试验选取料液比、超声时间、温度、浸泡时间为考察对象进行四因素三水平正交试验，见表1。

表1 L9(34)正交试验因素水平Table 1 L9(34) orthogonal experimental factors and levels table

1.3.4 总抗氧化活性试验——FRAP法[4]

FRAP法基于Fe3+-三吡啶三吖嗪(trypyridyl-s-triazine，简写为TPTZ)螯合物在酸性环境下被还原为Fe2+-TPTZ螯合物后呈现明显的蓝色，该螯合物在593 nm处具有最大吸收。通过检测蓝色产物的生成量可反映待测原花青素样品的还原能力。

1.3.4.1 FeSO4标准曲线

准确称取FeSO4111.2 mg溶于水中，加入18 mol/L硫酸0.25 mL再加水稀释至50 mL定容，并置入小铁钉。取上述溶液5 mL于50 mL容量瓶中，定容至50 mL，即为800 μmol/L FeSO4标准溶液。预先用小试管装5 mL水，取5 mL FeSO4(800 μmol/L)标准溶液加入试管中，制得400 μmol/L标准溶液，按此方法依次进行，制得0，100，200，300，400，500，600，700，800 μmol/L的FeSO4标准溶液。取不同浓度的FeSO4标准溶液0.2 mL，加入1.8 mL FRAP 工作液，混匀后于37 ℃反应10 min，593 nm处测定吸光度，制定还原力标准曲线。

1.3.4.2 总抗氧化能力测定

移取原花青素粗提液稀释至不同浓度，准确加入6 mL的FRAP，再加入600 μL的超纯水混匀后置于37 ℃水浴锅中放置10 min，于593 nm处测其吸光度。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比对提取率的影响

图1 料液比对提取率的影响Fig.1 The effect of solid-liquid ratio on extraction yield

由图1可知，提取率随着料液比先增后减，料液比为1∶10，1∶20，1∶30时提取率较高，波动较大；1∶40，1∶50对提取率影响不太明显，所以选料液比为1∶10，1∶20，1∶30作为正交试验的条件。又因1∶10，1∶20需稀释倍数较大，所以超声时间、温度等单因素试验均采用1∶30料液比作为条件。

2.1.2 超声时间对提取率的影响

图2 超声时间对提取率的影响Fig.2 The effect of ultrasonic time on extraction yield

由图2可知，超声时间对提取率的影响呈现先增后减的趋势，30 min提取率达最大，原因可能与超声时间短原花青素溶出不完全，超声时间长且在高温的状态下原花青素的结构发生变化有关[5]。据此，正交试验超声时间选取20，30，40 min。

2.1.3 温度对提取率的影响

图3 温度对提取率的影响Fig.3 The effect of temperature on extraction yield

由图3可知，温度对原花青素的提取率有较大的影响，温度为50 ℃时为最佳提取工艺温度，所以选取提取率相对较大的50，60，70 ℃作为正交试验的3个水平。

2.1.4 乙醇体积分数对提取率的影响

图4 乙醇体积分数对提取率的影响Fig.4 The effect of ethanol volume fraction on extraction yield

由图4可知，乙醇体积分数对原花青素的提取率影响不是很大，整体幅度较平缓，乙醇体积分数为40%时提取率最大，所以本试验的乙醇体积分数定为40%，乙醇体积分数不作为正交试验的考察因素。

2.1.5 浸泡时间对提取率的影响

图5 浸泡时间对提取率的影响Fig.5 The effect of soaking time on extraction yield

由图5可知，随着浸泡时间的增加，提取率呈现先上升后下降的趋势，浸泡时间50 min时提取率达最大，原因可能与花青素的结构变化有关。所以选取正交试验的3个水平为30，40，50 min。

2.2 正交试验

表2 L9(34)正交试验因素水平结果Table 2 The results of L9(34) orthogonal experiment

由表2可知，各因素影响主次顺序为：料液比>超声时间>温度>浸泡时间，最优水平为A3B2C1D3，即料液比为1∶30 (g/mL)，超声时间为30 min，温度为50 ℃，浸泡时间为50 min。

2.3 验证性试验

为了验证正交试验结果，采用上述最佳工艺条件进行甘蔗皮原花青素提取试验，即料液比1∶30 (g/mL)，超声时间30 min，温度50 ℃，浸泡时间50 min，乙醇的体积分数40%，实际测得的提取率平均值为23.15 mg/g，RSD值为0.8%，与正交试验最佳结果基本相同。表明正交试验所得最佳工艺条件准确可行。

2.4 抗氧化活性试验

2.4.1 FeSO4标准曲线

图6 FeSO4标准曲线Fig.6 The standard curve of FeSO4

由图6可知，FeSO4浓度在 0.084～0.794 mmol/L范围内与吸光度A值线性关系良好，线性回归方程为y=0.9732x+0.2328，相关系数 R=0.9994。 因此以FRAP法在593 nm 处测定甘蔗皮中原花青素吸光度值，据此换算成FeSO4当量浓度的方法是可行的。

2.4.2 总抗氧化能力测定

把测得不同浓度粗提液的吸光度值代入2.4.1项下FeSO4标准曲线换算成FeSO4当量浓度，结果见图7。

图7 总抗氧化能力测定曲线Fig.7 Total antioxidant capacity measurement curve

由图7可知，随着甘蔗皮原花青素粗提液浓度的增加，其抗氧化活性增大，趋势呈线性关系，线性相关方程为y=0.185x-0.2398，相关系数R=0.9991，拟合程度良好。

3 结语

本试验采用超声辅助通过单因素试验和正交试验确定了原花青素提取的最佳工艺条件为料液比1∶30 (g/mL)，超声时间30 min，温度50 ℃，浸泡时间50 min，乙醇体积分数40%，平均提取率为23.15 mg/g。抗氧化试验结果表明原花青素的抗氧化活性随着浓度的增大呈线性增强。该研究为甘蔗皮中原花青素的进一步研究提供了理论依据。

[1]金华,刘志刚,曾晓丹,等.超声提取葡萄籽原花青素工艺的优化及其抗氧化活性研究[J].中国调味品,2014,39(4):102-107.

[2]韦相贵,何永玲,侯昭武,等.甘蔗皮的保健功能及其产品开发研究[J].时珍国医国药,2013,24(4):933-935.

[3]何雄,周静峰,师邱毅,等.甘蔗皮花色苷的提取工艺及稳定性初探[J].食品工业科技,2011,32(12):371-373,376.

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[5]田琳,孔繁东,刘兆芳,等.短梗刺五加籽原花青素的提取工艺[J].中国调味品,2014,39(5):102-104.