紫甘蔗皮中原花青素的提取工艺优化研究

马丹丹

原花青素具有极强的抗氧化性，是公认的高效清除自由基的天然抗氧化剂，在人体内的抗氧化能力是维生素C 的20 倍，维生素E 的50 倍，对心脏健康，心血管疾病，抗皮肤老化和促进头发健康生长等都有积极影响，因此在食品和医药行业的应用得到广泛重视。紫甘蔗皮含有大量的天然色素、粗纤维，原花青素等物质，但工业和日常生活产生的甘蔗皮都被当成垃圾处理，无论是资源还是材料再回收方面都是很大的浪费，如果能有效地开发利用则大大提高农产品的附加值，也会减少对环境的污染，增加经济收益。因此本文研究如何从紫甘蔗皮中高效地提取原花青素，填补资源再利用方面的空白。

1 材料与方法

1.1 实验仪器

医学院自有仪器：721 型分光光度计，高速冷冻离心机、中药粉碎机，电子天平，真空泵、水浴恒温摇床，干燥箱。超声波清洗仪；旋转蒸发仪。

1.2 实验材料与试剂

紫甘蔗皮，纤维素酶，半纤维素酶、果胶酶，水杨酸、磷酸缓冲液、原花青素标准品，乙醇、抗坏血酸酸钠、浓盐酸

1.3 实验方法

1.3.1 原花青素提取工艺流程

紫甘蔗皮烘干→粉碎过五号筛→不同酶分步水解处理→乙醇-丙酮提取→减压浓缩提取→真空干燥→获得产物，根据吸光值绘制原花青素标准曲线，测定原花青素含量，计算最终提取率。所有实验都做三次重复，计算误差与标准差。

1.3.2 紫甘蔗皮中原花青素提取方法的研究：单因素实验与正交实验

1.3.2.1 果胶酶浓度对原花青素提取率的影响。紫甘蔗皮用粉碎机粉碎后，过五号筛，用电子天平精确地称取2.00g，加入20ml pH 值为4.5 的缓冲溶液，水浴锅震荡培养，设置培养温度50 ℃，酶解浓度分别为0.5%、0.70%、0.90%、1.10%、1.30%。酶解60 分钟之后，立即把酶解温度上升至90℃-100℃，把酶灭活后分离并保存上清液。取30mL的60%的乙醇-丙酮溶液加入底物中，剧烈震荡30分钟，弃掉沉淀。

1.3.2.2 纤维素酶、半纤维素酶浓度对原花青素提取率的影响。紫甘蔗皮粉的方法处理同上，分别按照4：6的比例加入纤维素酶和半纤维素酶，复合酶浓度设置五个梯度：0.5%、0.70%、0.90%、1.10%、1.30%。酶的处理方法同上，原花青素含量测定方法使用盐酸-香草醛法，分光光度计最大吸收波长采用500nm，详见文献2。

1.3.2.3 酶处理温度对原花青素提取率的影响。在紫甘蔗皮粉培养液中加入酶浓度为0.9%的纤维素和半纤维素复合酶处理，温度梯度分别是：25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，保温发酵60分钟。把每一温度段的OD 值都记录下来，绘制吸光度曲线，测量所提取到的原花青素的含量。

1.3.2.4 pH 值对原花青素提取率的影响。用HAc-NaAc 缓冲溶液调节提取液pH 值分别为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，测定所提取到的原花青素的含量。

1.3.2.5 化学试剂对原花青素提取率的影响。分别设置乙醇和丙酮提取液(2:3)浓度为40%、50%、60%、70%、80%，合适的化学试剂对原花青素提取率尤为重要，根据已有数据选择乙醇-丙酮作为提取试剂，测量所提取到的原花青素的含量。

1.3.2.6 正交试验。通过以上四个单因素的实验结果上，再选取三个条件进行正交实验优化组合。

2 结果与讨论

2.1 各种酶浓度对原花青素提取率的影响

图1 各种酶浓度对原花青素提取率的影响

用平衡棒作图，可以更有效地分析处理数据，清晰直观地看到变化，横坐标为酶浓度，纵坐标为花青素提取率，复合酶浓度不超过0.9%时，原花青素提取率呈上升趋势，同时看出纤维素和半纤维素酶复合酶的作用效果优于果胶酶处理的效果,可能因为纤维素酶和半纤维酶对细胞壁的分解更彻底;当酶浓度高于0.9%时，原花青素得率明显下降。因此，选用0.9%的复合酶（纤维素：半纤维素=4：6）来处理紫甘蔗皮粉。

2.2 酶作用温度对原花青素提取率的影响

图2 酶温度作用对紫甘蔗皮原花青素提取率的影响

由图可知，酶作用温度在45℃时达到原花青素提取率的最高峰，温度过低时，酶活性弱；当高于45℃时，因为高温容易导致酶失活，产量开始下降。

2.3 溶液pH 对紫甘蔗皮原花青素提取率的影响

图3 PH对原花青素提取率的影响

由图可知，在PH为5.5时，原花青素提取率达到最高，随着PH升高，可导致纤维素酶活性下降，因而原花青素提取率下降。

2.4 化学试剂对原花青素提取率的影响

图4 乙醇-丙酮浓度对原花青素提取率的影响

由上图可知，乙醇-丙酮最适提取浓度为60%，当高于60%时，紫甘蔗皮粉溶解物中杂质增加，原花青素溶解受到抑制，因此导致产物提取率下降。

最终，得到紫甘蔗皮中原花青素的最优提取条件为：纤维素和半纤维素酶复合酶浓度0.9%，酶作用温度为45℃，使用提取试剂为60%的乙醇-丙酮溶液，用HAc-NaAc 缓冲溶液调整至PH5.5，全部采用最优提取条件后，可使原花青素提取率高达3.95%，高于同类文献资料的提取率。