紫山藥花色苷生物酶法提取工藝優(yōu)化研究

霍艷榮， 高前欣， 王振宇

(1.東北林業(yè)大學林學院食品科學與工程專業(yè)，黑龍江哈爾濱 150040；2.浙江農林大學，浙江杭州 311300；3．哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江哈爾濱 150090)

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紫山藥花色苷生物酶法提取工藝優(yōu)化研究

霍艷榮1,2， 高前欣2， 王振宇1,3*

(1.東北林業(yè)大學林學院食品科學與工程專業(yè)，黑龍江哈爾濱 150040；2.浙江農林大學，浙江杭州 311300；3．哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江哈爾濱 150090)

[目的]優(yōu)化紫山藥花色苷生物酶法提取工藝。[方法]選擇纖維素酶及果膠酶對紫山藥花色苷的提取效果進行對比分析，對纖維素酶法提取紫山藥花色苷的工藝進行優(yōu)化，選用酶用量、時間、溫度、料液比進行4因素3水平的正交試驗。[結果]試驗表明，纖維素酶能顯著提高花色苷得率。正交試驗結果表明，最佳提取方案為：提取溫度50 ℃，提取時間60 min，酶用量2.0%，料液比1∶15 g/ml。[結論]研究可為紫山藥花色苷的提取應用提供參考依據。

紫山藥；花色苷；提取工藝；生物酶法

紫山藥富含多糖、黏液質、蛋白質、淀粉、多種氨基酸及礦物元素，具有多種功能性組分如薯蕷皂苷、尿囊素、多酚、植物固醇、花青素等[1-3]。紫山藥的營養(yǎng)成分及主要功能組分含量與懷山藥基本一致[4-5]。

花色苷是花色素與各種糖結合而形成的黃酮多酚類化合物。花色苷具有抗氧化活性，這種活性使其在預防一些神經性心血管方面疾病以及癌癥、糖尿病等方面具有非常關鍵的作用[6-7]?；ㄉ赵谑称饭I(yè)中應用較多，它是水溶性的物質，可以從葡萄、紫甘藍、紅蘿卜、郁金香等果蔬及植物中提取獲得。因為花色苷是具有維管束植物中的最重要的色素，而這些色素使一些果蔬和植物展現出鮮亮的橘色、紅色及藍色等，易與水溶性介質混合，因此可以作為天然的水溶性色素應用于食品中。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1原料。紫山藥，收獲于浙江農林大學實驗基地。

1.1.2試劑。纖維素酶(6萬U/g)、果膠酶(80萬U/g)，購于張家港市金源生物化工有限公司；檸檬酸、氫氧化鈉、緩沖溶液，均為分析純。

1.1.3儀器與設備。紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；pHS-2C型精密酸度計，上海精密科學儀器有限公司；大容量低速離心機，上海安亭科學儀器廠；HH-4數顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；JJ300型精密電子天平，美國雙杰兄弟(集團)有限公司；精密電子分析天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；DGG-9053AD型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1紫山藥花色苷酶法提取工藝流程。新鮮紫山藥樣品→清洗→去皮→切片→護色(1%檸檬酸溶液)→干燥→粉碎→加酶→溶劑浸提→離心→測吸光度值。

1.2.2紫山藥預處理。將新鮮紫山藥洗凈，去皮，切片，護色，烘干，粉碎，過80目篩，紫山藥粉末裝入自封袋中密封避光保存。

1.2.3酶法提取紫山藥花色苷的單因素試驗。在其他條件不變的情況下，分別考察酶解提取加酶量、酶解時間、酶解溫度、料液比及pH對提取效果的影響，根據提取液色價大小確定最佳提取條件。

1.2.3.1酶用量對提取效果的影響。稱取紫山藥粉末2.0 g，加入30 ml蒸餾水搖勻，分別加入0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的2種酶，45 ℃浸提45 min，離心15 min，取上清液測定吸光度，并計算花色苷溶液的色價，根據色價大小確定最佳酶用量。

1.2.3.2酶解時間對提取效果的影響。稱取紫山藥粉末2.0 g，加入30 ml蒸餾水搖勻，分別加入30 mg 2種酶，45 ℃分別浸提15、30、45、60、75、90 min，離心15 min，取上清液測定吸光度，計算花色苷溶液的色價，根據色價大小確定最佳提取時間。

1.2.3.3酶解溫度對提取效果的影響。稱取紫山藥粉末2.0 g，加入30 ml蒸餾水搖勻，分別加入30 mg 2種酶，分別于25、30、35、40、45、50 ℃浸提45 min，離心15 min，取上清液，測定吸光度，并計算花色苷溶液的色價，根據色價大小確定最佳提取溫度。

1.2.3.4料液比對提取效果的影響。稱取紫山藥粉末2.0 g，按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30 g/ml與蒸餾水搖勻，分別加入30 mg 2種酶，45 ℃浸提45 min，離心15 min，取上清液測定吸光度，并計算花色苷溶液的色價，根據色價大小確定最佳料液比。

1.2.3.5pH對提取效果的影響。稱取紫山藥粉末2.0 g，加入30 ml蒸餾水搖勻，調pH至3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5，分別加入30 mg 2種酶，45 ℃的恒溫水浴鍋中浸提45 min，離心15 min，取上清液測定吸光度，并計算花色苷溶液的色價，根據色價大小確定最佳pH。

1.2.4纖維素酶對紫山藥花色苷最佳提取條件的確定。根據單因素的結果，以酶用量、提取時間、提取溫度和料液比為影響因素，設計L9(34)正交試驗，試驗安排如表1所示。

表1 纖維素酶助提取條件正交水平

1.2.5紫山藥含量的檢測。在波長535 nm下對花色苷溶液進行吸光度檢測(以蒸餾水做空白)，并計算色價。色價計算式：

2 結果與分析

2.1 酶用量對紫山藥花色苷提取效果的影響由圖1可知，在一定酶用量范圍內，隨著酶用量的增加，吸光度值也隨著升高，這主要是由于底物濃度一定時，酶的濃度較低時，酶解進行的不完全，酶促反應速度與酶的初始濃度成正比，即隨著酶用量的增加而增加。當酶用量與底物結合達到平衡時，吸光度值達到最大，酶用量繼續(xù)增加時，吸光度值有所降低。得率最大時纖維素酶的用量比果膠酶少，且纖維素酶的得率比果膠酶大。

圖1 酶用量對紫山藥花色苷提取效果的影響

2.2 酶解時間對紫山藥花色苷提取效果的影響由圖2可知，隨著提取時間的延長，吸光度值增大，說明提取的得率增加，當達到60 min時，吸光度達到最大值，且纖維素酶的得率比果膠酶大。60 min以后，吸光度值開始降低，這可能是由于時間延長使得色素有所分解。

圖2 酶解時間對紫山藥花色苷提取效果的影響

2.3 酶解溫度對紫山藥花色苷提取效果的影響由圖3可知，在一定溫度范圍內，隨著溫度的升高，吸光度增大，這主要是因為溫度升高使酶的活性增強，從而促進細胞壁的分解，加速可溶性物質的擴散和溶出，促進色素的浸出。當溫度分別達到40、50 ℃時，纖維素酶、果膠酶分別達到酶的最適反應溫度，因此吸光度達到最大值；溫度繼續(xù)升高，吸光度值開始降低，主要原因是由于酶的活性有所降低，并且溫度升高會導致紫山藥花色苷的分解。取得最大值時，纖維素酶的溫度比果膠酶低，且纖維素酶的最大值比果膠酶大。

圖3 酶解溫度對紫山藥花色苷提取效果的影響

2.4 料液比對紫山藥花色苷提取效果的影響由圖4可知，隨著料液比中溶劑用量的增加，吸光度值下降，花色苷的提取量降低，這主要是因為料液比中溶劑用量增加，酶的濃度隨之降低，提取率下降。

圖4 料液比對紫山藥花色苷提取效果的影響

2.5 pH對紫山藥花色苷提取效果的影響由圖5可知，在酸性條件下，隨著pH的增大，吸光度值也增大，這主要是因為色素在不同的pH條件下會發(fā)生顏色的改變，pH在3.5時，顏色為偏粉紅色，pH為5.0時，顏色為紫紅色，pH到達6.5時，顏色為紫色。因此吸光度值的增大主要是色素色澤的影響，無法辨別得率的大小。

圖5 pH對紫山藥花色苷提取效果的影響

2.6 纖維素酶法提取紫山藥花色苷的正交試驗結果與分析由正交試驗結果可知(表2)，影響紫山藥花色苷提取效果因素順序為：C>B>A>D，即先后順序為酶用量、提取時間、提取溫度、料液比。纖維素酶助提取最佳條件為：A3B2C3D1，即酶解提取溫度為50 ℃，提取時間為60 min，酶用量為2.0%，料液比為1∶15 g/ml。

3 結論

紫山藥中淀粉及果膠的存在會影響花色苷的溶出，因此選用纖維素酶和果膠酶進行研究。試驗結果表明，纖維素酶對花色苷的提取效果較顯著。通過正交試驗得出，纖維素酶酶解提取紫山藥花色苷最佳提取條件為：酶用量2.0%，提取時間60 min，提取溫度50 ℃，料液比1∶15 g/ml。

表2 正交試驗結果

[1] 梁小娟，杜偉鋒，張云，等.參薯研究進展[J].中華中醫(yī)藥學刊,2011,28(5):1085-1087.

[2] 杭悅宇.我國山藥類藥材對動物降血糖和降血脂的作用[J].植物資源與環(huán)境，1994(3)：59-60.

[3] 劉影，史姍姍，汪財生.浙江紫山藥營養(yǎng)成分及薯蕷皂苷元含量測定[J].安徽農業(yè)科學，2010,38(9):4563-4564,4567.

[4] 于東，林躍偉，陳桂星，等.紫山藥營養(yǎng)成分分析研究[J].營養(yǎng)學報,2010,32(2):190-192.

[5] 周新勇，宋曙輝，王文琪，等.紫參薯及其同屬植物鐵桿山藥中營養(yǎng)成分分析[J].安徽農業(yè)科學，2010，38(35)：20005-20007.

[6] KONCZAK I,ZHANG W.Anthocyanins-more than nature’s colours[J].Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2004(5):239-240.

[7] YEH Y H,LEE Y T,HWANG D F.Yam(Dioscoreaalata) inhibits hyperterglyceri-demia and liver enlargement in rats with hypercholesterol diet[J].J Chin Med,2007, 18(1/2): 65-74.

Study on Optimization of Extraction Technique of Purple Yam Anthocyanin with Enzymolysis

HUO Yan-rong1,2, GAO Qian-xin2, WANG Zhen-yu1,3*

(1.Food Science and Engineering Major, School of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040; 2.Zhejiang A&F University, Hangzhou, Zhejiang 311300; 3.Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang 150090)

[Objective] To optimize extraction technique of purple yamanthocyanin with enzymolysis.[Method] Cellulase and pectinase were selected to comparatively analyze extraction effect of purple yamanthocyanin.The orthogonal test was conducted by selecting emzyme dosage, time, temperature, solid-liquid ratio.[Result] The results showed that cellulase can significantly improve the anthocyanins yield.The optimum extraction conditions were: temperature 50 ℃, time 60 min, enzyme concentration 2.0%, solid-liquid ratio 1∶15 g/ml.[Conclusion] The study can provide reference basis for extraction and application of purple yam anthocyanin.

Purple yam; Anthocyanin; Extraction technique; Enzymolysis

霍艷榮(1974- )，女，內蒙古通遼人，講師，在讀博士，從事天然產物研究與開發(fā)。*通訊作者，教授，博士，博士生導師，從事生物分離工程及功能性食品研究。

2015-02-02

S 632.1

A

0517-6611(2015)08-253-02