葡萄籽中原花青素的提取及應(yīng)用現(xiàn)狀

李 豆， 王珊珊

沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院，遼寧撫順113122

葡萄籽中原花青素的提取及應(yīng)用現(xiàn)狀

李 豆， 王珊珊?

沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院，遼寧撫順113122

原花青素(proanthocyanidins，PC)是目前國(guó)際上公認(rèn)的清除人體內(nèi)自由基最有效的天然抗氧化劑，廣泛分布于多種天然植物中。闡述了葡萄廢棄物中原花青素的功能，分析了其應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀。結(jié)合常用的提取方法，并綜合國(guó)內(nèi)外關(guān)于原花青素的研究進(jìn)展，對(duì)葡萄籽中原花青素提取的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而得出葡萄籽中原花青素最優(yōu)提取方案。以期為葡萄籽的全面利用和原花青素的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，使原花青素?fù)碛懈鼜V泛的應(yīng)用。

葡萄籽；原花青素；提取方法

葡萄籽中富含多酚類物質(zhì)，經(jīng)過大量研究顯示，葡萄中雖然葡萄籽占的比重極少，但是其中的多酚類物質(zhì)的含量和種類均比皮和果肉豐富得多[1]，而且這些多酚類物質(zhì)具有極強(qiáng)的抗氧化能力。原花青素是葡萄籽中的主要多酚物質(zhì)，具有特殊的醫(yī)療保健功能。在化妝品、保健品、藥品及各類飲料產(chǎn)品上都有著廣泛的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。

葡萄酒在制作加工過程中產(chǎn)生的皮渣、酒腳等固體廢棄物數(shù)量龐大，如不加以利用，會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大威脅，同時(shí)也是一種資源浪費(fèi)。葡萄籽資源的產(chǎn)量隨著葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與日俱增，但我國(guó)葡萄籽利用工業(yè)化水平還很低，因此，對(duì)葡萄籽資源的綜合開發(fā)利用及研究受到了極大的關(guān)注。從20世紀(jì)60年代初至今，原花青素具備清除自由基的能力被逐步揭曉，由于其具備極高的抗氧化活性、顯著的療效和微小的副作用等優(yōu)勢(shì)被廣泛用于食品、醫(yī)療和化妝品等領(lǐng)域，作為天然防腐劑、天然抗氧化劑和DNA保護(hù)劑等[2]。提取葡萄籽中的天然原花青素并使其發(fā)揮相應(yīng)的食療作用符合當(dāng)代人們對(duì)保健品的新要求，并且能夠較好的利用葡萄酒的副產(chǎn)品。隨著研究的深入，原花青素提取方法的研究是一大重點(diǎn)。目前主要的提取方法有有機(jī)溶劑提取法[3，4]、超聲波輔助提取法、超臨界二氧化碳萃取法[5]、微波輔助提取法和酶提取法[6]。本文對(duì)以上5種方法進(jìn)行了分析和比較，以期為實(shí)驗(yàn)室條件下葡萄籽中原花青素的提取奠定理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步的原花青素工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 原花青素的概念、功能及應(yīng)用

1.1 原花青素的概念

原花青素是一類普遍存在于天然植物中的多酚類黃酮。原花青素的單位是兒茶素和表兒茶素[7]。根據(jù)其聚合度的大小，可以分為高聚原花青素(PPC)和低聚原花青素(OPC)。因?yàn)樵ㄇ嗨鼐酆隙炔煌瑢?dǎo)致其生物活性也不同，其中低聚原花青素更易被人體吸收，能更有效的發(fā)揮其生物功能。葡萄籽在整個(gè)葡萄重量中約占3%～6%[8]。葡萄的品種不同，其葡萄籽含量亦不相同。葡萄籽中含有脂肪、糖類、原花青素、蛋白質(zhì)、粗纖維、維生素和礦物質(zhì)等多種人體需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。葡萄籽多酚(grape seed polyphenols，GSP)是葡萄籽中原花青素[9]的主要成分。

1.2 原花青素的功能

1.2.1 清除自由基 目前國(guó)內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)就是從釀酒工業(yè)廢棄物——葡萄皮渣中提取具有高附加值的有效活性成分。牟京霞等[10]研究發(fā)現(xiàn):葡萄皮渣中的有效活性成分是低聚黃烷醇類化合物，其抗衰老機(jī)理類似于黃烷酮，在機(jī)體內(nèi)起排除自由基的作用，其結(jié)構(gòu)中的酚羥基具有預(yù)防老年性、退行性轉(zhuǎn)變和延緩衰老的功能。

1.2.2 美容抗衰老 GSP具有高效的特異性，可以特異性中止彈性蛋白酶的合成，保護(hù)膠原蛋白，促進(jìn)其再生。從而減少和防止皺紋的產(chǎn)生、改進(jìn)皮膚彈性。GSP還可通過抑制酪氨酸酶的活性，將黑色素復(fù)原，使黑色素發(fā)生脫色，減緩脂褐素和老年斑的出現(xiàn)[11]。GSP對(duì)皮膚中的透明質(zhì)酸、膠原蛋白等大分子物質(zhì)均起到保護(hù)其完整性的作用，使皮膚光滑有彈性，能夠起到較好的美容抗衰老功效。

1.2.3 抗癌活性 如今，癌癥和許多慢性疾病一樣，一直困擾著人們的生活。具體來說，癌癥的成因是由多個(gè)基因突變引起的。Huynh等研究發(fā)現(xiàn):用松樹皮中提取的原花青素對(duì)人體乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行處理后，細(xì)胞凋亡的數(shù)目比未處理的人體乳腺癌細(xì)胞數(shù)目更多。作為一種天然藥物，原花青素所具有的特性是在發(fā)揮抗癌活性時(shí)對(duì)正常的細(xì)胞和組織無毒無損傷[12，13]。目前，市場(chǎng)上已有原花青素類物質(zhì)的相關(guān)產(chǎn)品，用于癌癥患者的保健和治療。

1.3 原花青素的應(yīng)用

在國(guó)際上，原花青素是清除人體內(nèi)自由基最強(qiáng)大的天然抗氧化劑，具有抗癌、改善心腦血管功能、降血壓、降血脂、抗過敏和促進(jìn)骨形成等多方面的作用[14，15]。在食物加工、營(yíng)養(yǎng)保健、化妝品的生產(chǎn)制作和醫(yī)學(xué)藥品的研究開發(fā)等領(lǐng)域中的應(yīng)用正在逐步深入。作為天然抗氧化劑，其之所以受到人們的青睞，是因?yàn)槠渚哂衅渌寡趸瘎o法比擬的安全、無毒等優(yōu)點(diǎn)[16]。除此之外原花青素還具有更高效的紫外線吸收作用，因此正在廣泛應(yīng)用于美容保健產(chǎn)品中[17～19]。

2 原花青素的提取方法

目前，提取原花青素的方法主要有有機(jī)溶劑提取法、超聲波輔助提取法、超臨界二氧化碳萃取法、微波輔助提取法和酶提取法等。

2.1 有機(jī)溶劑提取法

有機(jī)溶劑提取法是利用不同的有效成分在不同種類有機(jī)溶劑中的溶解度不同，從而將其活性成分從原料中浸泡提取出來的一種方法。該方法具備傳質(zhì)速度快、分離效率高和生產(chǎn)能力高等一系列的優(yōu)點(diǎn)[20]。同時(shí)也有提取周期較長(zhǎng)、熱不穩(wěn)定成分易被破壞、溶劑消耗量大、雜質(zhì)含量較高以及污染環(huán)境等缺點(diǎn)。我國(guó)每年葡萄酒生產(chǎn)產(chǎn)生的葡萄皮渣約5 000 t。葡萄籽中原花青素含量為5%～8%?？梢哉f，原料來源相當(dāng)豐富。但同一地區(qū)的不同品種或者是不同年份采摘的葡萄，其葡萄籽中原花青素的聚合度和總含量有很大的差別[21]。因此，對(duì)有機(jī)溶劑的種類及濃度的選擇還有待實(shí)驗(yàn)性的優(yōu)化研究。黃思梅等[22]以短穗魚尾葵果實(shí)為原料，在堿性(pH 9.0)條件下，以60%乙醇為提取劑，原花青素得率達(dá)95.18%，以上述條件重復(fù)提取5次，原花青素平均得率為6.59%。

2.2 超聲波輔助提取法

超聲波即高于20 kHz的聲波，在植物的有效成分提取中應(yīng)用廣泛，其主要原因在于超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)烈的空化作用和機(jī)械效應(yīng)等特殊作用，致使植物細(xì)胞壁破碎從而使溶解在溶劑中的有效成分被高效提取出來。該方法具備快捷、低能、提取率高且安全等工藝優(yōu)點(diǎn)[23～25]。而最大的缺點(diǎn)就是提取過程中使用了有機(jī)溶劑。經(jīng)過大量研究顯示:原花青素提取率隨著超聲波功率的增大而提高，經(jīng)過一段時(shí)間之后，隨著處理過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)不斷增加而導(dǎo)致提取率下降，但一定時(shí)間之后由于大部分與蛋白質(zhì)纖維結(jié)合在一起的原花青素被提取出來，提取率又趨于平穩(wěn)。劉新等[26]通過考察提取溶劑、超聲波功率、乙醇濃度、提取次數(shù)、pH、料液比、提取時(shí)間及荔枝核粉末粒徑等單因素，對(duì)荔枝核中活性物質(zhì)的超聲波輔助提取條件進(jìn)行了正交優(yōu)化。結(jié)果表明，采用70%的乙醇在pH 5.0環(huán)境中，對(duì)粒徑100目原料提取(選擇料液比1∶8(w/V)，超聲波功率為600W，提取時(shí)間為30 min，提取1次，原花青素產(chǎn)率為13.11%。

2.3 超臨界二氧化碳萃取法

超臨界流體是一種氣體或液體的流體，即溫度和壓力都高于其相應(yīng)臨界點(diǎn)值的狀態(tài)。將其作為溶劑，利用臨界溫度狀態(tài)下的新型高效分離技術(shù)即為超臨界提取法，二氧化碳作為溶劑最為普遍。超臨界二氧化碳萃取法是目前比較新穎的方法之一。該方法具備溶解速率高、傳質(zhì)速率高、無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)。但是由于設(shè)備必須能耐高壓、密封性好，因此也有設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高以及難以推廣等缺點(diǎn)。近年，原花青素的提取方法出現(xiàn)了超臨界萃取法和亞臨界流體萃取法，但在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中卻還沒有成功的報(bào)道[27]，所以目前依舊以有機(jī)溶劑提取法為主。葉孝兆等[28]以超臨界二氧化碳為溶劑，以甲醇或乙醇為夾帶劑，從葡萄籽中萃取原花青素。其中，萃取反應(yīng)器溫度為55℃、壓力為30 MPa，一級(jí)分離反應(yīng)器溫度為45℃、壓力為10 MPa；二級(jí)分離釜溫度為常溫、壓力為5 MPa，二氧化碳的流速為160 L/h。同年，以“紫秋”刺葡萄籽為原料，成智濤等[29]用超臨界二氧化碳為提取劑，對(duì)原花青素的提取工藝分別進(jìn)行了單因素和正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法即利用微波輻射可以使植物細(xì)胞內(nèi)的極性物質(zhì)尤其是水分子產(chǎn)生大量熱能，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溫度迅速提升，液態(tài)水汽化產(chǎn)生的壓力足以將細(xì)胞膜和細(xì)胞壁沖破，從而造成微小的孔，再經(jīng)過進(jìn)一步加熱，使細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁所含的水分減少，出現(xiàn)了細(xì)胞縮緊外觀呈裂紋的現(xiàn)象。因?yàn)榭缀土鸭y的存在，導(dǎo)致細(xì)胞外的溶劑很容易滲透到細(xì)胞內(nèi)，并溶解和釋放細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物[30]。因?yàn)槲⒉ǖ念l率高，所以能深入滲透到細(xì)胞中并對(duì)其結(jié)構(gòu)起到了一定的作用。微波加熱不僅熱效率很高，而且溫度提升的速度均勻，該設(shè)備具有作用時(shí)間短、提取效率高、有效成分破壞小、節(jié)能等[31～33]顯著優(yōu)點(diǎn)。其最大的缺點(diǎn)在于提取過程中使用了有機(jī)溶劑，會(huì)造成溶劑殘留等問題。

張柏清等[34]通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)，從樹莓籽中提取原花青素，原花青素得率為7.19 mg/g，比傳統(tǒng)水提法提高了2倍左右。溫志英等[35]又對(duì)花生紅衣原花青素提取設(shè)計(jì)出單因素試驗(yàn)和三因素三水平(微波時(shí)間、微波功率、乙醇體積分?jǐn)?shù))響應(yīng)曲面試驗(yàn)，確定最佳條件為: 75%(V/V)乙醇，在料液比1∶40(m/V)，微波功率240 W，提取 120 s后，原花青素提取率為11.38%。

2.5 酶提取法

目前，酶提取法是一項(xiàng)前景廣闊的新型技術(shù)。即利用酶反應(yīng)較溫和的特點(diǎn)將植物的組織進(jìn)行分解，不僅可以大輻度地提高提取率，還能夠最大限度把植物體內(nèi)的有效成分提取出來。因?yàn)橹参锏募?xì)胞壁大多數(shù)是由纖維素構(gòu)成的，所以應(yīng)用最多的是纖維素酶。酶法具有條件溫和、節(jié)約能源、提取率高、除雜和無污染等優(yōu)點(diǎn)。

由于大部分植物的細(xì)胞壁都是由纖維素構(gòu)成的，因此纖維素酶的應(yīng)用最為廣泛。植物的有效成分往往存在于細(xì)胞壁內(nèi)，纖維素酶是一類能水解纖維素、使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)疏松并瓦解的復(fù)合酶，通過充分釋放細(xì)胞內(nèi)含物而大大提高了提取率[36，37]。

汪志慧等[37]將果膠酶與纖維素酶結(jié)合使用，研究對(duì)蓮房原花青素的提取效果，利用相關(guān)軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過響應(yīng)曲面進(jìn)行提取優(yōu)化，結(jié)果顯示，在酸性環(huán)境(pH 4.8)中，53℃酶解1.6 h、果膠∶纖維素酶＝1∶1.1時(shí)，原花青素得率為5.20%，比用醇提取率高。以清除DPPH能力為指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將兩種酶結(jié)合后提取的蓮房原花青素比以一種醇為溶劑提取的原花青素抗氧化活性更強(qiáng)。

2.6 提取方法的比較

根據(jù)以上5種方法的難易程度、提取率的高低和適用性等各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)提取方法進(jìn)行多方面的比較，結(jié)果如表1。

表1 提取方法的比較Table 1 Comparison of extraction methods.

3 展望

葡萄籽多酚作為一種具有多種功能性天然抗氧化劑的物質(zhì)，對(duì)維持人類機(jī)體健康有著重要的作用，利用葡萄籽多酚開發(fā)各種各樣的功能性產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。如何克服其應(yīng)用研發(fā)推廣中所存在的問題，并高效利用葡萄籽多酚將成為目前研究的熱點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的開發(fā)利用現(xiàn)狀，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究:①繼續(xù)增大葡萄籽中原花青素的提取和分離方法的創(chuàng)新度，降低生產(chǎn)成本，提高有效成分的提取率、純度以及其利用率；②嘗試將高聚體原花青素降解為低聚體原花青素，提高低聚體原花青素的提取率；③深入研究不同聚合度的原花青素的生物功能和臨床應(yīng)用研究，繼續(xù)研究葡萄籽原花青素與其他生物活性成分是否具有協(xié)同作用，提高其生物效能；④繼續(xù)加大開力度研發(fā)原花青素功能性產(chǎn)品，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域；⑤盡快確立葡萄籽原花青素定性定量檢測(cè)以及快速檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)立原花青素作為食品添加劑和在醫(yī)藥方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，保證其安全性。

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The Extraction and Application Status of Proanthocyanidins from Grape Seed

LIDou，WANG Shan-shan?
College of Life Engineering，Shenyang Institute of Technology，Liaoning Fushun 113122，China

Currently，proanthocyanidins is internationally recognized as themost effective natural antioxidantswhich can scavenge free radicals in the body.Proanthocyanidins is widely distributed in natural plants.This paper described the function of proanthocyanidins in the grapewaste，and analyzed its application development status.Combined with common extraction method，and the progress of proanthocyanidins at home and abroad，the process parameters of extracting the anthocyanin from grape seed was optimized，and the bestextraction method of proanthocyanidins from grape seeds was get.The paper was expected to provide scientific basis for industrialized production and comprehensive utilization of proanthocyanidins from grape seed，so as to the proanthocyanidins has a wider application.

grape seed；proanthocyanidins；extraction technology

10.3969/j.issn.2095-2341.2015.05.02

2015-05-14；接受日期:2015-06-17

遼寧省教育科學(xué)規(guī)劃課題(JG14DB310)；遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目(UPRP20140116)資助。

李 豆，本科生，研究方向?yàn)樯锕こ獭-mial:1069348259＠qq.com。?通信作者:王珊珊，講師，研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與微生物發(fā)酵。E-mial:shuihugai＠163.com