紫薯花青素提取分離純化方法的研究進(jìn)展*

田妍基，許平，馬騰飛，周三女，許麗賓

（1.寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 福建 福安 355000；2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院， 福建 福州 350002）

紫薯花青素提取分離純化方法的研究進(jìn)展*

田妍基1，許平2，馬騰飛1，周三女1，許麗賓1

（1.寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 福建 福安 355000；2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院， 福建 福州 350002）

紫薯營養(yǎng)豐富，花青素又是天然抗氧化劑，對(duì)紫薯花青素的研究勢(shì)在必行。文章介紹了幾種提取分離純化紫薯花青素的常用方法，希望對(duì)花青素的提取分離工作有一定的參考意義。

紫薯；花青素；提??；分離純化

紫薯(Ipomoea batatas (L.) Poir.旋花科Convolvulaceae 番薯屬)又名黑薯，其果肉呈紫色至深紫色。紫薯營養(yǎng)豐富且具有特殊的保健功能，它含有18種氨基酸、8種維生素和10多種礦物元素，還富含硒元素和花青素，極易被人體消化吸收。紫薯的深加工，主要是提取花青素。紫紅薯還可經(jīng)去皮烘干粉碎等加工制成紫薯全粉，不僅色澤良好，而且具有豐富的營養(yǎng)，是一種很好的食品加工原材料，可以作為各種糕點(diǎn)餅干的主料和輔料。另外，用紫紅薯炸的薯片、加工成的冷凍薯餅和紫薯粉絲等，營養(yǎng)豐富、口感極佳，頗受市場(chǎng)青睞。

花青素是一種天然的紫色素添加劑，它安全無毒副作用，雖然比人工合成的色素價(jià)格貴，但仍然暢銷于國際市場(chǎng)?；ㄇ嗨貙?duì)多種大型疾病如腫瘤癌癥等都有預(yù)防和治療作用，有“第七大營養(yǎng)素”的美稱?；ㄇ嗨啬芊乐渭膊?，維護(hù)人類健康，是最安全的自由基清除劑，其清除自由基的能力比我們一般所用的自由基清除劑都要強(qiáng)。花青素分子結(jié)構(gòu)小，是唯一能透過血腦屏障清除自由基保護(hù)大腦細(xì)胞的物質(zhì)，同時(shí)能減少抗生素給人體帶來的一些危害。

因此花青素的提取分離方法成為了大家研究的熱點(diǎn)，文章介紹了幾種常用的提取分離紫薯花青素的方法，旨在為大家提供合適高效的選擇。

1 提取方法研究進(jìn)展

1.1 溶劑提取法

目前，國內(nèi)外紫薯花青素的提取大多采用溶劑浸提法。常用的提取溶劑有甲醇、乙酮、丙酮以及它們的混合溶劑。為了避免非酚化的花色苷降解，提高花色苷的提取率，可以在有機(jī)溶劑中加人少量的有機(jī)酸或者無機(jī)酸調(diào)節(jié)提取液的pH值。一般常用的酸有硫酸、鹽酸、碳酸等無機(jī)酸以及酒石酸、醋酸、甲酸等有機(jī)酸類。

王兆雨等[1]以藍(lán)莓果為原料采用乙醇浸提法提取花青素，確定最佳提取條件為pH3.5、浸提溫度50℃、浸提時(shí)間60min、乙醇濃度50%、提取1次。在此條件下，花青素提取率為5.8%。杜學(xué)禹等人[2]對(duì)常規(guī)溶劑浸提、超聲波輔助浸提、微波輔助浸提等方法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，當(dāng)溶劑浸提液為70%的乙醇浸提液時(shí)提取率最高，并且超聲波和微波輔助浸提效果明顯比常規(guī)溶劑浸提法好很多。

溶劑提取法存在一定程度對(duì)紫薯花青素成分的破壞和一些色素的流失等問題，難以高效的利用和研究花青素。因此一些新的提取方法如超聲波、微波、酶法、超高壓等得到了應(yīng)用。

1.2 超聲波輔助提取法

超聲波作為一種輔助提取手段主要集中在中草藥成分、植物油、多酚、芳香成分、多糖以及其他功能成分的提取等研究領(lǐng)域。超聲波輔助提取法應(yīng)用前景廣闊，操作方法簡(jiǎn)單，速度快，效率高，無污染[3]。Chen等人[4]以樹莓為原料，優(yōu)化了超聲波輔助提取花青素的最佳工藝參數(shù)：液料比4:1 (mL:g)，提取時(shí)間200s，超聲波功率400 W。顧紅梅等人[5]對(duì)紫甘薯中花青素的超聲波輔助提取方法也進(jìn)行了研究，最佳提取條件為采用V(0.1%HCl):V(95%乙醇)=40:60為提取劑、料液比為1:40、在60℃下超聲(40Hz)提取30 min，1次提取率可達(dá)到89.45 %。許青蓮等人[6]優(yōu)化紫薯花青素的提取工藝，得出最佳提取條件為：超聲時(shí)間15min、超聲頻率100Hz、超聲溫度60℃、提取劑比例95%乙醇：0.1%鹽酸為45:55，料液比為1:10。而在超聲輔助提取紫薯花青素的試驗(yàn)中，田喜強(qiáng)等人[7]發(fā)現(xiàn)當(dāng)功率300W、超聲時(shí)間60min、水浴溫度40℃、料液比1:25、乙酸體積分?jǐn)?shù)15%時(shí)提取效果最佳[8]。

1.3 微波輔助提取法

微波通加熱加快分子間的運(yùn)動(dòng)，顯著縮短提取時(shí)間，較大程度的提高花青素的提取效率。Sun等[9]利用微波輔助提取紅樹莓中花青素，通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化得出最佳工藝參數(shù)：提取溶劑為鹽酸（115mol.L-1）：95%的乙醇=15：85，提取液料比為5mL.g-1，提取時(shí)間為53 min，提取溫度為71℃，提取次數(shù)2次，通過該工藝得到紅莓花青素的提取率為363.9 μg.g-1鮮果，此工藝正慢慢在改進(jìn)，同樣適用于紫甘薯花青素的提取。

陳小婕等[10]利用微波輔助提取紫薯花青素，通過響應(yīng)曲面優(yōu)化得出最佳工藝參數(shù)：檸檬酸質(zhì)量濃度8.05g.L-1，能量密度28.36W.mL-1，料液比1:30.9g.mL-1，時(shí)間為80.7s。在此條件下，花青素的提取量能達(dá)到232.14mg.(100g)-1。

任俊等[11]在利用微波輔助有機(jī)溶劑提取葡萄籽中原花青素的工藝中，分析了不同溶劑、溶劑濃度、料液比、提取時(shí)間與提取次數(shù)對(duì)花青素提取效果的影響，確定了最佳條件為微波功率中低火、料液比1:12、乙醇濃度70%、微波時(shí)間60s、提取1次，提取液中原花青素的含量可達(dá)5.2023mg .mL-1。

1.4 微生物發(fā)酵或酶解法

此法是利用微生物或酶的作用將細(xì)胞壁成分降解，讓胞內(nèi)的花青素成分迅速滲透擴(kuò)散出來，以利于提取。該法較溫和，能最大限度的提取有效成分，其應(yīng)用前景一片廣闊。

汪志慧等人[12]研究了雙酶法提取睡蓮原花青素的浸提條件對(duì)原花青素提取率的影響，結(jié)果表明最佳工藝參數(shù)為：酶解溫度53℃、酶解時(shí)間1.6h、pH4.8、果膠酶：纖維素酶=1:1.1，在此條件下原花青素的提取率為5.20%，提取率有明顯提高，且雙酶法提取的花青素比單一酶提取的抗氧化性也更強(qiáng)。

劉潔等人[13]以紫薯中花青素的提取率為指標(biāo)，對(duì)比了酶-微波輔助提取法與單純鹽酸乙醇浸提法、單純微波法和單純酶法對(duì)花青素的提取能力，得出當(dāng)工藝條件為纖維素酶用量3mg.g-1、纖維素酶提取溫度40℃、酶提取時(shí)間15min、微波平均輻射功率600W（溫度70℃）、微波輻射時(shí)間7min時(shí)，所得花青素的提取率為275.8mg.(100g)-1，比單純?nèi)軇┙岱óa(chǎn)率提高1.86倍，比單純微波法產(chǎn)率提高0.47倍，比單純酶法產(chǎn)率提高2.21倍。

日本三榮化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社利用發(fā)酵法制取花青素，得到了一種含淀粉成分非常少且澄清的色素液[14]。韓永斌等[15]發(fā)表了一篇用發(fā)酵法提取紫甘薯紅色素的專利，其生產(chǎn)工藝被廣為使用。同時(shí)富含紫薯花青素的飲料也通過發(fā)酵法而制得。

比較各種提取技術(shù)，單一方法的提取率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2種或多種方法的協(xié)作提取，所以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)視情況選擇方便快捷且高提取率的提取方式。

2 分離純化研究進(jìn)展

由提取工藝制得的花青素粗品純度較低，穩(wěn)定性也很差，不易保存，需要進(jìn)一步的分離和純化?；ㄇ嗨氐姆蛛x與純化方法是花青素領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。下面介紹幾種常用方法。

2.1 大孔樹脂法

經(jīng)過預(yù)處理的大孔樹脂能夠吸附花青素，去除雜質(zhì)，達(dá)到純化精制的目的。大孔樹脂法條件容易控制，操作也很簡(jiǎn)單且成本低。但提取物純度不夠高，因此對(duì)于純度要求高的試驗(yàn)不適合采用此種方法[16]。

孫健等[17]發(fā)現(xiàn) AB-8 大孔吸附樹脂在吸附能力上明顯優(yōu)于其它樹脂，并且確定了AB-8 大孔樹脂動(dòng)態(tài)吸附紫甘薯花青素的最優(yōu)工藝條件。楊青等人[18]比較了10種大孔樹脂對(duì)山竹殼原花青素的吸附和解吸性能，得出大孔樹脂XDA-7對(duì)花青素的吸附和解吸性能最佳，能得到純度為66.2%的花青素。

王輝憲等人[19]實(shí)驗(yàn)得出YWD-06C樹脂為純化葡萄籽原花青素的最佳樹脂，確定的最佳吸附條件：溫度20℃、時(shí)間6h、pH4；最佳解析條件：解吸液為60%的乙醇水溶液、pH4、時(shí)間6h、溫度25℃，經(jīng)該工藝所得到的純化物中花青素的含量高達(dá)92.57%。

2.2 高速逆流色譜法

由于高速逆流色譜法 (HSCCC) 可以完全避免載體對(duì)分離效果的影響，成為了目前國際的研究熱點(diǎn)。此法對(duì)樣品損耗小，清潔無污染，分離效率高且速度快，能夠一次性分離較大量的樣品，是一種非常有效的分離純化方法[20]。Schwarz等人[21]應(yīng)用高速逆流色譜技術(shù)分別從紫玉米、紅葡萄酒、黑莓中分離得到了各種單體花青素；Du等人[22]采用高速逆流色譜技術(shù)分離出了越橘中的2種花青素且該實(shí)驗(yàn)證明了高速逆流色譜技術(shù)可以用來大批量分離制備花青素,來解決當(dāng)前臨床上以及分析中對(duì)花青素需求量大的難題。日本 Mon-tilla 等[23]已經(jīng)將高速逆流色譜法應(yīng)用在日本紫甘薯的分離制備。杜琪珍等[24]用高速逆流色譜對(duì)楊梅花色苷進(jìn)行分離，結(jié)果表明，矢車菊色素-3-β-吡喃型葡萄糖苷是楊梅花色苷主要組成成分，占花色苷總量90%以上。

2.3 固相萃取法

固相萃取法是根據(jù)液相色譜法的原理，利用提取物在溶劑和吸附劑間進(jìn)行選擇性吸附和洗脫，達(dá)到分離純化的目的。該法簡(jiǎn)單方便、經(jīng)濟(jì)高速、對(duì)環(huán)境無污染[25]。

楊聞翰等[26]自制SPE固相萃取柱，對(duì)桃汁和雪碧中的紅花黃色素進(jìn)行吸附解吸，通過優(yōu)化固相萃取條件，使得各組分的回收率為84%～116%。Manhita等[27]通過基質(zhì)固相萃取分別對(duì)黑醋栗、葡萄、草莓花青素進(jìn)行提取純化，結(jié)果顯示該方法與傳統(tǒng)花青素提取方法相比具有提取時(shí)間短、溶劑用量少、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。

可見，以上方法都能較快較好的分離純化花青素，各種方法采取的條件不同，分離效果也不一樣，因此我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用。

3 展望

紫薯花青素具有非常廣泛的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值，紫薯的貯存、干燥、粉碎度、溫度等都可能影響花青素的提取純化率?；ㄇ嗨氐奶崛》椒ㄕ诓粩嗟陌l(fā)展創(chuàng)新，從傳統(tǒng)的溶劑萃取法到微波輔助、超聲波輔助等方式，花青素的提取變得迅速而高效。而分離純化技術(shù)中，膜分離濃縮技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用也愈加廣泛，此法工藝簡(jiǎn)單、能耗低、分離效果好且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，是非熱加工技術(shù)的典范。人們可以利用紫薯花青素開發(fā)高、中端不同檔次的各類產(chǎn)品，在保證食品安全的前提下，開發(fā)更高效、綠色提取純化紫薯花青素的方法，將對(duì)帶動(dòng)紫薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及擴(kuò)大紫薯應(yīng)用范圍起到積極促進(jìn)作用。相信通過更深層次的研究一定會(huì)將花青素的提取純化方法標(biāo)準(zhǔn)化，讓花青素得到充分的應(yīng)用。

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A

1007-550X（2016）01-0051-04

10.3969/j.issn.1007-550X.2016.01.003

寧德市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20110175）。

2015-12-20

田妍基（1981-），女，山西文水人，講師，主要從事功能性成分的分離及應(yīng)用。