火棘果功能成分與提取工藝研究進展

鄒嚴俊杰，周 文，龍 勃，陳秋生，黃克霞，祝義偉

（重慶食品工業(yè)研究所，重慶 400042）

火棘（Pyracantha fortuneana） 是薔薇科蘋果亞科（Maloideae） 火棘屬（Pyracantha） 多年生常綠灌木，廣泛分布于亞洲東部至歐洲南部?；鸺瑢伲≒yacantha） 共有10種，我國已發(fā)現(xiàn)其中7種，主要產(chǎn)于東南和西南各省區(qū)[1]。

當前國內(nèi)的研究者已陸續(xù)對火棘果營養(yǎng)成分、多糖、植物色素等開展了諸多研究[2-5]，并在開發(fā)利用方面，研發(fā)出火棘果果粉、飲料、果醋、保健酒等系列產(chǎn)品[6-8]。但上述產(chǎn)品仍處于相對初級的開發(fā)階段，且都未見大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。綜述了近年來對火棘果功能成分及其提取工藝的研究進展，為進一步對火棘果資源開展深度開發(fā)，以及將其作為功能食品和藥品的重要原料提供研究基礎和參考。

1 天然色素

李安林等人[9]通過正交試驗確定了超聲輔助下最佳火棘果紅色素的提取條件。確定提取火棘果紅色素的最佳條件為溶劑采用95%乙醇，pH值1，料液比1∶16，超聲時間30 min，提取級數(shù)二級。所得提取液旋蒸濃縮，常溫干燥后可得深紅色固體，產(chǎn)率為26.9%，火棘果紅色素的色價E1%1 cm（424 nm）=6.13。該研究還發(fā)現(xiàn)火棘果提取紅色素對羥基自由基具有一定清除效果。

李鵬霄等人[10]在70%乙醇（pH值3，HCl），40℃，料液比1∶9（m∶V）條件下，浸提3次，每次40 min，再將濾液于50℃條件下減壓濃縮，得到火棘果紅色素粗提物PFE（得率30.3%），后經(jīng)C18Sep-Pak型柱得純化后產(chǎn)物PPFE。分別采用pH值示差法、福林-肖卡爾法及蒽酮比色法測定火棘果紅色素提取物PFE，PPFE中花色苷、總酚和總糖含量。結果表明，PFE中花色苷含量1.16 mg/100 g，總酚含量2.18 mg/100 g，總糖含量1 095.34 mg/100 g；PPFE中花色苷含量20.61 mg/100 g，總酚含量48.62 mg/100 g，無總糖檢出。且均對對DPPH自由基、·OH與O2-·有較強的清除能力。

熊海蓉等人[11]用酸性（pH值3） 乙醇作提取劑，采用超聲波提取法，在最佳條件（料液比1∶9，超聲波功率350 W，超聲工作/間歇時間6∶4，提取總時間50 min，提取溫度40℃，提取3次）下提取野生火棘果中紅色素。測試結果顯示野生火棘果紅色素的提取率達96.3%。經(jīng)減壓蒸餾和真空干燥等處理后得到膏狀紅色素產(chǎn)率達22.7%，色價為9.27。周夏禹等人[12]以75%乙醇（pH值3） 作提取劑，采用微波輔助法提取野生火棘果中紅色素。優(yōu)化后的最佳提取條件為料液比1∶10，微波功率500 W，提取時間40 s，提取次數(shù)3次。該條件下的火棘紅色素提取率為94.8%，減壓蒸餾、真空干燥所得膏狀紅色素產(chǎn)率24.6%，色價8.38。微波輔助提取具有提取時間短、提取率高、提取次數(shù)少等優(yōu)點，雖然微波法產(chǎn)品的純度低于常規(guī)溶劑法，但其產(chǎn)率高于常規(guī)溶劑法。

紅色火棘果中除了含有大量的紅色素外，還含有較多的黃色素。蔣利華等人[13]用已提盡紅色素的火棘果渣為原料，然后使用95%乙醇用于黃色素的提取。并研究得到火棘果黃色素的最佳提取條件為料液比1∶9，提取時間75 min，提取次數(shù)5次，提取溫度60℃。該條件下所得到的火棘果黃色素的提取率為92.5%，產(chǎn)率為2.1%，色價22.2。該研究還對比了火棘果黃色素在水、丙酮、乙醇作為提取劑的效果明顯優(yōu)于水，因此認為火棘果黃色素為脂溶性色素。

在上述研究的基礎上，蔣利華等人[14]用95%乙醇作提取劑，研究了微波法輔助提取火棘黃色素的最佳工藝條件。當微波功率600 W，料液比1∶10，提取時間50 s，提取4次的條件下，火棘黃色素的提取率91.2%，粉末狀黃色素產(chǎn)率1.8%，色價24.1，達到最佳提取效果。雖然提取率、產(chǎn)率稍低于上述溶劑普通提取方法，但微波法輔助提取時間很短，且產(chǎn)品的純度（色價）相對更高，整體效果更優(yōu)。

2 多酚

火棘果多酚分為游離多酚和結合在細胞壁上的水合單寧酸和原花青素類物質。許盈芃等人[15]先通過有機溶劑萃取方法（料液比1∶10（g∶mL），加入90%（V∶V）乙醇，于90℃下回流提取1 h，過濾，濾渣重復提取2次）提取火棘果中的游離多酚。之后再將過濾干燥后火棘果渣采用乙醇-硫酸溶劑水浴回流方法進行結合狀態(tài)火棘果多酚的提取。通過單因素試驗確定乙醇-硫酸溶劑中乙醇所占比例為95%，料液比為1∶20（g∶mL）。通過響應面優(yōu)化后的最佳提取條件為提取時間2.68 h，乙醇體積分數(shù)94.44%，溫度83.47℃。該條件下所提取的結合狀態(tài)火棘果多酚質量濃度為167.328 mg/g，游離態(tài)多酚為40.4 mg/g，說明能提取到的火棘果結合狀態(tài)多酚約為其游離多酚的4倍。

李偉等人[16]用火棘果干粉以乙醇作為溶劑制作浸提液，取上清液減壓濃縮提取制備出3種火棘果多酚類物質 （Pyracantha fortuneana polyphenol，PFP）。分別是將火棘果粉浸提液經(jīng)旋轉濃縮所得沉淀，經(jīng)冷凍干燥后得到的火棘果多酚產(chǎn)品PFP1；浸提液離心后上清液置于冰箱中冷藏1周，所得結晶沉淀物，經(jīng)冷凍干燥得火棘果多酚產(chǎn)品PFP2；取沉淀后將上清液進行冷凍干燥，得火棘果多酚產(chǎn)品PFP3。對上述方法制備的火棘果多酚類物質進行體外抗氧化作用研究。結果表明，3種火棘果多酚對羥自由基的清除率以及對超氧自由基清除率大小順序均為PFP1＞PFP2＞PFP3。3種多酚提取物對羥自由基的50%清除率（EC50）濃度分別為0.335 3，0.400 0，1.634 8 mg/mL；對超氧自由基的50%清除率（EC50）濃度分別為0.112 8，0.129 9，0.277 0 mg/mL。表明該方法所提取的火棘果多酚類物質具有較強的自由基清除作用，同時產(chǎn)生的差異性與所提取多酚類物質結構相關。

翁文江等人[17]研究評價了火棘果總提物不同極性部位的體外抗氧化活性。該研究用75%乙醇冷浸提取3次，所得浸出液經(jīng)過濾、減壓濃縮、干燥得到火棘果總提物。將上述總提取物溶于溫水中，依次用石油醚、乙酸乙酯及正丁醇萃取2～3次，分別得到火棘果石油醚部位、乙酸乙酯部位、正丁醇部位和水部位的萃取物。將各組萃取物減壓濃縮后，真空冷凍干燥并測定其總酚含量，其中正丁醇部位總酚含量最大為（2 763±3.91） mg GAE/100 g干質量，總酚含量最小的石油醚部位為（1 987±3.28） mg GAE/100 g干樣品，表明火棘果中酚類物質具有相對較大的極性。該研究還發(fā)現(xiàn)火棘果不同極性部位提取物的抗氧化能力與多酚含量存在較好的相關關系，但同時也反映出火棘果中除多酚類化合物外，還存在其他具有抗氧化活性的物質。

吳偉等人[18]研究并建立了以火棘果多酚提取率為評價指標，以乙醇體積分數(shù)、提取溫度和料液比為評價因素的響應面模型。通過對回歸方程進行優(yōu)化計算，可得到火棘果多酚提取最佳工藝參數(shù)為乙醇體積分數(shù)70%，提取溫度70℃，料液比1∶20（g∶mL）。通過回歸模型預測火棘果多酚的提取率為預測值2.85%。再通過3次驗證試驗，可得到該最優(yōu)條件下的火棘果多酚平均提取率為2.84%，與預測值基本一致。該研究說明響應面優(yōu)化法對在火棘果多酚提取優(yōu)化方面的可行性。

2.1 原花青素

鄢又玉等人[19]通過單因素試驗分別考查了乙醇體積分數(shù)、料液比、加酸量、提取時間、提取溫度、提取次數(shù)等因素對火棘果原花青素提取的影響，并從中選擇影響顯著的3個因素：乙醇體積分數(shù)、提取溫度和鹽酸體積進行提取方案的響應面優(yōu)化設計。研究發(fā)現(xiàn)，火棘果原花青素最佳提取工藝為乙醇體積分數(shù)66%，提取溫度90℃，酸醇比1∶50，料液比1∶10，提取時間80 min，提取2次，在該條件下可得原花青素提取率為18.32%。抗氧化能力測試表明，火棘果總抗氧化能力平均值為23 030 U/g，而火棘果原花青素的抗氧化能力平均值為21 173 U/g，由此證實火棘果原花青素對火棘果的抗氧化能力貢獻顯著。

劉佳等人[20]在上述研究的基礎上，進一步研究了溫度、pH值、食品添加劑、金屬離子和光照條件等因素對火棘果原花青素穩(wěn)定性的影響。結果顯示，低于80℃的加工及存儲溫度對火棘果原花青素影響較小，且火棘原花青素在pH值3～7時穩(wěn)定性較好。添加山梨酸鉀和苯甲酸鈉等食品添加劑對火棘果原花青素穩(wěn)定性無明顯影響，VC、檸檬酸鈉、亞硫酸氫鈉等的加入有助于維持原花青素穩(wěn)定性；Cu2+，F(xiàn)e3+的存在不利于火棘果原花青素的穩(wěn)定性，而Na+，Al3+，Zn2+對穩(wěn)定性影響較小；自然光照不利于火棘果原花青素的穩(wěn)定性，紫外光照則會產(chǎn)生破壞性影響。因此，該研究建議火棘原花青素進行產(chǎn)業(yè)化時，應考慮盡量弱酸或中性條件下避光低溫提取或存放，且盡量避免接觸銅或鐵器皿，避免紫外滅菌處理；并可適當加入VC，檸檬酸鈉及亞硫酸氫鈉等增加穩(wěn)定性。

2.2 黃酮

為提高火棘果提取物中總黃酮含量，黃榮等人[21]分別對比了溶劑提取法、索氏提取法、循環(huán)超聲提取法等提取方法，并選用D101等5種大孔吸附樹脂對火棘果提取物進行純化研究。結果表明，循環(huán)超聲提取法能有效縮短提取時間，并提高火棘果中總黃酮的提取效率，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。通過吸附與解析試驗確定D101大孔吸附樹脂為純化火棘果總黃酮的最佳吸附樹脂。

此外，黃榮等人[22]采用上述方法，以乙醇作為溶劑，采用循環(huán)超聲提取法，通過預處理好的D101大孔吸附樹脂柱，提取液以2.5 mL/min的速率上柱，再用5BV70%乙醇溶液以2.0 mL/min的速率洗脫，再經(jīng)離心、濃縮、旋蒸、烘干可得到淡黃色火棘果黃酮。通過對馬鈴薯酪氨酸酶的抑制試驗和人體皮膚美白效果測試發(fā)現(xiàn)，對馬鈴薯酪氨酸酶抑制率達到50%時火棘果黃酮質量濃度（IC50）為10.36 mg/mL，是熊果苷的2倍，火棘果黃酮制成的美白霜具有較好的美白皮膚效果。由此可證實，火棘果黃酮具有美白功效。

王曉靜等人[23]以超聲波輔助乙醇提取火棘果黃酮（乙醇體積分數(shù)60%，料液比1∶10（g∶mL），超聲功率40 W，50℃的條件下提取40 min）得到粗提液PFF1（黃酮質量濃度為2.25 g/L）。再采用D101大孔吸附樹脂進行純化得到火棘果黃酮純化液PFF2（黃酮質量濃度為3.49 g/L，提取率為5.11%，純度為22.84%）。該研究測試了粗提液與純化液對植物油、家禽油及動物油3大類6種油脂氧化體系的抗氧化性能。結果顯示，火棘果黃酮提取液PFF1，PFF2對菜籽油、橄欖油、鵝油、雞油、豬油、牛油等6種油脂均有明顯的抗氧化效果，且與濃度劑量正相關。相同條件下黃酮含量高的PFF2較之黃酮含量低的PFF1抗氧化效果更好。在50～80℃，PFF1，PFF2能抑制油脂酸敗水解，減少游離脂肪酸含量。

3 多糖

楚紅英等人[24]采用超聲波輔助提取技術，用去離子水在溫度30℃，pH值7，提取時間40 min，料液比1∶30條件下進行提取。再加入乙醇沉淀、洗滌可得到平均提取率為2.148%的火棘果多糖。該研究還發(fā)現(xiàn)自9～12月，火棘葉中多糖含量逐漸變小，而火棘果中多糖從9～10月是逐漸增加的，從11月以后火棘果中的多糖呈下降趨勢。

王曉靜等人[25]采用超聲波輔助水熱法提取火棘果多糖（料液比1∶10（g∶mL），熱水超聲提?。?0℃，6 h））。研究采用了無水乙醇、10%三氯乙酸沉淀分離粗提的火棘果多糖，溶劑后再通過3種不同質量分數(shù)的醇溶液（40%，60%，80%）沉淀得到3種不同分子質量段的多糖PS1，PS2，PS3，得率分別為0.68%，0.82%，1.25%。通過紅外光譜初步分析初步鑒定上述多糖為吡喃糖鏈構型。進一步試驗顯示，火棘果多糖對油脂具有一定的抗氧化活性，其中多糖含量較高的PS2，PS3對各類油脂的抗氧化活性較優(yōu)異。

3.1 膳食纖維

楊鋒等人[26]將新鮮的火棘果烘干粉碎后，先通過乙醇回流脫脂，再于90℃下熱水浸提9 h，降溫至60℃后加入0.2%的木瓜蛋白酶和α-淀粉酶酶解2 h，經(jīng)離心、滅酶、濃縮后用乙醇沉淀，并用5%H2O2脫色，洗滌烘干即可得到白色火棘果膳食纖維，得率約為6.5%。采用AOAC法991.43測定，所得火棘果膳食纖維中總膳食纖維含量為71.3%，其中水溶性膳食纖維占總膳食纖維的58.7%。測試發(fā)現(xiàn)，火棘膳食纖維可以有效降低掛面的彎曲折斷率和蒸煮后的熟斷條率和烹調損失，可改善掛面品質。

韓林等人[27]使用1.5%α-淀粉酶與糖化酶混合酶（1∶3）將加入10倍去離子水的火棘果粉在57℃下處理90 min，再于75℃下在3.6%NaOH溶液中處理90 min。經(jīng)洗滌、干燥、過篩后，即可得火棘果膳食纖維。根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗設計原理，可得到優(yōu)化試驗后的最佳提取工藝條件為酶添加量0.83%，酶解時間2 h，料液比1∶23，得率為5.91%。通過色譜分析可知，該研究方法所得的火棘果膳食纖維其主要單糖成分為木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、山梨糖，同時還含有少量的果糖和甘露糖。對其物性的測試表明，火棘果膳食纖維持水性和持油性較好，同時對葡萄糖具有較好的吸收能力。

3.2 果膠

采用酸水解法從提盡色素的火棘果渣中提取果膠并研究其脫色條件。研究中發(fā)現(xiàn)酸水解法提取野生火棘果中果膠的最佳條件是以鹽酸溶液為提取劑，pH值2，提取溫度90℃，提取時間60 min，料液比1∶9，提取2次。該條件下可得到果膠產(chǎn)率為7.23%。所得果膠通過活性炭在65～70℃條件下可得到較好的脫色效果。

梁先長等人[28]研究了火棘果色素和果膠的綜合提取工藝。先采用乙醇浸提法對火棘果色素進行提取，再對果渣采用鹽酸水解法提取火棘果果膠，并分別對該2種工藝進行條件優(yōu)化。研究得到火棘果色素的最佳提取工藝為提取溫度90℃，提取時間2 h，料液比1∶20，此條件下火棘色素粗提物的提取率為25.31%；用鹽酸水解已提取色素的火棘果渣提取火棘果膠，最優(yōu)工藝條件為提取溫度90℃，提取時間2.5 h，pH值1.5，料液比1∶25，此條件下的火棘果膠提取率為4.72%。通過上述試驗方法可知，該研究所采用的工藝設備投入低、工藝簡單，可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

4 結語

火棘果富含多種功能成分，是一種理想的植物化學資源，具有較大的實用價值和開發(fā)潛力。近年來，研究者已經(jīng)圍繞火棘果的功能成分分析和提取方法開展了大量研究，并取得諸多進展。然而，綜合上述研究可發(fā)現(xiàn)，當前提取工藝主要采用溶劑法、微波輔助或超聲促提等常見方法，對火棘果功能成分的研究也側重于對其功效作用的測試?？傮w而言，對于火棘果的深度研究仍處于起步階段，更未見有規(guī)?；I(yè)產(chǎn)品進入市場。因此，上述研究可為火棘果相關功能性成分的深入開發(fā)利用提供基礎和參考，隨著對于新型提取技術的研發(fā)應用和對火棘果功能機理的進一步研究，火棘資源將挖掘出越來越大的應用價值。