甘蔗多酚提取工藝及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用進展

杜瑜欣，李玉銘，高焌茹，周永升，張思原＊

（1.廣西大學 輕工與食品工程學院，南寧 530004；2.廣西科技師范學院，廣西 來賓 546100）

甘蔗，屬于禾本科（Graminaceae）甘蔗屬植物，是糖的最重要來源之一。我國甘蔗資源豐富，其產(chǎn)量現(xiàn)居世界第3位［1］。多酚，是廣泛存在于植物體內(nèi)的次生代謝物質(zhì)的混合物，是具有多種羥基酚類植物成分的分子，包括花色素苷、類黃酮、黃酮醇、酚酸等［2］。

近年來，許多報道顯示甘蔗及其衍生產(chǎn)品具有豐富的生物活性。一些研究人員通過體內(nèi)模型證明甘蔗含有酚酸、類黃酮和其他酚類化合物［3］。甘蔗中的多酚提取物對于清除自由基和抗氧化有一定作用［4］，還可用于降低膽固醇、抗肥胖、抗糖尿病、抗菌、生鮮保藏等作用［5］。本文綜述了甘蔗多酚類物質(zhì)的提取方法及其應(yīng)用研究進展情況，為更好地研究和開發(fā)利用甘蔗資源提供了思路。

1 甘蔗多酚的提取方法

由于植物多酚在各行各業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，因此對植物多酚提取方法的研究也越來越多。目前甘蔗多酚的提取方法主要有：溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、生物酶解提取法及閃氏提取法等，采用不同的提取技術(shù)，充分利用甘蔗多酚類物質(zhì)，為多酚植物新資源的開發(fā)提供了科學參考。

1.1 有機溶劑提取法

多酚在植物體內(nèi)通常以氫鍵和疏水鍵形式將蛋白質(zhì)、多糖結(jié)合，形成穩(wěn)定的分子復(fù)合物［6］，因此溶劑必須具有氫鍵斷裂的作用才能提取出多酚化合物。有機溶劑提取法的優(yōu)點是提取率相對較高、反應(yīng)時間短，但缺點是有機溶劑消耗量大、成本高、回收困難，部分有機溶劑屬于有毒易燃物，使得生產(chǎn)操作過程存在很大的安全隱患，導(dǎo)致環(huán)境受到污染。

孫曉雪［7］利用乙醇溶劑浸提法提取甘蔗梢多酚，通過正交試驗確定最佳提取工藝后，甘蔗梢多酚提取量為1.85mg/g。趙毅［8］利用響應(yīng)面模型對影響甘蔗多酚含量的關(guān)鍵因子及其相互作用進行了探討，優(yōu)化得到甘蔗多酚浸提工藝的最佳條件，多酚提取量達2.853mg/g。Juliana等［9］探究了乙醇提取甘蔗梢多酚的最佳工藝條件，并對甘蔗梢多酚的含量及抗氧化活性進行了分析。閆懷鋒等［10］采用溶劑提取法提取甘蔗皮中的花色苷，最佳提取條件為：提取劑組成（甲醇∶丙酮∶水為2∶2∶1，pH 1.0），料液比1∶10（g/mL），提取時間120min，提取溫度20℃。在此條件下，花色苷總含量為（125.01±1.77）mg/100g DW（甘蔗皮干重）。

1.2 超聲波提取法

超聲波提取的原理是利用超過20kHz的聲波頻率，通過超聲波輻射壓力產(chǎn)生的機械效應(yīng)、氣蝕和熱效應(yīng)加速溶解物質(zhì)的擴散，使植物細胞收縮、溶解并釋放出胞內(nèi)產(chǎn)物，從而有效提高化合物提取產(chǎn)率和含量的方法。該法的優(yōu)點是反應(yīng)溫度不高，從而使得所提取物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)得到很好的保護。但是其缺點是產(chǎn)品純度低，有時提取時間長，對環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。

閻欲曉等［11］采用超聲波輔助提取甘蔗葉多酚，在超聲時間45min、固液比1∶30、水浴溫度60℃、超聲功率104W、乙醇濃度45%條件下，得到多酚含量為11.34mg/g。陳純［12］利用超聲波法從甘蔗皮中提取多酚，控制超聲波溫度62℃，超聲波時間31min，提取率平均為0.867%。Simin F等［13］研究了使用響應(yīng)面法的超聲輔助提取技術(shù)的快速提取方法，在溶劑濃度為0.52mL/mL，固液比為14.46（mL/g），超聲波溫度為61.54℃，萃取時間為31.30min時，多酚物質(zhì)提取率達8.67g/100g。何雪梅等［14］利用超聲波提取甘蔗梢多酚的工藝，甘蔗梢多酚物質(zhì)提取量達4.649mg/g。超聲輔助提取法操作簡單，耗時短，多酚得率高于傳統(tǒng)的有機溶劑法。

1.3 微波輔助提取法

微波輔助提取法的主要原理是利用強能量的微波輻射被提取物，使其細胞內(nèi)的物質(zhì)，特別是極性物質(zhì)能夠吸收微波能而產(chǎn)生熱量，使細胞內(nèi)溫度在上升的過程中使得液態(tài)水分子發(fā)生汽化現(xiàn)象，產(chǎn)生強壓力，細胞膜與細胞壁被沖破而形成裂紋或者孔洞，使得作為提取溶劑的去離子水或有機溶劑能夠充分進入細胞內(nèi)，將細胞內(nèi)的物質(zhì)溶解出來，達到微波法提取的目的。其主要優(yōu)點是減少了反應(yīng)時間，降低了有機溶劑用量，提高了提取率，但缺點是微波處理中強能量的微波有可能破壞提取物的分子結(jié)構(gòu)。

蘇杏嚴等［15］利用微波輔助提取蔗梢中的黃酮類多酚，其提取率達0.255%；唐政等［16］為了優(yōu)化提取工藝，研究了微波輔助提取甘蔗皮色素工藝參數(shù)組合。在微波功率250W，微波時間60s，料液比1∶30下，甘蔗色素的提取效果最好，以上均可為工廠大量生產(chǎn)提供參考。

1.4 生物酶法

植物細胞壁的主要組成成分是纖維素、半纖維素與果膠，生物酶在反應(yīng)效果上具有高度的專一性，可以選擇合適的酶對植物細胞壁進行水解，破壞植物細胞壁的活性結(jié)構(gòu)，從而使得細胞內(nèi)的有效活性成分能夠被很好溶解在溶劑中，達到生物酶解法提取的目的。與其他提取方法相比，該法的優(yōu)點是酶的反應(yīng)條件溫和，溫度與pH都較適中，從而有效成分的活性結(jié)構(gòu)不易破壞，得到的提取產(chǎn)物在穩(wěn)定性、純度等方面都較高。在非有機溶劑條件下進行提取，解決了其他提取法有機溶劑用量大以及回收困難等問題，在一定程度上具有很好的提取優(yōu)勢。同時，提取效率高、投資成本低、能耗低、反應(yīng)時間短，是植物多酚提取的有效方法，具有較大的應(yīng)用前景，近年來已被廣泛應(yīng)用于植物多酚物質(zhì)的提取。

張思原等［17］用復(fù)合酶法提取甘蔗梢多酚，確定最佳提取工藝條件為：復(fù)合酶用量在1.682水平（1.6%）、pH在0水平（5.0）、提取溫度在1水平（56℃）、提取時間在－1.682水平（30min），此時甘蔗梢多酚提取量為4.86mg/g。

1.5 閃式提取法

閃式提取法是基于組織破碎提取的原理，使用適當?shù)娜軇┰陂W式提取器中快速將物料破碎至適當粒徑大小，同時具有高速混合、超強振動、負壓滲濾等功能來達到提取目的，這是一種高效、節(jié)能的新型提取技術(shù)。單次提取時間短，可在幾秒或數(shù)分鐘內(nèi)完成，其提取速度是傳統(tǒng)方法的百倍以上，閃式提取由此而來。閃式提取方法集方便、高效、節(jié)能且無需熱源等優(yōu)點，特別適用于對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)。

原花青素是天然多酚類物質(zhì)的一種，有對熱敏感的特點，因此利用閃式提取法可進行高效提取。金小燕等［18］在單因素試驗基礎(chǔ)上利用正交試驗法確定閃式提取甘蔗皮原花青素的最優(yōu)提取工藝參數(shù)。閃式提取法為提取甘蔗多酚類物質(zhì)提供了一種新方法，同時也為其他天然產(chǎn)物有效成分的提取提供了可靠的借鑒方法。

2 甘蔗多酚在食品中的應(yīng)用

多酚類化合物是自然界中廣泛存在的一種化合物，具有C6－C3－C6骨架結(jié)構(gòu)，同時在苯環(huán)上還具有2個以上的羥基，屬于水溶性色素，包括花青素、類黃酮色素、兒茶素和單寧等［19］。多酚類物質(zhì)是一類具有獨特生理活性的天然產(chǎn)物，在食品抗氧化、保鮮、著色及護色等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

2.1 在油脂中的抗氧化作用

近年來，植物多酚類化合物良好的抗氧化性備受矚目，具有減少、消除自由基的作用。閻欲曉和吳國燕發(fā)現(xiàn)甘蔗葉中的多酚化合物提取液對羥自由基、超氧陰離子自由基均有較好的清除作用；區(qū)惠敏等［20］研究甘蔗渣多酚提取物對超氧自由基的清除作用要強于VC；陳純發(fā)現(xiàn)甘蔗皮多酚具有DPPH自由基清除能力和還原力等。在油脂抗氧化中，胡曉波等［21］發(fā)現(xiàn)甘蔗皮中多酚類物質(zhì)在油脂中具有一定的抗氧化能力，在豬油中的抗氧化能力強于在豆油中的抗氧化能力；陳剛［22］研究了甘蔗糖品多酚提取物能夠有效抑制卵黃磷脂氧化、大豆油過氧化和鐵還原抗氧化能力。李春海等［23］研究發(fā)現(xiàn)在花生油內(nèi)添加多酚，當添加量為0.4～0.5g/kg時，抗氧化效果最好。孫曉雪研究發(fā)現(xiàn)將添加量為0.4g/kg的甘蔗梢多酚應(yīng)用于植物油抗氧化時，效果最佳，且將甘蔗梢多酚與2種具有抗氧化性的VC，VE進行復(fù)配，多酚類物質(zhì)也較單一的VE，VC強，由此多種抗氧化劑同時存在時還具有協(xié)同抗氧化效應(yīng)。

2.2 在肉制品貯藏保鮮中的應(yīng)用

因為多種多酚可以抑制微生物的生長，起到抑菌效果，所以，在食品保鮮中有很好的應(yīng)用，具有很好的防腐效果，能夠防止食品變質(zhì)，從而可以延長食品的貨架存放期［24，25］。如針對冷切肉的保藏和保鮮，甘蔗梢多酚表現(xiàn)也較突出，能夠防止食品變質(zhì)，從而可以增加食品的貨架存放期。

2.3 在食品、調(diào)味品中的應(yīng)用

2.3.1 著色劑

將食品著色的食用色素，能增加菜肴的色值，促進食欲。它不僅廣泛應(yīng)用于飲料、酒類、糕點、果醬等食品中，改善食品外觀品質(zhì)，還可應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品中來滿足人們不同方面的需要。甘蔗皮富含花青素等自然色素，資源豐富，適宜食用，穩(wěn)定性較好，為優(yōu)良的食用色素，故可在大多數(shù)食品中作為著色劑使用［26］。在胡蘿卜汁中加入甘蔗梢多酚，可以對胡蘿卜汁起到護色、保鮮作用。而且花色甙類色素屬于黃酮類，長期食用對人體健康十分有益。

2.3.2 調(diào)味料

咖喱粉主要材料包括姜黃粉，姜黃粉中含有一種多酚——姜黃素，它有防止肝損傷，預(yù)防老年癡呆及抗炎癥的特質(zhì)［27］。在醬油產(chǎn)品上，多酚物質(zhì)也有著重要作用。丁培峰［28］將納他霉素和茶多酚復(fù)配使用后用作醬油中的防腐劑，與山梨酸鉀具有等同的防腐效果，可達到醬油的國家標準，但安全性大大提升。而且多酚具有一定的保健功效，對人體健康十分有利，可提高醬油的營養(yǎng)價值和保健功能。在甘蔗制糖工業(yè)，糖蜜酒精廢液中的大量色素，其中由原來甘蔗中的酚類物質(zhì)在多酚氧化酶和鐵離子的作用下生成的深色的酚類色素具有強抗氧化活性［29］，也常用作醬油的天然食品色素。

除了以上在食品生產(chǎn)方面的生物活性外，甘蔗多酚還有許多其他功能。有研究報道，植物多酚能夠抑制食源性致病菌生長，有抗菌作用。還能以誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡的方式達到抑制腫瘤細胞生長的目的［30］，最終使得細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，由此發(fā)揮出抗腫瘤作用。周惠芳［31］研究顯示甘蔗皮黃酮物質(zhì)對阪崎腸桿菌、大腸桿菌、單增李斯特菌和金黃色葡萄球菌4種致病菌均有一定的抑制活性，且抑菌圈大小隨濃度升高而增大，從而產(chǎn)生抗菌效果。侯小濤［32］利用二甲苯致小鼠耳廓腫脹模型和小鼠棉球肉芽腫增生模型，采用甘蔗葉總黃酮進行干預(yù)，結(jié)果表明甘蔗葉總黃酮對小鼠棉球肉芽腫有明顯的抑制作用。何雪梅等［33］從蔗梢多酚提取物中分離出的8種多酚化合物均能表現(xiàn)出較好的抗腫瘤活性。

3 總結(jié)

大量的實驗研究證明：甘蔗富含多酚類物質(zhì)，尤其是在甘蔗梢、甘蔗皮、甘蔗葉部分，多酚含量較高，但這一部分物質(zhì)作為甘蔗的主要副產(chǎn)物，用作動物飼料或者燃料，甚至將其廢棄，因此，對其多酚物質(zhì)的研究也是一項重要工作。目前為止，國內(nèi)外許多學者在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)Ω收岫喾舆M行了基礎(chǔ)的應(yīng)用研究，也獲得一些成效，隨著我國甘蔗產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，研究甘蔗多酚類物質(zhì)的提取、鑒定和生物活性，用于清除人類體內(nèi)過量的自由基，有助于維持抗氧化狀態(tài)和防止自由基損害，特別是針對甘蔗廢棄物中的多酚類物質(zhì)的開發(fā)利用有更大的價值。但目前，針對甘蔗多酚的組成成分、分子結(jié)構(gòu)及與其藥效之間的相關(guān)性的研究比較少，其應(yīng)用也多涉及臨床保健，食品方面中的應(yīng)用較少。應(yīng)不斷開發(fā)甘蔗多酚類物質(zhì)在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高食品的安全性，為甘蔗產(chǎn)品的深度開發(fā)和應(yīng)用提供廣闊的市場。