濰縣蘿卜中花青素的提取工藝及提取液的 抗氧化活性研究

◎ 黃鈺茹，魏銘蕓，張 妍，孫明宏，武文濤，楊延存

（青島工學(xué)院，山東 青島 266300）

濰縣蘿卜是產(chǎn)于山東省濰縣的一種優(yōu)良蘿卜，也被稱做濰坊蘿卜，它含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，也被叫做“水果蘿卜”和“維他命蘿卜”，直接食用時(shí)會(huì)給人一種芳香脆甜、多汁微辣的感覺[1-2]。據(jù)《醫(yī)療本草》的記載，濰縣蘿卜具有“益五臟、祛痰止咳、治肺吐血、溫中順氣”的作用[3]。自由基清除以及抗氧化能力是類黃酮物質(zhì)的主要生理功能，花青素是黃酮類的一種，其抗氧化活性分別是維生素E的50倍和維生素C的20倍[4]。此外，花青素有抗衰老等多種生理功能[5-7]，也可以作為著色劑以及食物色素[8-9]。

本研究以濰縣蘿卜為原料，采用酶解法提取花青素，探討酶解法提取條件，為濰縣蘿卜中花青素的提取和利用提供理論依據(jù)；同時(shí)測(cè)定濰縣蘿卜可食用部分的抗氧化能力，進(jìn)而為濰縣蘿卜資源的綜合開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 材料與方法

1.1 供試材料

新鮮濰縣蘿卜（網(wǎng)購），選用成熟、無損傷、果色均勻的果實(shí)。

1.2 試劑與儀器

1.2.1 試劑

纖維素酶（和氏璧生物科技有限公司）、果膠酶（南寧龐博生物工程有限公司）、乙醇溶液（天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司）、鹽酸（煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司）、三吡啶三嗪（TPTZ）（南京都萊生物技術(shù)有限公司）和硫酸亞鐵（天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2.2 主要儀器與設(shè)備

101-3A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）、LDZ4-08電動(dòng)離心機(jī)（上海梅香儀器有限公司）、電子天平（上海菁海儀器有限公司）、 722型可見分光光度計(jì)、數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-4（常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 濰縣蘿卜中花青素的提取方法

將新鮮的濰縣蘿卜清洗干凈，均勻切成約2 mm的薄片，65 ℃烘干至質(zhì)量達(dá)到恒重，粉碎并過篩，在常溫避光條件下保存。稱取干燥濰縣蘿卜粉1.0 g，用100 mL的純凈水溶解并加入復(fù)合酶（纖維素酶-果膠酶）進(jìn)行酶解，調(diào)節(jié)酶解條件，過濾除去濾渣，用離心機(jī)在3 000 r · min-1條件下離心10 min后，吸取上清液，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除液體，用純凈水溶解花青素并定容至100 mL，測(cè)定花青素含量[10]。

1.3.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取濰縣蘿卜粉，分別對(duì)提取過程中的復(fù)合酶（纖維素酶∶果膠酶）比例（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）、復(fù)合酶濃度（0.01 mg·g-1、0.02 mg·g-1、 0.03 mg·g-1、0.04 mg·g-1和0.05 mg·g-1）、酶 解 溫 度 （35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃和55 ℃）、酶解時(shí)間 （30 min、60 min、90 min、120 min和150 min）等因素進(jìn)行調(diào)整，測(cè)定濰縣蘿卜中花青素提取率，確定各提取條件對(duì)結(jié)果的影響。

1.3.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取復(fù)合酶比例、酶用量、酶解時(shí)間3因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。以花青素提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)L9（33）正交試驗(yàn)，優(yōu)化濰縣蘿卜花青素的提取工藝條件。

1.3.4 濰縣蘿卜花青素提取液的抗氧化活性的測(cè)定

參考文獻(xiàn)中鐵離子抗氧化法（FRAP）測(cè)定濰縣蘿卜花青素提取液的抗氧化活性[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合酶質(zhì)量比對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響

由圖1可以看出，濰縣蘿卜中花青素的提取量最高是在復(fù)合酶中的纖維素酶與果膠酶質(zhì)量比為2∶1時(shí)，為3.19 mg·g-1；提取量最低時(shí)復(fù)合酶質(zhì)量比為 1∶3，為2.48 mg·g-1。由試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在花青素的提取中纖維素酶起到的作用較大，最佳復(fù)合酶質(zhì)量比為纖維素酶∶果膠酶為2∶1。

圖1 復(fù)合酶質(zhì)量比對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.2 復(fù)合酶用量對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響

如圖2所示，當(dāng)復(fù)合酶用量為0.01～0.03 mg·g-1時(shí)，濰縣蘿卜中花青素的提取量隨著復(fù)合酶用量增加而逐漸增加，當(dāng)復(fù)合酶的用量大于0.03 mg·g-1時(shí)，濰縣蘿卜中花青素的提取量隨著酶用量的增加而逐漸減少，在0.03 mg·g-1時(shí)提取量達(dá)到最大值4.05 mg·g-1。造成這一現(xiàn)象的原因可能是果膠酶與纖維素酶共同作用，在合理的配比下，對(duì)細(xì)胞壁的破壞比較徹底，有效地促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)容物的析出，同時(shí)促進(jìn)了花青素的提取效率。因此，提取花青素最佳酶用量為0.03 mg·g-1。

圖2 復(fù)合酶用量對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.3 酶解時(shí)間對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響

如圖3所示，當(dāng)酶解時(shí)間為30～90 min時(shí)，濰縣蘿卜花青素的提取量隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；當(dāng)時(shí)間大于90 min時(shí)，花青素的提取量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減少。酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，多糖等大分子固形物溶出并與花青素形成的分子復(fù)合物以及花青素的氧化，可能會(huì)導(dǎo)致花青素含量出現(xiàn)下降現(xiàn)象。因此可以得出酶解時(shí)間在90 min時(shí)花青素的提取效果最好，提取量達(dá)到4.22 mg·g-1。

圖3 酶解時(shí)間對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.4 酶解溫度對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響

圖4 中可以看出，隨著酶解溫度的升高，濰縣蘿卜花青素的提取量逐漸增加，當(dāng)酶解溫度為50 ℃時(shí)，花青素的提取量達(dá)到最高，為4.13 mg·g-1，溫度高于50 ℃時(shí)，花青素的提取量開始減少。研究發(fā)現(xiàn)，果膠酶和纖維素酶的最佳活性溫度均為50 ℃，因此當(dāng)酶解溫度高于50 ℃時(shí)，酶活性下降，所以50 ℃是酶的最佳活性溫度。

圖4 酶解溫度對(duì)濰縣蘿卜花青素提取量的影響圖

2.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，選擇了復(fù)合酶的質(zhì)量比（纖維素酶∶果膠酶）、復(fù)合酶用量和酶解時(shí)間3因素3水平的正交試驗(yàn)，對(duì)濰縣蘿卜花青素提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。正交因素與水平如表1所示，結(jié)果如表2所示。通過分析正交試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)極差R的大小可以得出復(fù)合酶的用量對(duì)濰縣蘿卜花青素的提取的影響較大；按照k的大小可得出最佳提取條件為A2B2C2。此組合不在正交試驗(yàn)組合中，需進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果測(cè)得在該條件下花青素的提取量為4.23 mg·g-1， 高于正交試驗(yàn)各組中的最佳值，因此在A2B2C2提取條件下最佳，即纖維素酶與果膠酶的比例為2∶1，復(fù)合酶用量為0.03 mg·g-1，酶解時(shí)間在90 min。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

表2 正交結(jié)果分析表

2.6 濰縣蘿卜花青素提取液抗氧化能力測(cè)定

對(duì)濰縣蘿卜可食用部位（根皮、根肉）的花青素提取液進(jìn)行FRAP抗氧化能力檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，在最優(yōu)提取條件下提取的根皮花青素提取液的抗氧化能力見圖5。

圖5 FRAP測(cè)定結(jié)果圖

3 結(jié)論

本研究以濰縣蘿卜為原料，確定其中花青素提取的最優(yōu)提取條件并探究花青素提取液的抗氧化活性，研究結(jié)果顯示：當(dāng)酶解溫度為50 ℃、復(fù)合酶用量為 0.03 mg·g-1、纖維素酶和果膠酶質(zhì)量比為2∶1、酶解時(shí)間為90 min時(shí)濰縣蘿卜中花青素提取量最高。用鐵離子抗氧化法（FRAP）測(cè)定濰縣蘿卜根肉和根皮的花青素提取液的抗氧化性能，根皮提取液的抗氧化能力為10.00 μmol·g-1，根肉提取液的抗氧化能力 為2.50 μmol·g-1。