湿法超微粉碎提取葡萄皮中花青素_黄晓庆
工艺技术
湿法超微粉碎提取葡萄皮中花青素
黄晓庆
广州合诚实业有限公司(广州 510620)
摘要为了提高效率及降低成本,采用了湿法超微粉碎辅助提取葡萄皮中的花青素,考察了料液比、提取时
间、溶剂比例、磨齿间隙等对花青素提取率的影响,利用大孔树脂对所提取的花青素进行纯化,低温冷冻浓缩制备花青素纯品。结果表明,适宜的提取条件为胶体磨磨齿间隙5 μm、乙醇体积分数60%、提取时间25 min、料液比1∶6。大孔树脂ADS-8对花青素具有良好的纯化效果,经纯化及冷冻干燥后所得的花青素干粉纯度可达93.8%。湿法超微粉碎辅助提取花青素具有效率高、时间短、易于操作等特点,具有良好的应用前景。关键词
花青素;葡萄皮;超微粉碎;提取
The Extraction of Anthocyanin from Grape Peel by Wet Ultrafine Grinding
Technology
Huang Xiao-qing
Guangzhou Honsea Industry Co., Ltd (Guangzhou 510620)
Abstract To improve the efficiency and lower the cost of extraction of anthocyanin from grape peel, the wet ultra fi ne grinding technology was applied. The infl uences of ratio of grape peel and extraction solution, extraction time, ethanol density as well as the grain size on the extraction efficiency of anthocyanin were studied. The optimal extraction conditions were as follows: the gap of mill teeth was 10 μm, the ethanol concentration was 85%, the extraction time was 20 min and the ratio of grape peel and extraction solution was 14. The macroporous ∶
resin (ADS-8) was efficient for purification of anthocyanin. The purity was 93.8% after the purification and freezing concentration. The extraction of anthocyanin from grape peel by wet ultrafi ne grinding technology was ef fi cient and easy to operate within limited time.
ne grinding; extractionKeywords anthocyanin; grape peel; ultrafi花青素(anthocyanins)是花色素与糖以糖苷键
结合而成的一类化合物,属于类黄酮化合物,具有很强的抗氧化性、改善肝脏代谢功能、降低血脂等诸多功能特性[1]。由于我国拥有十分丰富的葡萄资源,从葡萄仔和葡萄皮中提取花青素成为研究的热点[2-3]。目前,用于提取花青素的方法主要为溶剂浸提法[4],可以采用超声波辅助提取[5]或微波辅助提取[6]来提高提取率,不过这些方法容易造成花青素的降解。有报道采用超临界二氧化碳萃取[7]或亚临界水提取[8]的方法来提取花青素,但对设备和工艺要求高,成本也高。
超微粉碎技术是20世纪40年代随着现代化工、电子、材料及矿产等行业的不断发展而兴起的一门跨学科、跨行业的高新技术。近年来将超微粉碎技术应用于生物材料的处理日益成为研究的热点[9]。例如,利用超微粉碎技术辅助提取中药材料中的活性成分具有提取得率高、时间短等特点[10]。目前,尚未有利用超微粉碎技术辅助提取葡萄皮中花青素的研究报道。本试验利用湿法超微粉碎技术提取葡萄皮中的花青素,对提取工艺进行优化,并利用大孔树脂对花青素进行纯化,低温等冻干燥获得花青素纯品。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器设备
紫色葡萄,购于当地超市;天然花青素标准品,上海西宝生物技术有限公司;香草醛,天津光复精细化工研究所;其他试剂均为分析纯。
ADS-8大孔树脂:广州精科化玻仪器公司;紫外-可见分光光度仪(U -3010):日本日立(Hitachi)公司;JTM 50AB型胶体磨:沈阳新光动力机械公司;LABCONCO型级联冷冻干燥系统:美国Labconco公司;超纯水机:美国Milipore公司。1.2 试验方法
1.2.1 葡萄皮预处理
将葡萄洗净,去皮,收集葡萄皮,烘干后用搅拌机打碎备用。
1.2.2 花青素提取工艺
称取一定量的葡萄皮粉末,加入一定量的乙醇水溶液,调节胶体磨磨齿间隙,将上述溶液在胶体磨中循环胶磨,维持一定时间后收集溶液,5 000 r/min离心10 min,得上清液。将上清液减压浓缩去除溶剂中的乙醇,定容至一定的体积。同时以常规提取方法提
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取葡萄皮中花青素[11]作为对照。1.2.3 花青素的测定
采用香草醛-浓盐酸法[12]测定花青素的含量。以原花青素标准品作标准曲线,建立标准曲线:y =1.652 1x -0.015 3,R 2=0.994 3。1.2.4 花青素的纯化及鉴定
基于最佳工艺,制备花青素粗提液。采用ADS-8大孔树脂[13]对粗提液中的花青素进行纯化。上样速度1 mL/min,洗涤液为3个柱体积的去离子水,洗脱液为50%乙醇水溶液,洗脱速度2 mL/min。对洗脱液进行收集并测定花青素含量。合并洗脱液后进行可见光扫描,对比纯化前后花青素溶液的可见光吸收情况。1.2.5 花青素的冷冻干燥
将经ADS-8的大孔树脂纯化后的洗脱液装在玻璃培养皿中,高度约为10 mm,在LABCONCO型级联冷冻干燥系统中冷冻干燥,得到纯化花青素粉末,密闭保藏。称取一定量的花青素配制成溶液,测定花青素含量,计算纯度。
结果见图2。常规的溶剂提取法(溶剂为50%乙醇溶液,料液比1:10)随着提取时间的增加花青素提取率逐渐升高,120 min时花青素含量最高(约50 mg/100 g)。湿法超微粉碎提取(溶剂为50%乙醇溶液,磨齿间隙为10 μm,料液比1:4)前20 min提取率随着时间增加而升高,20 min后提取率基本保持不变。与常规的溶剂提取法相比,湿法超微粉碎提取法的时间大大缩短。
2 结果与讨论
2.1 提取工艺单因素试验结果
本研究选取料液比、提取时间、乙醇浓度及胶体磨磨齿间隙等多个因素考察对花青素提取率的影响,首先进行了单因素试验,结果如下。2.1.1 料液比对花青素提取率的影响
选择不同的料液比(1:4,1:6,1:8和1:10)研究其对花青素提取率的影响,结果如图1所示。常规的溶剂提取法(对照,溶剂为50%乙醇溶液,常温下提取1.5 h)随着料液比的增加提取率逐渐提高,料液比1:10时提取液中花青素含量约为42 mg/100 g。相比之下,湿法超微粉碎提取法(溶剂为50%乙醇溶液,常温下提取10 min,磨齿间隙为10 μm)随着料液比的增加提取率基本保持不变,说明料液比对湿法超微粉碎粉提取率影响不大,其原因可能是湿法超微粉碎提取时不停地循环提取。低的料液比可以降低提取能耗,且利于后续的分离和浓缩操作。与常规的溶剂提取法相比,湿法超微粉碎提取率明显要高(约70 mg/100 g)。
图2 不同提取时间对花青素提取率的影响2.1.3 提取剂浓度对花青素提取率的影响
用于提取花青素的常用溶剂包括甲醇、乙醇和丙酮等。虽然有报道显示甲醇对花青素的提取率最好[14],但由于甲醇有一定的毒性,不利于生产操作,因此本研究选择乙醇作为提取剂。不同乙醇浓度对花青素提前效率的影响见图3。可以看出,对于常规的溶剂提取法和湿法超微粉碎提取法,50%的乙醇浓度具有最高的提取率。其原因可能在于花青素是水溶性的,有机溶剂浓度太高会不利于花青素的溶出[3]。
图1 不同料液比对花青素提取率的影响2.1.2 提取时间对花青素提取率的影响
研究了不同提取时间对花青素提取率的影响,
图3 不同乙醇含量对花青素提取率的影响2.1.4 磨齿间隙对提取率的影响
不同胶体磨磨齿间隙对花青素提取率的影响如图4所示。可以看出,随着磨齿间隙的不断增加,花青素的提取率不断下降,当磨齿间隙高于25 μm时湿法超微粉碎提取的效率基本上与常规溶剂提取法持平。磨齿间隙越小,葡萄皮粉碎的粒径越小,细胞破壁率高,有效成分就越容易释放,可以很快的溶解到提取溶剂中,提高得率。
2.2 提取工艺正交试验结果
在单因素试验结果的基础上,分别对料液比、提取时间、乙醇含量及磨齿间隙进行4因素3水平的正交试验,试验设计及其结果如表1所示。从结果可以看出,影响花青素提取率的因素主次顺序为:磨齿间隙>提取时间>乙醇含量>料液比,结果与单因素试验相吻合。根据正交试验结果,湿法超微粉碎提取花
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青素的最佳条件为:料液比(1:6),提取时间(25 min),乙醇含量(60%),磨齿间隙(5 μ
m)。
将纯化前后的花青素溶液进行冷冻干燥,获得花青素干粉。配制成同一质量浓度的溶液进行紫外扫描,结果见图6。从图6可知,纯化后花青素溶液的最高吸收峰收窄,说明纯度增加。经测定,纯化后花青素的纯度达93.8%。
图4 不同磨齿间隙对花青素提取率的影响
表1 L9(34)正交试验结果及分析
乙醇含量磨齿间隙/提取率/(mg・
试验号料液比提取时间/
min /%μm100 g-1)
21:420501066.931:425601571.741:615501565.851:62060577.961:625401070.371:815601065.581:820401569.291:82550573.6K 170.40067.96770.70074.700K 271.33371.33368.76767.567K 369.43371.86771.70068.900R 1.9003.9002.9337.133
图6 纯化前后花青素溶液的可见光扫描图谱
3 结论
与常规的溶剂提取法相比,利用湿法超微粉碎辅
助提取葡萄皮中的花青素,通过充分破坏细胞壁和细胞膜,循环提取增加溶剂与物料的接触机率和接触面积,具有提取率高、时间短及易于操作等特点。适宜的提取条件为胶体磨磨齿间隙5 μm、乙醇体积分数60%、提取时间25 min、料液比1:6。大孔树脂对花青素具有良好的纯化效果,经纯化及冷冻干燥后所得的花青素干粉纯度可达93.8%。
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2.3 花青素的纯化及鉴定
大孔吸附树脂吸附洗脱法具有选择性好、吸附容量大、再生处理方便,及吸附迅速、解吸容易等优点,在天然产物工业化提取分离中得到广泛应用。朱靖蓉等人对比了几种不同类型大孔树脂对葡萄籽花青素提取物的纯化效果,结果表明ADS-8大孔树脂具有较强的吸附能力,得到的产物纯度达95%以上[13]。因此,本研究采用ADS-8大孔树脂对花青素粗提液进行纯化,以30%、50%和70%的乙醇溶液作为洗脱溶剂,洗脱曲线见图5。可以看出,30%的乙醇浓度对花青素的解吸能力较差,而50%和70%的乙醇溶液对花青素的解吸能力相当。经计算,3种不同乙醇浓度洗脱后花青素的累积回收率(洗脱液中花青素的含量/上样液中花青素的含量)分别为86.2%、91.7%和93.1%。由于太高的乙醇浓度容易将一些非黄烷三醇类杂质洗脱下来,造成花青素的不纯,因此本研究选
择50%的乙醇水溶液对花青素进行洗脱。
图5 花青素粗提液在ADS-8树脂的解吸曲线
otherphenolics from red grape skins of winemaking residues[J].
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玉米须多糖的超声辅助酶法提取及抑菌作用研究
关海宁,刁小琴,马松艳
绥化学院食品与制药工程学院(绥化 152061)
摘要为了研究玉米须多糖的提取工艺条件,在超声波作用温度、超声波作用时间、纤维素酶添加量、中性
蛋白酶添加量4个单因素对多糖提取率影响的基础上,利用响应面分析法对超声波协同酶法提取玉米须多糖的最佳工艺条件进行优化。试验结果表明,玉米须多糖的最佳提取条件为超声波作用温度64 ℃,纤维素酶添加量1.35%,中性蛋白酶添加量1.14%,在此优化条件下多糖得率为4.48%。此外玉米须多糖经初步纯化后,采用琼脂平板扩散法进行抑菌试验,结果表明玉米须多糖对细菌、真菌均有一定的抑制作用,对真菌的抑制活性弱于对细菌的抑制活性,对革兰氏阴性菌的抑制作用稍优于对革兰氏阳性菌。关键词
超声波;酶;响应面;玉米须多糖;抑菌
Study on the Extraction and Bacteriostasis of Polysaccharides from Corn Silk
by Ultrasonic Wave and Enzyme
Guan Hai-ning, Diao Xiao-qin, Ma Song-yan
College of Food and Pharmaceutical Engineering, Suihua College (Suihua 152061)
Abstract To explore the technology of extracting polysaccharide from corn silk, studied the ratio of the polysaccharides extraction by using four single factors, the temperature of the supersonic, the time of the supersonic, cellulase dosage, neutral protein enzyme dosage. Through the analytical method, the response surface, found that under the following condition: supersonic temperature 64 ℃, cellulase dosage 1.35%, neutral protein enzyme dosage 1.14%, as much as 4.48% of the polysaccharide can be obtained. Conducted the bacteriostasis experiments with the agar plate dilution method after initial purifi cation of the polysaccharide. The results showed that the polysaccharide from corn silk had the certain inhibition effects on bacteria and fungi. The inhibition activities of corn silk polysaccharide on fungi were inferior to that on bacteria. The antimicrobial effects of corn silk polysaccharide on Gram-negative bacteria were superior to that on Gram-positive bacteria.Keywords supersonic wave; enzyme; response surface; corn silk polysaccharide; bacteriostatic 玉米须(Stigma maydis)为禾本科一年生草本植物玉蜀黍(Zea mays L.)的花柱及柱头,其有效成分玉米须多糖安全无毒,具有清热、利尿、降血糖、抗菌、提高免疫等功效[1-2]。我国玉米种植面积大,玉米须资源丰富,但大部分玉米食品加工企业将玉米须作为废弃物,因此开发利用玉米须具有广阔的发展前景。本试验采用超声辅助酶法提取玉米须多糖,对工艺条件进行了优化,同时对经过初步纯化后的多糖进行了抑菌功能的测定,旨在为玉米须多糖进一步的开发利用提供理论依据,并且使这种农业副产品得到更有效的利用,以繁荣农村经济。
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1 材料与方法
1.1 试验材料与试剂
玉米须:绥化市农田采集。
纤维素酶10 U/mg,中性蛋白酶50 U/mg:黑龙江肇东日成酶制剂有限公司;大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、青霉菌和酿酒酵母菌:绥化学院微生物实验室提供。
无水乙醇、浓硫酸、苯酚等均为分析纯。1.2 仪器与设备
TU-1901双光束紫外可见分光光度计:北京普析
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