田麗君，劉志偉，張艷

(武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023)

酶法輔助提取紫薯花青素研究

田麗君，劉志偉，張艷

(武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023)

紫薯花青素是紫薯的重要活性成分，是一種天然營(yíng)養(yǎng)功能型色素。在紫薯液中加入α-淀粉酶和纖維素酶能夠提高紫薯花青素的提取得率，實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)選最佳條件:α-淀粉酶在pH為6，溫度80℃，添加量為40 U/mL作用40 min可達(dá)到最佳效果;纖維素酶在pH為5，溫度為50℃，添加量為100 u/mL作用1 h可達(dá)到最佳效果。

紫薯花青素;酶法輔助提取;提取技術(shù)

Abstract:Anthocyanin，as an important component of purple sweet potato，is a kind of natural and nutrient pigment with many physiological functions. The optimal addition，temperature，pH and time ofα-amylase and cellu1ase were determined:pH6，temperature 80℃，，addition400U/mL，hydrolysis time 40min were best forα-amylase;pH5，temperature 60℃，addition 200U/mL，hydrolysis time 60min were best for cellu1ase.

Key words:anthocyanins from purple sweet potato;enzyme-assisted extraction;extraction

紫薯花青素屬類黃酮化合物，以C6-C3-C6為基本結(jié)構(gòu)，主要為?；幕ㄇ嗨睾图谆ㄇ嗨兀?-3］。研究表明，紫薯花青素具有多種生理活性，如抗氧化功能、清除自由基作用、預(yù)防癌變、預(yù)防高血壓等［4-6］，可用于保健食品領(lǐng)域。在酸性條件下，呈鮮艷的深紅色［7］，是一種天然的食用紅色素資源，在食品、藥品、化妝品等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。

在日本已利用紫薯加工混合甜飲料、全薯粉、酒、面包、薯醬等。國(guó)內(nèi)企業(yè)已生產(chǎn)出紫薯面包、飲料、全薯粉等新產(chǎn)品，深受消費(fèi)者歡迎。隨著研究的深入，紫薯將會(huì)在新的領(lǐng)域，特別是醫(yī)藥、保健品領(lǐng)域有著更大的發(fā)展前景。

紫薯花青素的提取技術(shù)，在傳統(tǒng)方法如溶劑萃取法、超濾法、吸附精制法等基礎(chǔ)上有了很大的發(fā)展。復(fù)合酶解、微波、超聲波和其他生物技術(shù)等輔助提取技術(shù)也不斷嘗試運(yùn)用于紫薯花青素的提取研究，大大提高了紫薯花青素的提取率，降低了能耗和生產(chǎn)成本。本文對(duì)α-淀粉酶和纖維素酶輔助提取紫薯花青素的工藝條件進(jìn)行研究，旨在確定酶解的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1. 1 材料與試劑

紫薯全粉:武漢普澤天食品有限公司提供;檸檬酸:天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，分析純;

α-淀粉酶和纖維素酶:天津諾奧科技發(fā)展有限公司;莧菜紅:國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純;其它常用試劑，均為分析純。

1. 2 儀器與設(shè)備

DF-101S集熱式加熱磁力攪拌器:鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;V-1100型可見分光光度計(jì):上海美譜達(dá)儀器有限公司;80-2離心沉淀器:金壇市醫(yī)療儀器廠;實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)FE20:梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1. 3 試驗(yàn)方法

1. 3. 1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取干燥至恒重的莧菜紅約0. 2 g(精確至0. 0001 g)，用蒸餾水定容至1000 mL。然后精確移取0. 2，0. 4，0. 6，0. 8，1. 0 mL該溶液至10 mL容量瓶中，定容至刻度。靜置15 min后，在525 nm下測(cè)定其吸光度，根據(jù)所得數(shù)據(jù)以莧菜紅含量為縱坐標(biāo)，以對(duì)應(yīng)的吸光值為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程。

1. 3. 2 紫薯花青素酶解工藝

(1)紫薯花青素酶解輔助提取工藝如圖1所示。

圖1 提取工藝流程

(2)紫薯花青素粗得率的計(jì)算。

紫薯花青素粗得率(mg/g)=cv/m.

其中，c表示提取液中花青素的濃度，μg/mL;v表示稀釋的體積，mL;m表示樣品的質(zhì)量，g。

(3)α-淀粉酶和纖維素酶酶解條件的優(yōu)化。準(zhǔn)確稱取1. 00 g紫薯粉，確定酶解pH、酶添加量及酶解時(shí)間、酶解溫度為研究的主要因素，分別考察α-淀粉酶和纖維素酶的酶法提取對(duì)紫薯花青素提取得率的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定酶解的最佳條件。

1. 3. 3 酶解對(duì)紫薯花青素提取效果的影響

在α-淀粉酶和纖維素酶的最適pH、最適溫度、最適添加量和酶解時(shí)間的條件下酶解紫薯粉，測(cè)定色素粗提液在525 nm下的吸光值，并與空白試驗(yàn)相比較，分析酶解對(duì)色素提取的影響。

2結(jié)果與討論

2. 1 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

利用分光光度計(jì)法測(cè)定莧菜紅色素標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。

圖2 莧菜紅標(biāo)準(zhǔn)曲線

2. 2α-淀粉酶及纖維素酶水解條件的優(yōu)化

2. 2. 1 α淀粉酶酶解條件的確定

(1)α-淀粉酶最適pH。pH對(duì)α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響如圖3所示。由圖3可看出在α-淀粉酶添加量在40 U/mL、酶解時(shí)間30 min、溫度80℃的條件下，酶解反應(yīng)的pH從4升至8的過程中，所得紫薯花青素先增加后減少，在pH為6時(shí)達(dá)到最大，為2. 051 mg/g。在pH升高至6之前，α-淀粉酶的活性逐漸增強(qiáng)直至到達(dá)最適pH，所得紫薯花青素也呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì);在pH大于6之后，一方面是由于酶活性降低，另一方面是偏中性的環(huán)境影響了紫薯花青素的穩(wěn)定性導(dǎo)致得率下降［8］。α-淀粉酶的常用pH通常在中性左右，在紫薯花青素水解反應(yīng)中最適pH偏酸性，這與紫薯花青素在酸性條件下更穩(wěn)定有關(guān)［9］。

圖3 pH對(duì)α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響

(2)α-淀粉酶最適溫度。溫度對(duì)α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響如圖4所示。由圖4可看出在α-淀粉酶添加量在40 U/mL、酶解時(shí)間30 min、pH為6的條件下，酶解反應(yīng)的溫度從70℃升至90℃的過程中，所得紫薯花青素在溫度為80℃時(shí)達(dá)到最大。在一般情況下，α-淀粉酶的最適溫度在90℃以上，在紫薯中卻在80℃，是因?yàn)樵摐囟壤诿阜肿舆M(jìn)入紫薯組織，從而促進(jìn)酶解反應(yīng)的進(jìn)行［10］。

圖4 溫度對(duì)α-淀粉酶水解紫薯花青素的影響

(3)α-淀粉酶添加量及酶解時(shí)間。α-淀粉酶添加量及酶解時(shí)間對(duì)紫薯花青素得率的影響如圖5所示。由圖5可看出，在80℃、pH為6的條件下，α-淀粉酶添加量分別為40 U/mL，60 U/mL，80 U/mL，100 U/mL，120 U/mL、酶解時(shí)間為別為20 min，40 min，60 min，80 min，100 min，當(dāng)酶添加量為40 U/ mL、酶解時(shí)間為40 min時(shí)，所得紫薯花青素達(dá)到最大?？梢?，α-淀粉酶的最適添加量和最適酶解時(shí)間分別為40 u/mL，40 min。

圖5 α-淀粉酶添加量及酶解時(shí)間對(duì)紫薯花青素得率的影響

2. 2. 2 纖維素酶酶解條件的確定

(1)纖維素酶最適pH。pH對(duì)纖維素酶水解紫薯花青素的影響如圖6所示。由圖6可看出纖維素酶添加量在200 U/mL、酶解時(shí)間60 min、溫度為50℃的條件下，酶解反應(yīng)的pH從4升至6的過程中，所得紫薯花青素在pH為5時(shí)達(dá)到最大，為1. 987 mg/g。在pH大于5之后，紫薯花青素的得率基本保持不變，可見纖維素酶在紫薯中作用的最適pH為5。

圖6 pH對(duì)纖維素酶水解紫薯花青素的影響

(2)纖維素酶最適溫度。溫度對(duì)纖維素酶水解紫薯花青素的影響如圖7所示。由圖7可看出在纖維素酶添加量在200 U/mL、酶解時(shí)間60 min、pH為5的條件下，酶解反應(yīng)的溫度從40℃升至60℃的過程中，所得紫薯花青素在溫度為50℃時(shí)達(dá)到最。在溫度達(dá)到50℃后，紫薯花青素的得率基本保持不變，因此，纖維素酶在紫薯中作用的最適溫度為50℃。

圖7 溫度對(duì)纖維素酶水解紫薯花青素的影響

(3)纖維素酶添加量和作用時(shí)間。纖維素酶添加量及酶解時(shí)間對(duì)紫薯花青素得率的影響如圖8所示。由圖8可看出，在60℃、pH為5的條件下，纖維素酶的添加量分別為50 U/mL，100 U/mL，150 U/mL，200 U/mL，250 U/mL、酶解時(shí)間為別為20 min，40 min，60 min，80 min，100 min，當(dāng)酶添加量為100 U/mL、酶解時(shí)間為60 min時(shí)，所得紫薯花青素達(dá)到最大?？梢?，纖維素酶的最適添加量和最適酶

圖8 纖維素酶添加量及酶解時(shí)間對(duì)紫薯花青素得率的影響

解時(shí)間分別為100 U/mL，60 min。

2. 3 α-淀粉酶和纖維素酶聯(lián)合作用的影響

α-淀粉酶和纖維素酶在各自最適條件下先后作用于紫薯溶液，在經(jīng)60℃浸提2 h，同時(shí)做空白試驗(yàn)。酶解所得紫薯花青素的得率為2. 342 mg/g，空白試驗(yàn)得率僅為1. 892 mg/g。可見，在α淀粉酶和纖維素酶的聯(lián)合作用下，紫薯花青素的得率不僅高于空白試驗(yàn)，而且高于兩種酶單一作用時(shí)的得率，這對(duì)紫薯花青素的工業(yè)化生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)作用。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在紫薯花青素的提取試驗(yàn)中，α-淀粉酶的最佳作用條件為:pH為6，溫度80℃，添加量為40 U/mL作用40 min;纖維素酶在pH為5，溫度為50℃，添加量為100 U/mL作用1 h可達(dá)到最佳效果。這兩種酶的聯(lián)合作用，可顯著提高紫薯花青素的得率。

紫薯花青素是一種安全、無(wú)毒的天然色素，而且兼具營(yíng)養(yǎng)和保健功能，研究新的提取方法，對(duì)紫薯花青素開發(fā)利用有重大意義。本研究運(yùn)用復(fù)合酶水解法提取紫薯花青素不僅可以提高其得率，降低生產(chǎn)成本，而且可以加快其在保健品、藥品、化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)程。

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Enzyme-assisted Extraction of Anthocyanins from Purple Sweet Potato

TIAN Li-jun，LIU Zhi-wei，Zhang Yan
(School of Food Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China)

TQ 461

A

10. 3969/j. issn. 1009-4881. 2012. 02. 001

2011-11-21.

2012-03-16.

田麗君(1984-)，女，碩士研究生，E-mail:yaoyue840812@163. com.

劉志偉(1965-)，男，博士，E-mail:liuzhiweicdc@yahoo. com. cn.

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(D20121802);武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2011028);國(guó)家“863計(jì)劃項(xiàng)目”(2010AA023004).