酶法辅助提取紫薯花青素研究

2012-09-11田丽君刘志伟张艳

武汉轻工大学学报 2012年2期

关键词：紫薯甘薯花青素

田丽君，刘志伟，张艳

(武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023)

酶法辅助提取紫薯花青素研究

田丽君，刘志伟，张艳

(武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023)

紫薯花青素是紫薯的重要活性成分，是一种天然营养功能型色素。在紫薯液中加入α-淀粉酶和纤维素酶能够提高紫薯花青素的提取得率，实验研究优选最佳条件:α-淀粉酶在pH为6，温度80℃，添加量为40 U/mL作用40 min可达到最佳效果;纤维素酶在pH为5，温度为50℃，添加量为100 u/mL作用1 h可达到最佳效果。

紫薯花青素;酶法辅助提取;提取技术

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

紫薯花青素属类黄酮化合物，以C6-C3-C6为基本结构，主要为酰基化的花青素和甲基花青素［1-3］。研究表明，紫薯花青素具有多种生理活性，如抗氧化功能、清除自由基作用、预防癌变、预防高血压等［4-6］，可用于保健食品领域。在酸性条件下，呈鲜艳的深红色［7］，是一种天然的食用红色素资源，在食品、药品、化妆品等领域具有很大的应用潜力。

在日本已利用紫薯加工混合甜饮料、全薯粉、酒、面包、薯酱等。国内企业已生产出紫薯面包、饮料、全薯粉等新产品，深受消费者欢迎。随着研究的深入，紫薯将会在新的领域，特别是医药、保健品领域有着更大的发展前景。

紫薯花青素的提取技术，在传统方法如溶剂萃取法、超滤法、吸附精制法等基础上有了很大的发展。复合酶解、微波、超声波和其他生物技术等辅助提取技术也不断尝试运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，降低了能耗和生产成本。本文对α-淀粉酶和纤维素酶辅助提取紫薯花青素的工艺条件进行研究，旨在确定酶解的最佳工艺条件。

1 材料与方法

1. 1 材料与试剂

紫薯全粉:武汉普泽天食品有限公司提供;柠檬酸:天津市科密欧化学试剂有限公司，分析纯;

α-淀粉酶和纤维素酶:天津诺奥科技发展有限公司;苋菜红:国药集团化学试剂有限公司，分析纯;其它常用试剂，均为分析纯。

1. 2 仪器与设备

DF-101S集热式加热磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司;V-1100型可见分光光度计:上海美谱达仪器有限公司;80-2离心沉淀器:金坛市医疗仪器厂;实验室pH计FE20:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 标准曲线的绘制

称取干燥至恒重的苋菜红约0. 2 g(精确至0. 0001 g)，用蒸馏水定容至1000 mL。然后精确移取0. 2，0. 4，0. 6，0. 8，1. 0 mL该溶液至10 mL容量瓶中，定容至刻度。静置15 min后，在525 nm下测定其吸光度，根据所得数据以苋菜红含量为纵坐标，以对应的吸光值为横坐标，绘制标准曲线，得回归方程。

1. 3. 2 紫薯花青素酶解工艺

(1)紫薯花青素酶解辅助提取工艺如图1所示。

图1 提取工艺流程

(2)紫薯花青素粗得率的计算。

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浓度，μg/mL;v表示稀释的体积，mL;m表示样品的质量，g。

(3)α-淀粉酶和纤维素酶酶解条件的优化。准确称取1. 00 g紫薯粉，确定酶解pH、酶添加量及酶解时间、酶解温度为研究的主要因素，分别考察α-淀粉酶和纤维素酶的酶法提取对紫薯花青素提取得率的影响。根据实验结果，确定酶解的最佳条件。

1. 3. 3 酶解对紫薯花青素提取效果的影响

在α-淀粉酶和纤维素酶的最适pH、最适温度、最适添加量和酶解时间的条件下酶解紫薯粉，测定色素粗提液在525 nm下的吸光值，并与空白试验相比较，分析酶解对色素提取的影响。

2结果与讨论

2. 1 标准曲线制作

利用分光光度计法测定苋菜红色素标准曲线，如图2所示。

图2 苋菜红标准曲线

2. 2α-淀粉酶及纤维素酶水解条件的优化

2. 2. 1 α淀粉酶酶解条件的确定

(1)α-淀粉酶最适pH。pH对α-淀粉酶水解紫薯花青素的影响如图3所示。由图3可看出在α-淀粉酶添加量在40 U/mL、酶解时间30 min、温度80℃的条件下，酶解反应的pH从4升至8的过程中，所得紫薯花青素先增加后减少，在pH为6时达到最大，为2. 051 mg/g。在pH升高至6之前，α-淀粉酶的活性逐渐增强直至到达最适pH，所得紫薯花青素也呈现逐渐增加的趋势;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环境影响了紫薯花青素的稳定性导致得率下降［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应中最适pH偏酸性，这与紫薯花青素在酸性条件下更稳定有关［9］。

图3 pH对α-淀粉酶水解紫薯花青素的影响

(2)α-淀粉酶最适温度。温度对α-淀粉酶水解紫薯花青素的影响如图4所示。由图4可看出在α-淀粉酶添加量在40 U/mL、酶解时间30 min、pH为6的条件下，酶解反应的温度从70℃升至90℃的过程中，所得紫薯花青素在温度为80℃时达到最大。在一般情况下，α-淀粉酶的最适温度在90℃以上，在紫薯中却在80℃，是因为该温度利于酶分子进入紫薯组织，从而促进酶解反应的进行［10］。

图4 温度对α-淀粉酶水解紫薯花青素的影响

(3)α-淀粉酶添加量及酶解时间。α-淀粉酶添加量及酶解时间对紫薯花青素得率的影响如图5所示。由图5可看出，在80℃、pH为6的条件下，α-淀粉酶添加量分别为40 U/mL，60 U/mL，80 U/mL，100 U/mL，120 U/mL、酶解时间为别为20 min，40 min，60 min，80 min，100 min，当酶添加量为40 U/ mL、酶解时间为40 min时，所得紫薯花青素达到最大。可见，α-淀粉酶的最适添加量和最适酶解时间分别为40 u/mL，40 min。

图5 α-淀粉酶添加量及酶解时间对紫薯花青素得率的影响

2. 2. 2 纤维素酶酶解条件的确定

(1)纤维素酶最适pH。pH对纤维素酶水解紫薯花青素的影响如图6所示。由图6可看出纤维素酶添加量在200 U/mL、酶解时间60 min、温度为50℃的条件下，酶解反应的pH从4升至6的过程中，所得紫薯花青素在pH为5时达到最大，为1. 987 mg/g。在pH大于5之后，紫薯花青素的得率基本保持不变，可见纤维素酶在紫薯中作用的最适pH为5。

图6 pH对纤维素酶水解紫薯花青素的影响

(2)纤维素酶最适温度。温度对纤维素酶水解紫薯花青素的影响如图7所示。由图7可看出在纤维素酶添加量在200 U/mL、酶解时间60 min、pH为5的条件下，酶解反应的温度从40℃升至60℃的过程中，所得紫薯花青素在温度为50℃时达到最。在温度达到50℃后，紫薯花青素的得率基本保持不变，因此，纤维素酶在紫薯中作用的最适温度为50℃。

图7 温度对纤维素酶水解紫薯花青素的影响

(3)纤维素酶添加量和作用时间。纤维素酶添加量及酶解时间对紫薯花青素得率的影响如图8所示。由图8可看出，在60℃、pH为5的条件下，纤维素酶的添加量分别为50 U/mL，100 U/mL，150 U/mL，200 U/mL，250 U/mL、酶解时间为别为20 min，40 min，60 min，80 min，100 min，当酶添加量为100 U/mL、酶解时间为60 min时，所得紫薯花青素达到最大。可见，纤维素酶的最适添加量和最适酶

图8 纤维素酶添加量及酶解时间对紫薯花青素得率的影响

解时间分别为100 U/mL，60 min。

2. 3 α-淀粉酶和纤维素酶联合作用的影响

α-淀粉酶和纤维素酶在各自最适条件下先后作用于紫薯溶液，在经60℃浸提2 h，同时做空白试验。酶解所得紫薯花青素的得率为2. 342 mg/g，空白试验得率仅为1. 892 mg/g。可见，在α淀粉酶和纤维素酶的联合作用下，紫薯花青素的得率不仅高于空白试验，而且高于两种酶单一作用时的得率，这对紫薯花青素的工业化生产有一定的指导作用。