柚皮活性成分提取工艺的研究进展

2014-08-15马先红

吉林化工学院学报 2014年11期

马先红，隋新，刘洋

(吉林化工学院生物与食品工程学院，吉林吉林132022)

柚子(Citrus grandis L.Osbeck)为芸香科柑橘亚科柑橘属水果，果肉富含天然矿物质钾和维生素C，味道酸甜，略带苦味，被医学界公认为最具食疗功效的水果之一.柚皮约占整个柚子质量的40%，不仅含有水分、维生素和矿物质，还含有黄酮类化合物、果胶、香精油、天然色素及膳食纤维等多种对人体有益的活性成分［1，2］，具有较高的保健和药用价值.近年来我国柚类水果生产发展迅速，产量增加，市场广阔.但由于柚子的加工与食用主要集中于果肉部分，柚皮一般被废弃，造成资源的极大浪费且污染环境.因此，进行柚皮深加工，生产高附加值的产品如香精油、黄酮类化合物、果胶、色素等，不但充分利用了柚皮资源，而且还可获得良好的经济效益.

1 黄酮类化合物

黄酮类化合物是一类重要的天然有机化合物，有延缓衰老、增强心血管功能、增强免疫力、抑菌、抗肿瘤、抗氧化等作用.柚皮中生物类黄酮化合物含量丰富，这些黄酮类化合物具有显著的生理活性.所以，从柚皮中提取黄酮类化合物，可以使柚皮变废为宝，提高柚子的附加值.

黄酮类化合物的提取方法一般有:有机溶剂提取法、超滤法、碱性稀醇或碱性水提取法、超声波提取法和微波提取法、系统溶剂提取法等.杜丽娟等［3］采用碱法提取柚皮中黄酮物质，通过正交试验得到最佳工艺条件为固液比为1 30，提取时间为150 min，提取温度为50℃，此时总黄酮的提取率为8.95%，显色时间在40 min内.该方法成本较低、操作简单、效率较高，可以广泛应用于柚皮中黄酮类化合物的提取和测定.李南薇等［4］用乙醇提取柚皮中的总黄酮，通过单因素试验和正交试验确定了影响黄酮提取得率的因素由大到小依次为:固液比＞乙醇浓度＞提取温度＞提取时间，最佳工艺条件为固液比1 20，乙醇浓度95%，提取温度85℃，提取时间2.5 h.在此条件下所得柚皮黄酮提取得率为1.145%.谭静等［5］分别采用微波萃取法和超声波提取法提取柚皮中黄酮类化合物的黄酮最大得率分别为8.437 mg/g和5.263 mg/g.因此，在提取柚皮中黄酮类化合物的试验中微波萃取法优于超声波提取法.罗文敏等［6］分别采用动态、静态试验等分别考察大孔树脂对柚皮总黄酮的分离纯化效果及影响因素，试验表明D101型大孔吸附树脂对柚皮总黄酮静态饱和比吸附量为63.76 mg/g(干树脂)，洗脱率99.37%，纯度在51.56%以上，是实验树脂中分离纯化柚皮总黄酮的最佳大孔吸附树脂，因此采用本法分离纯化柚皮总黄酮是稳定、高效的，可进一步推广应用于工业化生产.如能找到最佳的柚皮黄酮提取方法，最大限度地提高黄酮的提取率，并使其能适用于工业化生产，这对于保护环境，变废为宝，丰富食品和药品种类，发展农村经济将具有十分重要的作用.

2 柚皮果胶

果胶是以D-吡喃半乳糖醛酸为基本单位，广泛分布于高等植物的根、茎、果、叶中的多糖类高分子亲水性胶状化合物，是细胞壁的组成成分之一［7］.果胶具有良好的乳化、增稠、胶凝和稳定作用，被广泛用于食品工业中，常用来作为糖果、果汁、果冻、罐头及各种饮料的增稠剂、胶凝剂、稳定剂及蛋黄乳化剂等;另外，果胶还具有抗腹泻、降血糖、抗癌等多种作用，是医药和化妆品工业不可缺少的辅料［8，9］.

果胶生产以柑桔皮为主要原料［10］，也有以苹果皮［11-12］、柠檬皮、向日葵盘［13］、大豆皮渣［14-15］、香蕉皮［16］等为原料生产果胶的.近年来果胶市场需求量增加很快，所以柚皮也被作为原料来提取果胶.陈发河等［17］通过试验确定了琯溪蜜柚皮中提取果胶的最佳工艺条件为浸提液pH值1.5、提取时间 90 min、提取温度 90℃，果胶得率19.10%.蔡文等［18］利用超声波辅助技术提取柚皮中的果胶，结果表明提取的最佳工艺条件为超声波功率175 w，超声波处理时间7 min，液料比5 1(mLg)，浸提温度85℃，浸提时间75 min，pH值1.2，柚皮果胶得率为23.97%，比传统酸提取法提高了32.58%.马红恩等［19］研究了酶法提取柚皮果胶的方法，先用热水提取柚皮粉中水溶性果胶，再分别用纤维素酶液和果胶酶液从其残渣中提取果胶，结果热水、纤维素酶液和果胶酶液的果胶提取率分别为12.7%，11.7%和5.5%，总提取率达29.9%，先后用纤维素酶液和果胶酶液提取柚子皮果胶，总提取收率最高.黎冬明等［20］采用微波辅助处理酸水解法研究柚皮果胶的提取工艺，结果表明在料液比1 6，pH值1.0，提取温度60℃，提取时间50 min的条件下，果胶得率最高达20.50%.李琼等［21］采用酒精沉淀法从柚皮中分离果胶，得出在酸水解提取果胶的工艺中提取液酸度是影响果胶收率的主要因素，并取得了果胶提取的最优提取条件为液固比为20 1，pH值2.0，提取温度为95℃，提取时间为70 min，在该条件下果胶收率最高.周强等［22］采用酒石酸水溶液的萃取体系，得到从柚皮中提取果胶的最佳工艺条件为萃取用酒石酸水溶液与柚皮质量比15 1，萃取溶液的pH值1.5，萃取温度90℃，萃取时间60 min，此条件下柚皮果胶平均收率达到18.73%.

3 柚皮多糖

活性多糖是指除淀粉、纤维素、果胶以外的具有特殊生理活性的多糖，由于其具有降血糖、降血脂、抗衰老、抗肿瘤等多种功效以及副作用小、不易造成残留等优点，目前已成为国内食品、药品、化妆品等领域研究的热点［23］.现代研究发现，柚皮多糖为柚皮主要活性成分之一［24］，具有降血脂、降低胆固醇等作用［25］.张楠楠等［26］利用柚皮热水回流提取，以葡萄糖为参照品，利用分光光度法测定柚皮中水溶性多糖的含量，结果表明柚皮中含有多糖，具有一定的开发利用价值.郭文等［27］通过响应面优化了柚皮多糖热水浸提工艺为液料比30 1(mLg)，浸提温度80℃，浸提时间2.5 h和浸提次数 2次，多糖提取率达到6.45%.杨喆茗等［28］利用纤维素酶辅助法提取柚皮多糖，得到最佳提取工艺为料液比130，酶解温度60 ℃，酶解时间 5.5 h，pH 值 5.5，酶含量0.1%.李夏［29］通过水提醇沉法提取柚皮中的多糖，采用去果胶，三氯醋酸法和sevage法去蛋白质的方法对提取出的粗多糖进行纯化，并用苯酚-硫酸法对所得产品进行含量测定，得出较符合实际的结果.目前柚皮多糖的提取主要采用传统的溶剂提取法，未发现有利用新技术如复合酶法、超声波法、超滤法、微波法、CO2超临界萃取法等提取柚皮多糖的资料报道.

4 膳食纤维

膳食纤维是一类不能被人体消化的碳水化合物，具有降低血浆脂肪和胆固醇，润肠通便，预防和治疗高血压、糖尿病、结肠癌等功效，其作为一种功能性食品原料正日益受到人们重视.柚皮含有大量膳食纤维，如能成功提取将产生重要的经济和社会效益.张珍林等［30］采用酸、碱法对柚皮中的膳食纤维进行提取，并用正交试验得到碱浸过程中对于柚皮膳食纤维提取的最佳条件为物料比1 9(g mL)，NaOH 浓度 0.4 mol/L，温度35 ℃，时间 1.5 h，此条件下产率为51.85%.梁敏等［31］通过正交试验确定了柚皮水溶性膳食纤维的最佳提取工艺条件为提取液用量10 mL/g，温度100℃，pH 值5.0，时间15 min，此条件下产率为7.10%，同时分别采用化学法、酶法、酶与化学结合法从柚皮中提取水不溶性膳食纤维，并且对3种方法所得到的水不溶性膳食纤维产品进行了分析比较，结果表明采用酶与化学结合法提取得到的水不溶性膳食纤维产品纯度最高、生理活性最好，蛋白质含量1.35%，产率50.98%，膨胀力和持水力分别为3.25 mL/g，2.092 g/g.王林果等［32］利用乙醇提取柚皮中不溶于水的膳食纤维，通过正交试验确定最佳提取条件为加水量与原料体积比为10 1，乙醇与提取液体积比为l1，提取温度75℃，提取时间90 min.王兆茹等［33］通过单因素试验和正交试验研究了从柚皮中提取水溶性膳食纤维的最佳工艺为温度90℃，pH值2.0，时间70 min，提取液用量20 mL/g，此条件下提取率为7.35%.

5 柚皮精油

柚皮精油是柚子外果皮油胞中含有的一类具有强烈芳香气味化合物，具有令人喜爱的独特芳香风味，是饮料、啤酒、糖果等食品的矫味剂、赋香剂，也是许多日化产品的增香剂.刘宝全等［34］利用微波辅助-有机溶剂法提取柚皮精油，并利用GC-MS对其进行了有效成分鉴定.结果表明，在正己烷、石油醚和环己烷3种非极性溶剂中，采用石油醚作溶剂提取效率最高，精油得率为1.25%，应用GC-MS检测鉴定出柚皮精油中19种化合物，占总组分的60.58%.陈龙［35］采用超临界CO2萃取技术提取柚皮精油，得到最佳工艺条件为原料粒度60目、流量25 L/h、萃取时间80 min、温度50℃、压力25 MPa，其萃取率为5.12%.樊荣［36］对有机溶剂萃取法进行了工艺优化实验，确定石油醚是柚皮精油提取的最佳溶剂;利用单因素试验结合正交设计得到了有机溶剂萃取法提取柚皮精油的最优工艺条件为料液比1 20，提取温度40℃，提取时间90 min，破碎度30目，柚皮精油得率1.59%;对水热法提取精油的工艺进行了研究，研究不同的料液比、石灰水浓度及浸泡时间对精油得率的影响，把柚皮挥发油的最佳提取条件修正为料液比为5 1，浸泡时间为4 h，石灰水浓度为1%，柚皮精油得率1%.目前主要的提取方法有蒸馏法、微波辐射法、溶剂浸提法、压榨法和超临界CO2萃取法等.

6 柚皮色素

柚皮中橙黄色素等天然色素含量也相当丰富，而且其色泽鲜艳，固着力强，性能稳定，是一种非常有开发价值的着色剂和食品添加剂.林春绵等［37］通过石油醚、环己烷、乙醇和氯仿的单一溶剂以及混合溶剂的试验表明，石油醚-乙醇(11)是比较理想的柚皮色素提取剂.郭远凯等［38］研究了以乙醇-石油醚为萃取剂，在微波场作用下，影响微波萃取柚皮色素的各项因素.结果表明:在微波功率为480w，微波萃取作用时间为15 min下所得橙黄色素不仅收率最高，而且性能稳定，质量较好.于文峰［39］对水溶性柚皮色素采用大孔树脂吸附法进行分离.通过静态吸附和洗脱试验的测定结果显示，用0.2 g树脂对50 mL色素液进行吸附，AB-8树脂对色素的平衡吸附率和平衡解吸率分别为57.40%和97.65%.综合考虑，选择AB-8大孔吸附树脂对色素进行分离.采用16×450 mm层析柱进行吸附洗脱试验，结果表明，树脂吸附的最佳工艺条件为:上样浓度1.312(吸光值)，高径比12 1，吸附流速4BV/h，温度25℃;在此条件下，当色素液吸附量为8BV时，其色素吸附率达91.44%.解吸的最佳工艺条件为:洗脱剂70%乙醇，洗脱流速3BV/h，温度25℃;在此条件下，色素的解吸率为99.47%.通过树脂重复使用性能测定，发现AB-8树脂具有良好的再生能力，经过21次再生后柚皮色素吸附率仅下降1.56%.稳定性试验表明，色素在100℃、pH值3～12以及常用食品添加剂中都有较好的稳定性.显色反应试验表明，柚皮色素为黄酮类物质.薄层层析试验、紫外可见分光光度法试验和HPLCMS对色素成分的分析结果表明，色素的主要成分是柚皮苷，其含量占色素总量的70%左右.对柚皮色素的提取及性质分析的研究国内外有一些报道，但对其进行分离纯化的工艺研究则很少.

在柚皮的利用上，应继续改进提取和纯化工艺来提高产品的质量;将提取工艺产业化，应用于实际生产，争取在生产成本低，生产效率高的条件下获得高附加值的产品;将提取物应用于功能性食品的研制与开发.另外，柚皮资源的利用还存在一个问题:柚皮的存在为分散状态.要解决这个问题，就必须制订收购柚皮的合理政策，使柚皮能有效地被收集起来，这样才能成功实现对柚皮的综合开发利用，实现柚皮相关产品的产业化.

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