紫山药主要活性成分提取纯化技术研究进展

王彦平,汤高奇,谢克英,孙瑞琳,古　洋,钱志伟

(河南农业职业学院食品工程学院，河南郑州 451450)



紫山药主要活性成分提取纯化技术研究进展

王彦平,汤高奇,谢克英,孙瑞琳,古洋,钱志伟*

(河南农业职业学院食品工程学院，河南郑州 451450)

紫山药富含天然花青素、多糖、薯蓣皂苷、多酚、尿囊素等生物活性成分,因此具有抗氧化、免疫调节、耐缺氧、抗衰老等保健功能。归纳整理了紫山药活性成分的研究现状,对紫山药花青素、多糖、薯蓣皂苷、尿囊素等的性质、提取、分离纯化技术研究进展进行综述,以期为我国紫山药的综合开发利用提供参考。

紫山药,活性成分,提取,研究进展

紫山药(Dioscoreaalata)是薯蓣科(Dioscoreae)山药属(DioscoreaL.)一年生或多年生蔓生植物,又名参薯、脚板薯等。其块茎质脆有黏性,富含淀粉、膳食纤维、矿物元素、氨基酸、花青素、黏质多糖、尿囊素和薯蓣皂苷等多种营养和活性成分[1-3],具有抗氧化、免疫调节、降血糖、降血脂等保健功能。《本草纲目》记载其具有补脾胃、益肺肾、消渴,可治慢性泄泻、虚劳咳嗽、气虚衰弱等病症[4],是我国重要的经济植物及药食同源的绿色蔬菜佳品。近年来,随着提取分离技术的应用和发展,对紫山药活性成分的提取分离纯化技术研究逐步深入。如何提高紫山药活性成分提取率,进一步分离纯化,研制出紫山药深加工产品,已成为国内外学者的研究热点。本文就目前国内外关于紫山药活性成分提取技术及保健功能方面的研究现状进行综述,旨在为紫山药的综合开发利用提供科学依据。

1　紫山药花青素

1.1性质

1.2提取

1.2.1溶剂提取法溶剂提取法一般遵循相似相溶的原则,采用蒸馏水、有机溶剂作为溶剂。由于紫山药花青素在酸性条件下较稳定,通常采用酸性溶剂进行提取。从安全角度出发,花青素的提取通常采用盐酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸的水和乙醇溶液。刘水英等[5]和倪勤学等[10]研究均表明,以盐酸-乙醇作为溶剂时紫山药花青素提取率最高,可能原因是盐酸-乙醇溶液的极性与紫山药花青苷的最为接近,且盐酸为强电解质,电离出的H+可与花青苷结合形成更为稳定的烊盐而利于紫山药中花青苷的溶出。王泽锋等[11]对比蒸馏水、乙醇、柠檬酸、盐酸作为提取溶剂,结果显示以0.5%柠檬水溶液作为溶剂时紫山药花色苷提取率最高,最佳工艺参数:柠檬酸浓度3.0%,提取时间2.5 h,料液比1∶20 g/mL,提取温度65 ℃,花色苷得率为0.574%。

表1　紫山药中花青素的提取测定方法及结果

由于紫山药花青素的主要成分为矢车菊素和芍药色素,且多为酰化物,稳定性较高,但溶剂提取法提取时间较长,对花青素存在一定的破坏和流失,难以高效利用资源,因此新方法如超声波、微波、酶法等辅助提取方法得到了应用。

1.2.2超声波、微波辅助提取法超声波、微波辅助技术是近年来广泛用于植物活性成分提取的方法。超声波辅助提取技术主要利用超声波振荡产生的空化作用和次级效应,可在细胞周围形成微流,在细胞内形成环流,从而提高细胞壁和细胞膜的通透性,使活性成分高效溶出,因此缩短了提取时间、提高了活性成分提取率。微波辅助提取是利用结构不同化合物吸收微波的能力差异,使细胞成分被微波选择性加热,导致细胞结构发生变化,从而提高有效成分溶出的程度和速度[12]。

阮思莲等[13]利用超声波辅助提取紫山药花青素,得到的最佳工艺参数:料液比1∶6 g/mL、提取温度30 ℃、提取时间30 min、超声波功率300 W,花青素得率4.57 mg/100 g(鲜重)。裴志胜等[14]采用超声-微波协同萃取紫参薯花青素,得到最佳条件为,恒温模式时,超声功率50 W、料液比1∶48 g/mL、萃取时间283 s、微波控制温度46 ℃,紫山药花青素提取率达79.38%,较时间模式下高10.63%,总花青素得率为4.37 mg/g(干重)。

1.2.3生物酶法提取生物酶法提取是利用生物酶反应高度专一性等特点,选择相应的酶,将植物细胞壁的组成成分水解或降解,从而破坏细胞壁结构,使活性成分充分溶出,达到提高提取率的目的。

霍艳荣等[15]研究表明,纤维素酶对紫山药花色苷的提取效果较显著,最佳提取条件:纤维素酶用量2.0%,提取时间60 min,提取温度50 ℃,料液比1∶15 g/mL。肖杰等[16]对比了酶法和乙醇提取法、纤维素酶和果胶酶对紫山药提取效果的影响,结果显示,酶法提取效果优于乙醇提取法,纤维素酶提取效果优于果胶酶,纤维素酶法提取条件:酶添加量为2 mg/g紫山药粉,料液比1∶30 g/mL,温度70 ℃,时间20 min。

1.3分离纯化

紫山药花青素提取液中含有淀粉、蛋白质、无机盐等杂质,为提高紫山药花青素的色价和纯度,需对提取液进行纯化。目前采用的方法主要为大孔吸附树脂法。

用阳离子交换树脂静态吸附取出紫山药花青素提取液杂质,以盐酸-乙醇为洗脱液来交换洗脱,再浓缩干燥至粘稠状,然后真空干燥,得到紫黑色粉末,得率最高可达90%以上。傅婧[17]综合比较了AB-8、D101、X-5、LSA-10、XDA-6、XDA-7六种大孔吸附树脂对紫山药花青素的吸附及解吸特性,确定XDA-7树脂的纯化效果最佳,色价为51.2。曾哲灵[18]等采用AB-8大孔吸附树脂纯化后的紫山药色素为紫黑色粉末,稳定性好,不易吸潮,其色价为51.2。

2　紫山药多糖

2.1性质

多糖是山药的主要活性成分之一。紫山药多糖具有抗氧化[19]、耐缺氧[20]、增强免疫力[21]等作用。杭悦宇等[21]采用气相色谱法测定紫山药多糖中的单糖以半乳糖为主,而山药多糖以甘露糖为主。徐国钧等[20]采用气相色谱法确定了紫山药多糖的组成,主要含有甘露糖、葡萄糖和半乳糖,其比例为1.00∶4.47∶5.95。

2.2提取

2.2.1溶剂提取法热水浸提法是提取多糖的传统方法,提取前要对紫山药进行脱脂处理,通常采用乙醚溶液回流脱脂。刘杭达等[22]研究显示紫山药多糖热水浸提法最佳工艺:料液比1∶15 mg/mL、提取温度55 ℃、提取时间2 h,紫山药粗多糖得率高达2.58%(干重)。裴会鹏等[23]采用提取温度100 ℃、浸提时间4 h、料液比1∶20 mg/mL,测得紫山药粗多糖含量达19.17%(干重)。

2.2.2超声波、微波辅助提取法由于超声波、微波辅助提取法具有快速、安全、高效、活性成分得率高等优点,近年来在紫山药多糖提取方面得到广泛应用。陈少青等[24]研究表明,超声辅助提取法的最佳工艺参数:料液比1∶35 g/mL、超声功率1000 W、超声波处理时问10 min,粗多糖平均得率为8.35%(干重),超声波辅助提取法粗多糖得率高于传统水提法。王泽锋等[25]采用微波辅助提取紫山药多糖,最佳工艺参数:提取温度90 ℃、提取时间30 min,料液比1∶30(g∶mL)、微波功率为900 W,紫山药多糖的含量为2.852%。

2.2.3生物酶法提取汪财生[27]等研究显示纤维素酶法提取最佳工艺参数为:加酶量0.50%、提取温度40 ℃、pH5,粗多糖平均得率为8.51%(干重),较热水浸提法提高了1.51倍。

2.3分离纯化

通过以上方法提取的紫山药粗多糖中常含有大量蛋白质、矿物质、色素及不溶于醇的小分子化合物等杂质,其中去除蛋白质是分离纯化多糖的重要步骤,目前一般采用Sevage法[22-23]除蛋白,即体积比为4∶1的氯仿、戊醇或丁醇的混合液,加入粗品中振摇,粗多糖中的蛋白质发生变性而不溶,离心,到无蛋白层出现为止。为使分离后的紫山药多糖在化学组成表现均一性,得到的多糖还需进一步纯化,常采用乙醇沉淀法和有机溶剂纯化法。刘杭达等[22]除采用Sevage法除蛋白、80%乙醇沉淀、用水溶解纯化外,还采用了用活性炭除去花青素的方法。王泽锋等[28]采用响应面法优化紫山药粗多糖乙醇沉淀工艺,最优参数为:乙醇体积分数75%、醇沉时间18 h、醇沉温度0.5 ℃、相对密度1.23。该条件下粗多糖得率验证值为2.49%。

3　紫山药薯蓣皂苷

3.1性质

薯蓣皂苷含有各种荷尔蒙基本物质,常吃山药可促进内分泌荷尔蒙合成,益于皮肤保湿,促进细胞新陈代谢,还具有脱敏、抗炎、降脂、抗肿瘤、保肝、抗病毒等作用[27]。

3.2提取、分离纯化

徐皓等[29]和史会齐等[30]采用甲醇回流浸提工艺可实现对紫山药薯蓣皂苷的提取,具体方法为:将紫山药粉置于圆底烧瓶,加90%甲醇于80 ℃回流10 h,滤液减压浓缩至10 mL。在加入5%盐酸-甲醇回流5 h,冷却,pH调制8,然后氯仿萃取3次,合并萃取液,浓缩,即获得紫山药薯蓣皂苷。周新勇等[31]采用甲醇浸提取得紫山药薯蓣皂苷粗提液,具体方法为:取紫山药用70%(v/v)甲醇浸泡过夜,然后于80 ℃回流1 h,期间每隔10 min振摇一次,得提取液于3000 r/min离心2 min,取上清液于13000 r/min离心13 min,经0.45 μm微孔滤膜过滤,即得薯蓣皂苷液。紫山药薯蓣皂苷的分离纯化技术有待进一步研究。

4　紫山药尿囊素

4.1性质

尿囊素常作为山药品质评价的重要指标,具有促进伤口愈合、加速细胞生长、消炎抑菌、麻醉镇痛、软化角质和抗刺激物等作用[32]。目前,尿囊素常作为外用制剂用于皮肤科临床。

4.2提取

紫山药中尿囊素含量较低、提取技术复杂,其研究报道相对较少。紫山药尿囊素的提取方法主要采用有机溶剂提取法和超声波辅助提取法。易骏等[33]采用超声波辅助提取法可实现对紫山药尿囊素的提取,具体方法:紫山药粉加入70%甲醇,称重,摇匀,超声提取40 min,静置称重,补甲醇,过滤,得紫山药尿囊素粗提液。黄瑞平[34]采用超声波辅助水提法,具体方法:紫山药粉加入水中,定容,于40 ℃下,超声提取90 min,12000 r/min离心10 min,上清液于0.45 μm微孔滤膜过滤,得紫山药尿囊素粗提液。紫山药尿囊素的分离纯化技术亦需深入探究。

5　紫山药其他活性成分

袁菊如等[35]采用水提-醇沉法提取紫山药糖蛋白,最佳提取条件:料液比1∶20 g/mL、提取温度60 ℃、提取时间3 h。粗提物经DEAE-52和Sephadex G-75柱层析纯化后得1个糖蛋白分子,该糖蛋白经SDS-PAGE电泳分析,分子量为1.35×104u。于东等[36]对紫山药酚酸类化合物进行提取,采用HPLC-PDA-MS鉴定紫山药中可溶态和不可溶态酚酸类均主要为芥子酸和阿魏酸,且芥子酸含量均高于阿魏酸。

6　展望

紫山药含有多种有益人体健康的和活性成分,是一种具有开发前景的绿色蔬菜和保健食品原料,但目前对紫山药保健功能的研究还不够深入,对其深加工的研究更是滞后。纵观关于紫山药活性成分提取纯化技术研究进展,不难得出存在的主要问题:目前对于紫山药功能成分的提取纯化技术集中于花青素和多糖的研究,对其他功能成分研究较少;缺乏高效提取纯化紫山药功能成分的技术,难以形成产业化规模化效益;高效技术的缺乏限制了紫山药功能成分对人体的保健作用的研究与评价。因此,如何开发高效、安全提取纯化紫山药活性成分的技术,并深入研究和评价其对人体的功效,开发紫山药功能性食品,将对带动紫山药产业的发展起到积极的推动作用。

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Progress in extraction and purification of main active constituents in purple yam

WANG Yan-ping,TANG Gao-qi,XIE Ke-ying,SUN Rui-lin,GU Yang,QIAN Zhi-wei*

(Department of Food Engineering,Henan vocational college of agriculture,Henan Zhengzhou 451450,China)

Purple yam is rich in natural anthocyanins,polysaccharide,diosgenin,polyphenols and allantoin,so it has functions of antioxidation,immunoregulation,anti-anoxia and anti-aging. By consulting literatures,the paper synthetically gives the research status of active ingredient in purple yam and the review on the extraction,separation and purification of purple yam,aiming at enhancing research level of purple yam.

purple yam;active constituent;extraction;reasearch progress

2016-01-14

王彦平(1983-),女,硕士,讲师,研究方向:食品功能与营养因子,E-mail:14389487@qq.com。

钱志伟(1969-),男,硕士,教授,研究方向:食品营养与检测,E-mail:1460331538@qq.com。

郑州市普通科技攻关项目(153PKJGG424);2015年度河南省高等学校优秀教学团队建设;2014年度河南省高等学校“专业综合改革试点”项目。

TS202.3

A

1002-0306(2016)17-0356-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.062