潍县萝卜中花青素的提取工艺及提取液的 抗氧化活性研究

◎ 黄钰茹，魏铭芸，张 妍，孙明宏，武文涛，杨延存

（青岛工学院，山东 青岛 266300）

潍县萝卜是产于山东省潍县的一种优良萝卜，也被称做潍坊萝卜，它含有丰富的营养物质和微量元素，也被叫做“水果萝卜”和“维他命萝卜”，直接食用时会给人一种芳香脆甜、多汁微辣的感觉[1-2]。据《医疗本草》的记载，潍县萝卜具有“益五脏、祛痰止咳、治肺吐血、温中顺气”的作用[3]。自由基清除以及抗氧化能力是类黄酮物质的主要生理功能，花青素是黄酮类的一种，其抗氧化活性分别是维生素E的50倍和维生素C的20倍[4]。此外，花青素有抗衰老等多种生理功能[5-7]，也可以作为着色剂以及食物色素[8-9]。

本研究以潍县萝卜为原料，采用酶解法提取花青素，探讨酶解法提取条件，为潍县萝卜中花青素的提取和利用提供理论依据；同时测定潍县萝卜可食用部分的抗氧化能力，进而为潍县萝卜资源的综合开发利用奠定基础，提高经济效益和社会效益。

1 材料与方法

1.1 供试材料

新鲜潍县萝卜（网购），选用成熟、无损伤、果色均匀的果实。

1.2 试剂与仪器

1.2.1 试剂

纤维素酶（和氏璧生物科技有限公司）、果胶酶（南宁庞博生物工程有限公司）、乙醇溶液（天津市致远化学试剂有限公司）、盐酸（烟台三和化学试剂有限公司）、三吡啶三嗪（TPTZ）（南京都莱生物技术有限公司）和硫酸亚铁（天津致远化学试剂有限公司）。

1.2.2 主要仪器与设备

101-3A型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）、LDZ4-08电动离心机（上海梅香仪器有限公司）、电子天平（上海菁海仪器有限公司）、 722型可见分光光度计、数显恒温水浴锅HH-4（常州市华普达教学仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 潍县萝卜中花青素的提取方法

将新鲜的潍县萝卜清洗干净，均匀切成约2 mm的薄片，65 ℃烘干至质量达到恒重，粉碎并过筛，在常温避光条件下保存。称取干燥潍县萝卜粉1.0 g，用100 mL的纯净水溶解并加入复合酶（纤维素酶-果胶酶）进行酶解，调节酶解条件，过滤除去滤渣，用离心机在3 000 r · min-1条件下离心10 min后，吸取上清液，利用旋转蒸发仪去除液体，用纯净水溶解花青素并定容至100 mL，测定花青素含量[10]。

1.3.2 单因素试验设计

取潍县萝卜粉，分别对提取过程中的复合酶（纤维素酶∶果胶酶）比例（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）、复合酶浓度（0.01 mg·g-1、0.02 mg·g-1、 0.03 mg·g-1、0.04 mg·g-1和0.05 mg·g-1）、酶 解 温 度 （35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃和55 ℃）、酶解时间 （30 min、60 min、90 min、120 min和150 min）等因素进行调整，测定潍县萝卜中花青素提取率，确定各提取条件对结果的影响。

1.3.3 正交试验设计

根据单因素试验结果，选取复合酶比例、酶用量、酶解时间3因素进行正交试验。以花青素提取率为评价指标，设计L9（33）正交试验，优化潍县萝卜花青素的提取工艺条件。

1.3.4 潍县萝卜花青素提取液的抗氧化活性的测定

参考文献中铁离子抗氧化法（FRAP）测定潍县萝卜花青素提取液的抗氧化活性[11]。

2 结果与分析

2.1 复合酶质量比对潍县萝卜花青素提取量的影响

由图1可以看出，潍县萝卜中花青素的提取量最高是在复合酶中的纤维素酶与果胶酶质量比为2∶1时，为3.19 mg·g-1；提取量最低时复合酶质量比为 1∶3，为2.48 mg·g-1。由试验结果可以得出，在花青素的提取中纤维素酶起到的作用较大，最佳复合酶质量比为纤维素酶∶果胶酶为2∶1。

图1 复合酶质量比对潍县萝卜花青素提取量的影响图

2.2 复合酶用量对潍县萝卜花青素提取量的影响

如图2所示，当复合酶用量为0.01～0.03 mg·g-1时，潍县萝卜中花青素的提取量随着复合酶用量增加而逐渐增加，当复合酶的用量大于0.03 mg·g-1时，潍县萝卜中花青素的提取量随着酶用量的增加而逐渐减少，在0.03 mg·g-1时提取量达到最大值4.05 mg·g-1。造成这一现象的原因可能是果胶酶与纤维素酶共同作用，在合理的配比下，对细胞壁的破坏比较彻底，有效地促进了细胞内容物的析出，同时促进了花青素的提取效率。因此，提取花青素最佳酶用量为0.03 mg·g-1。

图2 复合酶用量对潍县萝卜花青素提取量的影响图

2.3 酶解时间对潍县萝卜花青素提取量的影响

如图3所示，当酶解时间为30～90 min时，潍县萝卜花青素的提取量随着酶解时间的延长而增加；当时间大于90 min时，花青素的提取量随时间的延长而减少。酶解时间的延长，多糖等大分子固形物溶出并与花青素形成的分子复合物以及花青素的氧化，可能会导致花青素含量出现下降现象。因此可以得出酶解时间在90 min时花青素的提取效果最好，提取量达到4.22 mg·g-1。

图3 酶解时间对潍县萝卜花青素提取量的影响图

2.4 酶解温度对潍县萝卜花青素提取量的影响

图4 中可以看出，随着酶解温度的升高，潍县萝卜花青素的提取量逐渐增加，当酶解温度为50 ℃时，花青素的提取量达到最高，为4.13 mg·g-1，温度高于50 ℃时，花青素的提取量开始减少。研究发现，果胶酶和纤维素酶的最佳活性温度均为50 ℃，因此当酶解温度高于50 ℃时，酶活性下降，所以50 ℃是酶的最佳活性温度。

图4 酶解温度对潍县萝卜花青素提取量的影响图

2.5 正交试验优化

通过对试验数据的分析，选择了复合酶的质量比（纤维素酶∶果胶酶）、复合酶用量和酶解时间3因素3水平的正交试验，对潍县萝卜花青素提取工艺进行了优化。正交因素与水平如表1所示，结果如表2所示。通过分析正交试验结果，根据极差R的大小可以得出复合酶的用量对潍县萝卜花青素的提取的影响较大；按照k的大小可得出最佳提取条件为A2B2C2。此组合不在正交试验组合中，需进行试验，验证结果测得在该条件下花青素的提取量为4.23 mg·g-1， 高于正交试验各组中的最佳值，因此在A2B2C2提取条件下最佳，即纤维素酶与果胶酶的比例为2∶1，复合酶用量为0.03 mg·g-1，酶解时间在90 min。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交结果分析表

2.6 潍县萝卜花青素提取液抗氧化能力测定

对潍县萝卜可食用部位（根皮、根肉）的花青素提取液进行FRAP抗氧化能力检测，检测结果表明，在最优提取条件下提取的根皮花青素提取液的抗氧化能力见图5。

图5 FRAP测定结果图

3 结论

本研究以潍县萝卜为原料，确定其中花青素提取的最优提取条件并探究花青素提取液的抗氧化活性，研究结果显示：当酶解温度为50 ℃、复合酶用量为 0.03 mg·g-1、纤维素酶和果胶酶质量比为2∶1、酶解时间为90 min时潍县萝卜中花青素提取量最高。用铁离子抗氧化法（FRAP）测定潍县萝卜根肉和根皮的花青素提取液的抗氧化性能，根皮提取液的抗氧化能力为10.00 μmol·g-1，根肉提取液的抗氧化能力 为2.50 μmol·g-1。