粮油食品 粮油食品科技第l8卷2010年第4期 葡萄皮花色苷提取的研究进展 晁珍珍,李志洲 (陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中723001) 摘要:综述了国内外最近几年关于以葡萄皮为代表的植物花色苷的研究进展,主要是花色苷的提 取方法及各种方法下的最优条件,分析评价了不同提取方法的优缺点,对花色苷提取的研究现状做 出总结并展望了天然葡萄皮花色苷的发展前景。 关键词:葡萄皮;花色苷;提取;应用 中图分类号:0 658.2文献标识码:A文章编号:1007—7561(2010)04—0046—03 Research progress of extracting anthocyanin from grape peel CHAO Zhen—zhen,LIN Zhi—zhou (College of Chemistry&Environmental Science,Shaanxi Institute of Technology,Hanzhong Shaanxi 723001) Abstract:,I'}le status of research on anthocyanin extracting from grape peel at home and abroad in recent years were summarized.The advantages and disadvantages of different extraction methods were analyzed and evaluated.The development prospect of anthocyanin from grape peel was studied. Abstract:grape peel;anthocyanin;extraction;application 花色苷(Anthocyanins)是花色素与糖以糖苷键 苷。目前,有超过250种花色苷从植物中分离得到。 结合而成的一类化合物,广泛存在于植物的花、果 花色苷溶于水和乙醇,不溶于乙醚、氯仿等有机溶 实、茎、叶和根器官的细胞液中,使其呈现红、紫红或 剂;遇醋酸铅试剂会沉淀 J,并能被活性炭吸附;其 蓝等不同颜色 J。花色苷是类黄酮——以黄酮核 颜色随pH值不同而改变,在酸性条件下显色较好, 为基础的一类物质中能呈现红色的一族化合物瞠]。 呈红色,在中性、近中性条件下呈无色,在碱性条件 花色苷具有很强的抗氧化性 J,最新研究显示它具 下呈蓝色。根据其化学特性,当前花色苷的提取方 有消除自由基 4 J,改善肝脏代谢功能,降低血脂 ], 法主要有以下几种: 抗细胞变异,延缓衰老防止细胞粥样硬化,及提高视 1.1溶剂浸提 力等生理活性,对多种疾病具有预防和治疗作 对于紫葡萄、紫甘薯、栀子黄等植物色素及前体 用-6 J。我国拥有十分丰富的葡萄资源,许多葡萄饮 物质的提取,国外多采用盐酸化甲醇、丙酮、硫酸、乙 料和酿酒加工中存在大量废弃的葡萄皮残渣。据相 酸或盐酸水溶液提取,国内多采用柠檬酸、盐酸水溶 关部门统计,我国2007年酿酒葡萄年产量超过200 液和酸化乙醇作为提取剂。通过单因素和正交试 万t,产酒约66.5万t。其中70%左右为红葡萄酒, 验 。。,优化了溶剂法提取葡萄皮色素的工艺条件, 酿酒葡萄的出渣率在10%左右,其中33%为葡萄 最终适宜参数为:提取溶剂选80%乙醇,料液比为 皮,即每年大约有6.9万t的葡萄皮被丢弃,而在这 1:7,提取温度为80cI=,提取时间为2 h。该法的关 些葡萄皮中含有大约60%的花色苷 ,从中提取天 键是选择有效溶剂,要求既要对被提取的有效成分 然葡萄皮色素可以充分利用废弃资源,从葡萄皮渣中 有较大溶解度,又要避免大量杂质的溶解。该方法 提取的葡萄皮色素属花色苷类化合物广泛应用于果 原理简单,对设备要求较低,不足之处是大多数有机 酱、酸性饮料、果酒中,其色泽鲜艳与人工合成红色素 溶剂毒副作用大且产物提取率低。 相比具有更好的营养价值和安全性_8』,因而作为一种 1.2超声波辅助 天然色素的花色苷受到越来越多的关注。文章简述 超声波在20世纪50年代后逐渐应用于化学化 了近几年来有关葡萄皮花色苷提取方法及最佳条件 工生产过程之中,且主要集中在植物中药用成分、多 的研究进展,为今后进一步研究花色苷提供参考。 糖以及其他功能性成分的提取等研究领域。超声波 1 葡萄皮花色苷的提取方法 提取运用前景好、操作简单、快速高效、生产过程无 据初步统计,27个科,73个属植物中含有花色 污染。苗颖、吴淑娟 通过试验得出超声波法提取 收稿日期:2009—12—09 葡萄皮色素的最佳工艺条件是:以90%的乙醇溶液 作者简介:晁珍珍(1989,),女,本科学生 为提取溶剂,超声波作用时间20 min,提取温度为 圆 粮油食品科技第l8卷2010年第4期 60cI二、料液比为1:6。超声波法提取葡萄皮色素所 粮油食品 温和,在工业生产中易达到要求。酶法破壁提取葡 萄皮渣中的花色苷是可行的,且所得的产品的提取 得葡萄皮色素粗产品的提取率为7.38%。与传统 的乙醇浸提法相比,超声波提取法明显提高了葡萄 皮色素的提取率,而且可以缩短提取时间 。 1.3超临界流体萃取 率及色价均有所提高。酶法提取采用的是复合植物 水解酶,经正交试验 结果表明酶法提取葡萄皮花 色苷的最优条件为,提取温度为40 ̄C,酶用量为 0.15%,pH值为3~4,最佳提取时间为0.5 h。与 超临界流体萃取技术是20世纪70年代末兴起 的一种新型生物分离精制技术,近年来发展迅速,特 别是1978年在西德埃森举行全世界第一次“超临 界气体萃取”的专题讨论会以来,被广泛应用于化 仅用乙醇提取的溶剂法相比,酶解法提取结果与溶剂 法连续2次提取的结果相当。因此,用酶法提取葡萄 皮渣中的花色苷不但可以节省溶剂的用量,还可以减 少色素样品中溶剂的累积残留量,在减少溶剂、污染 学、石油、食品_l 、医药、保健品等领域,受到世界各 国的普遍重视,在我国已被列为“九五”期间国家重 点开发的高科技项目。 超临界流体萃取技术作为近3O年来发展起来 的一种新兴技术,它有传统萃取方法所不具备的优 势。超临界流体萃取是利用压力和温度对超临界流 体溶解能力的影响进行提取l1 。超临界流体萃取 法最大的优点是产品提取率高,可以低温操作,避免 了不饱和脂肪酸被氧化分解,而且溶剂无残留,能耗 低。近年来主要还是以使用二氧化碳和水作为超临 的同时还提高了对目标物质的提取率,这同传统的 溶剂法相比更节约资源,实现工业化生产是可行的。 1.6亚临界水提取 界流体居多,因为二氧化碳的临界状态易达到,它的 临界温度(Tc=30.98)接近室温,临界压力(Pc: 7.377 MPa)也不高,具有很好的扩散性能,较低的 当水在374.2 ̄C和22.1 MPa(约218个大气压) 以上的高温、高压条件下,可形成既非液体又非气体 第四状态,即所谓“超临界状态”,此状态下的水称 为“超临界水”。在稍微低于此温度和压力状态下 的水称为“亚临界水”。超临界水和亚临界水都具 有强烈溶解有机物和强烈分解能力等特性,利用此 特性来提取有机物和有用成分,包括提取随分解反 应产生的分解物是很有意义的。该工艺为高效率提 取有关动、植物原料的有效成分和低分子化学成分 提供了酸碱法提取法达不到的新方法。新方法解决 了诸如麦秆、豆腐渣和树叶等各种废弃物利用的难 题,其意义重大_26j。亚临界水提取技术是最近几年 来的新成果,2007年,Luque—Rodflguez等人 采用 动态过热流体提取葡萄皮中的色素,并优化了最佳提 取工艺。对比于其他提取方法,亚临界水提取方法清 表面张力,且无毒、无味、不易燃、价廉、易精制等特 点,这些特性对热敏性易氧化的天然产品更具吸引 力 。与溶剂提取法相比,省去了溶剂回收以及精 炼过程,从而降低了成本,容易实现工业化生产,但 设备成本过高¨ ” 。 1.4微波萃取 微波萃取法是利用在微波场中,吸收微波能力 的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某 些组分被选择性加热,从而使得被萃取物质从基体 或体系中分离,进入到具有较小介电常数、微波吸收 能力相对较差的萃取溶剂中 引。微波萃取具有设 备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时 间、节省试剂、污染小等特点。该法于1986年被 Ganzle ̄H 等人首先用于分离各种类型化合物。目 前,除主要用于环境样品预处理外,还用于生化、食 品、工业分析和天然产物提取等领域。微波处理对 葡萄皮色素的提取效果有明显的促进作用,薛海 燕 叫正交实验结果显示浸提条件为:微波火力为 60%,酸浓度为0,5%,时间为10 s,醇浓度为40%。 洁、有效、色素提取量为传统动态固液萃取的三倍,且 产品性能更优,不足之处是工艺条件要求较高。 2总结与展望 2.1 总结 鉴于以上不同方法在葡萄皮提取花色苷中的应 用,得知当前国内提取花色苷的方法还较少,而且各 种方法都有其不足之处,相对而言,超声波辅助提取 法和酶法提取比较完备。对于应用较广泛的传统溶 剂提取法来说,技术已经相对比较成熟,不足之处是 大多数有机溶剂毒副作用大且产物提取率低。超临 界流体萃取技术作为近30年来发展起来的一种新 因此,葡萄皮色素提取技术中,微波可作为有效传质 手段。 1.5酶法提取 在近几年的报道_2 圳中,由于酶的高效性和专 一兴技术,具有传统萃取方法所不具备的优势,与溶剂 提取法相比,省去了溶剂回收以及精炼过程,从而降 低了成本,容易实现工业化生产,但设备成本过高。 目前国内尚未有报道应用此技术提取葡萄皮中花色 苷的文章,建议当下使用该技术提取葡萄皮中花色 苷,相信此法会有较好的提取成效。亚临界水提取 是一种新技术,该法清洁、有效、产率较其他方法也 高,但是由于该技术目前还处_= 研究发展阶段,对工 圄 性,利用酶法来提取植物体内的活性物质的研究 越来越多,它不但可以提高产物的提取率,而且条件 粮油食品 艺条件要求较高,工业生产中还未广泛应用。随着 技术的不断完善,该工艺条件也会降低要求,生产应 用将会很广泛。 目前国内有关植物色素提取方法还有其他方 粮油食品科技第l8卷2010年第4期 frommdgrapc skins ofwincmaking residues[J].Bi o瑚nudeTech. nol ogy,2007,(98):2705—27l3. [8]唐传核,彭志英.天然花色苷类色素的生理功能及应用前景[J]. 食品添加剂,2000,(1):26—28. [9]谢聘,马玉美,王辉宪,等.刺葡萄皮色素的提取及性能测定[J]. 酿酒科技,2007,(1):23—27. 法,如加压溶剂萃取法是通过加压提高溶剂的沸点, 进而使被提取物在溶剂中的溶解度增加,从而获得 较高的萃取效率。Arapitsas(2008)等人[2引采用了 此技术优化了紫甘蓝中花青素的最佳提取工艺,该 [1O]周雯雯,陈卫平,方曼轩.葡萄皮色素提取工艺的研究[J].安徽 农业科学,Journal of Anhui A .Sci.2008,36(14):5703— 5704,5741. [11]苗颖,吴淑娟.超声波法提取葡萄皮色素[J].食品研究与开发, 法的优点是提取率高,但成本亦较高。微生物发酵 2009,(30):3. 提取法将生物发酵技术应用于花青素的提取之中, [12]M.Munoz,L.Guev ̄a,A.Palop,et a1.Determination fothe,effect 是生物科学与化工生产之间的超强渗透与有效结 ofplant essential oils obtained by supercriticalfluidextraction onthe 合。2005年,王振宇等人 采用微生物和纤维素 growth and viability of Listeria monocytogenesin broth and food sys・ 酶降解法提取大花葵细胞壁花青素,其优点是操作 tenrs using lfowcytomctry[J].LwT—FoodScience nad Technology, 稳定性及可靠性高,环境友好。 2009,(42):220—227. [13]俞琛捷,马宏佳,周志华.超临界流体技术的应用研究进展[J]. 2.2展望 化学世界,2007,(2):118—120. 花色苷因其美丽的颜色和天然、无毒而特别适 [14]张荔,吴也,肖兵,等.超临界流体萃取技术研究新进展[J].福 宜用作食品添加剂,目前已广泛应用于果酱、腌制 建分析测试,2009,(12):4. 品、果冻、雪糕、冰淇淋、糖果等食品中。因其多方面 [15]惠伯棣,姜雨.番茄果皮中番茄红紊的超临界二氧化碳流体萃 的生理功能而在保健品开发领域具有巨大潜力,目 取[J].中国食品添加剂,2003,(2):96—104,111. [16]朱凯,程康华,毛连山.超临界二氧化碳精制辣椒红色紊的研究 前在欧美市场已获丰厚利润。作为药品来防治疾病 [J].化工时刊,2004,18(12):28—31. 的研究已经具有了一定的规模,但是对其具体的作 [17]魏冬梅,刘书成.超临界流体萃取在葡萄皮渣利用方面应用的 用机制、发挥生理功能活性所涉及的分子结构、信号 前景[J].酿酒,2001,28(5):65—67. 通道以及酶的认识任重而道远。我们需要寻找花色 [18]朱靖蓉.葡萄籽原花青素的分离提纯及抗氧化性研究[D].新 苷的作用基因、相关酶类、大分子活性物质、靶器官、 疆:农业大学,2008. 受体、分子信号传导途径等等,使花色苷的应用更直 [19]Ganzler K.Micorwave extraction:anovel sample preparation method for chromatography[J].Chromatogr,1986,371(11):299—306. 接、更准确、更有效,以便发挥更大的医学作用,为 [20]薛海燕.葡萄皮色素的提取及纯化研究[D].:农业大 保护人们的身体健康做出更大的贡献。 学。2005.54. . 由于花色苷不稳定、利用率极低,中国每年至少 [21]Ttt nde Vatai,Mojca L kerget,O eljko Knez,et a1.Extraction and 浪费数万吨以上的花色苷。目前可用来提高花色苷 for mv21ation of nath ̄ynain2 concentrates fr om grape residues[J]. 稳定性较好的方法是通过分子内或分子间辅色作 Supercriti2cal nuids,2007,(12):1一l4. [22]林关羽,汪钊,洪小仙,等.乙醇酶法从番茄中提取番茄红素的 用、化学改性以及生物工程、组织培养等技术 。。。 研究[J].中国食品添加剂,2005,(6):23—25. 另外,不同种类的花色苷混合使用比单一的稳定效 [23]王振宇,杨谦.酶法制备花色苷的研究[J].中国甜菜糖业, 果好。人们期待着花色苷色素在给食品美丽色泽的 2004,12(4):26—29. 同时,也在提高人民身体素质方面做出更大贡献。 [24]赵功玲,娄天军.酶法提取番茄红素的工艺研究[J].食品工业 参考文献: 科技,2003,24(4):39—42. [25]杨晓伟,薛红玮,牟德华.酿酒葡萄皮渣中花色苷提取工艺的优 [1]COOPER—DRIVERGA.Contirbutions of jeffrey h ̄bome and CO —workers tO the study of anthocyanins[J].Phytochemistry,2001, 化[J].食品与机械,2009,25(2):130—132. [26]盛国华.亚临界水提取技术在有效利用食品产物中的应用研究 (56):229—236. [2]庞志申.花色苷研究概况[J].北京农业科学,2000,1g(5):37—42. [J].中国食品添加剂,2009,(2):24. [3]De Moura R.S.葡萄皮提取物的抗高血压、血管舒张及抗氧化作 『27 1 Luque—Rodriguez JM,Castro de MDL,Pete—Juan.Dynamic 8n— perheated liquid extraction of nathocyanins and other phenolics from 用(英)[J].国外医药,2003,18(6):267. 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