莲房原花青素提取方法、生理功能及其在食品工业中应用的研究进展(一)

原花青素(Procyanidin,莲房Pc)也被称为缩合单宁,原花用的研究是青素一种存在于植物中的多酚类化合物,是生理食品由不同数量的儿茶素(atechin)或表儿茶素(epicatechin)通过C4-C6或C4-C8键连接而成的二聚体,其结构如图1所示。功能工业其中C4-C8连接而成的及其进展二聚体分别为B1、B2、莲房B3、原花用的研究B4,青素C4-C6连接而成的生理食品二聚体分别为B5、B6、功能工业B7、及其进展B8,莲房在8种异构体中B2是原花用的研究活性最强的一个二聚体。原花青素按聚合度划分,青素一般可分为低聚体(平均聚合度≤4)和高聚体(平均聚合度>4),且低聚体的抗氧化活性远远高于高聚体。

莲房为睡莲科植物莲的成熟花托,在我国主要产白江西、湖南、福建、江苏、浙江等省,呈倒圆锥状或漏斗状,直径5.0~8.0cm,高4.5~6.0cm,鲜品为石绿色,干品表面灰棕色至紫棕色,质地疏松,破碎面呈海绵样。莲房原花青素(LotusSeedpodPr0cyanic1in,LSPC)是莲房的主要活性成分之一,是一种具有特殊分子结构的类黄酮,具有改善睡眠、提高认知记忆、抑制肿瘤、保护心血管系统、抗辐射、抗氧化损伤等多种生理功能,还具有抗脂质氧化、抑制丙烯酰胺生成、抑制亚硝酸盐、抑制糖基化终末产物等功效。莲房中富含原花青素(干重中含量高达7.8%),而在民问除作药用,多将莲房丢弃,造成了资源的大景浪费。目前原花青素主要应用在包括食品、药品和化妆品等领域或行业,且主要来源于葡萄籽和蓝莓等,由于原料成本比较高,加之提取效率低下,使得原花青素价格普遍偏高。因此,最大限度开发利用莲房及其原花青素将有利于拓宽原花青素来源,降低原花青素生产成本,进而实现原花青素的规模化应用。本文归纳总结了日前莲房原花青素的主要提取方法,综述了莲房原花青素的主要生理功能及其在食品在工业中的主要应用,这将有利于原花青素新资源的积极开发,最终助力于莲房资源最大化利用,变废为宝。

1莲房原花青素的提取工艺

日前,LSPC的提取方法主要有传统有机溶剂法、酶提取法、超声波辅助提取法、脉冲超声辅助提取法、微波辅助提取法等,现介绍如下:

1.1传统有机溶剂法

回流、渗漉和恒温水浴等几种方法都是较为常用的传统有机溶剂提取法。几种常用的试剂的极性强弱次序为甲醇>乙醇>丙酮。其中乙醇因其价格实惠,来源充足,在提取原花青素中最为常见。适当浓度(50%~75%)的甲醇和丙酮的水溶液对原化青素都有较强溶解性,常用于原花青素测定时的提取剂。例如,崔倩等利用正交试验优化了莲房中原花青素的最佳提取工艺,即提取温度50℃,提取溶剂60%乙醇,料液比1:30,提取时间30min,在此条件下测定了莲房粉中原花青素的干基含最为7.58%。陈卫航等借助响应面分析法优化了莲房中原花青素的提取工艺参数,即乙醇体积分数50%、液料比25mL/g、提取温度55℃、提取时问60min,在此条件下提取1次,原花青素的实际提取量可达6.67mg/100g。栾连军等又利用正交试验优化了LSPC提取的最佳工艺条件,即8倍量50%乙醇回流提取2次,每次3h,在此工艺条件下,原花青素提取率达91.3%。此外,肖俊松等采用甲醇-水作为提取溶剂,利用同流装置优化了LSPC的提取工艺条件,即甲醇体积分数60%、提取温度60℃、提取时问lh、料液比1:20(m/V)、提取pH2.0,在此条件下原花青素提取率达到7.65%。
有机溶剂一般不被单独使用,原因在于单纯的有机溶剂渗透性差,而水恰好充当着传质剂,因此使用水与有机溶剂混合使用能改良渗透性差的缺点。而且使用有机提取剂存在一些缺点,主要是提取过程耗时长,容易破坏热不稳定组分,提取物中杂质较多,后期较难纯化,且消耗有机试剂多,容易污染环境,不利于环保。因此越来越多的科学家都在致力于研究新型提取方法。

1.2酶提取法

酶反应过程能够在较温和条件下分解植物组织,同时也有很好的凹收率,被认为是一种从植物中获得有效成分,特别是热敏性功效成分的良好方法。在众多酶中,纤维素酶是目前最为常用的,因为植物细胞壁多为纤维素,细胞壁内存在着细胞的活性成分,纤维素酶能够使植物细胞壁受到破坏,从而使细胞内容物释放出来,进而提高提取率。

禹华娟等运用纤维素酶和果胶酶对莲房组织进行酶解预处理,探讨了酶法辅助对原花青素提取率的影响,通过正交试验优化了酶解时问、加酶量和酶解温度等提取工艺参数,即纤维素酶添加最为0.7%,果胶酶添加量0.1%,酶解温度55℃,酶解时间2.5h,且优化后的提取工艺与直接醇提法相比,能将原花青素的提取率提高约48%,达到4.334mg/mL。类似地,汪志慧等利用Box-Behnken中心组合试验设计及响应而分析,研究了双酶法(果胶酶和纤维素酶)提取TSPC的最佳工艺参数,即酶解温度53℃、酶解时间1.6h、pH4.8、果胶酶:纤维素酶=1:1.1,在此工艺参数下原花青素的提取率为5.20%,且优化后的工艺相对于单一乙醇法的提取率(3.84%)有明显的提高。使用酶法提取原花青素是一种环境友好型的提取方式,条件温和,耗能低,不会破坏环境,是值得后续继续深入研究的方法。

1.3超声波辅助提取法

超声波辅助提取是一项新型的天然产物辅助溶剂提取中较为常见的技术,它利用超声波的空化作用、热效应、机械作用加速细胞壁的破碎,使胞外溶剂更容易进入细胞内,从而促使胞内物质向溶液内渗出,提取效率比较高,在提取原花青素之类的热敏性物质方而展现出了良好的效果。李佳桥等以乙醇为提取剂,利用超声波辅助提取法提取了莲房中原花青素,优化了提取工艺参数,发现各因素对原花青素得率的影响大小顺序为:乙醇体积分数>液料比>超声波功率>超声时问,且优化后的最佳工艺条件为:乙醇体积分数45%、液料比21:1(v/w)、超声波功率700W、超声时问15min,在此条件下,原花青素得率达到最大值(6.81%)。超声波辅助提取可以大大缩短提取时问,从而提高生产效率,同时操作也较简单。

1.4脉冲超声辅助提取法

与传统的连续超声场相比,脉冲超声场对细胞壁的破坏作用更强。段玉清等利用脉冲超声技术辅助提取了莲房中的多酚类化合物,研究了温度、超声时间、超声功率、料液比对原花青素得率的影响,发现莲房多酚最佳提取工艺条件为:温度55℃,超声功率1000w,超声时间35min,料液比1:35,在此条件下,LSPC的得率为6.60%,比70%丙酮回流提取法高2.9倍,同时建立了原花青素得率与温度、超声功率、超声时问、料液比关系的数学模型。脉冲超声辅助提取同样可以大大缩短提取时间而提高生产效率,提取效果较好。

1.5微波辅助提取法

微波辅助提取法是由细胞内的极性物质(多为水分子)在微波辐射下散发大量的热,造成水气化的压力冲破细胞膜和细胞肇,造成许多小孔,后续的加热过程义会使胞内和胞壁的水分散失,造成细胞收缩,胞壁裂开。因为小孔的形成和胞壁的裂开,外部溶剂更容易渗进细胞,最终使得原花青素被释放出来。微波辅助提取时使用的频率一般都比较高,可以深入到物体内部,对细胞的形态造成破坏,且微波能在短时问内快速高效提升物体温度。因此微波提取时间被大大缩短,显著地提高提取效率。

段玉清等利用正交试验优化了微波辅助丙酮提取莲房中多酚类化合物的工艺条件,即提取时问90s,微波输出功率700W,丙酮体积分数为60%,料液比1:25(w/v),在此条件下,TSPC的提取得率为5.58%,是体积分数60%丙酮回流提取法的2.6倍,且根据红外光谱图和液相色谱图的对比分析,发现与60%丙酮回流提取法相比,微波处理对莲房多酚类物质的结构和组成无影响,说明微波辅助法比较适合用于LSPC的提取。

微波辅助提取法优缺点明显,提取时间因设备差异而小同,少则几分钟多则几十分钟,操作较优越,提取剂仍需用到有机试剂,故也会有一定的溶剂残留风险。

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