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2020-09(上)浅析葡萄籽中原花青素的提取工艺

2020-10-16 13:34:15来源: 《中国食品工业》

  摘要:原花青素能够非常有效地清除人体内的自由基,是目前世界公认的天然性抗氧化剂,在很多植物中都有分布。本文对于葡萄废弃物中原花青素的功能进行了介绍,对目前应用开发的情况进行了分析。研究结合目前较为常见的提取方法,以及国内外有关原花青素方面的研究,优化分析了从葡萄籽中提取原花青素的工艺参数,得出最有效的提取方案,最终有利于葡萄籽的全方面利用,为原花青素的扩大生产提供一定的科学依据,使原花青素的应用可以更加广泛。

  前言

  葡萄籽目前具有多种用途,除了可以榨油之外,其含有的天然抗氧化剂,能够提高人体抵抗力,被应用在多种药物研发中,例如抗心血管疾病、延缓衰老、减少溃疡等。近些年的研究结果表明,葡萄籽原花青素作为一种抗氧化剂,还可以用来预防一些疾病,例如心脏病、癌症和关节炎。截止目前,国外众多企业如医药、化妆品、饮食等均有使用原花青素。目前我国可以种植葡萄的地区广泛,产量随着饮料厂家和酿酒厂家的不断增加而持续增长,但是对于葡萄籽的利用率不够高,仅仅是用葡萄籽榨油或者用作化肥。 在这种情况下,我们对于葡萄籽中活性成分进行提取研究,以此使原花青素拥有更多实践应用。

  1 葡萄籽所含成分介绍

  葡萄籽中有很多多酚类物质。有相关研究显示,由于其中含有丰富的花青素,因此是抗氧化剂的重要来源。虽然葡萄籽在一个葡萄中所占的重量比较小,但是其中所含的花青素的含量占比很高,比葡萄皮以及葡萄果肉的含量还要多。原花青素是葡萄籽中最主要的多酚类物质,因此具有较强的医疗保这这1功能,在化妆品、药品以及饮料等领域都有着很强的应用价值。

  由于葡萄酒在制作过程中,会产生大量诸如葡萄籽或者是下脚料等固体废弃物,如果没有进行合理的利用,可能会对环境产生污染,同时也会造成资源的浪费。目前,葡萄种植面积不断增长,葡萄酒产业逐渐发展壮大,所产生的葡萄籽越来越多,但是对葡萄籽进行相应加工生产等工业化服务的能力还比较低。因此,我们可以对于葡萄籽的资源进行整体开发利用,对葡萄籽中的营养成分进行一定的开发研究。

  从上世纪60年代到今天,原花青素的优势逐渐显现,由于其具有比较高的抗氧化性能以及医用价值,在食品、化妆品等多领域被广泛使用。除此之外,还能作为一种天然的防腐剂。从这一方面来看,提取葡萄籽中天然花青素,符合当代人们对于保健品的需求,能够更好地利用葡萄。随着研究不断深入,如何提取葡萄籽中的原花青素也是非常热门的话题。目前有着多种提取方法,在下文中均有介绍。本文对于原花青素提取方法进行研究分析,以期提供一定的理论方面的基础和研究的依据。目前含原花青素物质的产品不断在市场上应用,以此希望能够在医学领域发挥广泛作用[1]。

  2 原花青素的概念功能以及应用

  2.1 原花青素的概念

  原花青素是一种在天然植物中广泛存在的多酚类黄酮,我们根据其集合度的不同,可以分成高聚类原花青素以及低聚类原花青素。由于其具有不同的聚合度,因此其整体的生物活性也不同,低聚类原花青素更容易被人体吸收,能够有效地发挥其作用。葡萄籽在整个葡萄的重量中占5%左右,由于葡萄品种多样,因此葡萄籽的含量也各不相同,葡萄籽中有多种营养物质如脂肪、糖类、花青素、蛋白质、维生素等等,其具体成分也因品种区别而存在不同[2]。

  2.2 原花青素的功能

  2.2.1 清除自由基

  目前学界研究的热点话题就是从葡萄酒制造过程中,从葡萄皮渣中提炼出具有很高附加值的活性成分。葡萄皮渣中的有效成分具有一定的抗衰老性,能够起到排除自由基的效果,具有一定的延缓衰老以及预防一些老年性疾病的功能。

  2.2.2 抗癌活性

  目前患癌人数的增长率不断提高,而癌症产生是由于基因突变引起的。有相关研究发现,用松树皮中的花青素,对乳腺癌细胞进行一定的处理后,细胞死亡的数目比没有用花青素处理的细胞数目多。因此,我们从这一方面来分析,原花青素作为一种天然性的药物,能够发挥其自身的活性,被应用于癌症治疗相关研究中。

  2.3 原花青素的应用

  目前原花青素作为清除人体内自由基的一种强大的天然性抗氧化剂,能够抗击癌症,改善心脑血管的功能,降低血压、血脂,抗过敏以及更高的吸收紫外线功能等等。在食品加工、营养保健、美容化妆品的生产制作以及药品研发等方面被广泛地应用[3],受到人们的高度重视。因为其本身具有其它天然抗氧化剂没有办法比拟的安全性、无毒性等的优点。

  3 原花青素的提取方法

  3.1 有机溶剂提取法

  有机溶剂指的是在与不同的植物成分中,加入不同的溶剂,将其成分溶解,从整体的原料浸泡中提取的一种方法。这种方法具有传播速度比较快,分辨效率比较高,生产能力比较高等各种优点。但除此之外,还有一定的缺点——例如提取的周期比较长,成分不够稳定,有机溶剂本身可能存在使用量比较大,进而其中的杂质比较多,最终可能会出现污染环境等。

  目前,我国由于葡萄酒厂众多,产生大量的葡萄皮渣,因此原料非常丰富,但是由于葡萄的生产地区不同,有着各种各样的品种,以及采摘的年份光照等不同,致使葡萄籽中原花青素的含量存在很大的区别。这种情况下,我们需要对于其有机溶剂的种类以及其内部的浓度进行选择,以此通过多次实验进行一定的优化。黄思梅将尾葵果实作为原料,在碱性的条件下,通过采用60%的酒精作为提取剂,原花青素的提取含量达到了10.13%。通过采用上述条件,最终原花青素平均的收获率为7.39%[4]。

  3.2 超声波辅助提取法

  超声波指的是高于一定限度的声波,这种方法在植物有效成分的提取中使用也比较广泛。具体原理是超声波会产生一定的振动以及机械效应、空气氧化作用等,使得植物内的细胞壁破坏,使其有效的成分被提取出来。这种方法比较方便快捷,并且比较安全,但是缺点是提取过程中使用的有机溶剂。原花青素提取的效率随着超声波功效不断增大而提高。经过一段时间的提取之后,热效应不断增加而提取率也在不断下降。经过一段时间反应之后,由于大部分蛋白质纤维进行结合,而原花青素不断被提取出来,提取率又趋于平稳的状态。

  相关研究显示,通过对于提取溶剂超声波的酒精的浓度、提取的次数等等相关因素进行了考察,对于其中活性成分超声波的辅助条件进行正交的优化。相关结果表示,采用70%的乙醇在ph值为5.0的环境当中,对原料进行提取,提取时间是30分钟,提取一次原花青素的生产效率为14.33%。

  3.3 超临界二氧化碳萃取法

  超临界流体是一种作为气体或者液体的流体,顾名思义,超临界所使用的温度以及压力都比其边界值大,我们可以此作为溶剂。在其边界值的温度条件下,采用具有较高效果的分离方法,进行提取。目前,二氧化碳是诸多萃取方法中比较常用的溶剂,这种方法的溶解速度比较高,传播的速度比较高,无毒、无污染,拥有各种优点,但是目前设备的密封性及耐压性要求比较高,因此具有投资比较大、生产成本比较高以及较难进行推广等各种缺点[5]。

  近些年来,原花青素的提取方法出现了超临界萃取法。但是在实际的工业化进程中,还没有具体的生产报道。所以目前以有机溶剂提取的方法为主。叶临等通过采用超临界二氧化碳作为溶剂,将酒精作为辅助,即提取原花青素,其萃取的反应器温度是55度,压力是30MPa,二氧化碳的溶度为160L/H。除此之外,由于是以品种为“紫秋”的葡萄籽作为原料,对原花青素实际的提取工艺进行了实验优化研究。

  3.4 微波辅助提取法

  微波辅助提取法,指的是利用微波本身含有的辐射,对于植物类的细胞进行一定的辐射,以此产生一定的热能,使得细胞温度呈现出不断上升的状态。细胞内的水汽发生气化作用,产生一定的压力,将其细胞膜以及细胞壁打破,产生一些小孔。经过加热,使得其水分不断减少,最终使得细胞出现裂痕。由于有小孔和裂纹的存在,因此细胞外面添加一些溶剂很容易渗透到细胞内,产生一定的产物。

  由于微波的效率比较高,能够深入到细胞结构当中,微波加热不仅仅能产生较高的热效率,而且温度升速比较均匀,这种设备具有所用时间比较少,提取的效果比较高,有效成分破坏比较小以及更加节能等各种优点。但是也存在缺点,因为在这种解决过程中,使用了有机溶剂,会产生溶剂的残留。张伯清等通过单因素的实验和曲面优化的实验,从树梅子中提取花青素,通过水提取的方法,将提取速度提升了两倍。温志英等对于花生中原花青素的产量进行提取,设计因素实验分析,最终确定了原花青素的提取效率为12.35%。

  3.5 酶提取法

  目前,酶提取法也是一种较为先进的、拥有较为广阔前景的新型技术。通过利用酶反应较温和的特点,将植物的组织进行分解,能够大幅度地提高植物的提取效率,还能够最大限度地将植物体内的有效成分提取出来。由于植物的细胞壁很多是由纤维素组成的,所以目前使用较为广泛的是纤维素酶,其具有条件较为温和、节约能源、提取效率比较高、没有污染等各种优点。除此之外,植物中最有效果的成分大部分在其细胞壁内。纤维素酶作为一种能水解纤维素的物质,能够使得其细胞壁的结构变得疏松,以此释放物质,提高了提取的成功率。

  4 结束语

  目前,葡萄籽多酚作为一种具有多种功能性特点的天然性抗氧化剂物质,对人体健康具有非常重要的作用,葡萄籽的开发再利用具有较为广阔的市场。在此过程中,如何采用较高技术对其葡萄籽进行充分利用,成为目前研究的热点话题。第一是加大葡萄籽中原花青素的提取方法的创新,降低提取成本和生产成本,提高有效成分提取的效果,增强其利用效率。第二是尝试在高聚体中将原花青素降解为低聚体原花青素,提高提取率。第三是研究葡萄籽原花青素和其他生物中活性成分作用的协同效果。第四是要加大原花青素功能性产品的开发力度。最后,还要确立不同花青素检测的数量以及检测的方法,设立原花青素在食品以及医疗保障等各方面的添加规格,保证整体安全性。(广东岭南职业技术学院 李岩)



参考文献:

[1]程海涛、申献双。I-O-J 组合水力空化装置协同提取葡萄籽原花青素工艺[J]. 食品工业,2019,40(12):114-118。

[2]程海涛、申献双。响应面优化撞击喷射流空化-超声波-机械研磨协同提取葡萄籽原花青素工艺研究[J]. 中国油脂,2019,44(10):136-141。

[3]郭超、徐超、焦淑珍。基于数据挖掘的葡萄籽中原花青素提取工艺研究[J]. 轻工科技,2019,35(10):1-2+27。素的工艺优化及相关特性研究[J]. 轻工科技,2019,35(09):1-3+36。

[5]丁玉峰、郭书贤、张弘弛、李素萍、马艳莉。葡萄籽中原花青素水浴提取工艺[J]. 食品工业,2019,40(08):32-36。


作者简介:李岩(1977-),女,回族,辽宁,硕士,副教授。 主要研究方向:高职教育教学管理。



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