甘蔗多酚提取工藝在食品工業中的應用

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摘要：多酚是植物體內一種多元酚類次生代謝產物。研究表明：甘蔗中富含多酚類物質，是主要活性成分之一，具有抗氧化、抑菌、防腐保鮮等多種生理功能。文章重點綜述了甘蔗多酚類物質的提取方法，并對甘蔗多酚類化合物的生物活性進行了概述。當前，人們對天然植物活性成分的關注與日俱增，對甘蔗多酚類物質進行了研究，不僅可深化人們對甘蔗功能價值的認識，也可為甘蔗副產物的合理開發利用奠定基礎。

關鍵詞：甘蔗多酚；提取；應用；研究進展

1甘蔗多酚的提取方法

由于植物多酚在各行各業具有廣泛的應用前景，因此對植物多酚提取方法的研究也越來越多。目前甘蔗多酚的提取方法主要有：溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、生物酶解提取法及閃氏提取法等，采用不同的提取技術，充分利用甘蔗多酚類物質，為多酚植物新資源的開發提供了科學參考。

1．1有機溶劑提取法

多酚在植物體內通常以氫鍵和疏水鍵形式將蛋白質、多糖結合，形成穩定的分子復合物［6］，因此溶劑必須具有氫鍵斷裂的作用才能提取出多酚化合物。有機溶劑提取法的優點是提取率相對較高、反應時間短，但缺點是有機溶劑消耗量大、成本高、回收困難，部分有機溶劑屬于有毒易燃物，使得生產操作過程存在很大的安全隱患，導致環境受到污染。孫曉雪［7］利用乙醇溶劑浸提法提取甘蔗梢多酚，通過正交試驗確定最佳提取工藝后，甘蔗梢多酚提取量為1．85mg／g。趙毅［8］利用響應面模型對影響甘蔗多酚含量的關鍵因子及其相互作用進行了探討，優化得到甘蔗多酚浸提工藝的最佳條件，多酚提取量達2．853mg／g。Juliana等［9］探究了乙醇提取甘蔗梢多酚的最佳工藝條件，并對甘蔗梢多酚的含量及抗氧化活性進行了分析。閆懷鋒等［10］采用溶劑提取法提取甘蔗皮中的花色苷，最佳提取條件為：提取劑組成（甲醇∶丙酮∶水為2∶2∶1，pH1．0），料液比1∶10（g／mL），提取時間120min，提取溫度20℃。在此條件下，花色苷總含量為（125．01±1．77）mg／100gDW（甘蔗皮干重）。

1．2超聲波提取法

超聲波提取的原理是利用超過20kHz的聲波頻率，通過超聲波輻射壓力產生的機械效應、氣蝕和熱效應加速溶解物質的擴散，使植物細胞收縮、溶解并釋放出胞內產物，從而有效提高化合物提取產率和含量的方法。該法的優點是反應溫度不高，從而使得所提取物質的化學結構得到很好的保護。但是其缺點是產品純度低，有時提取時間長，對環境產生噪聲污染。閻欲曉等［11］采用超聲波輔助提取甘蔗葉多酚，在超聲時間45min、固液比1∶30、水浴溫度60℃、超聲功率104W、乙醇濃度45％條件下，得到多酚含量為11．34mg／g。陳純［12］利用超聲波法從甘蔗皮中提取多酚，控制超聲波溫度62℃，超聲波時間31min，提取率平均為0．867％。SiminF等［13］研究了使用響應面法的超聲輔助提取技術的快速提取方法，在溶劑濃度為0．52mL／mL，固液比為14．46（mL／g），超聲波溫度為61．54℃，萃取時間為31．30min時，多酚物質提取率達8．67g／100g。何雪梅等［14］利用超聲波提取甘蔗梢多酚的工藝，甘蔗梢多酚物質提取量達4．649mg／g。超聲輔助提取法操作簡單，耗時短，多酚得率高于傳統的有機溶劑法。

1．3微波輔助提取法

微波輔助提取法的主要原理是利用強能量的微波輻射被提取物，使其細胞內的物質，特別是極性物質能夠吸收微波能而產生熱量，使細胞內溫度在上升的過程中使得液態水分子發生汽化現象，產生強壓力，細胞膜與細胞壁被沖破而形成裂紋或者孔洞，使得作為提取溶劑的去離子水或有機溶劑能夠充分進入細胞內，將細胞內的物質溶解出來，達到微波法提取的目的。其主要優點是減少了反應時間，降低了有機溶劑用量，提高了提取率，但缺點是微波處理中強能量的微波有可能破壞提取物的分子結構。蘇杏嚴等［15］利用微波輔助提取蔗梢中的黃酮類多酚，其提取率達0．255％；唐政等［16］為了優化提取工藝，研究了微波輔助提取甘蔗皮色素工藝參數組合。在微波功率250W，微波時間60s，料液比1∶30下，甘蔗色素的提取效果最好，以上均可為工廠大量生產提供參考。

1．4生物酶法

植物細胞壁的主要組成成分是纖維素、半纖維素與果膠，生物酶在反應效果上具有高度的專一性，可以選擇合適的酶對植物細胞壁進行水解，破壞植物細胞壁的活性結構，從而使得細胞內的有效活性成分能夠被很好溶解在溶劑中，達到生物酶解法提取的目的。與其他提取方法相比，該法的優點是酶的反應條件溫和，溫度與pH都較適中，從而有效成分的活性結構不易破壞，得到的提取產物在穩定性、純度等方面都較高。在非有機溶劑條件下進行提取，解決了其他提取法有機溶劑用量大以及回收困難等問題，在一定程度上具有很好的提取優勢。同時，提取效率高、投資成本低、能耗低、反應時間短，是植物多酚提取的有效方法，具有較大的應用前景，近年來已被廣泛應用于植物多酚物質的提取。張思原等［17］用復合酶法提取甘蔗梢多酚，確定最佳提取工藝條件為：復合酶用量在1．682水平（1．6％）、pH在0水平（5．0）、提取溫度在1水平（56℃）、提取時間在－1．682水平（30min），此時甘蔗梢多酚提取量為4．86mg／g。

1．5閃式提取法

閃式提取法是基于組織破碎提取的原理，使用適當的溶劑在閃式提取器中快速將物料破碎至適當粒徑大小，同時具有高速混合、超強振動、負壓滲濾等功能來達到提取目的，這是一種高效、節能的新型提取技術。單次提取時間短，可在幾秒或數分鐘內完成，其提取速度是傳統方法的百倍以上，閃式提取由此而來。閃式提取方法集方便、高效、節能且無需熱源等優點，特別適用于對熱不穩定的物質。原花青素是天然多酚類物質的一種，有對熱敏感的特點，因此利用閃式提取法可進行高效提取。金小燕等［18］在單因素試驗基礎上利用正交試驗法確定閃式提取甘蔗皮原花青素的最優提取工藝參數。閃式提取法為提取甘蔗多酚類物質提供了一種新方法，同時也為其他天然產物有效成分的提取提供了可靠的借鑒方法。

2甘蔗多酚在食品中的應用

多酚類化合物是自然界中廣泛存在的一種化合物，具有C6－C3－C6骨架結構，同時在苯環上還具有2個以上的羥基，屬于水溶性色素，包括花青素、類黃酮色素、兒茶素和單寧等［19］。多酚類物質是一類具有獨特生理活性的天然產物，在食品抗氧化、保鮮、著色及護色等領域都有著廣泛的應用。

2．1在油脂中的抗氧化作用

近年來，植物多酚類化合物良好的抗氧化性備受矚目，具有減少、消除自由基的作用。閻欲曉和吳國燕發現甘蔗葉中的多酚化合物提取液對羥自由基、超氧陰離子自由基均有較好的清除作用；區惠敏等［20］研究甘蔗渣多酚提取物對超氧自由基的清除作用要強于VC；陳純發現甘蔗皮多酚具有DPPH自由基清除能力和還原力等。在油脂抗氧化中，胡曉波等［21］發現甘蔗皮中多酚類物質在油脂中具有一定的抗氧化能力，在豬油中的抗氧化能力強于在豆油中的抗氧化能力；陳剛［22］研究了甘蔗糖品多酚提取物能夠有效抑制卵黃磷脂氧化、大豆油過氧化和鐵還原抗氧化能力。李春海等［23］研究發現在花生油內添加多酚，當添加量為0．4～0．5g／kg時，抗氧化效果最好。孫曉雪研究發現將添加量為0．4g／kg的甘蔗梢多酚應用于植物油抗氧化時，效果最佳，且將甘蔗梢多酚與2種具有抗氧化性的VC，VE進行復配，多酚類物質也較單一的VE，VC強，由此多種抗氧化劑同時存在時還具有協同抗氧化效應。

2．2在肉制品貯藏保鮮中的應用

因為多種多酚可以抑制微生物的生長，起到抑菌效果，所以，在食品保鮮中有很好的應用，具有很好的防腐效果，能夠防止食品變質，從而可以延長食品的貨架存放期［24，25］。如針對冷切肉的保藏和保鮮，甘蔗梢多酚表現也較突出，能夠防止食品變質，從而可以增加食品的貨架存放期。

2．3在食品、調味品中的應用

2．3．1著色劑

將食品著色的食用色素，能增加菜肴的色值，促進食欲。它不僅廣泛應用于飲料、酒類、糕點、果醬等食品中，改善食品外觀品質，還可應用于醫藥、化妝品中來滿足人們不同方面的需要。甘蔗皮富含花青素等自然色素，資源豐富，適宜食用，穩定性較好，為優良的食用色素，故可在大多數食品中作為著色劑使用［26］。在胡蘿卜汁中加入甘蔗梢多酚，可以對胡蘿卜汁起到護色、保鮮作用。而且花色甙類色素屬于黃酮類，長期食用對人體健康十分有益。

2．3．2調味料

咖喱粉主要材料包括姜黃粉，姜黃粉中含有一種多酚———姜黃素，它有防止肝損傷，預防老年癡呆及抗炎癥的特質［27］。在醬油產品上，多酚物質也有著重要作用。丁培峰［28］將納他霉素和茶多酚復配使用后用作醬油中的防腐劑，與山梨酸鉀具有等同的防腐效果，可達到醬油的國家標準，但安全性大大提升。而且多酚具有一定的保健功效，對人體健康十分有利，可提高醬油的營養價值和保健功能。在甘蔗制糖工業，糖蜜酒精廢液中的大量色素，其中由原來甘蔗中的酚類物質在多酚氧化酶和鐵離子的作用下生成的深色的酚類色素具有強抗氧化活性［29］，也常用作醬油的天然食品色素。除了以上在食品生產方面的生物活性外，甘蔗多酚還有許多其他功能。有研究報道，植物多酚能夠抑制食源性致病菌生長，有抗菌作用。還能以誘導腫瘤細胞凋亡的方式達到抑制腫瘤細胞生長的目的［30］，最終使得細胞結構發生改變，由此發揮出抗腫瘤作用。周惠芳［31］研究顯示甘蔗皮黃酮物質對阪崎腸桿菌、大腸桿菌、單增李斯特菌和金黃色葡萄球菌4種致病菌均有一定的抑制活性，且抑菌圈大小隨濃度升高而增大，從而產生抗菌效果。侯小濤［32］利用二甲苯致小鼠耳廓腫脹模型和小鼠棉球肉芽腫增生模型，采用甘蔗葉總黃酮進行干預，結果表明甘蔗葉總黃酮對小鼠棉球肉芽腫有明顯的抑制作用。何雪梅等［33］從蔗梢多酚提取物中分離出的8種多酚化合物均能表現出較好的抗腫瘤活性。

3總結

大量的實驗研究證明：甘蔗富含多酚類物質，尤其是在甘蔗梢、甘蔗皮、甘蔗葉部分，多酚含量較高，但這一部分物質作為甘蔗的主要副產物，用作動物飼料或者燃料，甚至將其廢棄，因此，對其多酚物質的研究也是一項重要工作。目前為止，國內外許多學者在食品、醫藥、農業等領域對甘蔗多酚進行了基礎的應用研究，也獲得一些成效，隨著我國甘蔗產業的不斷發展，研究甘蔗多酚類物質的提取、鑒定和生物活性，用于清除人類體內過量的自由基，有助于維持抗氧化狀態和防止自由基損害，特別是針對甘蔗廢棄物中的多酚類物質的開發利用有更大的價值。但目前，針對甘蔗多酚的組成成分、分子結構及與其藥效之間的相關性的研究比較少，其應用也多涉及臨床保健，食品方面中的應用較少。應不斷開發甘蔗多酚類物質在食品生產中的應用，提高食品的安全性，為甘蔗產品的深度開發和應用提供廣闊的市場。

參考文獻：

［1］吳棉國，林彥銓．大力推進甘蔗標準化體系建設的對策及建議［J］．中國農學通報，2011，27（1）：456－460．

［2］張清安，范學輝．多酚類物質抗氧化活性評價方法研究進展［J］．食品與發酵工業，2011，37（11）：169－172．

作者：杜瑜欣 李玉銘 高焌茹 周永升 張思原 單位：廣西大學 輕工與食品工程學院 廣西科技師范學院