甘蔗多酚提取工艺在食品工业中的应用

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摘要：多酚是植物体内一种多元酚类次生代谢产物。研究表明：甘蔗中富含多酚类物质，是主要活性成分之一，具有抗氧化、抑菌、防腐保鲜等多种生理功能。文章重点综述了甘蔗多酚类物质的提取方法，并对甘蔗多酚类化合物的生物活性进行了概述。当前，人们对天然植物活性成分的关注与日俱增，对甘蔗多酚类物质进行了研究，不仅可深化人们对甘蔗功能价值的认识，也可为甘蔗副产物的合理开发利用奠定基础。

关键词：甘蔗多酚；提取；应用；研究进展

1甘蔗多酚的提取方法

由于植物多酚在各行各业具有广泛的应用前景，因此对植物多酚提取方法的研究也越来越多。目前甘蔗多酚的提取方法主要有：溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、生物酶解提取法及闪氏提取法等，采用不同的提取技术，充分利用甘蔗多酚类物质，为多酚植物新资源的开发提供了科学参考。

1．1有机溶剂提取法

多酚在植物体内通常以氢键和疏水键形式将蛋白质、多糖结合，形成稳定的分子复合物［6］，因此溶剂必须具有氢键断裂的作用才能提取出多酚化合物。有机溶剂提取法的优点是提取率相对较高、反应时间短，但缺点是有机溶剂消耗量大、成本高、回收困难，部分有机溶剂属于有毒易燃物，使得生产操作过程存在很大的安全隐患，导致环境受到污染。孙晓雪［7］利用乙醇溶剂浸提法提取甘蔗梢多酚，通过正交试验确定最佳提取工艺后，甘蔗梢多酚提取量为1．85mg／g。赵毅［8］利用响应面模型对影响甘蔗多酚含量的关键因子及其相互作用进行了探讨，优化得到甘蔗多酚浸提工艺的最佳条件，多酚提取量达2．853mg／g。Juliana等［9］探究了乙醇提取甘蔗梢多酚的最佳工艺条件，并对甘蔗梢多酚的含量及抗氧化活性进行了分析。闫怀锋等［10］采用溶剂提取法提取甘蔗皮中的花色苷，最佳提取条件为：提取剂组成（甲醇∶丙酮∶水为2∶2∶1，pH1．0），料液比1∶10（g／mL），提取时间120min，提取温度20℃。在此条件下，花色苷总含量为（125．01±1．77）mg／100gDW（甘蔗皮干重）。

1．2超声波提取法

超声波提取的原理是利用超过20kHz的声波频率，通过超声波辐射压力产生的机械效应、气蚀和热效应加速溶解物质的扩散，使植物细胞收缩、溶解并释放出胞内产物，从而有效提高化合物提取产率和含量的方法。该法的优点是反应温度不高，从而使得所提取物质的化学结构得到很好的保护。但是其缺点是产品纯度低，有时提取时间长，对环境产生噪声污染。阎欲晓等［11］采用超声波辅助提取甘蔗叶多酚，在超声时间45min、固液比1∶30、水浴温度60℃、超声功率104W、乙醇浓度45％条件下，得到多酚含量为11．34mg／g。陈纯［12］利用超声波法从甘蔗皮中提取多酚，控制超声波温度62℃，超声波时间31min，提取率平均为0．867％。SiminF等［13］研究了使用响应面法的超声辅助提取技术的快速提取方法，在溶剂浓度为0．52mL／mL，固液比为14．46（mL／g），超声波温度为61．54℃，萃取时间为31．30min时，多酚物质提取率达8．67g／100g。何雪梅等［14］利用超声波提取甘蔗梢多酚的工艺，甘蔗梢多酚物质提取量达4．649mg／g。超声辅助提取法操作简单，耗时短，多酚得率高于传统的有机溶剂法。

1．3微波辅助提取法

微波辅助提取法的主要原理是利用强能量的微波辐射被提取物，使其细胞内的物质，特别是极性物质能够吸收微波能而产生热量，使细胞内温度在上升的过程中使得液态水分子发生汽化现象，产生强压力，细胞膜与细胞壁被冲破而形成裂纹或者孔洞，使得作为提取溶剂的去离子水或有机溶剂能够充分进入细胞内，将细胞内的物质溶解出来，达到微波法提取的目的。其主要优点是减少了反应时间，降低了有机溶剂用量，提高了提取率，但缺点是微波处理中强能量的微波有可能破坏提取物的分子结构。苏杏严等［15］利用微波辅助提取蔗梢中的黄酮类多酚，其提取率达0．255％；唐政等［16］为了优化提取工艺，研究了微波辅助提取甘蔗皮色素工艺参数组合。在微波功率250W，微波时间60s，料液比1∶30下，甘蔗色素的提取效果最好，以上均可为工厂大量生产提供参考。

1．4生物酶法

植物细胞壁的主要组成成分是纤维素、半纤维素与果胶，生物酶在反应效果上具有高度的专一性，可以选择合适的酶对植物细胞壁进行水解，破坏植物细胞壁的活性结构，从而使得细胞内的有效活性成分能够被很好溶解在溶剂中，达到生物酶解法提取的目的。与其他提取方法相比，该法的优点是酶的反应条件温和，温度与pH都较适中，从而有效成分的活性结构不易破坏，得到的提取产物在稳定性、纯度等方面都较高。在非有机溶剂条件下进行提取，解决了其他提取法有机溶剂用量大以及回收困难等问题，在一定程度上具有很好的提取优势。同时，提取效率高、投资成本低、能耗低、反应时间短，是植物多酚提取的有效方法，具有较大的应用前景，近年来已被广泛应用于植物多酚物质的提取。张思原等［17］用复合酶法提取甘蔗梢多酚，确定最佳提取工艺条件为：复合酶用量在1．682水平（1．6％）、pH在0水平（5．0）、提取温度在1水平（56℃）、提取时间在－1．682水平（30min），此时甘蔗梢多酚提取量为4．86mg／g。

1．5闪式提取法

闪式提取法是基于组织破碎提取的原理，使用适当的溶剂在闪式提取器中快速将物料破碎至适当粒径大小，同时具有高速混合、超强振动、负压渗滤等功能来达到提取目的，这是一种高效、节能的新型提取技术。单次提取时间短，可在几秒或数分钟内完成，其提取速度是传统方法的百倍以上，闪式提取由此而来。闪式提取方法集方便、高效、节能且无需热源等优点，特别适用于对热不稳定的物质。原花青素是天然多酚类物质的一种，有对热敏感的特点，因此利用闪式提取法可进行高效提取。金小燕等［18］在单因素试验基础上利用正交试验法确定闪式提取甘蔗皮原花青素的最优提取工艺参数。闪式提取法为提取甘蔗多酚类物质提供了一种新方法，同时也为其他天然产物有效成分的提取提供了可靠的借鉴方法。

2甘蔗多酚在食品中的应用

多酚类化合物是自然界中广泛存在的一种化合物，具有C6－C3－C6骨架结构，同时在苯环上还具有2个以上的羟基，属于水溶性色素，包括花青素、类黄酮色素、儿茶素和单宁等［19］。多酚类物质是一类具有独特生理活性的天然产物，在食品抗氧化、保鲜、着色及护色等领域都有着广泛的应用。

2．1在油脂中的抗氧化作用

近年来，植物多酚类化合物良好的抗氧化性备受瞩目，具有减少、消除自由基的作用。阎欲晓和吴国燕发现甘蔗叶中的多酚化合物提取液对羟自由基、超氧阴离子自由基均有较好的清除作用；区惠敏等［20］研究甘蔗渣多酚提取物对超氧自由基的清除作用要强于VC；陈纯发现甘蔗皮多酚具有DPPH自由基清除能力和还原力等。在油脂抗氧化中，胡晓波等［21］发现甘蔗皮中多酚类物质在油脂中具有一定的抗氧化能力，在猪油中的抗氧化能力强于在豆油中的抗氧化能力；陈刚［22］研究了甘蔗糖品多酚提取物能够有效抑制卵黄磷脂氧化、大豆油过氧化和铁还原抗氧化能力。李春海等［23］研究发现在花生油内添加多酚，当添加量为0．4～0．5g／kg时，抗氧化效果最好。孙晓雪研究发现将添加量为0．4g／kg的甘蔗梢多酚应用于植物油抗氧化时，效果最佳，且将甘蔗梢多酚与2种具有抗氧化性的VC，VE进行复配，多酚类物质也较单一的VE，VC强，由此多种抗氧化剂同时存在时还具有协同抗氧化效应。

2．2在肉制品贮藏保鲜中的应用

因为多种多酚可以抑制微生物的生长，起到抑菌效果，所以，在食品保鲜中有很好的应用，具有很好的防腐效果，能够防止食品变质，从而可以延长食品的货架存放期［24，25］。如针对冷切肉的保藏和保鲜，甘蔗梢多酚表现也较突出，能够防止食品变质，从而可以增加食品的货架存放期。

2．3在食品、调味品中的应用

2．3．1着色剂

将食品着色的食用色素，能增加菜肴的色值，促进食欲。它不仅广泛应用于饮料、酒类、糕点、果酱等食品中，改善食品外观品质，还可应用于医药、化妆品中来满足人们不同方面的需要。甘蔗皮富含花青素等自然色素，资源丰富，适宜食用，稳定性较好，为优良的食用色素，故可在大多数食品中作为着色剂使用［26］。在胡萝卜汁中加入甘蔗梢多酚，可以对胡萝卜汁起到护色、保鲜作用。而且花色甙类色素属于黄酮类，长期食用对人体健康十分有益。

2．3．2调味料

咖喱粉主要材料包括姜黄粉，姜黄粉中含有一种多酚———姜黄素，它有防止肝损伤，预防老年痴呆及抗炎症的特质［27］。在酱油产品上，多酚物质也有着重要作用。丁培峰［28］将纳他霉素和茶多酚复配使用后用作酱油中的防腐剂，与山梨酸钾具有等同的防腐效果，可达到酱油的国家标准，但安全性大大提升。而且多酚具有一定的保健功效，对人体健康十分有利，可提高酱油的营养价值和保健功能。在甘蔗制糖工业，糖蜜酒精废液中的大量色素，其中由原来甘蔗中的酚类物质在多酚氧化酶和铁离子的作用下生成的深色的酚类色素具有强抗氧化活性［29］，也常用作酱油的天然食品色素。除了以上在食品生产方面的生物活性外，甘蔗多酚还有许多其他功能。有研究报道，植物多酚能够抑制食源性致病菌生长，有抗菌作用。还能以诱导肿瘤细胞凋亡的方式达到抑制肿瘤细胞生长的目的［30］，最终使得细胞结构发生改变，由此发挥出抗肿瘤作用。周惠芳［31］研究显示甘蔗皮黄酮物质对阪崎肠杆菌、大肠杆菌、单增李斯特菌和金黄色葡萄球菌4种致病菌均有一定的抑制活性，且抑菌圈大小随浓度升高而增大，从而产生抗菌效果。侯小涛［32］利用二甲苯致小鼠耳廓肿胀模型和小鼠棉球肉芽肿增生模型，采用甘蔗叶总黄酮进行干预，结果表明甘蔗叶总黄酮对小鼠棉球肉芽肿有明显的抑制作用。何雪梅等［33］从蔗梢多酚提取物中分离出的8种多酚化合物均能表现出较好的抗肿瘤活性。

3总结

大量的实验研究证明：甘蔗富含多酚类物质，尤其是在甘蔗梢、甘蔗皮、甘蔗叶部分，多酚含量较高，但这一部分物质作为甘蔗的主要副产物，用作动物饲料或者燃料，甚至将其废弃，因此，对其多酚物质的研究也是一项重要工作。目前为止，国内外许多学者在食品、医药、农业等领域对甘蔗多酚进行了基础的应用研究，也获得一些成效，随着我国甘蔗产业的不断发展，研究甘蔗多酚类物质的提取、鉴定和生物活性，用于清除人类体内过量的自由基，有助于维持抗氧化状态和防止自由基损害，特别是针对甘蔗废弃物中的多酚类物质的开发利用有更大的价值。但目前，针对甘蔗多酚的组成成分、分子结构及与其药效之间的相关性的研究比较少，其应用也多涉及临床保健，食品方面中的应用较少。应不断开发甘蔗多酚类物质在食品生产中的应用，提高食品的安全性，为甘蔗产品的深度开发和应用提供广阔的市场。

参考文献：

［1］吴棉国，林彦铨．大力推进甘蔗标准化体系建设的对策及建议［J］．中国农学通报，2011，27（1）：456－460．

［2］张清安，范学辉．多酚类物质抗氧化活性评价方法研究进展［J］．食品与发酵工业，2011，37（11）：169－172．

作者：杜瑜欣 李玉铭 高焌茹 周永升 张思原 单位：广西大学 轻工与食品工程学院 广西科技师范学院