苹果多酚的提取技术和应用研究

苹果中含有丰富的营养成分，位列我国四大水果之首。近年来，随着我国苹果种植面积的不断扩大，苹果产量逐年增加，苹果加工也越来越受到人们的关注。由于苹果中含有的生物活性物质-苹果多酚，具有很强的抗氧化性、清除体内自由基、抑菌、抗衰老、抗肿瘤、抗过敏等功能，因而其广泛应用于医学、食品、制革和日用化工等领域，并发挥着不可替代的作用。同时，随着天然功能性成分研究的兴起，苹果多酚已成为研究热点，国内外学者纷纷从各领域多角度开展研究工作。苹果多酚是苹果中具有苯环并结合有多个羟基化学结构物质的总称。苹果中的多酚物质主要包括黄烷-3-醇类、黄酮醇类化合物、羟基苯甲酸类、二氢查耳酮、花色苷类等五大类。苹果多酚纯品为淡黄褐色粉末，略带苹果风味，稍有苦味，易溶于水和乙醇。苹果中多酚物质的组成及含量常因品种、成熟度、种植条件和贮藏条件及时间、组织内不同部位而存在较大差异。未成熟苹果和成熟苹果相比，虽然其成分组成相似，但成分含量上却有很大差别。成熟苹果中多酚主要为绿原酸、儿茶素以及原花青素等，而未成熟苹果中则多为二氢查耳酮、槲皮酮等化合物。1苹果多酚的提取技术研究进展目前，苹果多酚的提取主要采用有机溶剂浸提，大致可分为两大类。1.1有机溶剂直提法由于苹果多酚结构中所含羟基具有一定极性，根据相似相溶原则，通常选用水、低碳醇、乙酸乙酯、丙酮等溶剂进行提取。戚向阳等以乙醇-水为溶剂对鲜苹果中的原花青素进行了提取，取得较好的提取效果；YizhongCai等分别用水、甲醇作溶剂对112种中国传统的中草药中多酚物质进行提取并加以对比，为酚类物质的提取提供了依据；孟晶岩等用不同pH值的水作溶剂，研究了物料粒度、料液比、pH值等不同因素对苹果多酚提取效率的影响；郝少莉同等以乙醇为溶剂考察了不同因素对苹果渣中多酚物质提取率的影响，得到了最佳浸提工艺条件，提取量达1072.615mg/kg。1.2有机溶剂结合其他技术提取法1.2.1超声辅助提取法超声辅助提取法是利用超声波辐射产生的强烈空化效应、扰动效应、机械振动、高的加速度、击碎和搅拌等多种作用，增加了物质分子运动的频率和速度以及溶剂的穿透力，从而加速目标成分进入溶剂。应用超声波强化提取植物的有效成分，是一种物理破碎过程。具体工艺流程为：苹果渣→超声波辅助有机溶剂浸提→真空浓缩→干燥。刘峥利用超声波提取银杏叶中黄酮类物质，探索出一种得率高又快速简便的黄酮类物质的提取方法，为苹果多酚的提取提供了科学依据；葛蕾等以乙醇为溶剂利用超声波提取苹果渣中酚类化合物，并确定了最佳工艺条件；栾晏等比较了有机溶剂浸提法、超声波辅助浸提法提取苹果多酚的异同，发现在相同的提取条件下，超声波辅助浸提得率要高的多；李涛采用PlackettBurman试验设计筛选到显著影响超声波提取苹果多酚的因子，有温度、乙醇体积分数和提取次数。超声提取与有机溶剂直提法相比，极大地提高了提取效率，节约了溶剂，避免了高温对提取成分的影响。1.2.2微波辅助提取法微波辅助提取是利用微波能来提高萃取效率的一种新技术，用微波能加热浸提溶剂，将目标化合物从样品基体中分离进入溶剂。具体工艺流程为：苹果渣→微波辅助有机溶剂浸提→离心→真空浓缩→干燥。1986年，Ganzler等首先报道了微波用于天然产物成分的提取。20多年来，此项技术已广泛应用于食品、生物样品及环境样品的分析与提取。艾志录等首次将微波技术引入到苹果渣中苹果多酚的提取，并优化了微波辅助提取工艺，苹果多酚的提取得率为11.41mg/g（DW），明显高于直提法及超声波辅助法，同时显著缩短提取时间；靳学远等采用微波辅助提取法、索氏提取法提取苹果多酚，再次验证微波辅助法具有提取时间短、效率高的优点，进一步表明在苹果多酚提取工艺中微波辅助法具有广阔的应用前景。1.2.3加压溶剂提取法加压溶剂提取是近年发展起来的一种新的样品提取技术。在温度为50℃～200℃和压力为1013MPa～2016MPa的条件下，采用常规溶剂对固体或半固体样品进行萃取的样品前处理技术。最初，此项技术主要应用于环境分析中的样品制备，然后才用于食品样品的前处理。国外学者RosaM.Alon-so-Salces等采用固液萃取、加压溶剂两种提取方法提取苹果果皮和果肉中的多酚物质，研究结果表明两者具有相近的萃取效果；ZulemaPineiro等以加压溶剂提取法提取葡萄籽和茶叶中的儿茶素类多酚，结果表明该法优于单纯的溶剂萃取法和超临界流体萃取法；ValeriaFloresPores等研究认为在植物活性成分的提取方面，加压溶剂提取法较溶剂萃取法和超声辅助提取法更为简单且效率更高。加压溶剂提取法与其他溶剂萃取技术相比，具有自动化程度高、萃取时间短、萃取溶剂用量少、萃取过程密闭、对人体危害小、环境污染少等优点。1.2.4超临界流体萃取法超临界流体萃取是一种新型的萃取技术，具有传统的溶剂萃取无可比拟的优点。其原理是在高于临界温度和临界压力下，用一种超临界流体（通常为二氧化碳）将有效成分从目标物中萃取出来，然后在常压常温下，超临界流体变为气态，溶解在流体中的有效成分快速析出，达到分离的目的。其工艺流程为：苹果→粉碎→超临界流体萃取→喷雾干燥→样品。超临界流体萃取新工艺始于20世纪70年代，德国的Zosel博士将超临界二氧化碳萃取工艺成功应用于咖啡豆脱咖啡因的工业化生产，结果表明超临界二氧化碳脱咖啡因工艺明显优于传统的有机溶剂萃取工艺；国内学者冯耀声首次尝试超临界二氧化碳萃取茶多酚，得到了相对纯度为95.45%的茶多酚和相对纯度为86.54%的咖啡因，为多酚的提取开创了新思路；魏福祥（10）用超临界二氧化碳萃取苹果渣中苹果多酚，得出了最佳萃取实验工艺条件，得率可达0.1%；杨继红等用超临界萃取苹果籽油，张恒涛等用超临界二氧化碳从苹果皮渣中萃取二十八烷醇都取得了较好的效果。目前普遍采用的有机溶剂浸提苹果多酚工艺，生产周期长，环境污染严重。用超临界二氧化碳萃取苹果多酚，工艺条件简单，萃取温度低，能有效避免对活性成分的破坏，而且二氧化碳安全无毒。2苹果多酚的应用2.1在食品中的应用由于苹果多酚具有抗氧化、清除自由基等功能，可作为一种高效低毒的天然抗氧化剂应用到食品工业中，延长食品的贮存期，提高食品的质量，增加食品的附加值。具体应用如下。2.1.1功能性食品中的应用由于苹果多酚具有预防高血压、抗肿瘤、抗衰老、抗突变、抗辐射、抗过敏、防龋齿、增强肌力等多种保健功能，因此可用于功能性食品的开发生产，满足人们对食品保健功能的需求。2.1.2水产制品中的应用鱼的腥臭味成分主要是三甲基胺。在抑臭试验中，把三甲基胺和苹果多酚混合，用气相色谱仪测定其挥发性三甲基胺的量，结果发现随着苹果多酚浓度的增大，其挥发性三甲基胺的量不断减少，当苹果多酚的含量为200μg/mL时，挥发性三甲基胺的量可减少50%。水产加工中，将用苹果多酚处理过的青鱼和红鱼肉在4℃下贮藏2天后，结果发现对照组鱼肉色泽发生明显变化，肉质变黄，而添加苹果多酚的鱼在10天后仍保持较好的鲜度。2.1.3口香糖中的应用口臭是由各种原因而引起，产生口臭气的主要成分为含硫氨基酸产生的甲硫醇。在消臭试验中，以含硫的蛋氨酸为基质，加入含口腔细菌的人体唾液，37℃下作用产生甲硫醇。当基质中加入苹果多酚300μg/mL时，甲硫醇产生量减少50%以上，当加入量达到1200μg/mL时，甲硫醇的产生完全被抑制。在人体实验中，以咀嚼胶质的形式进行，咀嚼不加苹果多酚的胶质时，咀嚼后口腔中的甲硫醇含量马上开始增加；咀嚼含苹果多酚0.25%的胶质，30min后甲硫醇才开始增加；苹果多酚的含量达0.5%，咀嚼后60min甲硫醇开始增加，所以苹果多酚具有良好的抑制口臭的作用，可应用于口香糖的生产中，日本已有相应产品上市。2.1.4畜肉制品中的应用将猪肉放在绞碎器中混合，分为3个样，依次加入质量分数为10%水溶性多酚、油溶性多酚各0.4%以及质量分数为70%合成生育酚0.1%，在70℃下加热杀菌40min后，于1℃下保存，最后测定其外观以及过氧化值。结果显示，采用多酚的效果比生育酚要好，油溶性多酚对于肉的亲和效果，要比亲水性多酚好。苹果多酚还可应用于卤肉的保鲜中，通过与其他抗氧化剂复配制成新型卤肉保鲜剂，对卤肉进行涂膜保鲜，提高了卤肉的抗氧化性，延长了货架期。2.1.5酒类及饮料中的应用苹果多酚可作为酒类及饮料的澄清剂，主要是利用酚羟基通过氢键与蛋白质中的酰胺基连接后，能使明胶、单宁形成复合物而聚集沉淀，同时捕集和清除其他悬浮固体。质量分数为1×10E-3的维生素C溶液中加入0.05%的苹果多酚，可有效地抑制维生素C的降解，并且其具有强烈抑制色素褪色作用，特别对胡萝卜素系色素。研究人员在含有β-胡萝卜素、辣椒红素的清凉饮料中添加1%的苹果多酚，可以在保质期内保持其色泽鲜艳。2.1.6水果蔬菜中的应用苹果多酚具有抑菌功效，对芽孢杆菌、大肠杆菌、假单胞菌等供试菌的最低抑制浓度（MIC）为0.1%。苹果多酚提取物的抑菌活性具有很好的热稳定性，在pH值为5～6及低于0.3mol/L无机盐环境条件下其抑菌效果最佳。在新鲜水果和蔬菜上喷洒低浓度的苹果多酚溶液，可抑制细菌繁殖，保持水果、蔬菜原有的颜色，达到保鲜防腐的目的，并且不会污染水果和蔬菜。苹果多酚还可以作为新型添加剂应用到面包、糕点及油脂的生产中。2.2在化妆品中的应用苹果多酚是一类具有独特生理活性和化学活性的天然产物，具有很好的收敛性和附着力，它能维护胶原的合成、抑制弹性蛋白酶、协助机体保护胶原蛋白和改善皮肤弹性，从而避免或减少皱纹的产生，保持皮肤显现细腻的外观。通常添加在化妆品、浴液、染发剂、牙膏、祛臭剂等中作活性成分，起到抗氧化、抗衰老、抗辐射、增白和保湿等多重作用，对多种因素造成的皮肤老化、皱纹和色素沉着都有独到功效。另外，由于酚类物质具有抑制酪氨酸酶和过氧化氢酶的活性及清除活性氧的作用，从而可用作制备维生素C或维生素E多酚复合型美白剂。芬兰大学学者曾从细胞学角度，通过紫外照射皮肤细胞的体外实验发现，当人皮肤组织暴露在紫外能源仅30min，阳光杀死细胞大约50%，随着低聚原花青素的加入大约有80%的皮肤细胞免受损坏，且与维生素C相比，具有较好的紫外线吸收作用。2.3在其他方面的应用将苹果多酚连接到聚合物的分子上，从而使聚合物具有多酚的性质，如多酚抗菌过滤网吸水性树脂接枝多酚，制成抗菌材料，在尿不湿产品的抗菌方面有广阔的市场。由于工业的发展，大量酚进入水体环境，和金属离子反应沉积在河流底部淤泥中，造成对水生物的危害。如将植物酚接枝到聚合物链上，不但可以减少植物加工过程中排放的含酚废物对环境的破坏，又可作为处理含重金属离子废水的产品，再开发利用。另外，利用多酚对酶活性的抑制作用，可以控制植物中多酚的含量，对害虫产生阻食性，减少植物的病虫害。苹果多酚经过多年的研究、实验及开发应用，以其优越的功能特性备受人们青睐。目前，苹果多酚制品已被广泛应用到食品、医药、日用化工品等领域。我国苹果资源十分丰富，年产量居世界第一位，但苹果多酚的工业化生产尚处于起步阶段。因此，开展苹果多酚提取、纯化、应用研究，对于加快苹果多酚商业开发步伐、延长苹果加工链条，增加苹果加工企业利润、增加农民经济收入、减少环境污染、构建和谐文明社会，具有深远的现实意义和社会意义。