柚子, 又称文旦、香栾等, 是芸香科柑橘属植物——柚 (Citrus grandis Osbeck.) 的成熟果实, 主要产于我国福建、江西、广西、广东、四川、重庆等地区。我国柚类种植历史悠久, 种质资源丰富, 是生产面积最大的国家, 产量居世界第2位, 仅次于美国[1]。柚子经食用或加工后, 剩下大量柚子皮, 约占整个柚子果实质量的30%以上, 如果直接丢弃柚子皮, 不仅造成资源的浪费, 而且还会污染环境。柚皮中除了含有水分、维生素、矿物质等众多人体必需的营养素外, 还含有多种对人体健康有益的非营养性生理活性物质, 如果胶、黄酮类化合物、香精油、天然色素、类柠檬苦素、膳食纤维等, 这类活性物质具有重要的生理功能, 同时, 众多的研究还发现柚子提取物具有抗氧化性和抑菌作用[2,3,4,5,6]。因此, 有效利用柚子果皮的活性物质, 既可以减少因果皮堆积而造成的环境污染, 又可使废弃的天然资源得到充分利用, 可大大提高柚子的经济价值, 具有良好的经济效益和社会效益。
1 果胶提取
果胶是人类第七大营养素中可溶性膳食纤维的主要成分, 在食品中主要作为凝胶剂、稳定剂和增稠剂应用于果冻、果酱、糖果和果汁中。果胶也应用于制药工业, 能减少心脏疾病和预防胆结石。柑橘皮中, 如柚子、柠檬、橙子中果胶含量通常是干燥果皮质量的25%~30%[7], 而柚子皮中果胶含量高且胶凝强度大, 是制备果胶的理想原料。
目前果胶的提取方法有酸水解法、酶法、离子交换树脂法及利用新技术超声波辅助提取和微波提取法。传统的酸提取法又分为酸水解乙醇沉淀法和酸水解无机盐盐析法, 常使用的盐有硫酸铝盐、铁盐、钙盐等, 张锐[8]首次采用十二烷基伯胺乙酸盐作为沉淀剂, 得到灰分低于1%, 产率高达17.5%的果胶。此方法与传统乙醇沉淀法相比, 减少了真空减压浓缩工艺, 大大降低了乙醇用量, 节约了成本, 与其他无机盐 (如饱和硫酸铝盐) 盐析法相比, 得到的果胶灰分低, 纯度高。柚皮中的果胶可粗分为3类:Mr (相对分子量) 较小且不与其他物质交联的部分;Mr较大且不与其他物质交联的部分;Mr很大或与其他物质交联的部分。根据此特性, 先用热水提取柚皮中Mr较小且不与其他物质交联的易于溶解的水溶性果胶, 再采用纤维素酶和果胶酶提取交联部分果胶, 可使果胶总提取率达29.9%[9]。与酸法提取相比, 酶法提取操作过程复杂, 耗时较长, 但对环境污染小, 因此可考虑二者相结合的方法充分发挥其优点。
随着新技术的不断发展和不断探索, 微波和超声波技术被广泛用于各种活性物质的提取中。Bagherian等[10]分别利用微波、超声波辅助提取柚皮中的果胶, 其果胶得率分别达到27.81%、17.92%。超声波利用空化效应产生的冲击波破碎柚皮细胞组织从而能显著提高果胶得率, 微波则利用了较强的热效应和化学效应。国内研究者也通过实验证明微波和超声波辅助技术是一种高效的果胶提取方法, 能显著缩短提取时间并能有效提高果胶得率[11,12], 且超声波辅助法具有提取条件温和, 效率高等优点, 微波则具有选择性高、提取时间短、低溶剂量和提取率高等优点。Xu等[13]的研究结果显示, 超声波和加热处理能产生协同作用提高果胶得率, 得到一条新的超声波加热处理高效提取果胶的方法。
2 类黄酮提取
黄酮属于多酚类化合物, 常作为抗氧化活性物质添加到保健食品中, 能够显著降低癌症、心血管疾病的发生风险。通过超高效液相色谱分析28种中国本土柚子的皮和果实, 发现柚皮苷是最主要的黄酮类物质[14]。在食品工业上, 柚皮苷可作为天然色素、风味改良剂和苦味剂, 又可用于合成高甜度、低能量、无毒、防龋齿新型甜味剂的原料[15]。柚子皮中黄酮类物质约占1%~6%, 是提取黄酮类物质的理想原料。目前黄酮类物质的提取方法有:热水提取法、有机溶剂萃取法、大孔树脂吸附法、超声波法、微波法、双水相萃取技术、超滤法等[16]。
有机溶剂提取法是最常用的方法, 所需设备简单且得率较高, 但得到的产品杂质含量高。超声波提取和微波提取是运用较多且效果较好的一种提取方法, 与传统乙醇提取法相比, 均能提高黄酮类得率, 且能大大减少提取时间, 效率高, 污染小, 但设备成本高。谭静等[17]分别采用微波、超声波法提取, 可从柚皮中得到高达8.437mg/g和5.263mg/g的黄酮类物质。随着技术的发展, 一些新技术被不断应用, 王志丹等[18]采用快速溶剂萃取法从柚子皮中提取黄酮类化合物, 并与微波法、超声波法及索氏提取法进行了对比。试验结果表明, 快速溶剂萃取法黄酮得率为5.93%, 而微波法、超声波法与索氏提取的黄酮含量分别为5.85%、3.69%、4.29%, 快速溶剂萃取法明显提高了黄酮的得率, 且有萃取效率高、自动化程度高、溶剂消耗量小等优点, 因此, 此方法可作为一种新的提取技术应用于黄酮的高效提取。另外, 庞中磊[19]首次采用半仿生技术提取柚皮总黄酮并对最佳工艺进行了研究, 以p H 2.5、p H 7.5、p H 8.0的缓冲溶液作为提取液, 液料比25 m L/g, 70℃下提取60 min, 重复提取3次, 在此条件下柚皮总黄酮的提取量高达50.65 mg/g, 此提取方法效果较好, 提取率高, 为黄酮类提取提供了一条新思路。
柚皮中含有不同结构的黄酮, 以往的提取都不是针对某一种特定结构的黄酮物质, 还需要经过纯化步骤得到相应结构的黄酮, 为了有针对性的提取相应的黄酮, Ko[20]等研究了黄酮结构与亚临界水提取法之间的关系, 发现具有-OH (170℃/10min) 侧链比具有O-CH3 (190℃/15 min) 和-H ( (190℃/15 min) 侧链的提取温度更低, 亚临界水提法在较高温度下进行, 增加了热运动并且降低了氢键强度, 从而导致非极性疏水性化合物比极性亲水性化合物更容易被提取, 实验表明亚临界水提取法 (大约10 MPa) 是一种提取非极性黄酮类物质非常有效的方法。
3 香精油提取
香精油, 又称挥发油, 是柚子表皮油胞中含有的一类具有芳香气味, 在常温下能挥发的油状液体物质的总称, 主要香气成分是烯萜类的氧化衍生物, 如酮类、醇类、醛类、酯类等。Viuda-Martos等[21]使用化学分析和GC-MS联用分析葡萄柚中精油, 其主要成分为柠檬烯 (96.2%) 和月桂烯 (1.4%) 。柚皮香精油具有令人喜爱的独特芳香风味, 是啤酒、饮料、糖果的矫味剂、赋香剂。目前, 柚皮挥发性成分常用的提取方法主要有水蒸汽蒸馏法、压榨法、溶剂浸提法、超临界CO2萃取法以及微波辐射法等。
为明确柚皮精油中活性成分的结构和种类, 陈卫东等[22]采用水蒸气蒸馏法分别提取金柚外黄皮和内白皮中挥发性成分, 经GC-MS联用分析, 分别鉴定出72种和16种化合物。宋平[23]等采用冷压法、水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取3种方法提取沙田柚柚皮精油成分, 精油提取率分别为0.126%、0.401%和0.252%, 并采用GC-MS检测分析, 3种方法所得精油有效成分的种类分别为49种、35种和37种。水蒸气蒸馏法在提取过程中的高温会导致部分精油成分发生降解而产生新的杂质, 超临界CO2萃取法提取率较高, 但成本较昂贵, 目前还主要用于实验室的研究, 冷压法是比较传统的方法, 依然是可保持沙田柚柚皮精油成分最有效的提取方法。
功能成分提取的一些新技术也被运用于精油的提取上, 如李脉等[24]在以丁烷为介质的亚临界提取梅州金柚柚皮精油的研究中发现, 提取温度40℃、60℃热风烘干或自然晾晒油泡层、使油泡层含水量降到8.0%、提取两次, 在此条件下, 柚皮精油得率达到2.36%, 同时, GC-MS分析表明, 该精油组分主要以萜烯类形式存在, 其中含量最高的成分是D-柠檬烯, 含量达到81.27%。另外, 武艳梅等[25]探索超高压技术提取胡柚皮中富含诺卡酮柚皮精油的工艺, 在提取压力300 MPa、液料比20 m L/g、粉碎程度为30目的条件下, 提取得到的精油中诺卡酮含量最高为20.50 mg g, 此方法说明超高压提取技术能有效提取和保留柚皮精油中的诺卡酮, 是一种高效节能的新型柚皮精油提取方法。
4 天然色素提取
柚皮中含有两类性质不同的天然色素物质, 一类为脂溶性类胡萝卜素, 另一类为水溶性黄色色素 (主要为黄酮类化合物) 。柑橘皮黄色素是一类重要天然色素, 主要成分是柠檬烯和类胡萝卜素的混合物, 还富含维生素E和稀有元素硒, 其主要用作食品着色剂、强化营养剂、香味剂和保健品的重要配料。目前用于色素提取的主要方法为:浸提法、微波辅助提取法、超声波提取法、超临界流体萃取法等[26]。
温志英等[27]利用微波萃取技术对柑桔皮黄色素的最佳提取工艺进行了研究, 得到的色素产品为黄色, 含有类胡萝卜素和黄酮类物质。微波提取法存在提取体系的温度升高而导致色素降解的弊端, 因此对于工艺参数的控制极为重要。而超声波提取即可避免体系温度升高, 同时具有机械振动增加物质的运动频率从而提高提取效率。Xu[28]研究了超声波提取时间、温度, 固液比、超声强度、占空比对红葡萄柚中反式番茄红素提取的影响, 与传统溶剂提取法相比, 超声波提取能显著提高提取率并大大缩短提取时间。超临界流体萃取技术也可避免高温, 并且具有低污染、无溶剂残留的优点, 时海香[29]运用此技术对常山胡柚天然色素进行提取, 在萃取压力25 MPa、萃取温度35℃下萃取2 h, 胡柚天然色素的提取率高达3.78%。
5 结语
我国柚类种质资源丰富, 但主要用于鲜销, 不能够充分利用柚皮中含有的众多有效成分, 造成资源的浪费, 同时污染环境。充分利用现有的资源, 生产出高附加值的产品, 是柚子产区和柚果加工企业亟待解决的问题。柚子果皮有效成分的提取已经引起国内外许多学者的重视, 并开展研究, 目前的提取方法多样但大部分还处于实验室阶段, 少有工业化大量生产, 主要还停留在对单个有效成分的提取, 因此迫切需要寻找一次性从柚子果皮中提取多种有效成分的方法, 已有学者开始研究通过梯度洗脱柱层析法从柑橘中一步提取所有的活性物质[30]。此外, 应加强功能性成分在食品及药品方面的应用, 特别是医学领域中功能成分对抑制癌症方面的功效研究。柚子皮除了应用在食品药品方面, 也有学者研究发现其具有吸附工业废水、染料的能力, 这为柚子皮的应用提供了新的方向。
摘要：柚子皮中含有果胶、黄酮类化合物、香精油、天然色素、类柠檬苦素、膳食纤维等多种对人体健康有益的非营养性生理活性物质, 同时, 众多的研究还发现柚子提取物具有抗氧化性和抑菌作用。有效地利用柚子果皮的活性物质, 既可以减少因果皮堆积而造成的环境污染, 又可使废弃的天然资源得到充分利用, 可大大提高柚子的经济价值, 具有良好的经济效益和社会效益。综述了对柚子皮中果胶、类黄酮、香精油、色素的提取方法的研究进展。
关键词：柚子皮,有效成分,提取方法
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