酶萃取：有效提取天然植物成分的生物技术

酶萃取法是近几年来用于天然植物有效成分提取的一项生物技术。选择合适的酶（果胶酶、复合酶、纤维素和半纤维素酶），能使植物组织温和快速地进行分解，加速有效成分的释放。温度、pH是影响酶作用的主要因素。与传统水浸法相比，酶法提取率更高，染料萃取率可提高21%～23%，具有有效成分理化性质稳定、高效、节能减排等特点。纤维素酶只是单纯作用于纤维素，加快植物内部色素的萃取速度，发挥生物酶增大细胞内有效成分向提取介质扩散的专一催化作用，在提取过程中不会破坏色素。如，利用纤维素酶和木聚糖酶的复合酶法可以达到较高的紫草色素的提取率；应用酶促反应可改变天然栀子黄色素中的栀子苷的结构，生产出栀子红、蓝色素；应用酶法提取花色苷比单纯用溶剂法其提取率可高出72%；用蛋白酶提取胭脂虫中天然色素胭脂虫酸与常规溶剂（水）提取法对比，前者具有温度低、萃取时间短、提取效果好等特点。酶萃取法应用于天然染料的研究非常多，本书收录的染料采用酶萃取法的最佳工艺条件见附录一。

本书以酶法萃取紫背天葵天然染料的工艺研究为例，来阐述酶在天然染料萃取中的作用。

紫背天葵叶茎中含有多种营养成分，具有多种生理和药理活性的黄酮类化合物儿茶素、有机醇及有机酸酯类有效成分，还含有丰富的红色素，多用于食品、化妆品、制药业，也有作为天然染料用于食品包装纸的染色研究，到目前并无用于纺织品染色的文献报道。为了更好地开发紫背天葵资源，充分利用其有效成分，本文利用酶萃取法对紫背天葵红色素提取工艺进行研究，旨在为紫背天葵染料的开发提供参考依据。

1.试验设计

（1）材料、药品和仪器。

①材料及药品。紫背天葵（采于辽东学院内），柠檬酸，柠檬酸钠，以上试剂均为分析纯。纤维素酶（肇东酶制剂厂8000U/g）。

②仪器。HHS电热恒温水浴锅，DFC-6053型真空干燥箱（上海一恒科技有限公司），UV-1200紫外可见光分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），PHS-3C型pH计（上海伟业仪器厂）；ALC-110电子天平（上海天平仪器厂）。

（2）试验方法。

①紫背天葵天然染料提取工艺。紫背天葵天然染料提取工艺流程：

新鲜干燥的紫背天葵→粉碎→缓冲溶液→纤维素酶→酶解→抽滤

②紫背天葵天然染料最大吸光峰确定。把2g粉碎的紫背天葵粉末、磷酸缓冲液40mL，放入50℃的恒温水溶锅中，浸提60min过滤取上清液，测定最大吸收峰。

③纤维素酶提取法最佳工艺参数确定。在缓冲溶液固液比、酶用量、酶解时间一定条件下，在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下浸提色素，考察不同提取温度对提取效果的影响。在缓冲溶液温度、酶用量、酶解时间一定条件下，以固液比为1:10、1:20、1:30、1:40、1:50浸提色素，考察固液比对提取效果的影响。在缓冲溶液温度、酶用量、酶解固液比一定条件下，以30min、60min、90min、120min、180min、240min浸提色素，考察酶解时间对提取效果的影响。在缓冲溶液温度、酶解时间、酶解固液比一定条件下，以酶用量1%～5%，考察酶用量对提取效果的影响。

2.结果与讨论

（1）紫背天葵色素最大吸收峰。取1mL提取液，加水稀释至50mL，在400～600nm测定溶液吸光度，如图3-3所示，紫背天葵色素溶液在520nm处有最大吸收波长，吸光度值为0.774。(www.xing528.com)

图3-3　紫背天葵色素最大吸收波长

（2）酶法提取紫背天葵色素试验结果。

①酶解时间的选择。不同提取温度对提取效果的影响如表3-14所示，色素吸光度随酶解时间的延长而增加，当时间增加到一定值后，吸光度则不再增加。酶解时间为120min时的吸光度为0.771，酶解时间是180min时的吸光度为0.779，继续增加时间对提取效果无太大影响，故较适宜的酶解时间为120min。

表3-14　酶解时间对色素提取的影响

②酶解温度的选择。不同酶解温度对提取效果的影响如表3-15所示，在一定温度范围内，随着温度的升高，紫背天葵色素的吸光度也随着升高，这是由于温度的升高使纤维素酶的活力增强，提高了酶解反应的速度，加快了纤维素的降解，使色素得以释放。50℃时的吸光度为0.774，达到最大。温度高于50℃后吸光度迅速降低，综合考虑，确定较适宜的提取温度为50℃。

表3-15　酶解温度对色素提取的影响

③固液比的选择。不同固液比对提取效果的影响如表3-16所示，固液比在1：（10～20）时色素吸光度值迅速上升，固液比为1：（20～50）时色素吸光度值呈下降趋势，因为在酶解过程中，随着固液比的增加，液体在紫背天葵色素细胞内扩散能力增强，有利于酶对紫背天葵纤维的降解，使得紫背天葵细胞迅速破坏，但随着固液比的增加，酶的浓度也随之减小，酶解反应速率也随之降低，因此较适宜的酶解固液比为1:20。

表3-16　固液比对提取效果的影响

④酶用量的选择。酶用量对提取效果的影响如表3-17所示，酶用量为0.5%～2.0%时，吸光度为迅速增加；酶用量为2.0%～3.0%时，吸光度变化较小；当酶用量超过为4.0%时，色素增长趋于平缓。试验结果表明，当酶用量超过2.0%时，酶解反应缓和，反应速率不再增加。因此，较适宜的酶用量为2.0%。

表3-17　酶用量对提取效果的影响

3.结论

经单因素试验，紫背天葵色素最佳提取工艺为：酶用量为2.0%，固液比1:20，提取温度为50℃，酶解时间为120min。色素萃取效果好，对环境污染小。