Optimering af enzymatisk assisteret ekstraktionsproces for anthocyaniner fra sorte bønners frøkappe og analyse af dens antioxidantaktivitet
Sorte bønner, også kendt som sorte bønner, vinterbønner og grønne bønner, er de tørre og modne sorte frø af bælgplanten sojabønne Glycine max (L.) Merr. De har en stærk miljømæssig tilpasningsevne, tørkeresistens og tolerance over for ufrugtbarhed og kan plantes de fleste steder, selv i saltholdig alkalisk jord. Sorte bønner har et bredt planteområde og en relativt koncentreret regional udbredelse i Kina. De plantes ofte i Heilongjiang, Anhui, Shanxi og andre steder med rigelige ressourcer og forskellige typer. Sorte bønner er et berømt traditionelt lægemiddel og spiseligt landbrugsprodukt, der er rigt på umættede fedtsyrer, proteiner, vitaminer, polysaccharider, isoflavoner og andre bioaktive stoffer. Frøskallen på sorte bønner er sortrød eller purpurrød, skinnende, tynd og skør, går let i stykker og indeholder forskellige aktive stoffer som kostfibre, vitaminer, pigmenter, polysaccharider, flavonoider osv. Anthocyaninerne i frøskallen på sorte bønner giver ikke kun sorte bønner farve, men har også en række sundhedsmæssige virkninger på menneskekroppen, såsom anti-oxidation, tarmberoligelse, leverbeskyttelse, forebyggelse af diabetes, blodsukker, blodlipider, forbedring af hukommelsen, synsbeskyttelse, antitumor, forebyggelse og behandling af astma osv.
Den gradvise forbedring af teknologien til udvinding af anthocyaniner har skabt et grundlag for den industrielle anvendelse, så den kan bruges i vid udstrækning i industrier som ny kosmetik, sundhedspleje, fødevarer og naturlige farvestoffer. De traditionelle metoder til udvinding af anthocyaniner fra sorte bønners skind omfatter primært vandekstraktion og ekstraktion med organiske opløsningsmidler. Disse metoder har dog ulemper som lang ekstraktionstid, højt opløsningsmiddelforbrug, lav ekstraktionshastighed og dårlig stabilitet af anthocyaniner. I de senere år er metoder som ultralydsassisteret ekstraktion, mikrobølgeassisteret ekstraktion og ionisk væskeekstraktion blevet udforsket i undersøgelsen af anthocyaniner i sorte bønners frøkappe på grund af deres egenskaber ved kort ekstraktionstid og højere ekstraktionshastighed. Tidligere undersøgelser har vist, at den enzymatisk assisterede ekstraktion af bioaktive stoffer som anthocyaniner har fordelene ved lavt energiforbrug, høj omkostningseffektivitet og høj stabilitet og aktivitet af de ekstraherede produkter. Der har dog ikke været nogen rapporter om enzymatisk ekstraktion af anthocyaniner fra skind af sorte bønner. Denne undersøgelse anvendte enzymatisk assisteret ekstraktion af anthocyaniner fra sorte bønneskind og optimerede ekstraktionsprocessen af anthocyaniner ved hjælp af responsoverflademetodologi med anthocyaninindhold som indikator. Samtidig blev der udført in vitro-eksperimenter for at analysere antioxidantaktiviteten af ekstraktet af anthocyaniner fra sorte bønneskind for at give teoretiske og tekniske referencer til udvinding og omfattende udvikling og udnyttelse af anthocyaniner fra sorte bønneskind.

I dette eksperiment blev ethanol brugt som ekstraktionsopløsning for at optimere processen med at udvinde anthocyaniner fra frøskallen på sorte bønner ved hjælp af en bioenzymassisteret metode. Den enzymatisk assisterede udvinding af planteaktive ingredienser har de fordele, at den er grøn, forureningsfri, ugiftig og uskadelig. Den bygger hovedsageligt på det faktum, at de mest effektive aktive ingredienser findes i plantecellernes cytoplasma og kan nedbrydes biologisk af cellulaser, alfa-amylase og andre enzymer på cellevægscellulose for at opnå målet om at nedbryde cellevæggens tætte struktur, øge cellevæggens permeabilitet og intercellulære barrierer og maksimere diffusionen og frigivelsen af effektive ingredienser fra cellecytoplasmaet til ekstraktionsmediet og dermed effektivt udvinde bioaktive stoffer.

Baseret på enkeltfaktoreksperimenter udledes det optimale ekstraktionsskema gennem optimering af responsoverfladen og valideres. Resultaterne viste, at regressionen af responsoverflademodellen var meget signifikant (P0,05). Modellen kan bruges nøjagtigt til at forudsige mønsteret af ændringer i indholdet af anthocyaniner udvundet fra sorte bønneskind med forskellige eksperimentelle faktorer. De optimale procesbetingelser opnået gennem optimering er: sammensat enzym (cellulase 400U/g+α - amylase 50U/g), enzymatisk hydrolysetemperatur på 50 °C, væske/materiale-forhold på 26:1 ml/g, ethanolvolumenfraktion på 64% og enzymatisk hydrolysetid på 59 minutter. Under disse forsøgsbetingelser var det ekstraherede anthocyaninindhold 2,019 mg/g.
Indholdet af anthocyaniner er 2,019 mg/g. Foreløbige undersøgelser af antioxidantaktiviteten af anthocyaniner i sort sojabønnes frøkappe indikerer, at anthocyaniner i sort sojabønnes frøkappe har god antioxidantaktivitet og udviser et dosis-respons-forhold. Inden for forsøgsområdet er dens reduktionsevne og evne til at fjerne superoxidanionradikaler lidt lavere end ascorbinsyre, men dens evne til at fjerne nitritioner, DPPH-radikaler og ABTS-radikaler er stærkere end ascorbinsyre, hvilket er i overensstemmelse med forskningsresultaterne fra Xu, Wu og andre. Dannelsen af anthocyaniners antioxidantkapacitet skyldes deres konjugerede struktur, og anthocyaninernes stabilitet og reaktivitet påvirkes af graden og placeringen af hydroxylering og methylering på B-ringen, hvilket igen påvirker anthocyaninernes antioxidantaktivitet. Forskning har vist, at cyanidin-3-O-glucosid (C3G) er hovedbestanddelen af anthocyaniner i sorte bønners skind, med phenoliske hydroxylgrupper i strukturen. Det kan fungere som hydroxyldonor, fange og binde frie radikaler til at danne en stabil struktur, afslutte forekomsten af frie radikale kædereaktioner og udvise antioxidantkapacitet.
Eksperimenter har vist, at anthocyaniner i frøskallen fra sorte bønner har høj medicinsk værdi og brede anvendelsesmuligheder. Den enzymatisk assisterede ekstraktion af naturlige aktive ingredienser er imidlertid en kompleks fast-væske-faseoverførselsproces, og opløsningen af mere cellulært indhold kan føre til samtidig indføring af flere urenheder i råekstrakten. Indholdet af anthocyaniner i frøskallen af sorte bønner er relativt højt, og dets råekstrakt af anthocyaniner udviser en vis antioxidantkapacitet, hvilket har potentiale til at udvikle nye anthocyaninressourcer. Anthocyaniner er ikke de eneste antioxidanter i frøskallen fra sorte bønner. Derfor har yderligere oprensning af anthocyaniner i sorte bønners frøkappe en vis vejledende betydning for en dybdegående undersøgelse af dets aktive ingredienser, kemiske struktur, fysisk-kemiske egenskaber og bestemmelse af forholdet mellem struktur og aktivitet.