Оптимизация процесса ферментативной экстракции антоцианов из семенной оболочки черных бобов и анализ их антиоксидантной активности
Черная фасоль, также известная как черные бобы, зимние бобы и зеленые бобы, - это сухие и зрелые черные семена бобового растения сои Glycine max (L.) Merr. Они обладают высокой экологической адаптивностью, засухоустойчивостью и толерантностью к бесплодию, и могут быть посажены в большинстве мест, даже на засоленных щелочных землях. Черные бобы имеют широкий ареал посадки и относительно концентрированное региональное распространение в Китае. Они широко распространены в Хэйлунцзяне, Аньхой, Шаньси и других местах, где имеются богатые ресурсы и разнообразные виды. Черная фасоль - известный традиционный лечебный и съедобный сельскохозяйственный продукт, богатый ненасыщенными жирными кислотами, белками, витаминами, полисахаридами, изофлавонами и другими биологически активными веществами. Оболочка семян черной фасоли черно-красная или пурпурно-красная, блестящая, тонкая и хрупкая, легко ломается, и содержит различные активные вещества, такие как пищевые волокна, витамины, пигменты, полисахариды, флавоноиды и т.д. Антоцианы, содержащиеся в семенной оболочке черной фасоли, не только придают ей цвет, но и оказывают разнообразное оздоровительное воздействие на организм человека, такое как антиоксидация, успокоение кишечника, защита печени, профилактика диабета, повышение уровня сахара в крови, липидов в крови, улучшение памяти, защита зрения, противоопухолевое действие, профилактика и лечение астмы и т. д.
Постепенное совершенствование технологии извлечения антоцианов заложило основу для их промышленного применения, что позволило широко использовать их в таких отраслях, как новая косметика, здравоохранение, пищевая промышленность и производство натуральных красителей. Традиционные методы извлечения антоцианов из шкурки черных бобов включают в себя, в основном, водную экстракцию и экстракцию органическими растворителями. Однако эти методы имеют такие недостатки, как длительное время экстракции, большой расход растворителя, низкая скорость экстракции и плохая стабильность антоцианов. В последние годы такие методы, как экстракция с помощью ультразвука, экстракция с помощью микроволн и экстракция ионной жидкостью, были использованы для изучения антоцианов в оболочке семян черных бобов благодаря их характеристикам - короткому времени экстракции и более высокой скорости экстракции. Предыдущие исследования показали, что ферментативная экстракция биоактивных веществ, таких как антоцианы, имеет такие преимущества, как низкое энергопотребление, высокая экономическая эффективность, высокая стабильность и активность экстрагированных продуктов. Однако до сих пор не было сообщений о ферментативной экстракции антоцианов из шкурки черных бобов. В данном исследовании использовалась ферментативная экстракция антоцианов из кожицы черных бобов, а также оптимизировался процесс экстракции антоцианов с использованием методологии поверхности отклика с содержанием антоцианов в качестве индикатора. В то же время были проведены эксперименты in vitro для анализа антиоксидантной активности экстракта антоцианов из шкурки черных бобов, чтобы предоставить теоретические и технические рекомендации для экстракции и комплексного развития и использования антоцианов из шкурки черных бобов.

В данном эксперименте этанол использовался в качестве экстрагирующего раствора для оптимизации процесса извлечения антоцианов из семенной оболочки черных бобов с помощью биоэнзимного метода. Экстракция активных ингредиентов растений с помощью ферментов обладает такими преимуществами, как экологичность, отсутствие загрязнения, нетоксичность и безвредность. Он основан на том, что большинство эффективных активных ингредиентов находятся в цитоплазме растительных клеток и могут быть биоразложены целлюлазами, альфа-амилазами и другими ферментами на целлюлозе клеточных стенок, что позволяет разрушить плотную структуру клеточной стенки, повысить проницаемость клеточной стенки и межклеточных барьеров, максимально увеличить диффузию и высвобождение эффективных ингредиентов из цитоплазмы клеток в среду экстракции, тем самым эффективно извлекая биоактивные вещества.

На основе однофакторных экспериментов с помощью оптимизации поверхности отклика была получена и проверена оптимальная схема экстракции. Результаты показали, что регрессия модели поверхности отклика была высоко значимой (P0,05). Модель может быть точно использована для прогнозирования характера изменения содержания антоцианов, извлеченных из шкурки черных бобов, при различных экспериментальных факторах. Оптимальные условия процесса, полученные в результате оптимизации, следующие: композитный фермент (целлюлаза 400U/g+α - амилаза 50U/g), температура ферментативного гидролиза 50 ℃, соотношение жидкости и материала 26:1мл/г, объемная доля этанола 64%, время ферментативного гидролиза 59мин. В этих экспериментальных условиях содержание экстрагированного антоциана составило 2,019 мг/г.
Содержание антоцианов 2,019 мг/г. Предварительные исследования антиоксидантной активности антоцианов в оболочке семян черной сои показывают, что антоцианы в оболочке семян черной сои обладают хорошей антиоксидантной активностью и проявляют зависимость доза-ответ. В пределах экспериментального диапазона их восстановительная способность и способность поглощать супероксид-анион радикалы немного ниже, чем у аскорбиновой кислоты, но их способность поглощать нитрит-ионы, радикалы DPPH и радикалы ABTS сильнее, чем у аскорбиновой кислоты, что соответствует результатам исследований Сюй, Ву и других. Формирование антиоксидантной способности антоцианов обусловлено их сопряженной структурой, а стабильность и реакционная способность антоцианов зависят от степени и положения гидроксилирования и метилирования на кольце B, что в свою очередь влияет на антиоксидантную активность антоцианов. Исследования показали, что основным компонентом антоцианов в шкурке черных бобов является цианидин-3-О-глюкозид (C3G), в структуре которого присутствуют фенольные гидроксильные группы. Он может служить донором гидроксила, захватывая и связывая свободные радикалы, образуя стабильную структуру, прекращая цепные реакции свободных радикалов и проявляя антиоксидантную способность.
Эксперименты показали, что антоцианы в оболочке семян черной фасоли обладают высокой лекарственной ценностью и имеют широкие перспективы применения. Однако ферментативная экстракция натуральных активных ингредиентов представляет собой сложный процесс твердо-жидкого фазового перехода, и растворение большего количества клеточного содержимого может привести к одновременному попаданию большего количества примесей в сырой экстракт. Содержание антоцианов в оболочке семян черной фасоли относительно высоко, а сырой экстракт антоцианов обладает определенной антиоксидантной способностью, что открывает возможности для разработки новых ресурсов антоцианов. Антоцианы - не единственные антиоксидантные вещества в оболочке семян черной фасоли. Поэтому дальнейшая очистка антоцианов в оболочке семян фасоли имеет определенное ориентировочное значение для углубленного изучения их активных компонентов, химической структуры, физико-химических свойств и определения взаимосвязи "структура-активность".