陳松蔚，鄧立高（廣西大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣西南寧530000）

甘蔗皮的研究進(jìn)展

陳松蔚，鄧立高*
（廣西大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣西南寧530000）

綜述了甘蔗皮中天然提取物的理化性質(zhì)，提取、分離和純化以及鑒定方法，并探討了甘蔗皮未來的研究與應(yīng)用方向，為甘蔗皮的進(jìn)一步開發(fā)利用提供一定的參考。

甘蔗皮；天然提取物；保健作用；室內(nèi)環(huán)保

甘蔗屬多年生草本植物，是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，目前主要用于制糖和造紙業(yè)。甘蔗皮是生產(chǎn)糖類的副產(chǎn)品，富含大量的蛋白質(zhì)、氨基酸、木質(zhì)素、植物甾醇和天然色素等高附加值產(chǎn)物，蔗皮占甘蔗總質(zhì)量的20%。絕大部分甘蔗皮都被直接遺棄或當(dāng)作燃料燃燒，很少進(jìn)行深加工利用。因此，研究開發(fā)甘蔗皮資源，并對(duì)其進(jìn)行綜合利用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

1 甘蔗皮中天然提取物的研究進(jìn)展

1.1 甘蔗皮中醇類等物質(zhì)的提取研究

宣艷等采用X射線的方法對(duì)紫色甘蔗皮不同部位的成分、微纖絲角以及相對(duì)結(jié)晶進(jìn)行了檢測(cè)。得到甘蔗皮硬質(zhì)皮層的主要成分是氧、碳和微量的氮、硅、鈣等元素，蔗皮皮層纖維素的結(jié)晶度34.02%～41.05%，自上而下呈增加趨勢(shì)；皮層纖維素的微纖絲角48.00°～68.08°，從頂部到低部呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)[1]。甘蔗皮中的提取物有非常好的穩(wěn)定性，即便石灰澄清或者長(zhǎng)時(shí)間加熱都不影其抗氧化活性；其抗氧化能力與其所含有的大量多酚類色素物質(zhì)緊密相關(guān)。通常使用吸附樹脂可以從甘蔗的制糖過程中提取到大量的抗氧化活性物質(zhì)，從而將制糖工藝過程與蔗皮中抗氧化活性物質(zhì)的提取結(jié)合起來，并且在抗氧化活性物質(zhì)提取過程不影響蔗糖的生產(chǎn)。盧志博等紅外光譜法對(duì)甘蔗皮中的提取物進(jìn)行分析，結(jié)果：蔗皮水提取物的主要成分是蔗糖，而氯仿提取物的主要成分是對(duì)人體具有多種生理和保健功能的二十八烷醇，提取過程中產(chǎn)生的殘?jiān)闹饕煞质悄举|(zhì)素和半纖維素等[2]。從甘蔗皮中分離出來的蠟中含有酸類、醛類、醇類以及烴類等成分，另外還含有豆甾醇和β-谷甾醇。陳趕林等使用超臨界CO2流體技術(shù)來提取甘蔗皮渣中的高級(jí)醇，最終得出萃取物的純度高達(dá)85%以上，成分為高級(jí)脂肪醇和植物甾醇。該方法將為甘蔗中天然產(chǎn)物的高效無污染提取分離提供參考[3]。其次，他采用混合溶劑熱回流提取法和超聲波輔助提取法優(yōu)化了甘蔗皮渣中蔗蠟脂的提取工藝。即在超聲波45 kHz頻率的情況下，利用70%乙醇含量的乙醇-汽油混合溶劑作為提取劑萃取4 h，得到的蔗蠟脂產(chǎn)率達(dá)7.0%，通過GC-MSD定性定量分析可知得到的高級(jí)脂肪醇的純度為70.45%，其成分主要為植物甾醇衍生物和偶碳脂肪醇類[4]。

1.2 甘蔗皮中紅色素提取的研究

甘蔗皮中含有大量紫紅色色素。唐政等優(yōu)化了利用微波輔助法來提取甘蔗皮中天然色素的最佳提取工藝。結(jié)果表明，甘蔗皮中色素的最佳提取劑是1%的鹽酸乙醇溶液；甘蔗皮色素提取的主要影響因素為料液比和微波處理時(shí)間，接下來是微波功率；最后得出最優(yōu)工藝條件是微波功率控制在250W，微波時(shí)間60 s，料液比為1∶30。在這種條件下提取甘蔗皮中色素的效果最好，可為規(guī)?；a(chǎn)天然提取色素提供數(shù)據(jù)支持和參考[5]。蔣新龍等的研究表明，用95%乙醇水溶液作為提取劑，料液比為1∶10，60℃恒溫浸提15min，蔗皮紅色素的提取率可達(dá)到86.1%[6]。劉云穎采用溶劑浸提法來提取蔗皮中的紅色素，并測(cè)定出甘蔗皮紅色素的最大吸收波長(zhǎng)為532 nm，最佳提取工藝條件為：提取劑為60%的乙醇，提取溫度為70℃，提取液pH值為1.0，料液比為1∶40，提取時(shí)間2.5 h。在此條件下蔗皮紅色素的提取率高達(dá)89%[7]。李連之等研究了熱、光、酸堿性、抗壞血酸、金屬離子、蔗糖、苯甲酸鈉和葡萄糖等對(duì)甘蔗皮紅色素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：甘蔗皮色素易溶于水，在酸性水溶液中呈現(xiàn)玫瑰紅色，不溶于丙酮和石油醚及有機(jī)溶劑。甘蔗皮色素耐酸性好，但在中性和堿性中紅色消失，所以只能將該色素用于酸性食品中做著色劑。糖、苯甲酸鈉、金屬離子對(duì)該色素的影響不大，但抗壞血酸對(duì)甘蔗皮色素的影響很大，因此在使用該色素時(shí)要盡量避免抗壞血酸的添加。甘蔗皮色素的提取要盡量在低溫下進(jìn)行[8]。丁利君等對(duì)影響甘蔗皮紅色素的穩(wěn)定性的因素做了進(jìn)一步探究，結(jié)果表明：甘蔗皮中的紅色素穩(wěn)定性受金屬離子一定程度的影響；難溶于苯等有機(jī)溶劑；對(duì)有機(jī)酸、碳水化合物穩(wěn)定；溶于乙醇溶液；熱穩(wěn)定性較好；受pH的影響很大，但在酸性條件下很穩(wěn)定[9]。胡曉波等從紫色甘蔗皮中提取出紅色素，之后研究該色素對(duì)羥自由基、超氧陰離子自由基、DPPH自由基及NO2的清除作用，以及在植物油和動(dòng)物油中的抗氧化能力來表征甘蔗皮紅色素的功能活性。結(jié)果表明：甘蔗紅色素具有一定的抗氧化能力，對(duì)DPPH自由基和超氧陰離子自由基、羥自由基具有很好的清除作用，這表明蔗皮中含有的紅色素是一種高效的天然自由基清除劑；其次，蔗皮紅色素也具有一定程度清除亞硝基的作用。所以在腌制食物中添加適量甘蔗皮紅色素可以降低N-亞硝基的含量，由此可見甘蔗皮紅色素在天然食用色素領(lǐng)域的應(yīng)用前景是十分廣闊的[10]。

1.3 甘蔗皮中花色苷提取的研究

花色苷是糖與花色素以糖苷鍵結(jié)合而成的類黃酮化合物，廣泛存在于植物的根器官、葉子、果實(shí)、花和莖的細(xì)胞液中，使其呈現(xiàn)不同的顏色。尹起范等對(duì)從甘蔗皮中提取出來的某種天然色素做了紫外—可見光譜和紅外光譜檢測(cè)。結(jié)果表明，該植物色素是一種有待開發(fā)的花色苷類色素，如果利用在食品著色劑方面，將會(huì)有很大的利用前景和開發(fā)價(jià)值[11]。何雄等對(duì)從甘蔗皮中提取出來的花色苷的抗氧化活性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：甘蔗皮花色苷具有抗脂質(zhì)過氧化能力、清除有機(jī)自由基、羥基自由基和超陰氧離子自由基的能力，將其作為具有抗氧化功能的天然色素的應(yīng)用前景十分廣闊；又優(yōu)化了甘蔗皮花色苷的最佳提取工藝，并對(duì)其穩(wěn)定性做了進(jìn)一步探究。結(jié)果表明，用80%乙醇－鹽酸溶液（pH=1.0）作為提取劑，料液比1∶20（g/mL），40℃恒溫超聲波（超聲功率100W）輔助提取2 h，提取效果最佳，花色苷含量達(dá)到288.06 mg/100g。在穩(wěn)定性方面，甘蔗皮花色苷對(duì)光照、溫度、pH等敏感，對(duì)鈉、鉀、鈣、鎂、銅等金屬離子均穩(wěn)定，而鐵離子會(huì)使其變質(zhì)[12-13]。

1.4 甘蔗皮中花青素提取的研究

花青素是一種水溶性色素，能隨細(xì)胞液的酸堿程度變化而產(chǎn)生顏色變化。把紫皮甘蔗皮去皮后，發(fā)現(xiàn)甘蔗紫皮中含有很多的花青素。孫慶宏等發(fā)現(xiàn)利用醋酸來提取甘蔗皮中的花青素的效果是最佳的。最佳的提取條件是醋酸的pH為1.5，甘蔗皮和醋酸的物料比為1∶80（g/mL），溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。這樣提取出來的花青素，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、大孔吸附樹脂吸附過柱并解吸，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的處理后，獲得純凈的花青素母液。在對(duì)母液的理化性質(zhì)研究后發(fā)現(xiàn)該花青素對(duì)光的穩(wěn)定性較好，對(duì)熱的穩(wěn)定性一般，不同的pH條件影響較大，氧化還原劑和食品添加劑對(duì)該花青素的影響也較大，在酸醇和一些有機(jī)試劑中的溶解性較好[14]。金小燕等發(fā)現(xiàn)利用閃式法可以更高效省時(shí)地提取出甘蔗皮中的花青素，其優(yōu)化后的最佳工藝條件是乙醇濃度70%，料液比1∶6，提取時(shí)間3min[15]。

1.5 甘蔗皮中多酚類物質(zhì)提取的研究

甘蔗皮占甘蔗總重量的20%。甘蔗皮中含有大量多酚類化合物及類黃酮化合物，多酚類提取物具有很強(qiáng)的清除自由基能力和抗氧化活性，對(duì)人類健康和營(yíng)養(yǎng)具有十分重要的意義。從廉價(jià)易得的甘蔗皮中提取具有抗氧化活性的多酚類物質(zhì)并規(guī)模化生產(chǎn)，有利于提高甘蔗資源的附加值。甘蔗皮中含有大量的多酚類物質(zhì)，它們?cè)诒江h(huán)上都具有兩個(gè)以上的羥基，常見的有3類：即花青素、花黃素、兒茶素。發(fā)現(xiàn)甘蔗糖廠中多個(gè)工序的中間制品具有很好的抗氧化活性，比如中間制品當(dāng)中的色素類物質(zhì)的抗氧化活性好，并且性質(zhì)十分穩(wěn)定，而其抗氧化能力與多酚類色素物質(zhì)密切相關(guān)。人們對(duì)蔗糖加工副產(chǎn)物和甘蔗梢中的多酚類化合物所做的研究工作比甘蔗非食用部分的甘蔗皮和甘蔗節(jié)中的多酚類物質(zhì)要多得多。陳純等利用超聲波法來提取甘蔗皮中的多酚類物質(zhì)，找到了最簡(jiǎn)單高效的分離甘蔗皮中多酚類物質(zhì)的方法。結(jié)果表明，最佳提取條件為超聲波處理時(shí)間31min，料液比14mL/g，乙醇濃度53%，超聲波溫度為61℃，在此工藝條件下甘蔗皮多酚提取率達(dá)到8.67%[16]。日本公司新近開發(fā)出了一種以甘蔗皮提取物作為原料的食品呈味劑和除臭劑，而這種提取物的主要成分就是多酚類物質(zhì)。此外，甘蔗多酚還有提高機(jī)體抵抗病毒和細(xì)菌感染的能力等藥理療效?？梢姡收岫喾拥拈_發(fā)價(jià)值和應(yīng)用前景十分廣闊。酚酸類化合物是酚類物質(zhì)中的一類，它是從天然產(chǎn)物中提取出來的一種活性物質(zhì)，其主要成分是具有酚羥基和羧基的一類次生代謝產(chǎn)物。目前提取植物多酚的方法有多種，包括溶劑提取法、超聲波輔助提取法、離子沉淀提取法等。每種提取方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。董跟來研究了4種粗提法對(duì)甘蔗皮多酚的提取效果，最終確定堿解法的效果最好，即將甘蔗皮粉末溶解在2mol/L的NaOH溶液中，于60℃下磁力攪拌6 h，然后調(diào)節(jié)其pH值為2左右，用乙酸乙酯萃取兩次，蒸干。在此工藝下可以提純到高純度的多酚，利用pH—區(qū)帶逆流色譜分離方法從甘蔗皮中分離純化出多種分離產(chǎn)品。采用逆流色譜分離法不僅可以使固定相有一定的保留，而且提高了樣品中目標(biāo)物質(zhì)的萃取效率。本試驗(yàn)他采用的逆流體系為甲基叔丁基醚-乙腈-水（4∶1∶5 v/v），保留酸三氟乙酸和洗脫堿氨水的濃度分別為5mM和5mM。成功地從甘蔗皮提取物中分離得到了純度為95.99%的香豆酸，同時(shí)其余的酚酸也得到了一定程度的富集[17]。甘蔗皮中黃酮具有降血糖活性。周惠芳采用抑制α-葡萄糖苷酶法對(duì)甘蔗皮黃酮的降血糖活性進(jìn)行測(cè)定，其利用乙醇為提取溶劑，采用超聲波輔助法提取甘蔗皮中的黃酮，確定了利用超聲波輔助法提取甘蔗皮黃酮的最佳工藝條件：乙醇濃度60%（v/v），液料比15∶1（mL/g），提取溫度60℃，提取時(shí)間95 min，提取次數(shù)3次[18]。為甘蔗皮黃酮降血糖活性成分的開發(fā)利用提供一定的理論依據(jù)。

2 甘蔗皮中纖維提取的研究進(jìn)展

我國(guó)甘蔗種植面積很大，甘蔗是一種經(jīng)濟(jì)作物，其渣密度低、價(jià)格低廉，不但可做造紙?jiān)弦部捎糜谥苽鋸?fù)合材料。宗閃閃等測(cè)定了甘蔗皮中的化學(xué)成分為果膠1.8%，脂蠟質(zhì)0.8%，半纖維素39.3%，纖維素35.6%，木質(zhì)素22.5%，提取后甘蔗皮纖維長(zhǎng)0.4～1.6mm，直徑10～28μm[19]。有研究發(fā)現(xiàn)甘蔗皮纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能比蔗渣纖維更好。宗閃閃根據(jù)蔗皮纖維的特征，探究了提取分離甘蔗皮束纖維和短纖維的方法。即將甘蔗皮在100℃條件下，于40mL/L的硫酸溶液中酸煮1 h，100℃下10%的燒堿溶液中堿煮2.5 h，在攪拌處理1 h便可得到脫膠率高、平均長(zhǎng)度長(zhǎng)的纖維。甘蔗皮短纖維可用于制備復(fù)合材料，束纖維可作紡織用纖維。其次，研究了堿煮因素包括堿煮溫度、濃度和時(shí)間對(duì)甘蔗皮纖維性能的具體影響。由蔗皮可分離出兩種水素樣品，即磨甘蔗皮木素和酶解分離的甘蔗皮木素[20]。何蘭芳測(cè)定了二者的分子量分布。發(fā)現(xiàn)甘蔗皮中的木質(zhì)素是均一的并且有大量木素和碳水化合物鍵合[21]。孫臻緒結(jié)合甘蔗皮的特點(diǎn)，根據(jù)可紡纖維的基本要求，設(shè)計(jì)了用于制備天然可紡甘蔗纖維的甘蔗皮預(yù)處理方法，并且通過比較傳統(tǒng)的超聲波-化學(xué)聯(lián)合法和超聲波-生物酶兩種方法在制備甘蔗皮纖維的優(yōu)劣，得出前者制備的甘蔗皮纖維性能要優(yōu)于后者。他通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)總的超聲波作用時(shí)間為1.5 h，其中33 kHz作用時(shí)間為0.5 h，55 kHz作用時(shí)間為1 h時(shí)，對(duì)纖維進(jìn)行超聲波處理的效果最佳。進(jìn)而優(yōu)化出超聲波-化學(xué)聯(lián)合法制備天然甘蔗纖維的最優(yōu)方法。即將甘蔗皮用尿素進(jìn)行預(yù)處理，酸處理后再采用超聲波-化學(xué)聯(lián)合脫膠。此外，他利用環(huán)定紡紗法將天然甘蔗纖維與棉進(jìn)行混合，紡制成甘蔗纖維-棉混紡紗，為甘蔗渣在紡織工業(yè)中的應(yīng)用提供了借鑒[22]。

3 甘蔗皮在保健方面的研究進(jìn)展

甘蔗皮中富含植物甾醇、木糖醇、蔗蠟等極富開發(fā)價(jià)值的高附加值產(chǎn)物。如何將其高效地提取并利用起來進(jìn)而加快甘蔗皮的綜合利用，對(duì)蔗糖產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。在唐代，用甘蔗做藥已是極為普遍了?！侗静菥V目》上載：“蔗，脾之果也。其漿甘寒，能瀉火熱”?！秳e錄》記載甘蔗：“主下氣中和，助脾胃，利大腸”。在古印度同樣有甘蔗做藥的記載，《摩訶僧抵律》上記載“有謂甘蔗，體是時(shí)藥，汁為更藥”。蔗蠟富含價(jià)值很高的天然活性產(chǎn)物，如二十八醇、植物甾醇等。蔗蠟在制藥和化妝品行業(yè)有著廣泛的用途。二十八烷醇是一種高效的抗疲勞物質(zhì)，可增強(qiáng)體力、精力、耐力；提高機(jī)體代謝率和機(jī)體氧利用率，降低甘油三脂和膽固醇含量。植物甾醇在抑制腫瘤、保持體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)、抗病毒等方面都有重要作用。甘蔗皮中的木糖醇含量豐富，木糖醇可以改善肝功能、防齲齒、降血糖和減肥。并被認(rèn)為是最健康安全的甜味劑。甘蔗皮中可以提取到大量的膳食纖維。膳食纖維可以預(yù)防由冠動(dòng)脈硬化引起的心臟病，預(yù)防長(zhǎng)時(shí)間便秘而引起的痔瘡及下肢靜脈曲張，有降血糖作用，可以增強(qiáng)人體抗癌能力，治療腸炎[23]。所以，我們要重視從甘蔗皮中提取膳食纖維的研究，這對(duì)提高我國(guó)人民的健康水平有極其重要的意義。

4 甘蔗皮的室內(nèi)環(huán)保作用

現(xiàn)在，室內(nèi)甲醛污染是大家都十分關(guān)注的問題。高效簡(jiǎn)便的清除室內(nèi)甲醛對(duì)我們每個(gè)人的健康尤為重要。甘蔗皮渣具有疏松多孔、褶皺、粗糙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的吸附性能。陳莉等發(fā)現(xiàn)經(jīng)過堿熱燙處理的甘蔗皮對(duì)甲醛的吸附效果非常好。其處理方法為pH值為11，熱燙時(shí)間為30min，水浴鍋溫度80℃，水浴時(shí)間2.5 h[24]。因此，甘蔗皮渣強(qiáng)吸附性能的利用具有對(duì)室內(nèi)環(huán)保提供一個(gè)很好的借鑒意義。

5 展望

近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和資源高效利用意識(shí)的提高，人們?cè)絹碓街匾曎Y源的開發(fā)和循環(huán)利用進(jìn)而來提高資源的利用率。每年我國(guó)甘蔗產(chǎn)量極大，甘蔗資源極為豐富，而甘蔗皮中又富含大量的高附加值產(chǎn)物。所以要加大對(duì)甘蔗皮的研究力度，創(chuàng)新出更簡(jiǎn)單高效的提取方法來提取甘蔗皮中的天然活性物質(zhì)和植物纖維，開發(fā)出甘蔗皮提取物更加廣闊的研究和利用領(lǐng)域，并且在原有的基礎(chǔ)上更深入地開發(fā)甘蔗皮提取物在環(huán)保、醫(yī)藥等領(lǐng)域的利用潛力，將對(duì)我國(guó)的制糖、環(huán)保、紡織和醫(yī)藥保健等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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Research Progress of Sugarcane Epiderm is

CHEN Song-wei,DENG Li-gao*
(College of Light Industry and Food,GuangxiUniversity,Nanning 530000,Guangxi)

The physical and chemical properties,extraction,purification and identification of nature extracts in sugarcane epidermis were reviewed,and its future direction of research and application was discussed,which might provide certain references for the research and utilization of sugarcane epidermis.

sugarcane epidermis;natural extracts;health function;indoor environmental protection

S566.10

B

1007－2624（2017）04－0061－03

10.13570/j.cnki.scc.2017.04.020

2017-03-27

陳松蔚（1993-），男，在讀研究生，研究方向：制糖工程過程強(qiáng)化。

鄧立高，男，廣西大學(xué)副教授，從事制糖工程過程強(qiáng)化研究。郵箱：767860116@qq.com