李杰,趙孝蕊,葛應(yīng)濤

(山東范府食品有限公司,山東 菏澤 274000)

牡丹不僅是我國重要的觀賞花卉,也是新興的可食用花資源。牡丹是多年生落葉小灌木,牡丹的花冠較大,顏色豐富,常被視為富貴、吉祥、繁榮和興旺的象征,有國花的美譽。牡丹的花瓣中含有大量的蛋白質(zhì)、微量元素、維生素以及多種生物活性物質(zhì),尤其是酚類化合物、類黃酮化合物[1]。牡丹的花型特點不僅能夠營造良好的自然和人文景觀,其中富含的多種活性物質(zhì)也使其文化價值、藥用價值、食用價值、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益顯著,牡丹的眾多特點使其具備了資源性植物的潛力。

牡丹花中富含大量的活性物質(zhì),花青素是其中重要酚類化合物之一[2],其基本結(jié)構(gòu)是2-苯基苯并吡喃的糖基化多羥基或聚甲氧基衍生物,其結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定自由基,是一種有效的水溶性自由基清除劑。相關(guān)的研究表明,花青素的抗氧化活性是抗壞血酸和VE的20～50倍,由于其主要以糖苷形式存在于植物中,是天然的抗氧化活性物質(zhì),具有一定的保健功效?；ㄇ嗨嘏c膠原蛋親和力較強,能在細胞上形成一層抗氧化保護膜,使組織細胞不被自由基氧化。

牡丹花中不僅含有豐富的花青素,還含有類黃酮化合物。隨著檢測手段的進步,人們對類黃酮的種類、結(jié)構(gòu)以及化學合成途徑等也越來越清晰[3]。通過對類黃酮結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子基因進行分離鑒定,得到了許多關(guān)于類黃酮化合物的結(jié)構(gòu)、生物合成和化學活性方面的信息。類黃酮化合物在苔蘚類和維管束植物中廣泛存在,結(jié)構(gòu)類型多種多樣,根據(jù)類黃酮化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可大致分為12類,主要以黃酮、黃烷酮、橙酮、黃酮醇、查爾酮、二氫查爾酮、兒茶精類、花青苷和原花色素等為主。

牡丹花中的生物活性物質(zhì)一直以來是花卉功能性研究的重點[4-5]。有研究對牡丹花中活性物質(zhì)進行了分離和結(jié)構(gòu)分析,探索活性物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)和其表現(xiàn)出的功能性用途的關(guān)系。例如,研究牡丹花中具有揮發(fā)性芳香氣味物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)、牡丹花精油的抗衰老活性以及酚類黃酮類物質(zhì)的抗氧化能力。通過對牡丹花中活性物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)研究,對牡丹花活性物質(zhì)的生理活性進行綜合評價,研究其生理活性和藥用價值在保健食品、飲料、調(diào)配高級化妝品中的重要應(yīng)用。可將牡丹花作為食用花卉進行應(yīng)用和開發(fā),拉長牡丹產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈條,實現(xiàn)其高值化利用。

綜上,牡丹花在功能性食品、化妝品、食品的深加工領(lǐng)域均有廣闊的前景,本文從牡丹花中活性物質(zhì)的提取工藝、活性物質(zhì)的分析方法以及活性物質(zhì)深加工利用現(xiàn)狀進行綜述,以期為牡丹花深加工產(chǎn)品的開發(fā)技術(shù)提供參考。

1 牡丹花活性物質(zhì)的提取工藝

牡丹花中的活性物質(zhì)主要有富含香味的揮發(fā)性成分、單萜糖苷類化合物和酚類化合物等。牡丹花中主要揮發(fā)性成分包括醛類、萜烯類、醇類、芳香烴類和烷烴類等[6],而酚類物質(zhì)主要有單寧、類黃酮和酚酸等。對于不同的活性物質(zhì),其提取工藝有所不同,對于不同的牡丹化類,其所含活性物質(zhì)的含量也不同。因此,需要采用不用的提取方法抽提牡丹花中的活性物質(zhì)。常用的提取方法為溶液抽提法,在此基礎(chǔ)上,發(fā)展了超聲輔助抽提法和微波輔助抽提法,輔助手段的加入會在一定程度上提高活性物質(zhì)的抽提率。此外,為了提高萃取效率,還發(fā)展了超臨界流體萃取法和超高壓流體萃取法,以下將對幾種萃取方法進行介紹。

1.1 溶劑抽提法

溶劑抽提法的主要原理是溶質(zhì)和溶劑間的相似相容,主要的溶劑有水、甲醇、乙醇、環(huán)己烷等,溶劑抽提法所需設(shè)備簡單,操作便捷,但抽提時間長、雜質(zhì)多、分離和濃縮困難,且用水作為溶劑獲得的提取液容易發(fā)霉發(fā)酵。因此,溶劑抽提法一般采用有機溶劑。乙醇作為廉價易得的有機溶劑,不僅與水可以任意比例混合,還能溶解大部分有機物,對水溶性雜質(zhì)成分不溶或難溶,所獲得的提取物水溶性雜質(zhì)較少。

1.2 超聲波輔助抽提法

超聲波輔助抽提法主要是利用超聲的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和空化效應(yīng),在溶劑抽提過程中增加超聲輔助牡丹花中的活性物質(zhì)加速分離和溶解,強化溶劑的抽提速率。在牡丹花的初抽提過程以及后續(xù)的分離過程都可以利用超聲輔助,其可以縮短牡丹花的抽提時間、提高抽提效率、增加抽提物的產(chǎn)率。竇勇博等[7]采用超聲波輔助法抽提牡丹花中的類黃酮物質(zhì),結(jié)果表明,超聲輔助抽提的黃酮物質(zhì)提取率達到3%,相比傳統(tǒng)溶劑抽提法提高了50%。張立攀等[8]采用響應(yīng)面實驗設(shè)計對超聲輔助法提取牡丹花中總黃酮和總多酚的工藝進行了優(yōu)化,所建模型能夠較好地預(yù)測牡丹花總黃酮和總多酚物質(zhì)的收率,為牡丹花中活性物質(zhì)的快速獲取提供了方法。

1.3 微波輔助抽提法

微波輔助抽提法主要是利用微波對抽提過程進行加熱。微波輔助抽提法對生物活性物質(zhì)的抽提具有獨特的優(yōu)勢,例如提取各種多糖類物質(zhì)、油脂類物質(zhì)以及色素等都存在強有力的優(yōu)勢。采用微波輔助法提取牡丹雄蕊中的總生物堿。馬傳利[9]考察了微波加熱提取時間、微波功率等對提取率的影響,研究表明,在相同的實驗條件下,利用微波輔助萃取獲得的活性物質(zhì)優(yōu)于單回流抽提工藝,這說明了微波輔助提取工藝對牡丹花活性物質(zhì)的抽提具有可行性和適用性。

1.4 超臨界流體萃取

二氧化碳常被用來做超臨界流體,具有流動性好、溶解性好和滲透性好的特點,二氧化碳作為溶劑可以實現(xiàn)溶劑和萃取物的快速分離,減少耗能。超臨界流體萃取不僅操作簡單、過程調(diào)節(jié)靈活,還可以加速溶解平衡、提高萃取效率,萃取后的活性物質(zhì)的純度較高。劉俊民等[10]通過對牡丹花提取精油的四種工藝進行分析,超臨界二氧化碳萃取結(jié)合分子蒸餾對牡丹花精油的萃取收率最高、品質(zhì)最優(yōu)。此外,劉俊民等[11]還探索了亞臨界低溫萃取聯(lián)合乙醇精制制備牡丹花凈油的工藝,該工藝全過程在低溫低壓下運行,保證了牡丹花萃取物的活性物質(zhì)仍具有活性,并且該工藝的設(shè)備投資較小,容易工業(yè)化。

2 牡丹花活性物質(zhì)的分析方法

2.1 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析法

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀可以分析分子量小于500,并且易揮發(fā)和熱穩(wěn)定性化合物,用于牡丹花萃取物的分析具有顯而易見的優(yōu)勢。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀具備特有的譜圖庫,其能準確的給出牡丹花萃取物的化學結(jié)構(gòu),建立活性化合物的化學結(jié)構(gòu)和功能效果的聯(lián)系,有利于牡丹花的高值化利用,為牡丹花功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。郭耀東等[12]采用氣相色譜質(zhì)譜分析儀對牡丹花精油組分進行了分析鑒定,共獲得了芳香族、酯類、萜烯類、醇類、烷烴類等物質(zhì)59 種,其中順式氧化芳樟醇、α-松油醇的相對含量最高,達到20%以上。李棟[13]采用全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜研究了牡丹花的揮發(fā)性香氛物質(zhì),與普通氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀相比,全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜儀能檢測出更多的化合物,共檢測出186種化合物,其中芳香物質(zhì)中長鏈烷烯烴和含氧化合物的含量較高,該研究為建立牡丹花芳香指紋圖譜及研發(fā)牡丹香精香料提供了依據(jù)。

2.2 液相色譜分析法

液相色譜也常用于牡丹花活性物質(zhì)的分離與鑒定,其余氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀在功能上相互補充,液相色譜儀能夠分析大分子量的化合物。為建立菏澤地區(qū)丹鳳牡丹花瓣的液相色譜指紋圖譜,閆慧嬌等[14]利用液相色譜研究了12種當?shù)氐哪档せ?對牡丹花中的野漆樹苷、芍藥苷、沒食子酸等8種化合物進行了定量分析,為利用液相色譜系統(tǒng)研究牡丹花提供了借鑒方法。樊金玲等[15]利用高效液相色譜串聯(lián)電噴霧質(zhì)譜儀對六個品種牡丹花中的花色苷類物質(zhì)進行了分離與分析,花色苷是一種水溶性色素,研究和分析花色苷的化學結(jié)構(gòu)和組成對牡丹花的深加工和高值化利用具有重要指導(dǎo)意義。

2.3 紫外吸收光譜法

紫外吸收光譜法是對化合物進行定量分析的基礎(chǔ)方法之一,根據(jù)化合物對不同波長的紫外線吸收程度,對化合物進行定量分析。紫外吸收光譜法所需實驗儀器少,實驗操作簡單,檢測成本低,測定程序簡便。張修景[16]采取回流萃取的方法提取了牡丹花中的苯甲酸,并利用紫外可見分光光度計測定了提取液中苯甲酸的含量,其方法為牡丹花茶產(chǎn)品的開發(fā)提供了重要參考。孫澤飛[17]利用紫外可見分光光度計分析了不同花色系列的牡丹花甲醇提取液,發(fā)現(xiàn)不同品種的牡丹花對紫外光的吸收峰不同,說明不同的牡丹花含有的花青素成分不同,并研究了其抗氧化能力,為開發(fā)安全穩(wěn)定的天然抗氧化劑提供了重要指導(dǎo)。

3 牡丹花活性物質(zhì)的深加工

牡丹花是一種價值極高的可食用花資源,但目前牡丹花主要以初級加工產(chǎn)品為主,對于牡丹花的深加工產(chǎn)品研究較少,并且大眾的認知程度和接收程度有待進一步提高。進一步開展牡丹花的高值化利用技術(shù),特別是研發(fā)與大眾易接受的理念相吻合的產(chǎn)品,例如牡丹花茶、牡丹口含片等,充分利用牡丹花資源開發(fā)滿足現(xiàn)代消費者需求的功能性產(chǎn)品。

3.1 牡丹花酒

牡丹花中的活性物質(zhì)經(jīng)常采用乙醇/水體系進行超聲萃取獲得,大部分的酚類化合物和類黃酮化合物都溶于乙醇水溶液。因此,以牡丹花為原料或者在釀酒原料中摻入部分牡丹花,在通過制酒工藝,牡丹花中的活性物質(zhì)可被溶出至酒中,可增加酒的功能性和營養(yǎng)價值。有研究者將牡丹花作為釀酒的輔料使用,張立攀等[18]以高粱酒為基酒,加入不同比例的牡丹花、山茱萸、枸杞提取液,配制酒的黃酮含量與抗氧化能力都有明顯提高。趙貴紅[19]研究了營養(yǎng)型牡丹花發(fā)酵果酒、啤酒的釀造技術(shù), 牡丹花香氛物質(zhì)的提取是牡丹果酒調(diào)制的關(guān)鍵技術(shù),牡丹花香氛物質(zhì)的活性保留決定了牡丹果酒的品質(zhì)。目前,牡丹花類酒制品仍停留在實驗室階段,牡丹花活性物質(zhì)對牡丹花酒品質(zhì)的影響及工藝研究較少,所以市場上并沒有太多的牡丹花酒,發(fā)掘潛力巨大。

3.2 牡丹花茶

牡丹花茶主要是指牡丹花和茶葉的調(diào)配品,牡丹花的加入能使茶葉中的茶多酚降低,保留牡丹花的花香,進而使花茶具備較好的口感。沈清宇等[20]研究了牡丹花中的賦香物質(zhì)在窨制過程中對牡丹花茶的影響,研究表明牡丹花的賦香物質(zhì)能夠使茶的感官評審優(yōu)異和茶香高銳持久。菏澤地區(qū)在牡丹花茶生產(chǎn)上具備得天獨厚的優(yōu)勢,菏澤牡丹花具有一千多種花色花型,在品種培育和催化技術(shù)上具有一定的話語權(quán),但牡丹花茶的營銷卻面臨有價無市的困局,仍需加大產(chǎn)品的創(chuàng)新以及營銷局面,為牡丹花茶的深加工提供保障[21]。

3.3 牡丹花精油

牡丹精油是牡丹花中具有揮發(fā)性香氛的提取物,具有較強的抗氧化能力,其具備的生理活性是護膚品所需要的,能夠很好的提高牡丹花的利用價值[22]。張正澳等[23]采用溶劑法和超臨界二氧化碳萃取法從牡丹花中提取精油,研究表明牡丹花精油對自由基的清除能力優(yōu)于玫瑰精油。牡丹花精油具有抗氧化能力和特殊的香氛,將其作為日化產(chǎn)品的調(diào)配劑使用,具備巨大的市場開發(fā)潛力。為了獲取牡丹籽的油料資源,我國大面積種植了油料牡丹,牡丹花是副產(chǎn)資源,提取牡丹花精油與牡丹籽油進行復(fù)配制備化妝品的基礎(chǔ)油,復(fù)配后的化妝品基礎(chǔ)油在保健功能方面能大幅度提高,在化妝品上的增值使用不僅有利于牡丹花的高值化利用,也促進了牡丹的大規(guī)模種植。

4 展望

牡丹花是可食用花資源的后起之秀,其含有酚類、類黃酮等活性物質(zhì),具備極高的利用價值和發(fā)掘潛力,但目前牡丹花加工主要以低端產(chǎn)品為主,對牡丹花中活性物質(zhì)的利用仍存在開發(fā)不足的問題。牡丹花中的類黃酮化合物具有較強的抗氧化能力,作為一種天然抗氧化物質(zhì),具有無污染,毒性小,副作用少,來源廣泛的特點,已展現(xiàn)出一定的生理活性和藥用價值,牡丹花中的活性物質(zhì)可成為保健食品、飲料、調(diào)配高級化妝品的重要原料。因此,加強對牡丹花中活性物質(zhì)的提取工藝、提取物的化學結(jié)構(gòu)和活性物質(zhì)的功效研究是實現(xiàn)牡丹花高值化利用的有效途徑,是規(guī)?；N植油用牡丹的增值利用方式。