陈松蔚，邓立高（广西大学轻工与食品学院，广西南宁530000）

甘蔗皮的研究进展

陈松蔚，邓立高*
（广西大学轻工与食品学院，广西南宁530000）

综述了甘蔗皮中天然提取物的理化性质，提取、分离和纯化以及鉴定方法，并探讨了甘蔗皮未来的研究与应用方向，为甘蔗皮的进一步开发利用提供一定的参考。

甘蔗皮；天然提取物；保健作用；室内环保

甘蔗属多年生草本植物，是一种重要的经济作物，目前主要用于制糖和造纸业。甘蔗皮是生产糖类的副产品，富含大量的蛋白质、氨基酸、木质素、植物甾醇和天然色素等高附加值产物，蔗皮占甘蔗总质量的20%。绝大部分甘蔗皮都被直接遗弃或当作燃料燃烧，很少进行深加工利用。因此，研究开发甘蔗皮资源，并对其进行综合利用，将会产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益。

1 甘蔗皮中天然提取物的研究进展

1.1 甘蔗皮中醇类等物质的提取研究

宣艳等采用X射线的方法对紫色甘蔗皮不同部位的成分、微纤丝角以及相对结晶进行了检测。得到甘蔗皮硬质皮层的主要成分是氧、碳和微量的氮、硅、钙等元素，蔗皮皮层纤维素的结晶度34.02%～41.05%，自上而下呈增加趋势；皮层纤维素的微纤丝角48.00°～68.08°，从顶部到低部呈现先增大后减小的变化趋势[1]。甘蔗皮中的提取物有非常好的稳定性，即便石灰澄清或者长时间加热都不影其抗氧化活性；其抗氧化能力与其所含有的大量多酚类色素物质紧密相关。通常使用吸附树脂可以从甘蔗的制糖过程中提取到大量的抗氧化活性物质，从而将制糖工艺过程与蔗皮中抗氧化活性物质的提取结合起来，并且在抗氧化活性物质提取过程不影响蔗糖的生产。卢志博等红外光谱法对甘蔗皮中的提取物进行分析，结果：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对人体具有多种生理和保健功能的二十八烷醇，提取过程中产生的残渣的主要成分是木质素和半纤维素等[2]。从甘蔗皮中分离出来的蜡中含有酸类、醛类、醇类以及烃类等成分，另外还含有豆甾醇和β-谷甾醇。陈赶林等使用超临界CO2流体技术来提取甘蔗皮渣中的高级醇，最终得出萃取物的纯度高达85%以上，成分为高级脂肪醇和植物甾醇。该方法将为甘蔗中天然产物的高效无污染提取分离提供参考[3]。其次，他采用混合溶剂热回流提取法和超声波辅助提取法优化了甘蔗皮渣中蔗蜡脂的提取工艺。即在超声波45 kHz频率的情况下，利用70%乙醇含量的乙醇-汽油混合溶剂作为提取剂萃取4 h，得到的蔗蜡脂产率达7.0%，通过GC-MSD定性定量分析可知得到的高级脂肪醇的纯度为70.45%，其成分主要为植物甾醇衍生物和偶碳脂肪醇类[4]。

1.2 甘蔗皮中红色素提取的研究

甘蔗皮中含有大量紫红色色素。唐政等优化了利用微波辅助法来提取甘蔗皮中天然色素的最佳提取工艺。结果表明，甘蔗皮中色素的最佳提取剂是1%的盐酸乙醇溶液；甘蔗皮色素提取的主要影响因素为料液比和微波处理时间，接下来是微波功率；最后得出最优工艺条件是微波功率控制在250W，微波时间60 s，料液比为1∶30。在这种条件下提取甘蔗皮中色素的效果最好，可为规模化生产天然提取色素提供数据支持和参考[5]。蒋新龙等的研究表明，用95%乙醇水溶液作为提取剂，料液比为1∶10，60℃恒温浸提15min，蔗皮红色素的提取率可达到86.1%[6]。刘云颖采用溶剂浸提法来提取蔗皮中的红色素，并测定出甘蔗皮红色素的最大吸收波长为532 nm，最佳提取工艺条件为：提取剂为60%的乙醇，提取温度为70℃，提取液pH值为1.0，料液比为1∶40，提取时间2.5 h。在此条件下蔗皮红色素的提取率高达89%[7]。李连之等研究了热、光、酸碱性、抗坏血酸、金属离子、蔗糖、苯甲酸钠和葡萄糖等对甘蔗皮红色素稳定性的影响。结果表明：甘蔗皮色素易溶于水，在酸性水溶液中呈现玫瑰红色，不溶于丙酮和石油醚及有机溶剂。甘蔗皮色素耐酸性好，但在中性和碱性中红色消失，所以只能将该色素用于酸性食品中做着色剂。糖、苯甲酸钠、金属离子对该色素的影响不大，但抗坏血酸对甘蔗皮色素的影响很大，因此在使用该色素时要尽量避免抗坏血酸的添加。甘蔗皮色素的提取要尽量在低温下进行[8]。丁利君等对影响甘蔗皮红色素的稳定性的因素做了进一步探究，结果表明：甘蔗皮中的红色素稳定性受金属离子一定程度的影响；难溶于苯等有机溶剂；对有机酸、碳水化合物稳定；溶于乙醇溶液；热稳定性较好；受pH的影响很大，但在酸性条件下很稳定[9]。胡晓波等从紫色甘蔗皮中提取出红色素，之后研究该色素对羟自由基、超氧阴离子自由基、DPPH自由基及NO2的清除作用，以及在植物油和动物油中的抗氧化能力来表征甘蔗皮红色素的功能活性。结果表明：甘蔗红色素具有一定的抗氧化能力，对DPPH自由基和超氧阴离子自由基、羟自由基具有很好的清除作用，这表明蔗皮中含有的红色素是一种高效的天然自由基清除剂；其次，蔗皮红色素也具有一定程度清除亚硝基的作用。所以在腌制食物中添加适量甘蔗皮红色素可以降低N-亚硝基的含量，由此可见甘蔗皮红色素在天然食用色素领域的应用前景是十分广阔的[10]。

1.3 甘蔗皮中花色苷提取的研究

花色苷是糖与花色素以糖苷键结合而成的类黄酮化合物，广泛存在于植物的根器官、叶子、果实、花和茎的细胞液中，使其呈现不同的颜色。尹起范等对从甘蔗皮中提取出来的某种天然色素做了紫外—可见光谱和红外光谱检测。结果表明，该植物色素是一种有待开发的花色苷类色素，如果利用在食品着色剂方面，将会有很大的利用前景和开发价值[11]。何雄等对从甘蔗皮中提取出来的花色苷的抗氧化活性进行了研究，结果表明：甘蔗皮花色苷具有抗脂质过氧化能力、清除有机自由基、羟基自由基和超阴氧离子自由基的能力，将其作为具有抗氧化功能的天然色素的应用前景十分广阔；又优化了甘蔗皮花色苷的最佳提取工艺，并对其稳定性做了进一步探究。结果表明，用80%乙醇－盐酸溶液（pH=1.0）作为提取剂，料液比1∶20（g/mL），40℃恒温超声波（超声功率100W）辅助提取2 h，提取效果最佳，花色苷含量达到288.06 mg/100g。在稳定性方面，甘蔗皮花色苷对光照、温度、pH等敏感，对钠、钾、钙、镁、铜等金属离子均稳定，而铁离子会使其变质[12-13]。

1.4 甘蔗皮中花青素提取的研究

花青素是一种水溶性色素，能随细胞液的酸碱程度变化而产生颜色变化。把紫皮甘蔗皮去皮后，发现甘蔗紫皮中含有很多的花青素。孙庆宏等发现利用醋酸来提取甘蔗皮中的花青素的效果是最佳的。最佳的提取条件是醋酸的pH为1.5，甘蔗皮和醋酸的物料比为1∶80（g/mL），温度为70℃，反应时间为30min。这样提取出来的花青素，经旋转蒸发、大孔吸附树脂吸附过柱并解吸，再经旋转蒸发的处理后，获得纯净的花青素母液。在对母液的理化性质研究后发现该花青素对光的稳定性较好，对热的稳定性一般，不同的pH条件影响较大，氧化还原剂和食品添加剂对该花青素的影响也较大，在酸醇和一些有机试剂中的溶解性较好[14]。金小燕等发现利用闪式法可以更高效省时地提取出甘蔗皮中的花青素，其优化后的最佳工艺条件是乙醇浓度70%，料液比1∶6，提取时间3min[15]。

1.5 甘蔗皮中多酚类物质提取的研究

甘蔗皮占甘蔗总重量的20%。甘蔗皮中含有大量多酚类化合物及类黄酮化合物，多酚类提取物具有很强的清除自由基能力和抗氧化活性，对人类健康和营养具有十分重要的意义。从廉价易得的甘蔗皮中提取具有抗氧化活性的多酚类物质并规模化生产，有利于提高甘蔗资源的附加值。甘蔗皮中含有大量的多酚类物质，它们在苯环上都具有两个以上的羟基，常见的有3类：即花青素、花黄素、儿茶素。发现甘蔗糖厂中多个工序的中间制品具有很好的抗氧化活性，比如中间制品当中的色素类物质的抗氧化活性好，并且性质十分稳定，而其抗氧化能力与多酚类色素物质密切相关。人们对蔗糖加工副产物和甘蔗梢中的多酚类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节中的多酚类物质要多得多。陈纯等利用超声波法来提取甘蔗皮中的多酚类物质，找到了最简单高效的分离甘蔗皮中多酚类物质的方法。结果表明，最佳提取条件为超声波处理时间31min，料液比14mL/g，乙醇浓度53%，超声波温度为61℃，在此工艺条件下甘蔗皮多酚提取率达到8.67%[16]。日本公司新近开发出了一种以甘蔗皮提取物作为原料的食品呈味剂和除臭剂，而这种提取物的主要成分就是多酚类物质。此外，甘蔗多酚还有提高机体抵抗病毒和细菌感染的能力等药理疗效。可见，甘蔗多酚的开发价值和应用前景十分广阔。酚酸类化合物是酚类物质中的一类，它是从天然产物中提取出来的一种活性物质，其主要成分是具有酚羟基和羧基的一类次生代谢产物。目前提取植物多酚的方法有多种，包括溶剂提取法、超声波辅助提取法、离子沉淀提取法等。每种提取方法都有各自的优缺点和应用范围。董跟来研究了4种粗提法对甘蔗皮多酚的提取效果，最终确定碱解法的效果最好，即将甘蔗皮粉末溶解在2mol/L的NaOH溶液中，于60℃下磁力搅拌6 h，然后调节其pH值为2左右，用乙酸乙酯萃取两次，蒸干。在此工艺下可以提纯到高纯度的多酚，利用pH—区带逆流色谱分离方法从甘蔗皮中分离纯化出多种分离产品。采用逆流色谱分离法不仅可以使固定相有一定的保留，而且提高了样品中目标物质的萃取效率。本试验他采用的逆流体系为甲基叔丁基醚-乙腈-水（4∶1∶5 v/v），保留酸三氟乙酸和洗脱碱氨水的浓度分别为5mM和5mM。成功地从甘蔗皮提取物中分离得到了纯度为95.99%的香豆酸，同时其余的酚酸也得到了一定程度的富集[17]。甘蔗皮中黄酮具有降血糖活性。周惠芳采用抑制α-葡萄糖苷酶法对甘蔗皮黄酮的降血糖活性进行测定，其利用乙醇为提取溶剂，采用超声波辅助法提取甘蔗皮中的黄酮，确定了利用超声波辅助法提取甘蔗皮黄酮的最佳工艺条件：乙醇浓度60%（v/v），液料比15∶1（mL/g），提取温度60℃，提取时间95 min，提取次数3次[18]。为甘蔗皮黄酮降血糖活性成分的开发利用提供一定的理论依据。

2 甘蔗皮中纤维提取的研究进展

我国甘蔗种植面积很大，甘蔗是一种经济作物，其渣密度低、价格低廉，不但可做造纸原料也可用于制备复合材料。宗闪闪等测定了甘蔗皮中的化学成分为果胶1.8%，脂蜡质0.8%，半纤维素39.3%，纤维素35.6%，木质素22.5%，提取后甘蔗皮纤维长0.4～1.6mm，直径10～28μm[19]。有研究发现甘蔗皮纤维增强复合材料的性能比蔗渣纤维更好。宗闪闪根据蔗皮纤维的特征，探究了提取分离甘蔗皮束纤维和短纤维的方法。即将甘蔗皮在100℃条件下，于40mL/L的硫酸溶液中酸煮1 h，100℃下10%的烧碱溶液中碱煮2.5 h，在搅拌处理1 h便可得到脱胶率高、平均长度长的纤维。甘蔗皮短纤维可用于制备复合材料，束纤维可作纺织用纤维。其次，研究了碱煮因素包括碱煮温度、浓度和时间对甘蔗皮纤维性能的具体影响。由蔗皮可分离出两种水素样品，即磨甘蔗皮木素和酶解分离的甘蔗皮木素[20]。何兰芳测定了二者的分子量分布。发现甘蔗皮中的木质素是均一的并且有大量木素和碳水化合物键合[21]。孙臻绪结合甘蔗皮的特点，根据可纺纤维的基本要求，设计了用于制备天然可纺甘蔗纤维的甘蔗皮预处理方法，并且通过比较传统的超声波-化学联合法和超声波-生物酶两种方法在制备甘蔗皮纤维的优劣，得出前者制备的甘蔗皮纤维性能要优于后者。他通过研究发现当总的超声波作用时间为1.5 h，其中33 kHz作用时间为0.5 h，55 kHz作用时间为1 h时，对纤维进行超声波处理的效果最佳。进而优化出超声波-化学联合法制备天然甘蔗纤维的最优方法。即将甘蔗皮用尿素进行预处理，酸处理后再采用超声波-化学联合脱胶。此外，他利用环定纺纱法将天然甘蔗纤维与棉进行混合，纺制成甘蔗纤维-棉混纺纱，为甘蔗渣在纺织工业中的应用提供了借鉴[22]。

3 甘蔗皮在保健方面的研究进展

甘蔗皮中富含植物甾醇、木糖醇、蔗蜡等极富开发价值的高附加值产物。如何将其高效地提取并利用起来进而加快甘蔗皮的综合利用，对蔗糖产业经济效益有着重要意义。在唐代，用甘蔗做药已是极为普遍了。《本草纲目》上载：“蔗，脾之果也。其浆甘寒，能泻火热”。《别录》记载甘蔗：“主下气中和，助脾胃，利大肠”。在古印度同样有甘蔗做药的记载，《摩诃僧抵律》上记载“有谓甘蔗，体是时药，汁为更药”。蔗蜡富含价值很高的天然活性产物，如二十八醇、植物甾醇等。蔗蜡在制药和化妆品行业有着广泛的用途。二十八烷醇是一种高效的抗疲劳物质，可增强体力、精力、耐力；提高机体代谢率和机体氧利用率，降低甘油三脂和胆固醇含量。植物甾醇在抑制肿瘤、保持体内环境稳定、调节应激反应、抗病毒等方面都有重要作用。甘蔗皮中的木糖醇含量丰富，木糖醇可以改善肝功能、防龋齿、降血糖和减肥。并被认为是最健康安全的甜味剂。甘蔗皮中可以提取到大量的膳食纤维。膳食纤维可以预防由冠动脉硬化引起的心脏病，预防长时间便秘而引起的痔疮及下肢静脉曲张，有降血糖作用，可以增强人体抗癌能力，治疗肠炎[23]。所以，我们要重视从甘蔗皮中提取膳食纤维的研究，这对提高我国人民的健康水平有极其重要的意义。

4 甘蔗皮的室内环保作用

现在，室内甲醛污染是大家都十分关注的问题。高效简便的清除室内甲醛对我们每个人的健康尤为重要。甘蔗皮渣具有疏松多孔、褶皱、粗糙的网状结构，这种结构具有很强的吸附性能。陈莉等发现经过碱热烫处理的甘蔗皮对甲醛的吸附效果非常好。其处理方法为pH值为11，热烫时间为30min，水浴锅温度80℃，水浴时间2.5 h[24]。因此，甘蔗皮渣强吸附性能的利用具有对室内环保提供一个很好的借鉴意义。

5 展望

近年来，随着人们环保意识的增强和资源高效利用意识的提高，人们越来越重视资源的开发和循环利用进而来提高资源的利用率。每年我国甘蔗产量极大，甘蔗资源极为丰富，而甘蔗皮中又富含大量的高附加值产物。所以要加大对甘蔗皮的研究力度，创新出更简单高效的提取方法来提取甘蔗皮中的天然活性物质和植物纤维，开发出甘蔗皮提取物更加广阔的研究和利用领域，并且在原有的基础上更深入地开发甘蔗皮提取物在环保、医药等领域的利用潜力，将对我国的制糖、环保、纺织和医药保健等产业产生深远的影响。

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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

陈松蔚（1993-），男，在读研究生，研究方向：制糖工程过程强化。

邓立高，男，广西大学副教授，从事制糖工程过程强化研究。邮箱：767860116@qq.com