微波輔助萃取葫蘆巴莖葉揮發(fā)油工藝優(yōu)化及抗氧化性研究

王 雅，趙 萍，任海偉，張錦琇，趙麗娟

(蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

微波輔助萃取葫蘆巴莖葉揮發(fā)油工藝優(yōu)化及抗氧化性研究

王 雅，趙 萍，任海偉，張錦琇，趙麗娟

(蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

采用微波輻助萃取法對葫蘆巴莖葉揮發(fā)油提取工藝進(jìn)行單因素和正交試驗(yàn)研究，用還原力、DPPH自由基清除能力和Rancimat法對其抗氧化活性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：以乙醚為萃取溶劑，從葫蘆巴莖葉中萃取揮發(fā)油的最佳工藝條件：微波功率為低火、萃取時(shí)間30s、料液比1:4(g/mL)、提取前浸泡時(shí)間20min，在此條件下?lián)]發(fā)油得率達(dá)3.374%；各因素對揮發(fā)油得率影響的主次順序?yàn)榱弦罕龋窘輹r(shí)間＞微波功率＞微波萃取時(shí)間；葫蘆巴莖葉揮發(fā)油有較強(qiáng)的還原能力，對DPPH自由基有較強(qiáng)的清除能力，當(dāng)質(zhì)量濃度為200mg/L時(shí)對豬油的抗氧化活性最強(qiáng)，但其抗氧化活性小于同質(zhì)量濃度的VC。

葫蘆巴莖葉；揮發(fā)油；微波；工藝優(yōu)化；抗氧化性能

葫蘆巴(Trigonella foenum-graecum L.)，英文名semen trigonellae，fenugreek，別名香苜蓿、香豆子，為一年生豆科葫蘆巴屬草本芳香植物，主要種植于西北地區(qū)[1]。葫蘆巴不僅是一種蔬菜，也是一種藥材，據(jù)李時(shí)珍編撰的《本草綱目》一書中記載：葫蘆巴苦、溫，入腎、膀胱二經(jīng)，功用為補(bǔ)腎陽，祛寒濕、治寒病即腹脅脹滿，治冷氣疝窿、寒濕腳氣，益在腎[2-3]。目前，對其揮發(fā)油成分研究及采用超聲波輔助法提取工藝已有研究報(bào)道[4]，而采用微波輔助萃取法對葫蘆巴油進(jìn)行提取及葫蘆巴油的抗氧化活性研究未見報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)采用微波輻助萃取法提取胡蘆巴莖葉揮發(fā)油，并對其抗氧化性能進(jìn)行研究，為葫蘆巴莖葉的藥用和食用研究提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

葫蘆巴莖葉：2008年9月新鮮采自甘肅武威，自然風(fēng)干后粉碎過40目篩，備用；新鮮豬板油 市購。

乙醚 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司；VC 天津市醫(yī)藥工業(yè)技術(shù)研究所；鐵氰化鉀 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；所用試劑均為分析純。

743型Rancimat食用油氧化穩(wěn)定性測定儀 瑞士萬通公司；UV-9000紫外分光光度計(jì) 北京瑞麗分析儀器公司；WP750型微波爐 順德市格蘭仕微波爐電器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 提取工藝優(yōu)化[5-6]

5.00 g葫蘆巴莖葉粉置于燒杯中，加一定體積的乙醚，浸泡一定時(shí)間，按設(shè)定的微波萃取時(shí)間和微波功率在微波爐中萃取后，萃取液過濾，濾液中加入無水硫酸鈉脫水，然后再過濾于已稱質(zhì)量的燒杯，置燒杯于通風(fēng)櫥中，待乙醚揮發(fā)完全后，稱燒杯與揮發(fā)油總質(zhì)量，計(jì)算葫蘆巴莖葉揮發(fā)油(以下簡稱葫蘆巴揮發(fā)油)得率。

1.2.2 抗氧化性能

1.2.2.1DPPH自由基清除能力[7-12]

待測液的制備：以無水乙醇為溶劑配制質(zhì)量濃度為0.025mg/mL的DPPH溶液和質(zhì)量濃度為0.2mg/mL的VC溶液。以無水乙醇為溶劑先配制0.1mg/mL的葫蘆巴揮發(fā)油溶液，然后稀釋成0.01、0.02、0.03、0.04mg/mL和0.05mg/mL的溶液備用。

以無水乙醇為對照，取DPPH溶液2.5mL與2.5mL無水乙醇混合，測定溶液在517nm的吸光度(A0)，

抗氧化活性測定：精確吸取上述不同質(zhì)量濃度的揮發(fā)油溶液2.5mL，與質(zhì)量濃度0.025mg/mL的DPPH溶液2.5mL混合，搖勻后放置30min。以無水乙醇為對照，測定上述溶液在最大吸收峰處吸光度(Ai)；精確吸取上述不同質(zhì)量濃度揮發(fā)油溶液2.5mL，分別與2.5mL無水乙醇混合均勻后，以無水乙醇為對照，測定各溶液在最大吸收峰波長處的吸光度(Aj)，分別測得Aj，按下式計(jì)算清除率：

用同樣的方法測定VC清除DPPH自由基能力，并得到在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)的回歸方程，通過線性方程計(jì)算IC50(自由基清除率為50%時(shí)所對應(yīng)的樣液質(zhì)量濃度)。

1.2.2.2 還原力測定[4,13]

采用鐵氰化鉀還原法評價(jià)揮發(fā)油還原能力。在不同質(zhì)量濃度的揮發(fā)油溶液中加入2.5mL (0.2mol/L，pH6.6)磷酸鹽緩沖液，加入2.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%六氰合鐵酸鉀溶液，混勻，50℃恒溫20min，快速冷卻后加入2.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%三氯乙酸，3000r/min離心10min，取上清液2.5mL，依次加入2.5mL蒸餾水，0.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%三氯化鐵，于700nm處測定吸光度，以吸光度表示還原能力，然后根據(jù)回歸方程計(jì)算EC50(EC50為吸光度為0.5時(shí)對應(yīng)的質(zhì)量濃度)，EC50越大，物質(zhì)的抗氧化活性越小。并用對應(yīng)質(zhì)量濃度的VC作還原力比較試驗(yàn)。

1.2.2.3 油氧化穩(wěn)定性測定[14-15]

精確稱取3.00g豬油，配制不同濃度的葫蘆巴揮發(fā)油溶液，用743型Rancimat儀110℃、空氣流量20L/h下測定其誘導(dǎo)時(shí)間，誘導(dǎo)時(shí)間越長，說明油樣抗氧化性能越好。用同質(zhì)量濃度VC溶液做對比試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對葫蘆巴揮發(fā)油得率的影響

在浸泡時(shí)間15min、微波功率低火、萃取時(shí)間30s的條件下，分別用1:2、1:3、1:4、1:5、1:6(g/mL)的料液比萃取葫蘆巴揮發(fā)油。由圖1可知，隨萃取液用量增大，揮發(fā)油得率增大，當(dāng)料液比小于1:4時(shí)，揮發(fā)油得率基本不變，因此，取最佳料液比為1:4。

圖1 料液比對揮發(fā)油得率的影響Fig.1 Effect of solid/liquid ratio on oil yield

2.1.2 微波萃取時(shí)間對葫蘆巴揮發(fā)油得率的影響

圖2 萃取時(shí)間對揮發(fā)油得率的影響Fig.2 Effect of length of extraction time on oil yield

在葫蘆巴浸泡時(shí)間15min、微波功率低火、料液比1:4條件下，研究萃取時(shí)間對葫蘆巴揮發(fā)油得率的影響。由圖2可知，當(dāng)微波萃取時(shí)間30s時(shí)，揮發(fā)油得率達(dá)最高，萃取時(shí)間繼續(xù)增加，由于溶劑沸騰，造成低沸點(diǎn)揮發(fā)油成分揮發(fā)損失，得率下降，所以取最佳微波萃取時(shí)間為30s。

2.1.3 浸泡時(shí)間對葫蘆巴揮發(fā)油得率的影響

圖3 浸泡時(shí)間對揮發(fā)油得率的影響Fig.3 Effect of length of pre-extraction soaking time on oil yield

在微波功率低火、料液比1:4、萃取時(shí)間30s條件下，研究浸泡時(shí)間對葫蘆巴揮發(fā)油得率的影響。由圖3可知，隨萃取前浸泡時(shí)間的延長，揮發(fā)油得率也增大，當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)20min時(shí)，揮發(fā)油得率達(dá)最高，所以最佳浸泡時(shí)間為20min。

2.1.4 微波功率對葫蘆巴揮發(fā)油萃取效果的影響

圖4 微波功率對揮發(fā)油得率的影響Fig.4 Effect of microwave power on oil yield

在浸泡時(shí)間20min、微波萃取時(shí)間30s、料液比1:4條件下，由圖4可知，隨微波功率的增大，揮發(fā)油得率反而降低，在微波功率為低火時(shí)揮發(fā)油得率達(dá)最高；當(dāng)功率為中低火和中火時(shí)，由于溶劑沸騰，使得揮發(fā)油中一些低沸點(diǎn)成分隨介質(zhì)的沸騰而揮發(fā)損失，得率下降，所以最佳微波功率為低火。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

表2 正交試驗(yàn)因素水平及設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Orthogonal array design arrangement and experimental results

從表2極差R值看出：RA＞RB＞RC＞RD，即影響因素主次順序?yàn)椋航輹r(shí)間＞微波功率＞微波萃取時(shí)間＞料液比，最佳組合為A1B2C2D2，即微波功率低火、微波萃取時(shí)間30s、料液比1:4、提取前浸泡時(shí)間20min，在此最優(yōu)條件下?lián)]發(fā)油得率達(dá)(3.374±0.058)%。

對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明微波功率、浸泡時(shí)間兩個(gè)因素不同水平有顯著差異(P＜0.05)，微波萃取時(shí)間和料液比無顯著差異。經(jīng)過LSR多重比較分析，微波功率、浸泡時(shí)間兩個(gè)因素不同水平間都有顯著差異(P＜0.05)。

表3 方差分析Table 3 Analysis of variances for oil yield with various extraction conditions

2.3 最佳萃取條件下得到葫蘆巴揮發(fā)油抗氧化活性

2.3.1DPPH自由基清除能力

表4 揮發(fā)油和VC對DPPH自由基清除能力比較Table 4 Comparison on DPPH scavenging capacity between the extracted oil and vitamin C

由圖5和表4可知，葫蘆巴揮發(fā)油對DPPH自由基

有較強(qiáng)的清除能力，且清除能力與質(zhì)量濃度線性正相關(guān)，葫蘆巴揮發(fā)油的IC50值小于VC，說明葫蘆巴揮發(fā)油對DPPH自由基的清除能力小于VC。

圖5 揮發(fā)油和VC對DPPH 自由基的清除能力Fig.5 Concentration dependent DPPH scavenging effect of the extracted oil and vitamin C

2.3.2 還原力測定結(jié)果

由圖6可知，葫蘆巴揮發(fā)油具有較強(qiáng)的還原力，說明葫蘆巴揮發(fā)油具有較強(qiáng)的抗氧化性能。揮發(fā)油還原能力在一定質(zhì)量濃度下呈線性相關(guān)，且隨著質(zhì)量濃度的增大揮發(fā)油和VC的還原力都增大，但是，在相同質(zhì)量濃度下?lián)]發(fā)油還原力小于VC，說明相同質(zhì)量濃度下葫蘆巴揮發(fā)油抗氧化活性小于VC。

表5 揮發(fā)油和VC還原力EC50比較Table 5 Comparison on reducing power between the extracted oil and vitamin C

由表5可看出，葫蘆巴莖葉揮發(fā)油的EC50值大于VC，說明葫蘆巴莖葉揮發(fā)油的抗氧化活性小于VC。

2.3.3 對油脂的抗氧化活性

由圖7可知，隨質(zhì)量濃度的增大，葫蘆巴揮發(fā)油對油脂的抗氧化誘導(dǎo)時(shí)間增大，當(dāng)濃度為200mg/L其誘導(dǎo)時(shí)間最大，說明此時(shí)其抗氧化活性最強(qiáng)；另外，在相同質(zhì)量濃度下，葫蘆巴揮發(fā)油對油脂的抗氧化誘導(dǎo)時(shí)間小于VC，說明相同質(zhì)量濃度下葫蘆巴揮發(fā)油的抗氧化活性小于VC。

圖7 葫蘆巴莖葉揮發(fā)油和VC對油脂誘導(dǎo)時(shí)間比較Fig.7 Comparison on induction time for lard between the extracted oil and vitamin C

3 結(jié) 論

以乙醚為溶劑，微波輔助萃取葫蘆巴揮發(fā)油的最佳工藝條件為：微波功率低火、微波萃取時(shí)間30s、料液比1:4、提取前浸泡時(shí)間20min。因素的主次順序?yàn)椋航輹r(shí)間＞微波功率＞微波萃取時(shí)間＞料液比。經(jīng)方差分析，微波功率、浸泡時(shí)間兩個(gè)因素不同水平有顯著差異(P＜0.05)；葫蘆巴揮發(fā)油有較強(qiáng)的還原能力，對DPPH自由基有較強(qiáng)的清除能力，當(dāng)質(zhì)量濃度為200mg/L時(shí)對豬油的抗氧化活性最強(qiáng)，但其抗氧化活性小于同濃度的VC。

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Microwave-assisted Extraction Optimization and Antioxidant Activity Studies of Essential Oil from the Stems and Leaves of Fenugreek

WANG Ya，ZHAO Ping，REN Hai-wei，ZHANG Jin-xiu，ZHAO Li-juan
(School of Life Science and Engineering, Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050, China)

In the present study, we optimized the microwave-assisted diethyl ether extraction process of essential oil from the stems and leaves of fenugreek using single factor and orthogonal array design methods. In addition, reducing power, DPPH radical scavenging and Rancimat assays were used to see whether the extracted oil has antioxidant effect. The optimal extraction conditions were found to be: microwave power, low fire; length of extraction time, 30 s; solid/liquid ratio (g/mL), 1:4; and length of pre-extraction soaking time, 20 min. An oil yield of 3.374% was obtained under such conditions. Solid/liquid ratio had the most important effect on oil yield, followed by length of pre-extraction soaking time, microwave power and length of extraction time in decreasing order. The extracted oil had strong reducing power and DPPH radical scavenging activity and presented the highest protective effect against lipid peroxidation in lard at a concentration of 200 mg/L, which, however, smaller than that of vitamin C at the same concentration.

the stems and leaves of fenugreek；essential oil；microwave-assisted extraction；process optimization；antioxidant activity

TS201.1

A

1002-6630(2010)18-0120-04

2010-06-29

蘭州理工大學(xué)優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(0908ZXC164)

王雅(1974—)，女，副教授，博士研究生，主要從事食品、生物工程研究。E-mail：wangya502@163.com