芝麻木脂素超聲提取工藝優(yōu)化及其抗氧化性能

何曉梅，谷仿麗，張 穎，陳壯壯

（1.皖西學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，六安237012；2.皖西學(xué)院安徽省植物生物技術(shù)實驗實訓(xùn)中心，六安237012）

芝麻木脂素超聲提取工藝優(yōu)化及其抗氧化性能

何曉梅1，2，谷仿麗1，張 穎1，陳壯壯1

（1.皖西學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，六安237012；2.皖西學(xué)院安徽省植物生物技術(shù)實驗實訓(xùn)中心，六安237012）

以料液比、超聲時間、超聲溫度和靜置時間為考察因素進(jìn)行單因素試驗和正交試驗確定芝麻木脂素的最佳提取條件。通過改良鄰苯三酚自氧化法測定芝麻木脂素清除O2-·能力來研究芝麻木脂素的抗氧化活性；用H2O2Fe2＋體系誘導(dǎo)線粒體脂質(zhì)過氧化，測定芝麻木脂素對丙二醛（MDA）含量的影響。結(jié)果表明：芝麻木脂素最佳提取條件為料液比1∶12（g／mL），超聲溫度55℃，超聲時間30 min，靜置時間2 h，超聲波輔助法提取芝麻渣中芝麻木脂素的提取量最高達(dá)到0.120 g（以100 g芝麻渣計）。芝麻渣提取物能有效清除O2-·，具有良好的抑制脂質(zhì)過氧化的作用。

抗氧化性；提??；木脂素；芝麻；超聲輔助

芝麻木脂素包括脂溶性木脂素（lignans）和含有配糖體的水溶性木脂素（lignan glucosides）。脂溶性木脂素有芝麻素（sesamin）、芝麻酚（sesamol）、芝麻林素（sesamolin）等，水溶性木脂素則是由1～3個葡萄糖相連形成的極性較強的糖苷。芝麻中木脂素的含量較高，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)0.5%～1%。芝麻木脂素是芝麻的主要生理活性成分，也是非常優(yōu)質(zhì)的天然抗氧化劑。臨床研究發(fā)現(xiàn)，芝麻木脂素在保護(hù)肝臟、降低血糖、控制血壓、調(diào)節(jié)免疫及抑制腫瘤方面具有很好的作用［1-3］，在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。我國芝麻資源豐富，目前主要應(yīng)用于芝麻油的生產(chǎn)，制油過程中的副產(chǎn)品芝麻渣或芝麻餅粕作為廢物被丟棄或者是用作為飼料和肥料，造成資源極大浪費。文獻(xiàn)［4-7］等研究表明，在制油過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品芝麻餅粕中依然含有一定量的芝麻木脂素類化合物。謝放華［8］對小磨麻油副產(chǎn)物芝麻渣的主要成分進(jìn)行了化學(xué)分析，但沒有對芝麻木脂素的含量進(jìn)行測定。因此，筆者以小磨麻油副產(chǎn)物新鮮芝麻渣為原料，通過超聲輔助有機溶劑提取芝麻木脂素，并測定其抗氧化性，以期為芝麻木脂素在食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)的開發(fā)應(yīng)用和芝麻資源的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要原料和試劑

小磨麻油副產(chǎn)物新鮮芝麻渣由六安市金安區(qū)碼頭鎮(zhèn)正品麻油廠提供；芝麻素標(biāo)準(zhǔn)品購自Sigma公司；甲醇（色譜純）、乙醇、石油醚和其他試劑均為分析純，市售。

1.2 主要儀器設(shè)備

KQ-600KDE型數(shù)控超聲波儀（昆山市超聲儀器有限公司）；TU1901型紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；FA2004型電子分析天平（常州諾基儀器有限公司）；SHZ-D（Ⅲ）型循環(huán)水真空泵（上海亞榮生化儀器有限責(zé)任公司）；RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海青浦滬西儀器廠）

1.3 試驗方法

1.3.1 芝麻木脂素的提取方法

將水代法振蕩分油后經(jīng)稍微瀝干的新鮮芝麻渣自然風(fēng)干，用正己烷脫除剩余的油脂，然后置于105℃烘箱烘至恒質(zhì)量，準(zhǔn)確稱取10.000 g芝麻渣于500 mL錐形瓶，按一定料液比加入90%乙醇溶液［9］，置于超聲波儀器中，在一定溫度下超聲一段時間后取出，靜置，抽濾提取液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)蒸去乙醇得膏狀物，真空干燥后用甲醇溶解定容至25 mL，作為待測液。

1.3.2 單因素試驗

1）料液比（A）的確定 分別準(zhǔn)確稱取15份經(jīng)預(yù)處理的芝麻渣10.000 g，按料液比（g／mL）為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12和1∶14加入體積分?jǐn)?shù)90%乙醇（每個水平3個平行實驗），置于超聲波儀中，在50℃下超聲20 min取出，靜置3 h，抽濾提取液，進(jìn)行后續(xù)實驗。

2）超聲溫度（B）的確定 在料液比確定的基礎(chǔ)上取樣，分別于40、45、50、55和60℃下超聲提取，以確定超聲溫度。

3）超聲時間（C）的確定 在料液比和超聲溫度確定的基礎(chǔ)上取樣，分別超聲提取10、20、30、40和50 min，以確定超聲時間。

4）靜置時間（D）的確定 在料液比、超聲溫度和超聲時間確定的基礎(chǔ)上取樣，分別靜置1、2、3、4和5 h，以確定靜置時間。

1.3.3 正交優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，選擇料液比、超聲溫度、超聲時間和靜置時間為考察因素，以芝麻木脂素提取率為考察指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗設(shè)計，進(jìn)行四因素三水平試驗，確定芝麻木脂素超聲浸提的最佳工藝條件。

1.3.4 芝麻木脂素提取率的計算

取芝麻素對照品溶液和芝麻木脂素試液進(jìn)行紫外光譜掃描，其掃描圖譜見圖1。再根據(jù)文獻(xiàn)［9］中方法，計算芝麻渣中芝麻木脂素提取率。

圖1 芝麻素標(biāo)準(zhǔn)品和芝麻渣中木脂素的紫外光譜Fig.1 Ultraviolet spectram of sesam in standard and sesame lignans in the residue

1.3.5 芝麻木脂素的抗氧化性質(zhì)研究

將經(jīng)1.3.1得到的含芝麻木脂素的膏狀物加入適量有機溶劑石油醚（沸程60～90℃），45℃避光振蕩30 min，靜置，取上清置于4℃冰箱結(jié)晶，過濾、真空冷凍干燥，得芝麻木脂素粗品，然后用乙醇對粗品進(jìn)行重結(jié)晶，得芝麻木脂素結(jié)晶備用。

2）芝麻木脂素對丙二醛（MDA）含量的影響［11-12］。實驗前大鼠空腹12 h，擊頭處死，破腹取肝，迅速用預(yù)冷的生理鹽水洗凈血水，用濾紙吸干。用預(yù)冷的0.25 mol／L蔗糖溶液洗滌數(shù)次以盡可能減少殘留血液。然后加預(yù)冷的0.25 mol／L蔗糖溶液，在0～4℃冰浴中用玻璃勻漿器制備20%肝勻漿（勻漿用雙層尼龍織物過濾）。肝勻漿700 g、4℃離心10 min，沉淀用預(yù)冷的0.25 mol／L蔗糖溶液洗滌2次，每次1 000 r／min離心10 min，合并上清液（1），上清液（1）10 000 r／min、4℃離心10 min，所得沉淀用預(yù)冷的0.25 mol／L蔗糖溶液洗2次，每次10 000 r／min離心10 min得純化的線粒體沉淀。最后用10 mmol／L Tris?HCl緩沖液懸浮線粒體備用（蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為0.5 mg／mL）。取1 mL肝線粒體，加不同濃度芝麻木脂素試樣，6 mmol／L FeSO4100μL，最后加60 mmol／L H2O240μL，在37℃下振搖溫浴1 h后，加15%三氯乙酸1 mL，混勻，加0.67%硫代巴比妥酸（TBA）1 mL，沸水浴顯色15 min，冷卻離心，測532 nm處上清液（A加藥），以蒸餾水代替TBA作為空白對照；以蒸餾水代替試樣作為陽性對照（A損傷）；以蒸餾水代替FeSO4和H2O2作為正常對照（A未損），計算抑制率。

2 結(jié)果與討論

2.1 芝麻木脂素浸提的單因素試驗

2.1.1 料液比對芝麻木脂素提取量的影響

料液比對芝麻木脂素提取量的影響見圖2。由圖2可知：料液比在1∶10（g／mL）時，芝麻木脂素提取量接近最大值，再增加料液比，提取量增加緩慢。故選用料液比為1∶10（g／mL）進(jìn)行后續(xù)試驗。

圖2 料液比對芝麻木脂素提取量的影響Fig.2 Effects of ration of liquid to solid on sesame lignans extraction

2.1.2 超聲溫度對芝麻木脂素提取量的影響

超聲溫度對芝麻木脂素提取量的影響見圖3。由圖3可知：溫度小于50℃時，隨著溫度的提高，芝麻木脂素提取量逐漸增加；溫度達(dá)到50℃時，芝麻木脂素提取量達(dá)到最高值；但當(dāng)溫度高于50℃，芝麻木脂素提取量有所下降，可能是芝麻木脂素在高溫下易于氧化降解。故選用超聲溫度為50℃進(jìn)行后續(xù)試驗。

圖3 超聲溫度對芝麻木脂素提取量的影響Fig.3 Effects of ultrasonic temperature on sesame lignans extraction

2.1.3 超聲時間對芝麻木脂素提取量的影響

超聲時間對芝麻木脂素提取量的影響見圖4。由圖4可知：隨著超聲時間的延長，芝麻木脂素提取量逐漸增加，超聲30 min達(dá)到最大值，其后緩慢下降。故選用超聲時間為30 min進(jìn)行后續(xù)試驗。

2.1.4 靜置時間對芝麻木脂素提取量的影響

靜置時間對芝麻木脂素提取量的影響見圖5。由圖5可知：靜置時間從2 h延長到3 h，芝麻木脂素提取量大約增加7.00 mg（以100 g芝麻渣計），考慮節(jié)約時間和提高效率，靜置時間確定為2 h。

圖4 超聲時間對芝麻木脂素提取量的影響Fig.4 Effects of ultrasonic time on sesame lignan extraction

圖5 靜置時間對芝麻木脂素提取量的影響Fig.5 Effects of standing time on sesame lignan extraction

2.2 正交試驗確定芝麻木脂素浸提最優(yōu)工藝條件

綜合單因素試驗確定的范圍，設(shè)計正交試驗，試驗結(jié)果及分析分別見表1和表2。

表1 正交試驗結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experiment

表2 極差分析結(jié)果Table 2 Results of range analysis

從表1可以看出：最優(yōu)浸提工藝條件組合為料液比1∶12（g／mL）、超聲溫度55℃、超聲時間30 min。從表2可以看出，對木脂素提取量影響顯著性由強到弱的順序為料液比、超聲溫度、超聲時間。

2.3 芝麻木脂素的抗氧化性質(zhì)研究

圖6 芝麻木脂素對·的清除效率Fig.6 Sesam e lignan on radical· scavenging efficiency

2.3.2 芝麻木脂素對鼠肝線粒體脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量的影響

芝麻木脂素對鼠肝線粒體脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量的影響見表3。由表3可知：陽性對照組A損傷的MDA含量比正常對照組A未損顯著增加，若同時加入芝麻木脂素，MDA生成量顯著減少，說明芝麻木脂素可抑制H2O2誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化作用，其抑制作用有一定的量效關(guān)系，隨著加入濃度的增大，MDA生成量顯著減少，抑制率增大。

表3 芝麻木脂素對MDA的影響Table 3 Effects of sesame lignans on MDA

3 結(jié) 論

本研究探索出一種從芝麻渣中提取芝麻木脂素的有效方法，提取工藝簡單，具有參考價值。

1）超聲輔助法提取芝麻渣中芝麻木脂素最佳浸提條件為料液比1∶12（g／mL），超聲溫度55℃，超聲時間30 min，靜置時間2 h，超聲波輔助法提取芝麻渣中芝麻木脂素的提取量最高達(dá)到0.120 g（以100 g芝麻渣計）。

［1］ 陳鳳香，曹文明，曹國武，等.芝麻木脂素研究進(jìn)展［J］.糧食與油脂，2012（6）：1?6.

［2］ Mizukuchi A，Umeda S R，Igarashi O.Effect of dietary fat level and sesamin on the polyunsaturated fatty acid metabolism in rats［J］.JNutr Sci Vitaminol，2003，49（5）：320?326.

［3］ Penalvo JL，Heinonen SM，Aura A M，et al.Dietary sesamin is converted to enterolactone in humans［J］.J Nutr，2005，135：1056?1062.

［4］ 董英，高音，徐斌.芝麻餅粕中木脂素類化合物提取工藝研究［J］.食品研究與開發(fā)，2006，27（6）：72?26.

［5］ 董英，高音.芝麻餅粕中抗氧化成分的提取及其活性研究［J］.食品科學(xué)，2007，28（2）：44?47.

［6］ 高音，董英，徐斌.芝麻餅提取物對豬油抗氧化作用研究［J］.中國油脂，2007，32（5）：56?57.

［7］ 魏安池，楊玲玲，代紅麗，等.用響應(yīng)面法優(yōu)化芝麻餅中木脂素的提取工藝［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，32（4）：10?15.

［8］ 謝放華.小磨麻油副產(chǎn)物芝麻渣的成分分析及綜合利用研究［J］.中國油脂，2000，25（4）：58?59.

［9］ 楊玲玲，代紅麗，魏安池，等.芝麻餅中木脂素的提取工藝及其抗氧化性能研究［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工：學(xué)刊，2011（7）：85?88.

［10］ 李宇，劉宇光，董新榮，等.芝麻酚清除·自由基的活性研究［J］.食品研究與開發(fā)，2009，30（1）：44?45.

［11］ 楊漢民.細(xì)胞生物學(xué)實驗［M］.北京：高等教育出版社，1993.

［12］ 張改平，楊建雄.甘草提取物對鼠肝線粒體氧化損傷的保護(hù)作用［J］.生物加工過程，2011，9（1）：50?54.

Optim ization of ultrasonic?assisted extraction of sesame lignans and its antioxidant activities

HE Xiaomei1，2，GU Fangli1，ZHANG Ying1，CHEN Zhuangzhuang1

（1.College of Biology and Pharmaceutical Engineering，West Anhui University，Lu′an 237012，China；2.Experiment and Training Center of Plant Biotechnology of Anhui Province，West Anhui University，Lu′an 237012，China）

Optimum conditions of ultrasonic?assisted extraction of sesame lignans from sesame cake were obtained by single factor tests and orthogonal experiment design.The activities of sesame lignans in scavenging superoxide anion radical（O-2·）were determined by themodified method for pyrogallol auto?oxidation.Rat livermitochondria injurywas induced by H2O2?Fe2＋to analyze the influence of sesamien on contentof MDA.The result showsed that the optimum conditions for the extraction were as follows：solid to liquid ratio 1∶12，ultrasonic temperature 55℃，ultrasonic time 30 min，and standing time 2 h.The crude extract yield was 0.120 g per 100 g based on sesamin cake.The purified extract could scavenge superoxide anion and inhibit the lipid peroxidation ofmitochondria.

antioxidant；extraction；lignan；sesame；ultrasonic?assisted

TS201.1

A

1672-3678（2013）06-0053-05

10.3969／j.issn.1672-3678.2013.06.011

2012-02-14

六安市定向委托皖西學(xué)院市級研究項目（2010LW012）；皖西學(xué)院2012年黨建工作創(chuàng)新活動項目（WXXYDJ12003）；皖西學(xué)院科技創(chuàng)新平臺“生物質(zhì)煉制工程技術(shù)研究中心”項目

何曉梅（1974—），女，安徽六安人，碩士，實驗師，研究方向：天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，E?mail：happyzh＠wxc.edu.cn