超聲波輔助提取榴蓮果皮總黃酮及其抗氧化、抗菌活性的研究

洪 軍， 杜海霞, 胡建業(yè)

(1.河南城建學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院，河南 平頂山 467036；2.周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466000)

超聲波輔助提取榴蓮果皮總黃酮及其抗氧化、抗菌活性的研究

洪 軍1， 杜海霞2, 胡建業(yè)1

(1.河南城建學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院，河南 平頂山 467036；2.周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466000)

榴蓮果皮；總黃酮；抗氧化能力；抗菌活性

黃酮類化合物具有低毒甚至無(wú)毒的藥用成分，具有抗癌、抗腫瘤、抗心腦血管疾病、抗病毒、抗菌抗氧化、延緩衰老等作用[1～3]，是國(guó)內(nèi)外醫(yī)藥、食品及化妝品等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).榴蓮作為一種熱帶水果，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，除了含有常規(guī)的營(yíng)養(yǎng)素之外，還含有黃酮類物質(zhì)、花青素、黃烷醇等生物活性物質(zhì).據(jù)報(bào)道榴蓮果皮中也含有相似的有效成分.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)榴蓮殼果皮中總黃酮的種類及結(jié)構(gòu)、活性方面研究較少.因此，本研究從開發(fā)利用廢棄榴蓮皮資源出發(fā)，對(duì)榴蓮果皮中主要生物活性物質(zhì)——黃酮進(jìn)行提取優(yōu)化，并對(duì)其抗氧化和抑菌活性進(jìn)行研究，為榴蓮果皮的綜合利用和新產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的理論支持.

1 材料與方法

1.1材料和主要儀器

金枕榴蓮：購(gòu)于平頂山市丹尼斯超市.蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)于上海源葉生物科技有限公司；主要試劑：亞硝酸鈉，硝酸鋁，無(wú)水乙醇，氫氧化鈉，鄰苯三酚，過(guò)硫酸鉀，ABTS， VC等均為分析純.

主要儀器：KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器；KDC-16H型低速離心機(jī)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-52A；HZQ-F160型全溫振蕩培養(yǎng)箱；T6新世紀(jì)型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；低溫冷凍干燥機(jī).

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1 原料處理 新鮮榴蓮皮用蒸餾水沖洗干凈，切片，放入烘箱60 ℃烘干至恒重，粉碎過(guò)60目篩備用.

1.2.2 榴蓮果皮中總黃酮含量的測(cè)定 以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法，利用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為510 nm下測(cè)定其黃酮含量[4].試驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為:Y=0.469 5X-0.010 0，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 1.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程，由吸光度求出提取液中的蘆丁含量，按下式計(jì)算出待測(cè)樣中總黃酮的含量.

總黃酮的提取量m1(mg)=C×V1×V2

總黃酮的得率=m1/m2×100%

式中：C為測(cè)得吸光值帶入回歸方程計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的總黃酮質(zhì)量濃度(g·L-1)，V1為總黃酮提取液體積(mL)，V2為測(cè)量總黃酮含量時(shí)的定容體積(mL)，m2為榴蓮果皮樣品重量(mg).

1.2.3 超聲波輔助提取榴蓮果皮總黃酮的單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化 分別選取不同的乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各單因素對(duì)榴蓮果皮總黃酮提取率的影響.在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，然后進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)，最終達(dá)到優(yōu)化榴蓮果皮中總黃酮提取條件，獲得最優(yōu)的提取條件.采用優(yōu)化工藝提取的榴蓮果皮中黃酮類物質(zhì)，濃縮干燥后冷藏保存，用于抗氧化活性和抑菌活性的測(cè)定.

1.2.4 黃酮的抗氧化活性測(cè)定

1.2.4.2 黃酮、VC對(duì)ABTS+(2, 2-聯(lián)氮基雙[3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸]二銨鹽)自由基的清除活性測(cè)定，VC作為對(duì)照，參考文獻(xiàn)[6]方法進(jìn)行.

1.2.5 采用瓊脂平板孔穴擴(kuò)散法測(cè)定榴蓮果皮中黃酮的抑菌活性 黃酮粗提取液的制備： 稱取黃酮粗提取物的適量干粉，用10%乙醇配成溶液，并用濾膜過(guò)濾除菌.分別取制備好的4種供試菌懸液(106個(gè)· mL-1)100 μL均勻涂布瓊脂平板，然后在平板上打孔，孔穴直徑為6 mm，每孔穴加入不同質(zhì)量濃度的黃酮粗提取液50 μL，同時(shí)以抗生素和10%乙醇作對(duì)照，分別在相應(yīng)適合溫度下培養(yǎng)24 h后，測(cè)量孔穴周圍抑菌圈直徑，用以表示抗菌活性(抗菌活性=抑菌圈直徑-6 mm).

2 結(jié)果與分析

2.3單因素試驗(yàn)

2.3.1 料液比對(duì)榴蓮果皮總黃酮提取率的影響

在160 W功率下超聲萃取時(shí)間50 min, 60%的乙醇，提取溫度60 ℃條件下，分別測(cè)定料液比為1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60對(duì)榴蓮果皮總黃酮提取率的影響.結(jié)果如圖1所示.

圖1 料液比對(duì)黃酮提取率的影響Fig.1 Effect of material-to-liquid ration on the extraction rate of total flavonoids

由圖1可知，料液比從1∶10到1∶30時(shí)，黃酮提取率增長(zhǎng)較快，當(dāng)料液比超過(guò)1∶30時(shí)黃酮的提取率逐漸減小，料液比達(dá)到1∶50后，提取率趨于平穩(wěn).可能的原因是隨著溶劑量的增加，質(zhì)量濃度梯度增大，總黃酮溶出速率和含量變大.當(dāng)總黃酮充分溶出后，即使繼續(xù)加大溶劑量，總黃酮的提取率基本趨于穩(wěn)定.在實(shí)際操作中考慮總黃酮的充分溶出同時(shí)也避免溶劑的浪費(fèi).因此選擇料液比為1∶30為最佳料液比.

2.3.2 提取時(shí)間對(duì)榴蓮果皮總黃酮提取率的影響

在160 W功率下60%的乙醇，料液比為1∶30，提取溫度60 ℃條件下，分別測(cè)定提取時(shí)間為 30，60，90，120，150 min對(duì)榴蓮果皮黃酮提取率的影響.結(jié)果如圖2所示.

圖2 提取時(shí)間對(duì)黃酮提取率的影響Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate of total flavonoids

由圖2可知，超聲提取時(shí)間在30～60 min，黃酮提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增大，提取時(shí)間超過(guò)60 min，黃酮的提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減慢至平穩(wěn)，因此選擇60 min為最佳提取時(shí)間.

2.3.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)榴蓮果皮總黃酮提取率的影響 在160 W功率下超聲提取60 min，料液比為1∶30，提取溫度60 ℃條件下，分別測(cè)定乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%對(duì)榴蓮果皮黃酮提取率的影響.結(jié)果如圖3所示.

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)榴蓮果皮中總黃酮提取率的影響Fig.3 Effect of ethanol concentration on extraction rate of total flavonoids

由圖3的結(jié)果表明，乙醇體積分?jǐn)?shù)在30%～70%時(shí)總黃酮的提取率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，乙醇體積分?jǐn)?shù)超過(guò)70%后總黃酮提取率呈下降趨勢(shì)，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)總黃酮提取率最大.因此選擇70%乙醇為最佳提取體積分?jǐn)?shù).

2.4乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比及超聲時(shí)間互作對(duì)榴蓮果皮總黃酮提取的影響

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比和超聲時(shí)間對(duì)榴蓮果皮的總黃酮提取效果的影響.采用3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)分析法，對(duì)超聲波提取條件進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1和表2.不同的工藝條件總黃酮得率存在一定的差異，最高得率是最低得率的 1.54倍.極差分析結(jié)果可知，4種因素對(duì)總黃酮得率的影響大小順序?yàn)槌曁崛r(shí)間>乙醇體積分?jǐn)?shù)>料液比.最佳提取組合是：提取時(shí)間60 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶30，在提取功率160 W，提取溫度60 ℃條件下，提取率最高可達(dá)3.142%，此黃酮提取率較李娜[7]報(bào)道有所提高，無(wú)阮尚全等[8]報(bào)道高.

為進(jìn)一步驗(yàn)證正交試驗(yàn)的結(jié)果及重現(xiàn)性，在最優(yōu)條件下進(jìn)行5次平行試驗(yàn)，平均提取率為3.142%, RSD為0.76%，表明該試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理可行，重現(xiàn)性好，工藝穩(wěn)定.

表1 正交試驗(yàn)因素及水平Table 1 Factors and levels in orthogonal design

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results

2.5榴蓮果皮中總黃酮的抗氧化活性測(cè)定

圖4 黃酮對(duì)自由基的清除活性Fig.4 Scavenging ability of flavonoids from durian peel on Superoxide anion radical

2.5.2 黃酮對(duì)ABTS+清除能力的測(cè)定 ABTS+清除能力的測(cè)定常用來(lái)評(píng)估各種復(fù)合物或單一復(fù)合物總抗氧化的能力[9].由圖5可知，榴蓮果皮總黃酮提取物及VC對(duì)ABTS+清除能力隨著質(zhì)量濃度的增加而增加，榴蓮果皮總黃酮提取物對(duì)ABTS+清除能力與VC相當(dāng).

2.6榴蓮果皮中總黃酮的抗菌活性分析

從表3可知，榴蓮果皮黃酮粗提物對(duì)不同細(xì)菌

的抑菌活性有一定的差異，在相同的質(zhì)量濃度1.25～10 g·L-1下，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用最明顯，綠膿桿菌次之，而對(duì)大腸桿菌和巨大芽胞桿菌均無(wú)抑制作用(表中未標(biāo)出).此結(jié)果表明，榴蓮果皮中黃酮類物質(zhì)的抑菌作用的強(qiáng)弱具有選擇性.但具體的黃酮類物質(zhì)的種類及各自的含量有待進(jìn)一步探究.

圖5 黃酮對(duì)總ABTS+的清除活性Fig.5 Scavenging ability of flavonoid from durian peel on ABTS radicals

注：在此試驗(yàn)中，黃酮提取物質(zhì)量濃度按粗提取物質(zhì)量濃度計(jì)算，直接稱量黃酮粗提物質(zhì)量;上述所用黃酮提取物質(zhì)量濃度對(duì)巨大芽孢桿菌CICC 0.217和大腸桿菌 ATCC25922均無(wú)抑菌圈，因此未標(biāo)注.

Note: In this experiment, the flavonoid crude extract concentration was determinated according to the mass concentration of crude extract flavonoids. The crude extract flavonoids showed no antimicrobial circle onEscherichiacoliandBacillusmegateriumin this concentration, so it was not marked.

3 結(jié)論與討論

關(guān)于黃酮的提取工藝方面，目前報(bào)道的有阮尚全等[8]在乙醇-硫酸銨雙水相中，采用超聲波法探討了提取榴蓮果皮中總黃酮的最佳工藝，使得總黃酮的提取率達(dá)3.26%.李娜等[7]利用超聲波乙醇浸提法，采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)，研究了榴蓮皮中的總黃酮提取工藝，在此最佳工藝中總黃酮的提取率達(dá)到3.00%.而本研究中，采用超聲波輔助法在最佳工藝下總黃酮提取率為3.14%，較李娜等報(bào)道的工藝有所提高，無(wú)阮尚全等在乙醇-硫酸銨雙水相中提取率高，但本研究提取方法簡(jiǎn)便，快速，易于掌握.關(guān)于來(lái)源于其它提取物的黃酮對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌、真菌的抑菌作用均有報(bào)道，如甘草[10]和紅薯莖葉中的黃酮[11]，也有一些關(guān)于抗氧化的活性報(bào)道，如川芎[12]、煙草[6]以及石參中的總黃酮[13].結(jié)合本研究表明，不同來(lái)源的黃酮提取物對(duì)不同的微生物及抗氧化能力均有差異，可能與其黃酮的種類及結(jié)構(gòu)不同有關(guān).本研究為榴蓮果皮的開發(fā)利用提供理論支持，同時(shí)也為榴蓮果皮總黃酮的抗氧化和抗菌活性提供理論依據(jù).

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(責(zé)任編輯：朱秀英)

Ultrasonic-assistedextractionofflavonoidsfromdurianpeelandtheirantioxidantandantimicrobialactivities

HONG Jun1, DU Hai-xia2, HU Jian-ye1

(1.College of Life Science and Engineering, Henan University of Urban Construction, Pingdingshan 467036, China; 2.Zhoukou Vocational and Technical College, Zhoukou 466000, China)

Ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from durian peel and their antimicrobial and antioxidant activities were first investigated. Single-factor and orthogonal experiment were used to investigate the optimum extraction conditions. The results showed that, the combination of 70% ethanol, material-to-liquid ratio of 1∶30(g·mL-1), 60 min ultrasonic extraction were optimal extraction condition with the highest yields of flavonoids from durian peel at 40 kHz/200 W. Under this optimal extraction condition, the extraction rate was 3.142%. Besides, flavonoids from durian peel had similar scavenging activities on ABTS and superoxide anion compared with VC. Meanwhile, the flavonoids from durian peel had obvious inhibitory effect onStaphylococcusaureusandPseudomonasaeruginosa, but they had no effect onEscherichiacoliandBacillusmegaterium.

durian peel; flavonoids; antioxidant activity; antimicrobial activity

TS 202

：A

2013-11-24

河南城建學(xué)院博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目.

洪 軍，1977年生，女，河南商丘人，博士，講師，主要從事活性物質(zhì)的提取及多肽的作用機(jī)理研究.

1000-2340(2014)05-0653-05