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    松仁紅衣多酚的提取及體外抗氧化活性研究

    2014-12-16 08:07:52張根生張銘東司淼菲
    食品工業(yè)科技 2014年23期
    關(guān)鍵詞:松仁紅衣粗提物

    張根生,侯 靜,張銘東,司淼菲

    (哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江省普通高等學(xué)校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江哈爾濱150076)

    植物多酚,是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的多元酚化合物[1],廣泛存在于植物的皮、根、果中,含量可達(dá)20%[2]。近年來,研究表明松屬植物含有大量多酚類化合物,其具有獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和生物活性,統(tǒng)稱為松多酚[3]。松多酚的酚羥基中的鄰位酚羥基極易被氧化成醌類化合物,對(duì)活性氧等自由基有較強(qiáng)的捕捉能力[4],使得松多酚具有抗氧化活性[5],此外松多酚還具有抗腫瘤[6]、降血脂、抗動(dòng)脈硬化、防治冠心病與中風(fēng)等心腦血管疾?。?]等多種生理功能,在食品、醫(yī)藥以及其他領(lǐng)域起到了一定的作用[8-9]。

    松多酚的提取方法主要有機(jī)溶劑浸提、超聲波輔助和酶法輔助有機(jī)溶劑提取法等。采用超聲波輔助有機(jī)溶劑提取法提取松多酚是最常用的,該方法利用了超聲波的空化效應(yīng),通過對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生影響及促進(jìn)細(xì)胞溶脹等,強(qiáng)化了提取過程,縮短了提取時(shí)間[10],使植物活性成分溶出,并且溫度不會(huì)大幅度升高,不會(huì)破壞其有效成分[11]。趙玉紅等比較了樟子松樹皮中松多酚的提取方法,研究表明超聲波輔助提取法的提取效果好于有機(jī)溶劑提取法[3]。蘇曉雨采用超聲波輔助提取了紅松種殼中多酚類化合物,研究表明松殼多酚能夠有效的抑制羥自由基及超氧陰離子等生理性自由基,能夠顯著地清除DPPH自由基及ABTS等非生理性自由基[12]。

    以松仁生產(chǎn)過程中廢棄的松仁紅衣為原料,采用超聲波輔助有機(jī)溶劑浸提法,提取松仁紅衣中的粗多酚,優(yōu)化提取工藝條件,并研究其體外抗氧化活性,為充分利用紅松籽可食用資源及尋找新型天然抗氧化劑提供了一個(gè)新途徑。

    1 材料與方法

    1.1 材料與儀器

    松仁紅衣 勃利縣宏泰松果有限公司;無水碳酸鈉 天津市雙船化學(xué)試劑廠;乙醇 天津基準(zhǔn)化學(xué)試劑有限公司;沒食子酸 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;福林酚 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;抗壞血酸 天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心;硫代硫酸鈉 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;DPPH Aladdin公司;碘化鉀 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;鉬酸銨 天津市化學(xué)試劑四廠;30%過氧化氫 哈爾濱新達(dá)化工廠;水楊酸鈉 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所,以上試劑均為分析純。

    Y92-2D超聲波細(xì)胞粉碎儀 寧波新知生物科技股份有限公司;721E型紫外可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司。

    1.2 實(shí)驗(yàn)方法

    1.2.1 提取工藝流程 松仁紅衣→粉碎→超聲波輔助乙醇溶劑浸提→冷卻→抽濾→松仁紅衣多酚提取液

    將松仁紅衣干燥,經(jīng)粉碎機(jī)粉碎,過40目篩。每份稱取1g松仁紅衣粉末,加入一定量的乙醇溶劑,進(jìn)行超聲波輔助提取,以乙醇濃度、料液比、提取溫度、提取時(shí)間、超聲功率為變量,進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。提取結(jié)束后冷卻并抽濾,得到松仁紅衣多酚粗提液。將濾液定容至一定體積,用福林酚比色法測(cè)定吸光度,并計(jì)算多酚得率。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),對(duì)松仁紅衣多酚提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

    1.2.2 福林酚法測(cè)定松仁紅衣多酚含量 參考文獻(xiàn)[13]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

    1.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1000μg/mL):稱取(0.110 ±0.01)g 沒食子酸(GA,相對(duì)分子質(zhì)量188.14),于100mL容量瓶中溶解并定容至刻度,搖勻(現(xiàn)配)。沒食子酸工作液:用移液管分別移取 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL 的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于100mL容量瓶中,分別用水定容至刻度,搖勻,濃度分別為 10、20、30、40、50μg/mL。

    標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定:用移液管分別移取沒食子酸工作液、水(做空白對(duì)照)各1.0mL于10mL棕色容量瓶中,分別加入5.0mL 10%福林酚試劑,搖勻。反應(yīng)3~8min內(nèi),加入 4.0mL 7.5% 的 Na2CO3溶液,充分混勻后定容。置于25℃恒溫水浴中反應(yīng)1h后,用10mm比色皿于765nm波長下測(cè)定吸光值。以沒食子酸的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),吸光度值為縱坐標(biāo)繪制沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線。

    1.2.2.2 樣品的測(cè)定 樣品測(cè)定方法:精密吸取1mL樣品溶液于10mL棕色容量瓶中,再分別加入5.0mL10%福林酚試劑,搖勻。反應(yīng)3~8min內(nèi),加入4.0mL7.5%的 Na2CO3溶液,充分混勻后定容。置于25℃恒溫水浴中反應(yīng)1h后,用10mm比色皿于765nm波長下測(cè)定吸光值。由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相對(duì)應(yīng)的濃度,按下式計(jì)算出多酚粗提物的得率:

    式中:C為多酚質(zhì)量濃度(mg/mL);V為提取液的體積mL;M為樣品質(zhì)量g。

    1.2.3 松仁紅衣多酚提取工藝單因素實(shí)驗(yàn)

    1.2.3.1 乙醇濃度對(duì)松仁紅衣多酚粗提物得率的影響 精確稱取(1±0.0001)g松仁紅衣粉末5份,分別加入濃度為30%、40%、50%、60%、70%的乙醇溶液,按料液比1∶20,提取溫度60℃的條件超聲波提取90min,超聲功率300W,提取結(jié)束后抽濾,取濾液按照福林酚法測(cè)定多酚粗提物得率[12,14]。

    1.2.3.2 料液比對(duì)松仁紅衣多酚粗提物得率的影響 精確稱取(1±0.0001)g松仁紅衣粉末5份,分別按料液比 1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35 用濃度為 50%的乙醇溶液超聲波提取90min,提取溫度60℃,超聲功率300W,提取結(jié)束后抽濾,取濾液按照福林酚法測(cè)定多酚粗提物得率。

    1.2.3.3 提取溫度對(duì)松仁紅衣多酚粗提物得率的影響 精確稱取(1±0.0001)g松仁紅衣粉末5份,料液比1∶20,乙醇濃度50%,分別在30、40、50、60、70℃溫度條件下超聲波提取90min,超聲功率300W,提取結(jié)束后抽濾,取濾液按照福林酚法測(cè)定多酚粗提物得率。

    1.2.3.4 超聲時(shí)間對(duì)松仁紅衣多酚粗提物得率的影響 精確稱取(1±0.0001)g松仁紅衣粉末5份,料液比1∶20,乙醇濃度50%,在60℃下分別超聲波提取30、60、90、120、150min,超聲功率 300W,提取結(jié)束后抽濾,取濾液按照福林酚法測(cè)定多酚粗提物得率。

    1.2.3.5 超聲功率對(duì)松仁紅衣多酚粗提物得率的影響 精確稱取(1±0.0001)g松仁紅衣粉末5份,料液比1∶20,乙醇濃度50%,提取溫度60℃,分別在超聲功率 200、250、300、350、400W 下提取時(shí)間 90min,提取結(jié)束后抽濾,取濾液按照福林酚法測(cè)定多酚粗提物得率。

    1.2.4 松仁紅衣多酚提取工藝正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,選擇乙醇濃度、料液比、提取溫度、超聲時(shí)間為正交實(shí)驗(yàn)因素,設(shè)計(jì)3個(gè)水平,以多酚的得率為指標(biāo),選用L9(34)正交表優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案,確定最佳提取工藝。

    1.2.5 松仁紅衣多酚體外抗氧化活性實(shí)驗(yàn)

    1.2.5.1 松仁紅衣多酚清除羥自由基能力測(cè)定 吸取 0.5mL 濃度為8mmol/L 的 FeSO4溶液,0.8mL 濃度為6mmol/L 的 H2O2溶液,0.5mL 蒸餾水,1.0mL 不同濃度的松仁紅衣多酚提取物,0.2mL濃度為20mmol/L水楊酸鈉溶液?;旌蠐u勻后于37℃水浴中反應(yīng)1h,然后于562nm波長下測(cè)定混合物吸光度值A(chǔ)1;將上述體系中的1.0mL松仁紅衣多酚提取物用蒸餾水代替,其余同法操作,測(cè)定吸光度值A(chǔ)0;將上述體系中的0.2mL水楊酸鈉溶液用相同體積的蒸餾水代替,其余同法操作,測(cè)定吸光度值A(chǔ)2。以抗壞血酸為陽性對(duì)照,同等方法操作進(jìn)行測(cè)定[15]。記錄各項(xiàng)吸光度值,按照下式計(jì)算松仁紅衣多酚提取物及抗壞血酸對(duì)羥自由基的清除率:

    式中:S為羥自由基清除率(%);A1為混合物吸光度值;A2為上述體系中水楊酸鈉溶液用等體積蒸餾水代替測(cè)定吸光度值;A0為上述體系中樣品用等體積蒸餾水代替測(cè)定吸光度值。

    1.2.5.2 松仁紅衣多酚清除 DPPH自由基能力測(cè)定 將DPPH·粉末配制濃度為8.62×10-2mmol/L的DPPH·乙醇溶液保存于棕色瓶中(臨用前配)。向比色管中加入 2.0mL DPPH·乙醇溶液,2.0mL 不同濃度松仁紅衣提取物,搖勻,室溫下避光靜置30min,然后在517nm波長處測(cè)定吸光度值A(chǔ)1;同法操作,用等體積乙醇代替松仁紅衣提取物,測(cè)定吸光度值A(chǔ)0;不加DPPH·溶液,用等體積乙醇代替,加入不同濃度松仁紅衣提取物,測(cè)定吸光度值A(chǔ)2,用以排除樣品本身對(duì)測(cè)定結(jié)果的干擾。以抗壞血酸作為陽性對(duì)照品,以樣品濃度為橫坐標(biāo),清除率為縱坐標(biāo),制作樣品濃度與DPPH自由基清除率關(guān)系曲線[16]。按照下式計(jì)算松仁紅衣多酚提取物及抗壞血酸對(duì)DPPH自由基的清除率:

    式中:S為DPPH·清除率(%);A1為混合物吸光度值;A2為上述體系中DPPH·溶液用等體積乙醇代替測(cè)定吸光度值;A0為上述體系中樣品用等體積乙醇代替測(cè)定吸光度值。

    1.2.5.3 松仁紅衣多酚清除過氧化氫能力測(cè)定 吸取1.0mL0.1mmol/L的 H2O2溶液于10mL比色管中,再加入3%鉬酸銨溶液0.1mL,2mol/L的H2SO4溶液10mL,1.8mol/L 的碘化鉀溶液 7.0mL,不同濃度的松仁紅衣提取物1.0mL,混合搖勻后靜置片刻。用5mmol/L Na2S2O3溶液滴定上述混合溶液,滴定終點(diǎn)為溶液的黃色消失[17]。按照下式計(jì)算過氧化氫清除率,清除率表示加樣后過氧化氫的減少量占對(duì)照組過氧化氫總量的百分比:

    式中:S為過氧化氫清除率(%);V0為對(duì)照組消耗Na2S2O3溶液的體積(mL);V1為樣品組消耗Na2S2O3溶液的體積(mL)。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程

    沒食子酸在0~50μg/mL濃度范圍內(nèi)的線性回歸方 程為:y=0.0063x+0.0008,相關(guān) 系數(shù) R2為0.9997,表明該濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

    2.2 松仁紅衣多酚提取工藝的單因素實(shí)驗(yàn)

    2.2.1 乙醇濃度對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響 由圖2可知,在乙醇濃度小于50%時(shí),多酚得率隨乙醇濃度增大而呈上升趨勢(shì),當(dāng)乙醇濃度達(dá)到50%時(shí)多酚的得率達(dá)到最高,之后隨著乙醇濃度的增加,多酚得率略微下降,原因可能是隨著乙醇濃度的增大,多酚在乙醇水溶液中的溶解度增大,在乙醇濃度50%達(dá)到最大,然而隨后增加乙醇濃度,溶劑中的水分減少,通透性降低,細(xì)胞內(nèi)的多酚物質(zhì)向外擴(kuò)散難度加大,所以提取率低[18]。因此確定乙醇濃度50%為最佳浸提條件,選取優(yōu)化范圍為40%~60%。

    圖1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of gallic acid

    圖2 乙醇濃度對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響Fig.2 Effects of ethanol concentration on polyphenols yield of Pine Nut Coat

    2.2.2 料液比對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響 由圖3可知,從料液比1∶15開始,隨著料液比的加大,多酚得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)料液比為1∶20時(shí),多酚得率較1∶15時(shí)明顯升高,之后逐漸平穩(wěn),變化不大,考慮后續(xù)的濃縮處理及經(jīng)濟(jì)成本等多方面原因,確定料液比1∶20為最佳浸提條件,選取優(yōu)化范圍為1∶15~1∶25。

    圖3 料液比對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響Fig.3 Effect of material-to-liquid ratio on polyphenols yield of Pine Nut Coat

    2.2.3 提取溫度對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響 由圖4可知,提取溫度低于60℃時(shí),隨著溫度的升高,松仁紅衣多酚得率逐漸提高,在溫度達(dá)到60℃時(shí)多酚的得率達(dá)到最大,隨后略有下降。這是由于多酚類化合物在高溫條件下很不穩(wěn)定,易受到破壞;而溫度過低不利于超聲的空化作用,因此也會(huì)降低多酚的提取效果[19]。綜合考慮,確定最佳提取溫度為60℃,選取優(yōu)化范圍為40~60℃。

    圖4 提取溫度對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on polyphenols yield of Pine Nut Coat

    2.2.4 超聲時(shí)間對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響 由圖5可知,當(dāng)超聲波作用時(shí)間為60min時(shí),多酚粗提物得率較低,隨著提取時(shí)間的延長,松仁紅衣多酚粗提物得率呈上升趨勢(shì),在120min時(shí)達(dá)到最高。這是由于提取時(shí)間長有利于多酚物質(zhì)溶解入溶劑中,使提取更加完全;當(dāng)提取時(shí)間超過120min時(shí),得率略微下降。因此,確定最佳提取時(shí)間為120min,選取優(yōu)化范圍為90~150min。

    圖5 超聲時(shí)間對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響Fig.5 Effect of ultrasonic time on polyphenols yield of Pine Nut Coat

    2.2.5 超聲功率對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響 由圖6可以看出,超聲功率低于300W時(shí),隨著超聲功率的增加,松仁紅衣多酚得率逐漸升高,功率達(dá)到300W時(shí)得率最大,此后,隨著超聲功率的增加,得率略有下降,但整體水平對(duì)得率的影響不顯著。原因可能是超聲波使細(xì)胞破裂,提高功率,細(xì)胞破裂加劇,從而有利于多酚類物質(zhì)的溶解;但當(dāng)超聲波功率超過一定限度時(shí),便可能會(huì)破壞多酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu),從而造成得率下降[20]。因此選擇300W為最佳提取超聲功率。

    圖6 超聲功率對(duì)松仁紅衣多酚得率的影響Fig.6 Effect of ultrasonic wave power on polyphenols yield of Pine Nut Coat

    2.3 松仁紅衣多酚提取工藝的正交實(shí)驗(yàn)

    為了確定松仁紅衣多酚提取的最佳工藝,根據(jù)單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)了四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),具體設(shè)計(jì)及結(jié)果見表1。

    由表1可知,各因素對(duì)松仁紅衣多酚得率影響程度的大小次序?yàn)锳>B>D>C,即乙醇濃度>料液比>超聲時(shí)間>提取溫度,最佳提取工藝參數(shù)為A3B2C2D1,即乙醇濃度 60%,料液比 1∶20,提取溫度60℃,超聲時(shí)間90min,在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到松仁紅衣多酚得率為2.36%。

    表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 1 Results of orthogonal test of polyphenols extraction

    2.4 松仁紅衣多酚的抗氧化活性

    2.4.1 松仁紅衣多酚清除羥自由基的能力 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示,松仁紅衣多酚與抗壞血酸對(duì)羥自由基均具有一定清除作用,在一定濃度范圍內(nèi),隨著濃度的增加,兩者的清除率都在提高,當(dāng)松仁紅衣多酚樣品濃度達(dá)到0.5mg/mL時(shí),其清除率達(dá)到56.23%。羥自由基已被研究證明對(duì)活細(xì)胞中各種分子具有損傷作用,能夠?qū)е翫NA鏈斷裂,產(chǎn)生基因突變等[21],該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明松仁紅衣多酚具有清除羥自由基的作用,所以在防治自由基引發(fā)的疾病、延緩機(jī)體衰老等方面具有重要意義。

    圖7 松仁紅衣多酚及抗壞血酸對(duì)羥自由基清除作用Fig.7 The·OH scavenging activity of Pine Nut Coat polyphenols extract and ascorbic acid

    2.4.2 松仁紅衣多酚清除DPPH自由基能力 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示,松仁紅衣多酚及抗壞血酸對(duì)DPPH·均有明顯的清除作用,0~0.04mg/mL的濃度范圍內(nèi),隨著松仁紅衣多酚樣品濃度的增加,清除率不斷上升,達(dá)到 0.04mg/mL后,其清除率上升緩慢,樣品對(duì)DPPH自由基清除率最大達(dá)到 93.23%,VC達(dá)到97.34%。與蘇曉雨[12]研究的松殼多酚對(duì)DPPH自由基的清除效果基本一致。

    圖8 松仁紅衣多酚及抗壞血酸對(duì)DPPH自由基清除作用Fig.8 The DPPH·scavenging activity of Pine Nut Coat polyphenols extract and ascorbic acid

    2.4.3 松仁紅衣多酚清除過氧化氫能力 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示,松仁紅衣多酚及抗壞血酸對(duì)過氧化氫的清除率隨著濃度增加而升高。抗壞血酸濃度達(dá)到1.4mg/mL時(shí),清除率達(dá)到71.21%,之后變化不明顯;松仁紅衣多酚樣品的清除率隨著濃度的增加而上升,最大濃度時(shí)達(dá)到56.73%。雖然松仁紅衣多酚的清除率低于抗壞血酸,但在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi),對(duì)過氧化氫仍有一定的清除作用,比蘇曉雨[12]研究的松殼多酚對(duì)過氧化氫的清除效果明顯。

    圖9 松仁紅衣多酚及抗壞血酸對(duì)過氧化氫清除作用Fig.9 The H2O2scavenging activity of Pine Nut Coat polyphenols extract and ascorbic acid

    3 結(jié)論

    超聲波法輔助提取松仁紅衣多酚的影響因素主次順序?yàn)橐掖紳舛龋玖弦罕龋境晻r(shí)間>提取溫度,最佳提取工藝:乙醇濃度60%,料液比1∶20,提取溫度60℃,超聲時(shí)間90min,超聲功率300W,在此條件下得到松仁紅衣多酚得率為2.36%。

    體外抗氧化活性實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,松仁紅衣多酚對(duì)羥自由基的清除率為松仁紅衣多酚樣品濃度達(dá)到 0.5mg/mL 時(shí),其清除率達(dá)到 56.23%;對(duì) DPPH自由基的清除率為當(dāng)樣品濃度達(dá)到0.1mg/mL時(shí),最大清除率為93.23%;對(duì)過氧化氫的清除率為當(dāng)樣品濃度達(dá)到2mg/mL時(shí),清除作用最大達(dá)56.73%。由此可見,松仁紅衣多酚具有一定的抗氧化性。

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