利用B-Z化學(xué)振蕩體系檢測原花青素

賴紅偉，徐明，吳博聽，姜濤，陶然，王宇茁，杜娟，曹宏梅（吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林吉林132013）

利用B-Z化學(xué)振蕩體系檢測原花青素

賴紅偉，徐明，吳博聽，姜濤，陶然，王宇茁，杜娟，曹宏梅*
（吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林吉林132013）

摘要：利用原花青素對B-Z振蕩體系的擾動，建立測定原花青素的新方法。結(jié)合電化學(xué)技術(shù)，在振蕩反應(yīng)的不同階段加入原花青素，考察其對振蕩參數(shù)（誘導(dǎo)期、周期和振幅）的影響。原花青素在一定的濃度范圍內(nèi)，與誘導(dǎo)期時間、振蕩周期和振幅的改變量存在良好的線性關(guān)系，同時也分析了原花青素可能的振蕩機制。

關(guān)鍵詞：B-Z振蕩；化學(xué)振蕩；原花青素；測定

原花青素（Proanthocyanidins，簡稱PC）是一類黃烷醇單體及其聚合體的多酚化合物，廣泛存在于各種植物的核、皮或種籽等部位。人們對原花青素的研究已有近50年的歷史，尤其是近年來由于其具有優(yōu)異的抗氧化活性，常被用作天然的功能食品添加劑和食源性防腐劑等[1]。研究發(fā)現(xiàn)，原花青素的抗氧化能力是VE的50倍，VC的20倍。另外原花青素還具有顯著的清除自由基的能力，故也可作為食源性藥物用于疾病的治療[2-3]。因此，原花青素的檢測分析就顯得非常重要。誠然，高效液相色譜法和分光光度法早已用于原花青素的檢測并已取得了滿意的結(jié)果，但也存在著自身無法克服的一些弊端[4-5]。

近年來，化學(xué)振蕩（Chemical oscillations）作為一種新興的檢測技術(shù)在化學(xué)、食品和藥物分析領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用[6-7]?；瘜W(xué)振蕩是一種典型的非平衡非線性現(xiàn)象，在振蕩過程中體系中的組分濃度隨時間（或空間）發(fā)生的是周期性變化[8]。通過被測物與振蕩體系中的組分發(fā)生的某種相互作用，從而改變振蕩參數(shù)，因此實現(xiàn)對被測物的定性定量分析[6]。

本文中利用B-Z化學(xué)振蕩體系研究了原花青素的化學(xué)振蕩行為，建立了一種簡便的測定原花青素的新方法，分析了其可能的振蕩機制，這為進一步開發(fā)和利用原花青素提供了一定的理論參考。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

原花青素：合肥博美生物科技有限責任公司；丙二酸、溴酸鉀、濃硫酸、硫酸鈰銨，均為分析純；水為二次蒸餾水。

新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；FA1104N型電子分析天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；ZH-1C型超級恒溫水?。耗暇┒嘀萍及l(fā)展有限公司；KH5200DB型數(shù)控超聲波清洗器：麗山水利超聲有限公司；BZ振蕩實驗裝置：南京多助科技發(fā)展有限公司；HJ-1型磁力攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；232型飽和甘汞電極：上海越磁電子科技有限公司；213型鉑片電極：天津市蘭立科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司；玻碳電極：上海辰華儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1構(gòu)建B-Z振蕩體系

在100 mL恒溫夾套玻璃反應(yīng)容器中，以鉑電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極。首先加入一定濃度的丙二酸、H2SO4和KBrO3水溶液各15.00 mL，攪拌均勻，設(shè)定溫度為37℃且恒溫10 min。然后再加入已恒溫的一定濃度的硫酸鈰銨水溶液15.00 mL，混合液總體積為60.00 mL，同時開始記錄電位（E）-時間（t）曲線。1.2.2原花青素對B-Z振蕩體系的振動待B-Z振蕩體系達穩(wěn)定后，分別在誘導(dǎo)期處，第7個波峰和第8個波谷處加入一定濃度的原花青素水溶液，觀察電位（E）-時間（t）變化并記錄振蕩曲線。

2　結(jié)果與分析

2.1反應(yīng)條件對振蕩圖譜的影響

在對阿莫西林的B-Z振蕩研究中，我們確定了最優(yōu)的B-Z振蕩條件，本研究中丙二酸、硫酸、溴酸鉀和硫酸鈰銨濃度分別為0.45、3、0.25 mol/L和4×10-3mol/L[9]。

反應(yīng)溫度對振蕩圖譜有較大影響[10-11]。根據(jù)Arrhenius公式，溫度較低時，反應(yīng)速率常數(shù)變小，反應(yīng)速率減慢，因此誘導(dǎo)時間較長，同時振蕩周期也較長，振蕩波形亦不穩(wěn)定。溫度較高時，反應(yīng)速率常數(shù)增大，反應(yīng)速率大大加快，因此誘導(dǎo)時間明顯縮短，振蕩周期也隨之減小。隨溫度升高，誘導(dǎo)期和周期變化較大，但振幅變化基本不變。因此，為得到規(guī)則且穩(wěn)定的振蕩圖譜和方便研究原花青素的藥代動力學(xué)機制，本研究中反應(yīng)溫度為37℃，此溫度為人體的正常溫度[12]。

攪拌有利于反應(yīng)物（或產(chǎn)物、中間體）的迅速擴散，反應(yīng)速率增大，從而影響振蕩周期和振幅的變化[13-14]。攪拌速率也影響氧在B-Z振蕩體系中的溶解量，溶解氧作為體系中的一種物質(zhì)有可能參與振蕩反應(yīng)[15]。當攪拌速率增大時，反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣泡量增大，會吸附到電極上，在振蕩波形上表現(xiàn)為一些無規(guī)律的毛刺，因此振蕩圖譜的穩(wěn)定性較差。本研究中磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速控制在500 r/min，能夠保證振蕩圖譜的穩(wěn)定性。

2.2原花青素對B-Z化學(xué)振蕩體系的擾動

原花青素的加入對B-Z振蕩體系所產(chǎn)生的影響見圖1。

圖1 原花青素對B-Z振蕩體系的影響Fig.1　The influence of proanthocyanidins on the B-Z oscillating system

由圖1可知，在振蕩過程的不同階段加入一定量的等濃度等體積的原花青素水溶液，發(fā)現(xiàn)它們的誘導(dǎo)時間、振蕩周期和振幅均發(fā)生了不同程度的改變。從這3個階段的誘導(dǎo)時間可知，在誘導(dǎo)期處加入原花青素時誘導(dǎo)時間最長，為162 s，而波峰和波谷處則均為157 s。這表明原花青素可能與丙二酸一起作為B-Z振蕩的有機底物參與了振蕩反應(yīng)，因此其振蕩波形與波峰和波谷處時有所不同。在波峰和波谷處加入原花青素后，二者振蕩波形相似。與原B-Z振蕩體系相比，它們振蕩周期所持續(xù)的時間均明顯增加，其中波峰處增加最多。此外，它們的平衡電位都在0.9 V左右。

在B-Z振蕩反應(yīng)的誘導(dǎo)期處加入原花青素之后建立的線性關(guān)系見圖2。

由圖2可知，我們在誘導(dǎo)期處加入原花青素后，當其濃度在8.2×10-3g/L～4.5×10-2g/L范圍內(nèi)時，其濃度與振蕩周期的改變量（ΔT）和振幅的改變量（ΔA）之間具有良好的線性關(guān)系，

在B-Z振蕩過程中的波峰和波谷處加入原花青素之后建立的線性關(guān)系見圖3。

圖2　誘導(dǎo)期處引入原花青素的線性關(guān)系Fig.2　The linear relationships for proanthocyanidins at induction period

從圖3中可知，隨原花青素濃度的增加，在波峰處比波谷處的周期增加幅度稍大。當其濃度在8.2× 10-3g/L～4.5×10-2g/L范圍內(nèi)時，周期改變量在4 s～11 s之間，其相應(yīng)的線性方程分別為

顯然，在波峰和波谷處的相關(guān)系數(shù)均大于在誘導(dǎo)期處的相關(guān)系數(shù)，這表明了更好的線性關(guān)系。此外，在誘導(dǎo)期處加入原花青素，其周期改變量明顯大于在波峰和波谷處加入（圖2（b））。

為了確保測定原花青素具有較高的準確度和精密度，在各反應(yīng)條件保持不變的情況下，連續(xù)重復(fù)了6組試驗。對于誘導(dǎo)期、波峰和波谷，經(jīng)計算它們的相對標準偏差分別為1.5%、1.0%和1.0%，均小于5%，這表明該試驗的準確性和重現(xiàn)性良好。原花青素的檢測限為1.0×10-4g/L。

以波峰處加入原花青素為例，B-Z振蕩體系測定原花青素的穩(wěn)定性結(jié)果如圖4所示。

圖3　波峰和波谷處引入原花青素的線性關(guān)系Fig.3　The linear relationships for proanthocyanidins at peak and valley

圖4　原花青素的穩(wěn)定性Fig.4　The stability of proanthocyanidins

在1 h內(nèi)原花青素的穩(wěn)定性下降百分比＜1%。而在1 h～2.5 h內(nèi)，原花青素的穩(wěn)定性下降較快，接近7%。隨后下降趨勢比較平緩。以上試驗表明，新配的原花青素水溶液需在1 h以內(nèi)完成測定，否則會出現(xiàn)較大的誤差，這與紫外-可見分光光度法的結(jié)果是相一致的[16]。

2.3原花青素可能的擾動機理

原花青素是由不同數(shù)量的兒茶素和表兒茶素縮合而成的一種多酚類化合物。在各類原花青素中，二聚體分布最廣，研究最多，是最重要的一類原花青素。這是因為原花青素的生物活性和聚合度成反比，聚合度越小的原花青素其生物活性越高，低聚體的活性高于高聚體[17]。

由圖1可知，在B-Z振蕩過程的不同階段加入原花青素，振蕩體系的誘導(dǎo)期時間，振蕩周期和振幅都發(fā)生了較明顯的改變，這表明原花青素可能與振蕩體系中的產(chǎn)生的某些組分之間發(fā)生了相互作用。原花青素分子中含有大量的酚羥基（Ar-OH），其中B環(huán)的鄰位酚羥基為主要的還原部位，鄰位酚羥基作為H供體可以捕獲振蕩過程中產(chǎn)生的自由基，自身形成的自由基可以通過形成分子內(nèi)氫鍵半醌式自由基甚至鄰苯醌等形式，從而對B-Z振蕩反應(yīng)產(chǎn)生擾動[18]。振蕩過程中生成的單質(zhì)溴也易與苯環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生親電取代反應(yīng)，從而影響B(tài)r-離子濃度的變化，因此B-Z反應(yīng)的振蕩周期會發(fā)生相應(yīng)改變。

結(jié)合FKN機理和高執(zhí)棣，張?zhí)┿懙热颂岢龅恼袷帣C制[19-20]，原花青素的振蕩反應(yīng)如下：

3　結(jié)論

本文研究了原花青素對B-Z振蕩體系的擾動，根據(jù)濃度與振蕩周期的改變量之間存在的線性關(guān)系，建立了一種檢測原花青素的化學(xué)振蕩新方法。該方法具有儀器設(shè)備簡單、易于操作、靈敏度高和耗時少的特點。擾動機理的研究表明，原花青素在酸性的條件下可與體系中存在的氧化性成分發(fā)生氧化作用，與Ce4+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)及與溴發(fā)生取代反應(yīng)。顯然，這與其獨特的酚羥基結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，并在一定程度上解釋了其優(yōu)異抗氧化性的原因。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.23.032

收稿日期：2015-08-20

基金項目：吉林市科技計劃項目（201032240）

作者簡介：賴紅偉（1979—），男（蒙古），講師，博士，從事電化學(xué)、能源材料和高分子研究。

*通信作者：曹宏梅（1978—），女（蒙古），高級實驗師，學(xué)士，從事高分子和電化學(xué)研究。

Determination of Proanthocyanidins by Using B-Z Oscillation

LAI Hong-wei，XU Ming，WU Bo-ting，JIANG Tao，TAO Ran，WANG Yu-zhuo，DU Juan，CAO Hong-mei*
（Jilin Medical University，Jilin 132013，Jilin，China）

Abstract：A new method for the determination of proanthocyanidins based on the perturbation caused by different ammounts of proanthocyanidins on the B-Z chemical oscillating system was reported.Together with the electrochemical technologies，the changes of the oscillating parameters（induction period，oscillating period and amplitude）at different stages of the oscillating reaction were investigated.A well linear relationships existed between the changes of oscillating period（ΔT），amplitude（ΔA）and a certain concentration of Procyanidine. The possible oscillating mechanism of Procyanidine was also discussed.

Key words：B-Z oscillation；chemical oscillations；proanthocyanidins；determination