芹菜葉中芹菜素的提取工藝優(yōu)化及其體外抗氧化性研究

李霄　薛成虎　高立國　劉曉菊　弓瑩　王二榮　李改琴

摘 要： 以芹菜葉為原料，對芹菜葉中芹菜素的提取工藝進行了優(yōu)化，并研究芹菜素的抗氧化性能。通過單因素實驗，分別考察提取劑、溶劑濃度、料液比、提取溫度、提取時間、原料顆粒度等因素對芹菜素得率的影響。在單因素的基礎上，設計四因素三水平的正交實驗對芹菜葉中芹菜素提取工藝進行優(yōu)化。研究結(jié)果表明，回流提取芹菜素的最佳工藝條件為90%乙醇為提取劑、提取溫度為80 ℃、料液比1：45 （g/mL）、提取時間150 min、原料粒徑40目，芹菜素的得率為20.675 mg/g?？寡趸钚匝芯勘砻髑鄄巳~中芹菜素提取液對DPPH自由基、超氧陰離子自由基和羥基自由基均有良好的清除能力。

關 鍵 詞：芹菜葉；芹菜素；正交實驗；抗氧化性

中圖分類號：R285； R281.5； R284.2 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1293-06

Optimization of Extraction Process of Apigenin in

Celery Leaves and Its Antioxidant Activity in Vitro

LI Xiao，XUE Cheng-hu，GAO Li-guo，LIU Xiao-ju，GONG Ying，WANG Er-rong，LI Gai-qin

（School of Chemistry and Chemical Engineering， Yulin University， Shaanxi Yulin 719000， China）

Abstract： Using fresh celery leaves as raw material， experiment optimization of the extraction process of apigenin from celery leaves was carried out， the antioxidant activity of apigenin was studied. Through single factor experiments， the effect of solvent and solvent concentration， solid-liquid ratio， extraction temperature and time， particle size on the yield of apigenin was investigated. On the basis of single factor experiments， the four-factor three-level orthogonal experiment was designed to optimize the extraction process of apigenin.The results show that the optimum conditions for extraction of apigenin from celery leaves are as follows： extraction solvent 90% ethanol， extraction temperature 80 ℃， solid-liquid ratio 1：45 （g/mL）， extraction time 150 min， raw material particle size 40 mesh； under above conditions， the yield of apigenin can reach to 20.675 mg/g. The antioxidant activity study shows that apigenin extract from celery leaves can scavenge DPPH radical and superoxide anion and hydroxyl radical.

Key words： Celery leaves； Apigenin； Orthogonal experiment； Oxidation resistance

芹菜為傘形科植物，芹菜葉甘苦、性涼，有清熱、止血、平肝、祛風、利濕等功效，自古有“藥芹”之譽[1]。根據(jù)大量實驗所得芹菜中主要含有芹菜素、芹菜苷、木栓酮、木犀黃酮等化合物。其中芹菜素又稱芹黃素，為4，5，7—三羥基黃酮，屬黃酮類化合物，廣泛存在于多種水果、蔬菜、豆類等植物中，芹菜中含量最高。其4，5，7位置的3個C2C3雙鍵決定了其特有的藥理學效應[2]和生物學特性，還是天然的抗氧化劑[3，4]。據(jù)報道，芹菜素可以對多種癌細胞具有抑制作用[5]，如鼻咽癌[6]，肺癌[7-9]，胰腺癌[10]，肝癌[11]，結(jié)腸癌[12，13]等。并可以降血糖[14]，降低血壓[15]，抗炎癥[16，17]等作用。本課題通過對芹菜葉中芹菜素的最佳提取工藝和抗氧化作用進行研究，為提高芹菜葉的利用率，并為其作為天然抗氧化劑和食品添加劑的開發(fā)提供理論依據(jù)，為合理利用芹菜葉資源提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

1.1.1 材料

芹菜葉：榆林市市售。蘆丁標準品：西安匯林生物科技有限公司；對二苯基苦基苯肼（DPPH）、鄰菲羅啉、硫酸亞鐵銨、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、三（羥甲基）氨基甲烷（Tris）、抗壞血酸（VC）、焦性沒食子酸、硫代硫酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、可溶性淀粉、過氧化氫、碘化鉀、氫氧化鈉、鹽酸（36%～38%）、冰乙酸、三氯甲烷、無水乙醇、石油醚、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、甲醇等均為分析純。

1.1.2 儀器

循環(huán)水真空泵（SHZ-D）；小型高速粉碎機（WK-200B）；電子天平（ESG60-4）；臺式電熱干燥箱（202-O）；數(shù)控超聲波清洗器（KQ2200DV）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S）；數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器（SZCL-2）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE-2000A）；紫外可見分光光度計（UV-2450）；可見分光光度計（JH722S）；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-1）。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘆丁標準曲線的繪制

精確稱取蘆丁標準品20 mg，加30%乙醇溶解，置于100 mL容量瓶，稀釋至刻度，精確量取25 mL，置50 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，即得0.1 mg/mL的蘆丁標準溶液。

準確量取標準溶液0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 mL，分別置于25 mL容量瓶，補30%乙醇至12.5 mL，分別加0.75 mL 5%亞硝酸鈉溶液，搖勻后靜置5 min，加0.75 mL 10%硝酸鋁溶液，搖勻后靜置5 min，再加10.0 mL 4%氫氧化鈉溶液，用30%乙醇定容至刻度，搖勻。以空白試劑為對照，在510 nm下測定吸光度A，以蘆丁濃度為橫坐標，吸光度A為縱坐標，繪制標準曲線[18]。

1.2.2 樣品芹菜素得率的測定

將芹菜葉提取液濃縮后，用30%的乙醇溶解稀釋定容至100 mL容量瓶。吸取5.0 mL上述溶液于25 mL容量瓶中，用30%的乙醇定容至刻度。吸取此溶液10 mL置于25 mL的容量瓶中，加入2.5 mL 30%乙醇溶液。再加入5%亞硝酸鈉溶液0.75 mL，搖勻后靜置5 min，加10%硝酸鋁溶液0.75 mL，搖勻后靜置5 min，加4%氫氧化鈉溶液10.0 mL，用30%的乙醇定容。以空白試劑為對照，在510 nm下測定吸光度，根據(jù)如下公式計算芹菜葉中芹菜素的得率[19，20]。

芹菜葉中芹菜素得率（M）=CD×稀釋倍數(shù)/W

其中： C—芹菜素濃度，mg/mL；

D—樣品溶液稀釋后的總體積，mL；

W—芹菜葉質(zhì)量，g。

1.2.3 提取芹菜葉中芹菜素的單因素實驗

分別考察提取劑蒸餾水、丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙腈、石油醚；提取劑濃度（體積比）分別為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液；料液比分別為1：20、1：25、1：30、1：35、1：40、1：45、1：50；提取溫度分別為60、70、80、90 ℃；提取時間60、90、120、150、180 min；原料粒徑20、40、60、80目對芹菜葉中芹菜素的影響。根據(jù)實驗結(jié)果，設計正交實驗。

1.2.4 正交實驗優(yōu)化提取工藝

應用正交試驗設計原理，優(yōu)化芹菜葉中芹菜素的提取工藝，在單因素實驗結(jié)果的基礎上，選定乙醇濃度、料液比、提取溫度、粒徑四個因素，每個因素選3 個水平，設計L9（34）正交實驗，因素水平見表1。

1.2.5 芹菜葉芹菜素提取液的抗氧化能力測定

（1）DPPH·自由基的生成及清除率測定

以二次蒸餾水做空白對照。制備0.1 mmol/L DPPH· 無水乙醇溶液，取3.0 mL DPPH·溶液，加入0.1 mL不同濃度芹菜素提取液或不同濃度的VC溶液，室溫下反應5 min后在519 nm 處測得吸光度A1；取3.0 mL DPPH·溶液，加入0.1 mL 無水乙醇，反應5分鐘后在519 nm 處測得吸光度A2，清除率計算公式為[21，22]：

DPPH·清除率（%）=

（2）超氧陰離子的生成及清除率測定

吸取4.4 mL 0.05 mol/L pH為8.2的Tris-HCl緩沖溶液，置于25 ℃恒溫水浴中預熱20 min，分別加入0.1 mL不同濃度的樣品溶液，再加入已在25 ℃恒溫水浴中預熱的2.50 mmol/L的鄰苯三酚5.50 mL開始反應，混勻后繼續(xù)置于25 ℃水浴反應4 min后，加入濃度為10.0 mol/L的HCl溶液2滴終止反應，用蒸餾水作參比，于325 nm處測定吸光值，再以相同濃度的VC作對照實驗[23-25]。超氧陰離子清除率按如下公式計算：

清除率（%）=

其中：A0—不含樣品溶液的吸光值；

A1—含有樣品溶液的吸光值；

A2—含樣品溶液但不含鄰苯三酚的吸光值。

（3）羥自由基的生成及清除率的測定

取8支50 mL具塞試管，依次加入1.0 mL 7.5 mmol/L的鄰二氮菲，2.0 mL的PBS緩沖溶液（pH值為7.4，下同）和1.0 mL 7.5 mmol/L的FeSO4，邊加邊搖勻后，加入1.0 mL 0.1%H2O2，再用蒸餾水定容至50 mL刻度線，置37 ℃恒溫水浴鍋反應60 min，在510 nm處測其吸光度A3，按上述操作步驟，用蒸餾水代替1.0 mL 0.1% H2O2，定容至50 mL刻度線，置37 ℃水浴鍋反應60 min，在510 nm處測其吸光度A2，在測損傷組的基礎上再加不同體積的皂苷提取液，按上述步驟一樣，PBS緩沖溶液作為參比，在510 nm處測其吸光度A1；以Vc作對照[26]。

清除率=（A1-A3）/（A2-A3）×100%

式中：A1─樣品組吸光值；

A2─未損傷組吸光值；

A3─損傷組吸光值。

2 結(jié)果與分析

2.1 標準曲線繪制

蘆丁標準曲線如圖1所示，回歸方程為：y=10.23714x-0.00176，相關系數(shù)為R2=0.999 8。芹菜葉中芹菜素溶液在0～0.05 mg/mL濃度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)良好的線性關系。

按原料粒徑為40目，料液比1∶20 g/mL，分別采用蒸餾水、丙酮、甲醇、無水乙醇、乙酸乙酯、乙腈、石油醚，溫度80 ℃，回流60 min，對黑豆中皂苷進行提取，在波長510 nm下測提取液的吸光度（A），以芹菜素得率比較不同提取劑的效果如圖2所示。實驗結(jié)果表明：提取劑類型對芹菜素得率影響比較大，其中無水乙醇的提取效果最好。因此，以下實驗均采用無水乙醇作為提取劑。

2.2.2 乙醇濃度的選擇

按原料粒徑為40目，料液比1：40 g/mL，分別采用乙醇濃度分別為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%，溫度80 ℃，回流60 min的條件下，對芹菜葉中芹菜素進行提取，比較乙醇濃度對芹菜素得率的影響如圖3所示，結(jié)果表明：芹菜素得率隨乙醇濃度的升高而升高，乙醇濃度達80%，得率達最大值。乙醇濃度進一步增大，芹菜素含量反而下降，這可能是由于高濃度的乙醇會增加其中蛋白質(zhì)和糖類等雜質(zhì)的出現(xiàn)，與芹菜素競爭乙醇，從而導致芹菜素得率下降，因此，本實驗選80%的乙醇作為提取芹菜素的最佳提取濃度，并選定乙醇濃度在70%、80%、90%作為正交實驗的水平。

按原料粒徑為40目，料液比分別為1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50 g/mL，溫度80 ℃，回流60 min的條件下，對芹菜葉中芹菜素進行提取，比較料液比對芹菜素得率的影響如圖4所示，結(jié)果表明：隨著料液比的增加，乙醇水混合體系對芹菜葉中芹菜素的的含量呈上升趨勢。但當料液比達到1∶40 g/mL時，芹菜素含量達到最高，之后隨著料液比的增加，芹菜素含量又有減小的趨勢，這可能是由于隨著料液比的的增加，其他醇溶性成分溶出，從而使含量下降。同時，料液比過大也會造成溶劑和能源的浪費，并給后續(xù)工作造成困難。因此，本實驗選取1∶40 g/mL作為提取芹菜素的最佳料液比。并選定料液比在1∶35、1∶40、1∶45 g/mL作為正交實驗的水平[27]。

2.2.4 提取溫度的選擇

按原料粒徑為40目，料液比為1：40 g/mL，溫度分別在60、70、80、90 ℃，回流60 min的條件下，對芹菜葉中的芹菜素進行提取，比較提取溫度對芹菜素得率的影響如圖5所示，芹菜葉中芹菜素的提取率隨著溫度的升高而增加，但當溫度達到80 ℃時，芹菜素含量達到最大值，進一步提高溫度，芹菜素含量不再增加，考慮到溫度過高會增加雜質(zhì)的溶出量，且耗能較多，因此選擇80 ℃為最佳提取溫度，并選定溫度70、80、90 ℃作為正交實驗水平[27]。

2.2.5 芹菜葉粒徑的選擇

按原料粒徑分別為20、40、60、80目，料液比為1：40 g/mL，溫度分別為80 ℃，回流60 min的條件下，對芹菜葉中芹菜素進行提取，以芹菜素得率比較不同顆粒度的效果如圖6所示，實驗結(jié)果如圖6表明：原料顆粒度大小對芹菜素得率影響明顯，隨著芹菜葉粒徑的減小，芹菜素得率先增加后減小，原料粒徑為40目時，芹菜素得率達到最大，這是因為隨著原料粒徑逐漸減小，雜質(zhì)逐漸被分出，原料可以與溶劑充分混合，使提取率明顯增加，但是，粒徑進一步減小，提取液粘度增加，不利于芹菜素溶出，且部分芹菜葉顆粒也被阻隔，造成一定的浪費，綜合考慮，原料顆粒度為40目是提取芹菜素的最佳粒徑，并選定20、40、60目作為正交實驗水平。

2.2.6 提取時間的選擇

按原料粒徑為40目，料液比為1：40 g/mL，分別回流60、90、120、150、180 min，溫度為80 ℃的條件下，對芹菜葉中芹菜素進行提取，以芹菜素得率比較不同提取時間的效果如圖7所示，實驗結(jié)果表明：芹菜葉中芹菜素的得率在2 h內(nèi)，隨著時間的增加，提取含量減少，可能是因為芹菜葉中的植物細胞壁在低溫沒有被完全破裂，導致其中的有效成分溶出較少。2 h后隨著回流時間繼續(xù)增加，150 min芹菜素得率達到最高，但進一步延長提取時間，芹菜素得率又有所下降。這可能是隨著浸提時間的增長，脂溶性物質(zhì)增加，芹菜素得率減少。因此，本實驗選150 min作為芹菜素提取的最佳提取時間[19]。

2.3 正交實驗分析

在單因素實驗的基礎上，確定以顆粒度為40目的芹菜葉為原料，提取時間為150 min，分別以乙醇濃度、料液比、提取溫度以及粒徑為考察因素，以芹菜素得率為實驗指標，設計4因素3水平正交實驗，結(jié)果如表2所示。

表2結(jié)果顯示：在9組實驗中，第9組實驗中芹菜葉中芹菜素的含量最高為20.124 mg/g；第1組最低，僅有10.320 mg/g。對芹菜素含量的極差分析可以看出，四個因素對提取效果的影響順序為：A>C>D>B，即：乙醇濃度對提取效果的影響最大，溫度次之，其次是粒徑，料液比對實驗結(jié)果的影響最小。

由實驗數(shù)據(jù)可知，4個因素的最佳水平組合為A3B3C2D2，即：乙醇濃度為90%，料液比為1：45 （g/mL），提取溫度為80 ℃，粒徑為40目。在此最佳工藝條件下，進行芹菜素的提取實驗，三組平行實驗，求平均得率為20.675 mg/g。

2.4 芹菜素提取液的抗氧化活性研究

2.4.1 芹菜葉中芹菜素對DPPH·自由基清除作用

由圖8可以看出芹菜素提取液對DPPH·清除率隨芹菜素提取液的濃度的增加而增大，當芹菜素提取液含量為0.027 mg/mL時清除率為48.78%，VC含量為0.027 mg/mL時，清除率為75.68%。結(jié)果表明，芹菜葉中芹菜素和VC都對DPPH·具有一定的清除能力，芹菜葉中的芹菜素提取液的清除率略小于同濃度的VC的清除率，但也有較好的清除效果。

2.4.2 芹菜葉中芹菜素對羥自由基的清除作用

由圖9可知，隨著芹菜葉中芹菜素濃度的增加，對羥基自由基的清除率增大，當芹菜素濃度為0.3125 mg/mL時對羥基自由基的清除率為38.04%。芹菜葉中的芹菜素提取液的清除率略小于同濃度的VC的清除率，但也有較好的清除效果。

2.4.3 芹菜葉中芹菜素對超氧陰離子的清除作用

從圖10中可以看出，芹菜葉中芹菜素對O2-·的清除率隨著其濃度的增加而增強，當芹菜素濃度達到0.463 mg/mL時，芹菜素提取液對O2-·的清除率為56.65%，隨著芹菜素濃度的增大，對超氧陰離子的清除能力越來越接近同濃度的VC，說明芹菜葉中的芹菜素是一種很好的天然抗氧劑。

圖10 芹菜素提取液和VC對超氧陰離子的清除效果

Fig.10 Scavenging effect of celery extract and VC on superoxide anion

3 結(jié) 論

回流提取芹菜葉中芹菜素的適宜提取條件為：芹菜葉顆粒度為40目，90%乙醇溶液于80 ℃，料液比為1∶45 （g/mL），提取150 min時，重復提取一次，最佳得率為20.675 mg/g。

芹菜葉中芹菜素對DPPH·自由基，超氧陰離子，羥基自由基都有明顯的清除效果，且隨著芹菜素提取液的濃度增加而增大，濃度越大，清除效果越接近于同濃度的VC，因此芹菜素提取液是良好的天然抗氧化劑。

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