西蘭花類胡蘿卜素的提取及其抗氧化活性研究

李世紅，李媛媛，張佳怡，余 威，陳文玉，蘇金芬，王歲樓

(中國(guó)藥科大學(xué)工學(xué)院，南京 211198)

西蘭花類胡蘿卜素的提取及其抗氧化活性研究

李世紅，李媛媛，張佳怡，余 威，陳文玉，蘇金芬，王歲樓

(中國(guó)藥科大學(xué)工學(xué)院，南京 211198)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)初步優(yōu)化確定了西蘭花中類胡蘿卜素提取的最佳工藝條件為：用無(wú)水乙醇作為提取液、料液比1∶60、提取時(shí)間180min、提取溫度55℃，提取率可達(dá)268.26mg/100g。同時(shí)通過(guò)水楊酸法測(cè)定類胡蘿卜素粗提物清除羥基自由基的能力，證實(shí)西蘭花類胡蘿卜素具有較強(qiáng)的抗氧化能力。

西蘭花；類胡蘿卜素；提取工藝；抗氧化能力

本實(shí)驗(yàn)旨在探索優(yōu)化從西蘭花中提取和純化類胡蘿卜素的工藝條件及其提取物的抗氧化活性。

1 材料與方法

1.1 材料

(1)試驗(yàn)材料：西蘭花粉，購(gòu)于陜西中盛和生物科技有限公司。(2)試驗(yàn)試劑：分析純的丙酮、無(wú)水乙醇、正己烷、石油醚、抗壞血酸、乙酸乙酯等。(3)試驗(yàn)儀器設(shè)備：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(TU-1810，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)、數(shù)顯恒溫?cái)嚢柩h(huán)水箱(HH-42，常州國(guó)華電器有限公司)、循環(huán)水式多用真空泵(SHB-Ⅲ，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 最佳料液比選擇 稱取3組，每組5份西蘭花粉末各1g，分裝入錐形瓶中，分別以無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提液，以1∶20、1∶40、1∶60、1∶80的料液比(w/v)加入到樣品中，在30℃條件下恒溫水浴60min。在波長(zhǎng)450nm紫外分光光度計(jì)下測(cè)稀釋后濾液吸光度值。

1.2.2 最佳溫度選擇 稱取3組，每組5份西蘭花粉末各1g，分裝入錐形瓶中，分別以無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提液，以1∶60作料液比(w/v)加入樣品中，恒溫水浴180min，溫度分別為20、30、40、50、60℃(丙酮不做)、70℃(丙酮不做)。在波長(zhǎng)450 nm紫外分光光度計(jì)下測(cè)稀釋后濾液吸光度值。

1.2.3 最佳時(shí)間選擇 稱取3組，每組7份西蘭花粉末各1g，分裝入錐形瓶中，分別以無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提液，在30℃條件下以1∶60料液比(w/v)，加入到樣品中，恒溫水浴。在60、120、150、180、210、240、300min后分別取出，在波長(zhǎng)450nm紫外分光光度計(jì)下測(cè)稀釋后濾液吸光度值。

1.2.4 正交試驗(yàn) 對(duì)提取溶劑、提取溫度、提取時(shí)間、提取料液比(w/v)4個(gè)影響因素，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，以確定最優(yōu)的提取條件組合。

1.2.5 紫外分光光度法測(cè)定類胡蘿卜素的含量 根據(jù)邵金華等[1]用紫外分光光度計(jì)在450nm處測(cè)量以β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)樣制成的濃度為3～10μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)樣液的吸光度值所繪制成的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出樣品中類胡蘿卜素的含量。文獻(xiàn)所得的線性回歸方程為y=0.0396x+0.0261，R2=0.9996。類胡蘿卜素提取率的計(jì)算公式如式(1)：

類胡蘿卜素得率(mg/100g)=0.1×cV/w

(1)

式(1)中，c表示提取液中類胡蘿卜素的濃度(μg/mL)；V表示提取液的體積(mL)；w表示稱取的西蘭花粉末質(zhì)量(g)。

1.2.6 水楊酸法測(cè)定抗氧化能力[2-3]按照9mmol/L硫酸亞鐵1mL，9mmol/L乙醇—水楊酸1mL，蒸餾水12mL，和0.003%H2O21mL加入20mL試管中配制成溶液A0，搖勻后37℃水浴加熱15min，冷卻至室溫后測(cè)量其吸光度值(A0測(cè)定時(shí)，參比溶液為不加過(guò)氧化氫的溶液體系，即1mL FeSO4、1mL乙醇—水楊酸、13mL蒸餾水)。另外配制質(zhì)量濃度不同的待測(cè)液，所有反應(yīng)溶液的體積為15mL。搖勻后37℃水浴加熱15min，冷卻至室溫后測(cè)量各管的吸光度值A(chǔ)x。(Ax測(cè)定時(shí)，參比溶液為蒸餾水)。同時(shí)配制不含過(guò)氧化氫的對(duì)照溶液(用蒸餾水替代)，搖勻后37℃水浴加熱15min，冷卻至室溫后測(cè)量各管的吸光度值A(chǔ)x0(Ax0測(cè)定時(shí)，參比溶液為蒸餾水)。按照式(2)計(jì)算各質(zhì)量濃度樣品對(duì)羥基自由基的清除率，繪制出清除率曲線圖。

清除率(%)=A0-(Ax-Ax0)/A0×100

(2)

應(yīng)用同樣的方法，將上述步驟中加入的西蘭花類胡蘿卜素的粗提液改為抗壞血酸，添加的含量和順序保持一致，分別測(cè)定出A0、Ax、Ax0，按照相同的公式計(jì)算不同質(zhì)量濃度抗壞血酸對(duì)羥基自由基的清除率，繪制出清除率曲線圖。實(shí)際稱取量：西蘭花粉1.001 8g、抗壞血酸0.012 8g、水楊酸0.063 2g、七水合硫酸亞鐵0.129 0g(測(cè)定樣品時(shí))；水楊酸0.065 0g、七水合硫酸亞鐵0.125 7g(測(cè)定抗壞血酸時(shí))。稀釋10倍的粗提液吸光度：A=0.504 7；計(jì)算得到的類胡蘿卜素含量為C=89.47μg/mL；樣品中類胡蘿卜素的含量為4.150mg/g；抗壞血酸濃度為C=47.6μg/mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 西蘭花類胡蘿卜素提取的最佳料液比選擇

從圖1可見(jiàn)，在30℃恒溫水浴180min、料液比(w/v)為1∶60時(shí)，無(wú)水乙醇對(duì)西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，達(dá)到264.02mg/100g；在料液比小于1∶60情況下，提取率隨料液比增大而增大；在料液比大于1∶60情況下，提取率隨料液比的增大而減小。從圖2可見(jiàn)，在30℃恒溫水浴180min條件下，在料液比(w/v)為1∶80時(shí)，乙酸乙酯對(duì)西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，為234.15mg/100g；在料液比小于1∶80情況下，提取率隨著料液比的增大而增大；在料液比大于1∶80情況下，提取率隨料液比的增大而出現(xiàn)微弱的減幅。從圖3可見(jiàn)，在30℃恒溫水浴180min、料液比(w/v)為1∶60時(shí)，丙酮對(duì)西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，為250.78mg/100g；在料液比小于1∶60情況下，提取率隨料液比增大而增大；在料液比大于1∶60情況下，提取率隨料液比增大而明顯減小。

2.2 西蘭花類胡蘿卜素提取的最佳溫度選擇

從圖4可見(jiàn)，在30℃和50℃下無(wú)水乙醇對(duì)類胡蘿卜素都有較大的提取率，分別為264.02、264.69mg/100g。在20～30℃之間提取率隨溫度的升高明顯增大，而30℃以后類胡蘿卜素的提取率基本穩(wěn)定，有很小的上下波動(dòng)。從圖5可見(jiàn)，在40℃乙酸乙酯對(duì)類胡蘿卜素有最大的提取率，為305.79mg/100g。在20～40℃之間提取率隨溫度的升高而增大；40～50℃之間提取率隨溫度的升高而明顯降低；50℃以后乙酸乙酯對(duì)類胡蘿卜素提取率趨于平穩(wěn)。從圖6可見(jiàn)，在30℃下丙酮對(duì)類胡蘿卜素有最大的提取率，為250.78mg/100g；在20～30℃之間提取率隨溫度升高而明顯增大，30℃以后丙酮對(duì)類胡蘿卜素提取率降低。

2.3 西蘭花類胡蘿卜素提取的最佳時(shí)間選擇

從圖7可見(jiàn)，在150min時(shí)無(wú)水乙醇對(duì)西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，能達(dá)到251.18mg/100g。從30～150min之間的提取率呈增大趨勢(shì)；150～300min之間，提取率呈減小趨勢(shì)。從圖8可見(jiàn)，在180min時(shí)乙酸乙酯對(duì)類胡蘿卜素有最大提取率，為239.30mg/100g。從30～180min之間，提取率呈增大趨勢(shì)；180～300min之間，提取率呈減小趨勢(shì)。從圖9可見(jiàn)，在210min時(shí)丙酮對(duì)類胡蘿卜素有最大提取率，為260.50mg/100g。如果能夠找到有效的控制方法，丙酮的最大提取率會(huì)明顯高于無(wú)水乙醇和乙酸乙酯。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表1～2的極差分析結(jié)果可知，溫度對(duì)西蘭花類胡蘿卜素提取率的影響最大；而最優(yōu)條件組合與正交試驗(yàn)9號(hào)試驗(yàn)的條件組合正好一致，即在溫度55℃、提取時(shí)間180min、料液比1∶60時(shí)，西蘭花中類胡蘿卜素的提取率達(dá)到最高值(268.26mg/100g)。

圖1 乙醇為溶劑提取類胡蘿卜素的料液比與提取率關(guān)系

圖2 乙酸乙酯為溶劑提取胡蘿卜素的料液比與提取率關(guān)系

圖3 丙酮為溶劑提取胡蘿卜素的料液比與提取率關(guān)系

圖4 無(wú)水乙醇為溶劑提取溫度與提取率的關(guān)系

圖5 乙酸乙酯為溶劑提取溫度與提取率的關(guān)系

圖6 丙酮為溶劑提取溫度與提取率的關(guān)系

圖7 乙醇為溶劑提取時(shí)間與提取率的關(guān)系

圖8 乙酸乙酯為溶劑提取時(shí)間與提取率的關(guān)系

圖9 丙酮為溶劑提取時(shí)間與提取率的關(guān)系

表1 西蘭花類胡蘿卜素提取正交試驗(yàn)因素與水平

表2 西蘭花類胡蘿卜素提取正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

圖10 西蘭花類胡蘿卜素粗提液與抗壞血酸清除羥基自由基能力的比較

2.5 類胡蘿卜素的抗氧化能力評(píng)價(jià)

由圖10可見(jiàn)，西蘭花類胡蘿卜素粗提物清除羥基自由基的能力與其濃度呈正相關(guān)。與抗壞血酸的抗氧化能力相比，在濃度為22.18μg/mL附近二者抗氧化能力相當(dāng)；在濃度低于22.18μg/mL時(shí)西蘭花類胡蘿卜素粗提物抗氧化能力強(qiáng)于抗壞血酸；在濃度高于22.18μg/mL時(shí)西蘭花類胡蘿卜素粗提物抗氧化能力則低于抗壞血酸，但仍然有較強(qiáng)的抗氧化能力。

3 結(jié)論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為用無(wú)水乙醇作為提取液、料液比1∶60、提取時(shí)間180min、提取溫度55℃時(shí)，可使西蘭花中類胡蘿卜素的提取達(dá)到最佳效果，提取率為268.26mg/100g。用水楊酸法測(cè)定類胡蘿卜素粗提物清除羥基自由基的能力，與抗壞血酸的清除能力進(jìn)行對(duì)比，可知西蘭花類胡蘿卜素具有良好的抗氧化能力?！?/p>

[1]邵金華，等.柚皮中類胡蘿卜素的提取及其穩(wěn)定性的研究[J].食品工業(yè)科技，2014，35(2)：281-285.

[2]姬小明，邵惠芳，劉金霞，等.類胡蘿卜素的提取及分離方法研究進(jìn)展[J].河南科學(xué)，2008(11)：1337-1339.

[3]周丹蓉，方智振，廖汝玉，等.李果皮花色素苷、類黃酮和類胡蘿卜素含量及抗氧化性研究[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2013，35(6)：571-576.

(責(zé)任編輯 李婷婷)

Extraction and Antioxidant Activity of Carotenoids from Broccoli

LI Shi-hong，LI Yuan-yuan，ZHANG Jia-yi，YU Wei，CHEN Wen-yu，SU Jin-fen，WANG Sui-lou
(College of Engineering，China Pharmceutical University，Nanjing 211198，China)

The optimal conditions of extraction carotenoids，including solvent，ratio of solid to liquid，temperature，time，and extracting frequencies，were determined based on single factor analysis，then orthogonal experiment was performed to determine the optimum extraction conditions.The extraction rate reached the highest value as 268.26mg/100g，when the broccoli powder was soaked by ethanol with ratio of solid to liquid being 1∶60 for 180 min under 55℃.Mainly determination on hydroxyl radical scavenging ability of crude extracts by salicylic acid method proved the carotenoid crude extract had strong antioxidant capacity.

broccoli；carotenoids；extraction condition；antioxidant capacity

2016年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：J1310032)。

李世紅(1996— )，女，本科生，專業(yè)：食品質(zhì)量與安全。

王歲樓(1961— )男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：食品科學(xué)與安全。