祁白術(shù)生物活性物質(zhì)及其抗氧化、抑菌能力研究

吳永祥 - 江海濤 - 崔 朋

方建新1FANG Jian-xin1 王衛(wèi)東3WANG Wei-dong3 胡長玉1HU Chang-yu1

祁白術(shù)簡稱祁術(shù)，為菊科植物白術(shù)(AtractylodesmacrocephalaKoidz·)的干燥根莖，因僅野生分布于安徽祁門及附近地區(qū)而得名。祁白術(shù)在當?shù)孛耖g被視為珍貴補品，適宜于久病體虛者和小兒體虛者進補，藥效持久，補而不膩[1]。李云志等[2-3]采用HPLC-ESI-TOF/MS快速分離鑒別了野生祁白術(shù)的化學成分，表明野生祁白術(shù)與栽培白術(shù)具有不同的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。祁白術(shù)的道地性及優(yōu)良品質(zhì)可能與當?shù)氐刭|(zhì)、氣候、土壤、生物等生態(tài)環(huán)境因素作用有關(guān)[4-5]。白術(shù)含有揮發(fā)油、多糖、黃酮類、內(nèi)酯類化合物、苷類等生物活性成分[6-8]，具有抑菌[9]、抗腫瘤[9]、抗炎癥[10]、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝[11]及改善學習記憶、延緩衰老[12]等功效。本課題組前期研究了祁白術(shù)的營養(yǎng)成分及多糖提取工藝，表明祁白術(shù)除可作為藥用外，還能應用于功能性食品的開發(fā)[13-14]。目前國內(nèi)外學者對于白術(shù)化學成分及功效的研究都是基于栽培白術(shù)[7,9,11-12]，對祁白術(shù)不同極性萃取相抗氧化和抑菌作用的研究仍然缺乏，主要活性成分的分析與鑒定尚未見報道。

本試驗擬對祁白術(shù)醇提物及其不同極性萃取相的總酚、總黃酮含量及抗氧化、抑菌活性進行研究，考察總酚、總黃酮含量與抗氧化活性的相關(guān)性，并采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)分析醇提物中的主要化學成分，旨在闡明道地藥材——祁白術(shù)的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，同時為祁白術(shù)資源在食品、藥品領(lǐng)域的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

祁白術(shù)：2017年8月于安徽省祁門縣古溪鄉(xiāng)采集，經(jīng)除雜、清洗后，將60 ℃烘干至恒重的祁白術(shù)粉碎成粉末，過80目篩，干燥保存。

2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、單寧酸(tannic acid, TA)、槲皮素(quercetin, QE)、抗壞血酸(Vitamin C, Vc)、對羥基苯甲酸丙酯(propylparaben, PP)：分析純，美國Sigma-Aldrich公司；

營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基：生物試劑，北京陸橋技術(shù)有限責任公司；

所有分離用有機溶劑：分析純，南京化學試劑有限公司；

大腸桿菌(E.coli, G-)、綠膿桿菌(P.aeruginosa, G-)、金黃色葡萄球菌(S.aureus, G+)、枯草芽孢桿菌(B.subtilis, G+)：武漢大學微生物保藏中心。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

生化培養(yǎng)箱：SPX-100A型，上海仙象儀器儀表有限公司；

超凈工作臺：DL-CJ-1N型，北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司；

立式壓力蒸汽滅菌器：LDZF-75KB-III型，上海申安醫(yī)療器械廠；

全波長酶標儀：SpectraMax-190型，美國Molecular Devices公司；

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：Agilent HP7890-5975C型，美國Agilent公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相的制備 取祁白術(shù)粉末20 g，按照料液比1∶10 (g/mL)與甲醇溶液混合，60 ℃恒溫回流提取3 h，過濾后收集上清液，剩余殘渣再按照上述條件提取2次，合并3次上清液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮得祁白術(shù)甲醇粗提物5.51 g。將甲醇粗提物混懸于蒸餾水中，按1∶1體積比依次加入正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯和正丁醇進行萃取，每相萃取3次，分別得到正己烷相0.74 g、二氯甲烷相0.29 g、乙酸乙酯相0.11 g、正丁醇相0.76 g 以及剩余的水相3.47 g。按式(1)計算祁白術(shù)各萃取相的提取率。

(1)

式中：

R——提取率，%；

Wf——各萃取相的提取量，g；

We——甲醇粗提物的提取量，5.51 g。

1.2.2 總酚含量測定 采用福林酚法[15-16]。以標準品單寧酸濃度C為橫坐標，吸光值Y為縱坐標，繪制標準曲線方程Y=0.002 2C+0.003 4，R2=0.999。單寧酸在50～250 μg/mL時與吸光度呈良好線性關(guān)系。根據(jù)上述標準曲線計算祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相中的總酚含量，結(jié)果以每克樣品中含有相當單寧酸毫克數(shù)表示，即mg TA/g。

1.2.3 總黃酮含量測定 采用鋁鹽顯色法[17]。以標準品槲皮素濃度C為橫坐標，吸光值Y為縱坐標，繪制標準曲線方程Y=0.025 9C-0.015 7，線性范圍20～100 μg/mL，R2=0.996。根據(jù)上述標準曲線計算祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相中的總黃酮含量，結(jié)果以每克樣品中含有相當槲皮素毫克數(shù)表示，即mg QE/g。

1.2.4 抗氧化活性測定

(1) 還原能力：參考文獻[18]。以VC為參照，繪制吸光值Y-質(zhì)量濃度C的標準曲線，得Y= 5.441C+0.200(R2=0.991)，根據(jù)標準曲線，計算祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相的還原能力，計算結(jié)果以mg VC/g表示。

(2) ABTS自由基清除能力：參考文獻[19]。以VC為標準品，得到吸光值(Y)與VC質(zhì)量濃度(C)的標準曲線Y=798.8C+11.74(R2=0.997)，根據(jù)標準曲線，計算樣品對ABTS自由基的清除效果，計算結(jié)果以mg VC/g表示。

(3) DPPH自由基清除能力：參考文獻[20～21]。以VC為參照，制作吸光值Y-質(zhì)量濃度C的標準曲線，得Y=905.7C+6.485(R2=0.990)，根據(jù)標準曲線，計算樣品對DPPH自由基的清除效果，計算結(jié)果以mg VC/g表示。

1.2.5 抑菌活性測定 將祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相用二甲基亞砜配置成10.0 mg/mL溶液，將正己烷相配置成1.0，5.0，10.0，15.0，20.0 mg/mL不同濃度的溶液。采用濾紙片擴散法測定[22]祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和綠膿桿菌的抑菌圈直徑。正已烷相最小抑菌濃度的測定參考文獻[23～24]。以二甲基亞砜為空白對照組(CK)，以對羥基苯甲酸丙酯為陽性對照組(PP)。

1.2.6 祁白術(shù)甲醇粗提物化學成分的GC-MS分析 色譜條件：色譜柱為HP-5MS(5% Phenyl Methyl Silox，30 m×0.25 mm×0.25 μm)的石英毛細管柱；無分流進樣，進樣量為0.5 μL；色譜柱初始溫度為40 ℃(保持3 min)，以4 ℃/min升至160 ℃(保持3 min)，以6 ℃/min升至285 ℃(保持10 min)。質(zhì)譜條件：離子源為EI源，電子轟擊能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃；掃描范圍m/z為35～450 amu全離子掃描。通過與NIST08標準譜庫的質(zhì)譜圖作對比，確定待測成分。

1.3 統(tǒng)計學分析

運用SPSS 18.0軟件對試驗結(jié)果進行分析。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)中的Duncan’s多重比較法分析數(shù)據(jù)間的顯著差異，P<0.05表示差異顯著；采用Pearson’s法分析總酚、總黃酮含量與抗氧化活性之間的相關(guān)性。所有試驗重復3次，結(jié)果表示為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 總酚、總黃酮含量分析

由表1可知，祁白術(shù)不同極性萃取相的提取率差異顯著，其中水相、正丁醇相及正己烷相的提取率較高，分別為62.98%，13.79%，13.43%。祁白術(shù)甲醇粗提物及各萃取相均含有總酚和總黃酮等有效成分，其中總酚含量較多(28.77～139.45 mg TA/g)，而總黃酮含量較少(2.06～21.28 mg QE/g)。不同溶劑對總酚含量影響的變化趨勢為乙酸乙酯相>二氯甲烷相>正丁醇相>甲醇粗提物>正己烷相>水相，各萃取相均有顯著性差異(P<0.05)。乙酸乙酯相的總酚含量最高，為(139.45±0.19) mg TA/g，其次為二氯甲烷相。乙酸乙酯相從甲醇粗提物中分離的總黃酮高達(21.28±2.28) mg QE/g，是含量最少的水相[(2.06±0.27) mg QE/g]的10.33倍。

表1祁白術(shù)不同極性萃取相的提取率及總酚、

總黃酮含量?

Table 1 The extraction yields, contents of total phenolics and total flavonoids of different polarity fractions of Qi Baizhu

樣品提取率/%總酚含量/(mgTA·g-1)總黃酮含量/(mgQE·g-1)甲醇粗提物27.5547.48±1.70d4.87±1.54b正己烷相 13.4344.11±2.67e4.39±0.16b二氯甲烷相5.2698.20±0.22b6.57±1.26b乙酸乙酯相2.00139.45±0.19a21.28±2.28a正丁醇相 13.7968.93±0.74c5.52±0.82b水相 62.9828.77±0.39f2.06±0.27b

? 同列不同上標字母表示在統(tǒng)計學上具有顯著差異(P<0.05)。

2.2 抗氧化活性分析

由表2可知，祁白術(shù)甲醇粗提物及不同極性萃取相的還原能力、對ABTS和DPPH自由基清除能力均呈顯著性差異(P<0.05)。乙酸乙酯相、正丁醇相及二氯甲烷相的還原能力較強，分別為(38.95±1.66)，(14.48±0.58)，(14.03±0.03) mg VC/g。ABTS自由基清除能力排序為乙酸乙酯相>二氯甲烷相>正丁醇相>正己烷相>甲醇相>水相，分別為(302.42±7.51)，(249.63±6.37)，(118.66±2.86)，(75.47±1.44)，(72.25±2.45)，(21.10±0.07) mg VC/g。各萃取相對DPPH自由基具有較強的清除能力且差異顯著(P<0.05)，其中乙酸乙酯相清除能力最強 [(51.61±2.59) mg VC/g]，其次為二氯甲烷相。結(jié)果表明，祁白術(shù)各萃取相的還原能力、對ABTS和DPPH自由基清除能力的變化規(guī)律具有較好的一致性，其中乙酸乙酯相的抗氧化活性最強。

表2 祁白術(shù)不同極性萃取相的抗氧化活性?Table 2 Antioxidant activity of different polarity fractions of Qi Baizhu mg VC/g

? 同列不同上標字母表示在統(tǒng)計學上具有顯著差異(P<0.05)。

2.3 總酚、總黃酮含量與抗氧化活性的相關(guān)性分析

由表3可知，還原能力與ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力均呈顯著相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)R分別為0.875，0.874。ABTS自由基清除能力與DPPH自由基清除能力呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)R為0.955。表明3種抗氧化活性檢測方法較好地反映了祁白術(shù)甲醇粗提物及不同極性萃取相的抗氧化作用。

祁白術(shù)的總酚含量與總黃酮含量之間呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R為0.907。各萃取相的總酚含量與還原能力、ABTS自由基清除能力及DPPH自由基清除能力均呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)R分別為0.949，0.982，0.956。總黃酮含量與還原能力、ABTS自由基清除能力及DPPH自由基清除能力均呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R分別為0.967，0.831，0.879。這些結(jié)果表明，總酚、總黃酮是祁白術(shù)中的主要抗氧化活性成分。目前很多研究[25-26]表明，許多植物中的總酚、總黃酮含量與抗氧化能力之間存在良好的相關(guān)性，與本試驗結(jié)果相似。

2.4 抑菌活性分析

由表4可知，祁白術(shù)的甲醇粗提物、正己烷相、二氯甲烷相及陽性對照(PP)對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和綠膿桿菌均有不同程度的抑制作用；乙酸乙酯相和正丁醇相對大腸桿菌、綠膿桿菌有一定的抑制作用，但對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌無明顯抑制效果；水相則對4種受試菌均無顯著抑制作用。其中正己烷相的抑菌活性最顯著(P<0.05)，在10 mg/mL濃度下，對受試菌的抑菌圈直徑分別為大腸桿菌(10.38±0.85) mm，金黃色葡萄球菌(10.13±0.48) mm，枯草芽孢桿菌(9.63±0.25) mm，綠膿桿菌(10.25±0.50) mm。

本試驗進一步測定了祁白術(shù)活性部位正己烷相不同濃度條件下對4種受試菌的抑制作用。由表5得知，空白對照組(CK)無抑菌作用，而正己烷相在不同濃度條件下對4種受試菌均具有不同程度的抑制效果，且隨著濃度的增大，抑制作用逐漸增強。正己烷相對4種受試菌的最小抑菌濃度均為1 mg/mL，但在各個濃度條件下，對大腸桿菌和綠膿桿菌的抑制活性強于同等濃度條件下對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌的，表明正己烷相對革蘭氏陰性細菌的抑制效果優(yōu)于革蘭氏陽性細菌。

2.5 甲醇粗提物化學成分的GC-MS分析

對甲醇粗提物化學成分進行了GC-MS定性分析，得到總離子流圖，結(jié)果見圖1。通過與NIST08標準譜庫的質(zhì)譜圖作對比，鑒定出18種化合物，占總峰面積量的91.24%，包

表3 祁白術(shù)的總酚、總黃酮含量與抗氧化活性的相關(guān)性分析?Table 3 Correlation analysis between total phenolic, flavonoid contents and antioxidant activity of Qi Baizhu

? *代表顯著相關(guān)性(P<0.05)；**代表極顯著相關(guān)性(P<0.01)。

表4 祁白術(shù)不同極性萃取物對4種菌的抑菌圈直徑?Table 4 Diameter of inhibitory zone of different polarity fractions of Qi Baizhu against four common bacterial strains mm

? 萃取物濃度為10 mg/mL，PP濃度為1 mg/mL；同列不同上標字母表示在統(tǒng)計學上具有顯著差異(P<0.05)。

表5 祁白術(shù)正己烷相對4種菌的抑菌圈直徑?Table 5 Diameter of inhibitory zone of hexane fraction from Qi Baizhu against four common bacterial strains mm

? 同列不同字母表示在統(tǒng)計學上具有顯著差異(P<0.05)。

括3種酚類(35.02%)、2種醇類(28.63%)、9種烯類(15.42%)、3種酮類(8.99%)、1種酯類(3.18%)化合物。由表6可知，甲醇粗提物的主要化學成分為3,3'-二氨基-4,4'-二羥基聯(lián)苯(33.47%)、β-桉葉醇(28.33%)、β-愈創(chuàng)木烯(5.91%)、3,3,5,6,7-五甲基-1-茚滿酮(4.70%)、癸二酸二異辛酯(3.18%)、γ-欖香烯(3.11%)等。

圖1 祁白術(shù)甲醇粗提物的GC-MS總離子流圖Figure 1 Total ion chromatogram of methanol crude extract of Qi Baizhu表6 祁白術(shù)甲醇粗提物的化學成分及其相對含量

Table 6 Chemical constituents and relative contents of methanol crude extract of Qi Baizhu

序號保留時間/min化合物相對含量/%127.7484(-)-異丁香烯0.54228.0546γ-欖香烯3.11328.8951α-石竹烯0.22429.8654β-蓽澄茄烯0.56529.9536α-芹子烯0.68630.61782,4-二叔丁基苯酚0.36731.4013(+)-巴倫西亞橘烯1.95834.2861(+)-香橙烯1.31934.6182β-愈創(chuàng)木烯5.911035.2097β-桉葉醇28.331135.33943,3'-二氨基-4,4'-二羥基聯(lián)苯33.471235.5781長葉烯1.141337.2437桉油烯醇0.301437.9286桔利酮1.301542.57243,3,5,6,7-五甲基-1-茚滿酮4.701644.61151',8'-二羥基-3',6'-二甲基-2'-萘乙酮2.991748.30062-(3,7-二甲基-2,6-二辛烯基-4-甲氧基苯酚1.191855.8812癸二酸二異辛酯3.18

3 結(jié)論

經(jīng)過試驗可知，祁白術(shù)乙酸乙酯相中的總酚、總黃酮含量最高，且表現(xiàn)出最強的抗氧化活性。相關(guān)性分析表明，總酚、總黃酮含量與還原能力和對ABTS、DPPH自由基清除能力均呈顯著正相關(guān)，說明總酚、總黃酮是祁白術(shù)中的主要抗氧化活性成分。體外抑菌試驗顯示，正己烷相對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和綠膿桿菌的抑制作用最顯著。經(jīng)GC-MS分析甲醇粗提物中的主要化學成分，共18種化合物，以酚、醇、烯類化合物為主，其中高含量的酚類、醇類、烯類化合物可能是潛在的抑菌活性成分。本研究闡明了道地藥材祁白術(shù)的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，為祁白術(shù)資源的綜合開發(fā)與利用提供了理論依據(jù)。下一步將對祁白術(shù)活性部位的分離純化做進一步的分析，以明確祁白術(shù)抗氧化和抑菌作用的主要組分。

[1] 岳美穎, 潘媛, 敖慧. 白術(shù)化學、藥理與臨床研究進展[J]. 亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥, 2016, 12(5): 66-68.

[2] 李云志, 白雪. 祁白術(shù)半野生和野生品以及和栽培品化學成分相似性初步研究[J]. 時珍國醫(yī)國藥, 2012, 23(9): 2 241-2 242.

[3] 李云志, 劉蘭花, 江洪波. 野生祁白術(shù)化學成分的HPLC-ESI-TOF/MS快速分離鑒別[J]. 時珍國醫(yī)國藥, 2013, 24(12): 2 931-2 932.

[4] ZHOU Jue, QU Fan, YU Yong-ping. Chemical and ecological evaluation of a genuine Chinese medicine:AtractylodesmacrocephalaKoidz[J]. African Journal of Traditional, Complemen-tary and Alternative Medicines, 2011, 8(4): 405-411.

[5] 胡長玉, 陳愛珍, 張慧沖, 等. 安徽野生祁門白術(shù)生物學特性研究初報[J]. 黃山學院學報, 2004, 6(6): 80-81.

[6] LI Cui-qin, HE Lang-chong, DONG Hai-yan, et al. Screening for the anti-inflammatory activity of fractions and compounds fromAtractylodesmacrocephalaKoidz[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2007, 114(2): 212-217.

[7] 彭偉, 韓婷, 劉青春, 等. 白術(shù)地上部分化學成分研究[J]. 中國中藥雜志, 2011, 36(5): 578-581.

[8] LI Yun-zhi, DAI Min, PENG Dai-yin. New bisesquiterpenoid lactone from the wild rhizome ofAtractylodesmacrocephalaKoidzgrown in Qimen[J]. Natural Product Research, 2017, 31(20): 2 381-2 386.

[9] 張雪青, 邵鄰相, 吳文才, 等. 白術(shù)揮發(fā)油抑菌及抗腫瘤作用研究[J]. 浙江師范大學學報: 自然科學版, 2016, 39 (4): 436-442.

[10] YAO Chun-mei, YANG Xiu-wei. Bioactivity-guided isolation of polyacetylenes with inhibitory activity against NO production in LPS-activated RAW264.7 macrophages from the rhizomes ofAtractylodesmacrocephala[J]. Journal of Ethnopharmaco-logy, 2014, 151(2): 791-799.

[11] 彭敏, 顧施健, 姜淋潔, 等. 白術(shù)提取物降血脂作用的有效部位研究[J]. 時珍國醫(yī)國藥, 2011, 22(10): 2 363-2 365.

[12] 石娜, 蘇潔, 楊正標, 等. 白術(shù)多糖對D-半乳糖致衰老模型小鼠的抗氧化作用[J]. 中國新藥雜志, 2014, 23(5): 577-581.

[13] 胡長玉, 張慧沖, 陳愛珍, 等. 野生祁白術(shù)的營養(yǎng)成分分析[J]. 生物學雜志, 2005, 22(3): 37-38.

[14] 胡長玉, 徐有志. 祁白術(shù)多糖提取工藝研究[J]. 生物學雜志, 2010, 27(4): 57-59.

[15] KHOUDJA N K, BOULEKBACHE-MAKHLOUF L, MA-DANI K. Antioxidant capacity of crude extracts and their solvent fractions of selectedAlgerianLamiaceae[J]. Industrial Crops and Products, 2014, 52: 177-182.

[16] 嚴鑫, 王委, 劉量. 綬草萃取物體外抗氧化活性及其總酚含量比較[J]. 食品與機械, 2016, 32(8): 143-146.

[17] LARRAURI M, ZUNINO M P, ZYGADLO J A, et al. Chemical characterization and antioxidant properties of fractions separated from extract of peanut skin derived from different industrial processes[J]. Industrial Crops and Products, 2016, 94: 964-971.

[18] 吳永祥, 王祥, 江海濤, 等. 不同極性柳葉蠟梅葉萃取物總酚含量及其抗氧化、抑菌能力研究[J]. 食品與機械, 2017, 33(8): 150-154.

[19] 付晶晶, 肖海芳, 宋元達. 金銀花等6種植物提取物總黃酮含量與抗氧化性相關(guān)性研究[J]. 食品與機械, 2017, 33(6): 159-163.

[20] SAHREEN S, KHAN M R, KHAN R A. Evaluation of antioxidant activities of various solvent extracts ofCarissaopacafruits[J]. Food Chemistry, 2010, 122(4): 1 205-1 211.

[21] 汪光華, 唐樹平, 彭名軍, 等. 高良姜中4種黃酮化合物的體外抗氧化能力及抑菌活性研究[J]. 食品與機械, 2017, 33(5): 168-172.

[22] DUBE P, MEYER S, MARNEWICK J L. Antimicrobial and antioxidant activities of different solvent extracts from fermented and green honeybush (Cyclopiaintermedia) plant material[J]. South African Journal of Botany, 2017, 110: 184-193.

[23] 高潔, 董文賓, 王勇, 等. 山皂莢多糖的提取工藝及抑菌活性[J]. 食品與機械, 2017, 33(3): 145-149.

[24] 吳永祥, 楊慶, 李林, 等. 豆腐柴葉揮發(fā)油化學成分及其抗氧化和抑菌作用研究[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā), 2018, 30(1): 45-51.

[25] 孟醒, 李安平, 余江帆, 等. 平臥菊三七提取物體外抗氧化活性研究[J]. 食品與機械, 2016, 32(10): 145-150.

[26] 陸俊, 羅丹, 張佳琦, 等. 三葉木通不同部位多酚、黃酮含量及抗氧化活性比較[J]. 食品與機械, 2016, 32(8): 132-135.