楊佳娣 柯 婉 葉國棟 潘婉蓮 于 博 余海忠
(湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院,湖北 襄陽 441053)
襄麥冬學(xué)名湖北麥冬(Liriopespicatavar.prolifera),為百合科山麥冬屬植物,其塊根與川麥冬、杭麥冬一起入藥,連續(xù)收載于《中華人民共和國藥典》(1995,2000,2005,2010,2015年版),是國家地理標(biāo)志產(chǎn)品。甾體皂苷是襄麥冬的主要活性成分之一,在醫(yī)學(xué)研究、保健品開發(fā)、食品生產(chǎn)等方面應(yīng)用廣泛[1]。目前,對襄麥冬甾體皂苷的研究,主要集中在成分或含量測定方面。張煒等[2]建立了UPLC-MS/MS法檢測婦康寧片中摻加的湖北麥冬皂苷;吳發(fā)明等[3]從中國四大產(chǎn)地的麥冬中均檢出麥冬皂苷D,但浙江麥冬含量較低;同時也發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地麥冬中4種有效組分(2個皂苷和2個黃酮)的含量差異極顯著[4]。陳乃東等[5]證明高效毛細(xì)管電泳法可用于25R與25S-魯斯可皂苷元手性拆分,為魯斯可皂苷元藥理學(xué)研究、質(zhì)量控制提供了新方法。吳弢等[6]采用ELSD測定了湖北麥冬中山麥冬皂苷 B的含量,結(jié)果表明ELSD是皂苷類化合物較為適宜的檢測器。林以寧等[7]采用HPLC-ELSD法測定發(fā)現(xiàn)不同種麥冬類藥材在皂苷元組成及含量上均有區(qū)別,其總苷元含量為:短葶山麥冬>川麥冬和湖北麥冬>杭麥冬。
也有學(xué)者開展了一些皂苷與其品質(zhì)相關(guān)性的研究。王小剛[8]發(fā)現(xiàn)山麥冬皂苷B的含量在不同種苗間無顯著差異,但是與土壤中有效磷和全鉀呈顯著性相關(guān)。蘭宏昌[9]以山麥冬皂苷B含量等5個因素為考核指標(biāo),分析不同施加時間、不同施加劑量的多效唑?qū)丙湺|(zhì)量和產(chǎn)量的影響,得出多效唑的合適施用量為0.84 g/m2,最佳施用時間為9月中下旬。朱業(yè)芹[10]以山麥冬皂苷B和多糖的含量作為質(zhì)量評價指標(biāo),確定了以具有粗根、新生芽的植株為種苗,株距×行距(10 cm×15 cm)種植,摘花葶處理時的湖北麥冬質(zhì)量和產(chǎn)量較優(yōu)。
此外,在甾體皂苷的細(xì)胞活性評價、降血糖方面也有一些報(bào)道。林以寧等[7]發(fā)現(xiàn)不同種麥冬類藥材均對中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)呈抑制作用,其中,短葶山麥冬對中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā)具有較強(qiáng)的抑制作用。劉霞等[11-12]證實(shí)了湖北麥冬所含總多糖和總皂苷均具有降血糖作用,降糖效果為湖北麥冬總多糖>湖北麥冬總皂苷>湖北麥冬總提取物。
目前,關(guān)于襄麥冬的皂苷提取研究報(bào)道較少,僅見林韻涵[13]與劉霞[11,14]的報(bào)道。前者通過正交試驗(yàn)獲得總皂苷最佳提取工藝的得率為18.67%;后者則利用大孔吸附樹脂分離、純化襄麥冬塊根提取物,得到純度含量為66.52%的總多糖和81.15%的總皂苷。而對襄麥冬甾體皂苷的抗氧化活性研究則更為鮮見,僅見其不同極性部位粗提物的[15],尚未見單一類組分——總甾體皂苷的體外抗氧化活性報(bào)道。同時,從植物中尋找天然抗氧化物質(zhì)已逐漸成為食品行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)[16-17],作為藥食兼用的襄麥冬,不僅具有較好的藥理與保健作用,還被廣泛用于食品開發(fā),目前已有麥冬酒、麥冬茶、麥冬咀嚼片、麥冬酸奶等產(chǎn)品問世[18-19]。
基于上述,本試驗(yàn)擬通過響應(yīng)面法優(yōu)化襄麥冬總甾體皂苷的提取工藝,并采用α-脫氧核糖法、鄰苯三酚自氧化法、DPPH法、ABTS法測試其體外抗氧化能力,以期能為天然抗氧化劑的開發(fā)提供一種新的思路。
襄麥冬塊根:襄麥冬原產(chǎn)地——湖北襄陽歐廟,新鮮塊根洗凈后60 ℃烘干至恒重,粉碎待用;
α-脫氧核糖、硫代巴比妥酸、鄰苯三酚、ABTS、生育酚、甲醇等:分析純,國藥集團(tuán)上?;瘜W(xué)試劑有限公司;
DPPH:分析純,美國Sigma公司;
山麥冬皂苷B標(biāo)準(zhǔn)品:分析純,中國食品藥品檢定研究院;
微型植物粉碎機(jī):FZ102型,天津泰斯特儀器有限公司;
數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱:GZX-9240 MBE型,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;
紫外-可見光分光光度計(jì):UV-1800型,日本島津公司;
高效液相色譜儀:LC-20AT型,日本島津公司;
超聲波清洗器:KH3200DB型,昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司;
小型冷凍干燥機(jī):FreeZone 12型,美國Labconco公司。
分別稱取1.0 g襄麥冬塊根粉碎物,加入一定體積甲醇進(jìn)行超聲處理,在設(shè)定的溫度下提取一定時間后,過濾。濾渣轉(zhuǎn)移至索氏提取器內(nèi),加入100 mL甲醇,80 ℃恒溫水浴,繼續(xù)提取一定時間后停止,合并2次濾液,減壓濃縮得浸膏。取100 mL純水常溫超聲溶解浸膏,過濾,濾液中加入40 mL乙醚進(jìn)行萃取脫酯。對保留的水層部分,依次加入15,10,5,5 mL水飽和正丁醇,分4次萃取樣品溶液,合并萃取的正丁醇層部分,依次進(jìn)行45 ℃水浴減壓濃縮和-40 ℃真空冷凍干燥,所得產(chǎn)物即為襄麥冬總甾體皂苷。
以山麥冬皂苷B的含量來示蹤襄麥冬塊根提取物中的總甾體皂苷含量,HPLC檢測條件:檢測器SPD-M20A,色譜柱Inert Sustain C18,柱溫箱CTO-20A,真空脫氣機(jī)DGU-20A3,流動相85%甲醇,流速0.3 mL/min,檢測波長208 nm,進(jìn)樣量10 μL,等度洗脫40 min。用甲醇將山麥冬皂苷B標(biāo)準(zhǔn)品配制成0.125,0.250,0.050,0.750,1.000 mg/mL 的溶液,上機(jī)檢測后以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1),得到回歸方程y=7.99×106x-1.08×106,R2=0.995。
1.4.1 液料比對得率的影響 各取1 g樣品,分別按液料比10∶1,15∶1,20∶1,25∶1,30∶1,35∶1 (mL/g)與甲醇混合,30 ℃超聲處理1.0 h后轉(zhuǎn)入索氏提取1.0 h。最后對樣品進(jìn)行萃取、濃縮、干燥,用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液,測定其含量。
1.4.2 超聲處理溫度對得率的影響 各取1 g樣品,按液料比20∶1 (mL/g)與甲醇混合,分別在25,30,35,40,45,50 ℃下超聲處理1.0 h后轉(zhuǎn)入索氏提取1.0 h。最后對樣品進(jìn)行萃取、濃縮、干燥,用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液,測定其含量。
1.4.3 超聲處理時間對得率的影響 各取1 g樣品,按液料比20∶1 (mL/g)與甲醇混合,30 ℃分別超聲處理0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 h后轉(zhuǎn)入索氏提取1.0 h。最后對樣品進(jìn)行萃取、濃縮、干燥,用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液,測定其含量。
圖1 山麥冬皂苷B的HPLC色譜圖及標(biāo)準(zhǔn)曲線
1.4.4 索氏提取時間對得率的影響 各取1 g樣品,按液料比20∶1 (mL/g)與甲醇混合,30 ℃超聲提取1.0 h后轉(zhuǎn)入索氏提取0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 h。最后對樣品進(jìn)行萃取、濃縮、干燥,用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液,測定其含量。
1.5.1 清除OH自由基的活性測試 采用α-脫氧核糖法[20]。取不同的具塞試管,分別依次加入0.20 mL的FeSO4-EDTA溶液(10 mmol/L)、0.20 mL的α-脫氧核糖溶液(10 mmol/L)、1 mL不同濃度的樣品溶液、0.4 mL磷酸緩沖液(pH 7.4,0.1 mol/L)和0.20 mL H2O2(10 mmol/L),混勻,37 ℃水浴1 h后,再依次加入1 mL的2.8 g/100 mL三氯乙酸溶液和1.0 mL的1.0 g/100 mL硫代巴比妥酸溶液,迅速搖勻,100 ℃水浴10 min,冷水冷卻后在532 nm處測定吸光值A(chǔ)S。不加樣品溶液,同上操作處理,測定其對比吸光值A(chǔ)C。不加樣品溶液且不在37 ℃水浴中反應(yīng),其它處理同上,測定空白吸光值A(chǔ)0。每個樣品重復(fù)3次,清除率按式(1)計(jì)算:
S=[1-(AS-A0)/(AC-A0)]×100%,
(1)
式中:
S——清除率,%;
AS——樣品吸光值;
A0——空白吸光值;
AC——對比吸光值。
S=(Ac-As)/Ac×100%,
(2)
式中:
S——清除率,%;
Ac——對照吸光值;
As——樣品吸光值。
1.5.3 清除DPPH自由基的活性測試 采用DPPH法[22]。取不同的具塞試管,分別依次加入3.9 mL的DPPH甲醇溶液(25 mg/L)和0.1 mL不同濃度的樣品,混勻,將試管放入暗處反應(yīng)30 min后,立刻取出測定其在515 nm處吸光值,空白用甲醇替代樣品溶液,其它操作相同。每個樣品重復(fù)3次,清除率按式(3)計(jì)算:
S=[(A0-As)/A0]×100%,
(3)
式中:
S——清除率,%;
As——樣品吸光值;
A0——空白吸光值。
1.5.4 清除ABTS自由基的活性測試 采用ABTS法[23]。取0.2 mL的ABTS(7.4 mmol/L)溶液,加入0.2 mL的K2S2O8(2.6 mmol/L)溶液,混勻,室溫避光靜置12 h,用95%乙醇稀釋40倍,此時在734 nm處測得吸光值為0.7±0.02即可。取不同的具塞試管,分別加入0.8 mL上述溶液和0.2 mL 不同濃度的樣品溶液,劇烈振搖10 s,充分混合,靜置6 min,立刻測定其在734 nm處吸光值??瞻子靡掖即妫總€樣品重復(fù)3次,清除率按式(4)計(jì)算:
S=(1-AS/A0)×100%,
(4)
式中:
S——清除率,%;
AS——樣品吸光值;
A0——空白吸光值。
響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理采用Design-expert 8.0.6進(jìn)行,其它數(shù)據(jù)采用Origin Pro 8.5進(jìn)行分析處理。
目前,已從襄麥冬塊根中分離出包括山麥冬皂苷B在內(nèi)的14種結(jié)構(gòu)的甾體皂苷[24]。本試驗(yàn)以山麥冬皂苷B含量為示蹤指標(biāo)。
2.1.1 液料比對得率的影響 由圖2(a)可知,液料比對甾體皂苷含量影響較大??傮w上看,在設(shè)定的范圍內(nèi)液料比為20∶1 (mL/g)時,提取物中山麥冬皂苷B的含量最大,達(dá)到0.069 2 mg/mL。此時,也意味著提取的甾體皂苷的含量最大。
2.1.2 超聲處理溫度對得率的影響 由圖2(b)可知,超聲溫度對山麥冬皂苷B的影響趨勢與液料比的類似,也是先增加后減小,可能與襄麥冬塊根中富含多糖有一定的關(guān)系,在加熱的情況下,樣品粉末自身攜帶的少量水分與富含多糖的塊根粉末糊化,形成膠體,阻擋了部分甲醇與甾體皂苷分子的充分接觸,影響了甾體皂苷的進(jìn)一步溶解。
2.1.3 超聲處理時間對得率的影響 由圖2(c)可以看出,超聲處理時間對甾體皂苷的提取含量的影響比較小,提取物中山麥冬皂苷B的平均含量維持在0.058 5 mg/mL左右,因此,取0.5 h作為超聲處理時間。
2.1.4 索氏提取時間對得率的影響 由圖2(d)可知,在3 h之前,隨著提取時間的延長,山麥冬皂苷B的含量也隨之提高,達(dá)到3 h之后,提取含量的增幅減小,甾體皂苷的含量趨于穩(wěn)定。因此,考慮提取時間成本,選擇3 h作為最佳索氏提取時間。
2.2.1 響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果 利用Design-expert軟件,結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果,在超聲處理0.5 h的基礎(chǔ)上,選擇液料比、超聲處理溫度、索氏提取時間3個為影響因素,分析各因素及因素間對提取物中山麥冬皂苷B含量的影響,試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分別見表1、2。
圖2 處理因素對襄麥冬總甾體皂苷含量的影響
2.2.2 方差分析 利用軟件對表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸比擬,得出甾體皂苷含量(Y)對超聲處理液料比、超聲處理溫度和索氏提取時間的二次多項(xiàng)回歸方程為:
Y=-0.221 65+0.008 435A+0.008 79B+0.025 35C+3E-06AB-0.000 485AC-0.000 185BC-0.000 182 5A2-0.000 104 5B2-0.001 262 5C2。
(5)
由表3可以看出,模型P=0.000 3<0.01,說明此回歸模型極顯著;失擬誤差P=0.797 1>0.05,說明檢驗(yàn)結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果不存在顯著差異,相關(guān)系數(shù)R2=0.964 2,說明96.42% 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異性可以用此回歸模型解釋,和實(shí)際情況擬合程度較好。因此,該方程可用于分析和預(yù)測襄麥冬塊根總甾體皂苷的提取工藝。
2.2.3 主效應(yīng)分析 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表3。根據(jù)各因素變量的顯著性檢驗(yàn),可以看出:C因素的顯著水平P<0.01,說明索氏提取時間對甾體皂苷含量的影響極顯著;A因素的顯著水平P<0.05,說明超聲液料比對甾體皂苷含量的影響顯著;而B因素顯著水平0.193 2>0.05,即超聲處理溫度對甾體皂苷含量的影響不顯著,因此,各因素對甾體皂苷含量的影響主次順序?yàn)椋篊>A>B。
表1 Box-Behnken設(shè)計(jì)的因素水平表
表2 Box-Behnken的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
Table 2 Experimental design and results of Box-Behnken center composite
試驗(yàn)號ABC甾體皂苷含量/(mg·mL-1)11010.069 320110.070 830000.073 340000.072 150000.074 16-1010.070 67-1-100.063 3801-10.066 891-100.065 3101100.067 11110-10.067 212-1100.064 8130000.071 2140-110.071 9150-1-10.064 216-10-10.058 8170000.070 8
2.2.4 兩因素間的交互效應(yīng)分析 保持1個因素為最優(yōu)條件,對其它2個因素間的交互效應(yīng)進(jìn)行分析,它們與響應(yīng)值的關(guān)系用三維空間響應(yīng)面圖和三維等高線圖表示,具體見圖3。
圖3(a)、(b)顯示的是超聲處理溫度與液料比對甾體皂苷含量的影響。隨著溫度和液料比的增加,甾體皂苷含量均有一個先逐漸升高后逐漸降低的過程。圖3(c)、(d)顯示的是索氏提取時間與液料比對甾體皂苷含量的影響。當(dāng)固定液料比在某一值時,隨著索氏提取時間的延長,甾體皂苷含量逐漸升高;當(dāng)固定索氏提取時間在某一值時,隨著液料比的升高,甾體皂苷含量先增加后減少。圖3(e)、(f)顯示的是索氏提取時間與超聲處理溫度對甾體皂苷含量的影響,它們之間的交互影響趨勢與圖3(c)、(d)類似。
表3 各因素的回歸系數(shù)及影響因子的顯著性?
? *:P<0.05,顯著;**:P<0.01,極顯著;R2=0.964 2。
圖3 兩因素間的交互效應(yīng)分析
2.2.5 響應(yīng)面最佳條件的選擇及驗(yàn)證 利用軟件對襄麥冬總甾體皂苷提取工藝進(jìn)行響應(yīng)面分析,得出最佳提取條件為:超聲處理時間0.5 h、液料比19.45∶1 (mL/g)、超聲處理溫度39.68 ℃、索氏提取時間3 h,此時,提取物中甾體皂苷含量最高,達(dá)到0.074 3 mg/mL。為了驗(yàn)證預(yù)測值是否準(zhǔn)確,同時考慮到實(shí)際操作的便利,將最佳條件調(diào)整為:超聲處理時間0.5 h、液料比19.5∶1 (mL/g)、超聲處理溫度39.7 ℃、索氏提取時間3 h。在此條件下,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),結(jié)果測得的甾體皂苷含量為0.073 8 mg/mL,與預(yù)測值相差0.000 5,非常接近。這證明二次多元回歸模型的預(yù)測值與實(shí)際值吻合良好,具有較高的可信度和實(shí)用價值。本試驗(yàn)主要考察響應(yīng)面法在襄麥冬甾體皂苷提取條件上的優(yōu)化應(yīng)用,對樣品采用甲醇溶解輔以超聲處理、80 ℃索氏提取、萃取、減壓濃縮和冷凍干燥等處理步驟,獲得最佳工藝下的提取得率為22.14%,比林韻涵等[13]報(bào)道的通過正交試驗(yàn)優(yōu)化的提取得率(18.67%)高出近4%,證明采用響應(yīng)面法優(yōu)化可有效提高襄麥冬甾體皂苷的得率。
2.3.1 清除OH自由基的活性測試 圖4(a)顯示的是甾體皂苷對OH自由基的清除活性變化情況:在較低濃度范圍內(nèi),清除率隨著濃度的增加而急劇升高;但是當(dāng)濃度達(dá)到一定數(shù)值后,清除率雖然仍隨濃度的增加而升高,但是升高的趨勢減緩,這種變化趨勢與陽性對照生育酚類似。在設(shè)定的最高濃度為1.28 mg/mL時,清除率達(dá)到最高(59.66%),表明襄麥冬甾體皂苷對OH自由基具有較強(qiáng)的清除能力。
2.3.3 清除DPPH自由基的活性測試 圖4(c)顯示的是襄麥冬甾體皂苷對DPPH自由基的清除活性。雖然隨著樣品濃度的升高而呈逐步加強(qiáng)的趨勢,但是總體上看,相較于陽性對照生育酚,其清除能力并不強(qiáng),在設(shè)置的最高濃度1.28 mg/mL時,清除率也僅為10.5%。
2.3.4 清除ABTS自由基的活性測試 由圖4(d)可知,同清除DPPH自由基活性一樣,襄麥冬甾體皂苷對ABTS自由基的清除能力也較弱,在設(shè)置的最高濃度1.28 mg/mL時,清除率也僅為28.7%。
圖4 襄麥冬甾體皂苷對不同自由基的體外清除活性評價
本試驗(yàn)以湖北道地藥材——襄麥冬塊根為研究材料,采用響應(yīng)面法優(yōu)化了總甾體皂苷提取工藝,并對提取物的體外清除自由基能力進(jìn)行了評價。結(jié)果表明,當(dāng)采用超聲處理時間0.5 h、液料比19.5∶1 (mL/g)、超聲處理溫度39.7 ℃、索氏提取時間3 h處理襄麥冬塊根粉碎物時,提取物中甾體皂苷含量最高,此時,山麥冬皂苷B可達(dá)到0.073 8 mg/mL,即30 mL的提取物溶液中山麥冬皂苷B的含量為2.21 mg,提取得率達(dá)到22.14%。
本試驗(yàn)對襄麥冬甾體皂苷所做的提取工藝優(yōu)化,僅僅是采用響應(yīng)面法進(jìn)行的前期實(shí)驗(yàn)室研究,考慮到工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)際,下一步的工作將從提取、分離、純化融合工藝參數(shù)優(yōu)化,以及降低生產(chǎn)成本等方面展開,以期能建立一套產(chǎn)能高、成本低的成熟生產(chǎn)工藝。
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