乙醇-硫酸銨雙水相體系萃取香椿籽總黃酮工藝優(yōu)化及其抗氧化活性研究

高慧娟，張佳奇，張樂(lè)樂(lè)，劉生杰，*

（1.阜陽(yáng)師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽(yáng) 236037； 2.阜陽(yáng)師范大學(xué)信息工程學(xué)院食品系，安徽 阜陽(yáng) 236041）

香椿籽為楝科植物香椿Toonasinensis（A.Juss.）Roem.的種子，含有黃酮、多酚、萜類、多糖、揮發(fā)油等多種成分，具有抑菌、抗炎、抗氧化、抗腫瘤等生物活性［1］，其中黃酮是其發(fā)揮抗氧化、抗炎、抗病毒作用的主要物質(zhì)［2］，該類化合物常用提取方法主要包括有機(jī)溶劑提取、超聲提取、酶解、CO2超臨界提?。?］，乙醇回流、超聲提?。?］、酶解協(xié)同超聲提?。?］等。雙水相技術(shù)根據(jù)物質(zhì)在兩相中溶解度的不同而使目標(biāo)物得到萃取和分離，具有提取率高、易于放大生產(chǎn)、可連續(xù)操作的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生物活性物質(zhì)［6］，其中乙醇／鹽雙水相系統(tǒng)因其黏度低、成本低，常用來(lái)提取純化黃酮類成分［7］。目前，雙水相法已應(yīng)用于桃花、絞股藍(lán)、青果、沙蔥中黃酮類成分的提取，取得較好效果［8-12］，但迄今尚未涉及香椿籽總黃酮，故本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化該成分乙醇-硫酸銨雙水相體系萃取工藝，并考察其抗氧化活性，以期為其開發(fā)利用提供參考。

1 材料

香椿籽產(chǎn)自陜西安康秦巴山區(qū)，經(jīng)專家鑒定為正品。蘆丁對(duì)照品及分析純亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、硫酸銨均購(gòu)于西隴科學(xué)股份有限公司。維生素C 購(gòu)于上海展云化工有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼、2，2-聯(lián)氮基-雙- （3-乙基苯并二氫噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽均購(gòu)于上海阿拉丁生化科技股份有限公司； 過(guò)硫酸鉀購(gòu)于上海沃凱生物技術(shù)有限公司。羥自由基試劑盒購(gòu)于南京建成生物工程研究所。

2 方法與結(jié)果

2.1 樣品處理 香椿籽在60 ℃下烘干至恒重，粉碎后過(guò)60 目篩，經(jīng)石油醚脫脂、烘干、分裝后置于干燥器中保存。

2.2 方法學(xué)考察 稱取20.0 mg 蘆丁對(duì)照品，80%乙醇溶解定容至50 mL，作為對(duì)照品溶液，參考文獻(xiàn)［13］報(bào)道進(jìn)行線性關(guān)系考察，得方程為Y＝6.11X-0.006 2 （R2＝0.999 6），在0 ～0.2 mg／mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。另外，精密度RSD 為6.47%，重復(fù)性RSD 為4.40%，30 min 內(nèi)穩(wěn)定性RSD 為1.26%，均滿足分析要求。

2.3 總黃酮提取 將一定量無(wú)水乙醇、硫酸銨用超純水溶解混勻，構(gòu)建10 mL 雙水相體系，加入適量脫脂香椿籽粉末，超聲處理后3 500 r／min 離心10 min，測(cè)定上下相體積、吸光度，計(jì)算總黃酮萃取率，公式為萃取率＝ ｛1／ ［1 ＋1／ （R×K）］｝ ×100%，其中R＝V上相體積／V下相體積，K＝上相黃酮含量／下相黃酮含量，提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥，置于干燥器中密封保存。

2.4 單因素試驗(yàn) 固定硫酸銨用量2.2 g，香椿籽用量0.2 g，300 W 超聲處理30 min，以無(wú)水乙醇體積（3.0、3.2、3.5、3.8、4.0 mL）、硫酸銨用量（1.8、2.0、2.2、2.4、2.6 g）、香椿籽用量（0.10、0.15、0.2、0.25、0.30 g）、超聲時(shí)間（10、20、30、40、50 min）為影響因素，按“2.3” 項(xiàng)下方法提取總黃酮并計(jì)算其萃取率，平行3 次。

2.4.1 乙醇體積 圖1 顯示，隨著乙醇體積增加總黃酮萃取率逐漸升高，為3.5 mL 時(shí)最高，之后反而降低。

圖1 乙醇體積對(duì)總黃酮萃取率的影響Fig.1 Effect of ethanol volume on extraction rate of total flavonoids

2.4.2 硫酸銨用量 圖2 顯示，隨著硫酸銨用量增加總黃酮萃取率先升后降，為2.2 g 時(shí)最高。

圖2 硫酸銨用量對(duì)總黃酮萃取率的影響Fig.2 Effect of ammonium sulfate consumption on extraction rate of total flavonoids

2.4.3 香椿籽用量 圖3 顯示，隨著香椿籽用量增加總黃酮萃取率先升后降，為0.2 g 時(shí)最高。

圖3 香椿籽用量對(duì)總黃酮萃取率的影響Fig.3 Effect of T.sinensis seeds consumption on extraction rate of total flavonoids

2.4.4 超聲時(shí)間 圖4 顯示，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)總黃酮萃取率先升后降，為30 min 時(shí)最高。

圖4 超聲時(shí)間對(duì)總黃酮萃取率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic time on extraction rate of total flavonoids

2.5 響應(yīng)面法 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇乙醇體積（A）、硫酸銨用量（B）、香椿籽用量（C）、超聲時(shí)間 （D）作為影響因素，總黃酮萃取率（Y）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用Design-Expert 10.0 軟件設(shè)計(jì)四因素三水平實(shí)驗(yàn)，因素水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 因素水平Tab.1 Factors and levels

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Tab.2 Design and results of tests

采用Design-Exper 10.0 軟件對(duì)表2 數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得方程為Y＝93.312＋1.15A-0.04B＋0.422 5C-0.709 17D- 0.952 5AB- 0.125AC- 1.012 5AD＋0.555BC＋0.357 5BD＋0.127 5CD- 1.803 5A2-2.981B2-2.027 25C2-3.822 25D2，方差分析見表3。由此可知，模型P＜0.01，具有高度顯著性； 失擬項(xiàng)P＞0.05，表明方程擬合度較好，可用于分析預(yù)測(cè)； 各因素影響程度依次為乙醇體積＞超聲時(shí)間＞香椿籽用量＞硫酸銨用量。響應(yīng)面分析［14］見圖5。

表3 方差分析Tab.3 Analysis of variance

圖5 各因素響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface plots for various factors

2.6 驗(yàn)證試驗(yàn) 根據(jù)“2.5” 項(xiàng)下結(jié)果，確定最優(yōu)工藝為乙醇體積3.612 1 mL，硫酸銨用量2.187 g，香椿籽用量0.204 g，超聲時(shí)間28.559 min，總黃酮萃取率為93.596%，考慮到實(shí)際情況，將其修正為乙醇體積3.6 mL，硫酸銨用量2.2 g，香椿籽用量0.2 g，超聲時(shí)間29 min，總黃酮萃取率為93.430%，與預(yù)測(cè)值93.596% 接近，表明該工藝穩(wěn)定可靠。

2.7 抗氧化活性研究 準(zhǔn)確稱取香椿籽粉末0.005、0.01、0.02、0.04、0.05 g，80%乙醇制成1、2、4、8、10 mg／mL 待測(cè)液，再配制不同質(zhì)量濃度維生素C 溶液代替待測(cè)液作為陽(yáng)性對(duì)照，檢測(cè)其對(duì)DPPH 自由基、羥自由基、ABTS 自由基的清除能力，結(jié)果見圖6。由此可知，維生素C 在較低質(zhì)量濃度下對(duì)上述3 種自由基的清除能力隨著其劑量增加而升高，為0.5 mg／mL 時(shí)最強(qiáng)，最大清除率分別為96.83%、99.80%、86.73%。

圖6 維生素C 對(duì)不同自由基的清除能力Fig.6 Scavenging capacities of vitamin C on different free radicals

2.7.1 DPPH 自由基 參照文獻(xiàn)［13］報(bào)道，并稍作修改。向100 μL 不同稀釋度的待測(cè)液中加入100 μL 以80% 乙醇配制的0.1 mmol／L DPPH 溶液，室溫避光反應(yīng)30 min，在517 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A，再以等體積80%乙醇代替DPPH 溶液作為對(duì)照組，等體積80%乙醇代替樣品溶液作為空白組同法測(cè)定，平行3 次，計(jì)算自由基清除率，公式為清除率＝ ［1- （A樣品-A對(duì)照）／A空白］×100%。

2.7.2 羥自由基 按照羥自由基試劑盒方法進(jìn)行測(cè)定，反應(yīng)結(jié)束后在550 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A，計(jì)算自由基清除率，公式為清除率＝ ［（A對(duì)照-A測(cè)定）／ （A標(biāo)準(zhǔn)-A空白）］×100%。

2.7.3 ABTS 自由基 參照文獻(xiàn)［13］報(bào)道，并稍作修改。分別配制7.4 mmol／L ABTS、2.6 mmol／L 過(guò)硫酸鉀貯備液，制備ABTS 工作液。吸取100 μL 不同稀釋度的待測(cè)液，與900 μL ABTS工作液充分混合10 s，避光反應(yīng)6 min，在734 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A，再以80%乙醇代替待測(cè)液作為空白組同法測(cè)定，平行3 次，計(jì)算自由基清除率，公式為清除率＝ ［（A空白-A樣品）／A空白］×100%。

2.7.4 結(jié)果分析 圖7 顯示，總黃酮質(zhì)量濃度為1～4 mg／mL 時(shí)對(duì)DPPH 自由基的清除能力有較明顯的劑量依賴性，為4 mg／mL 時(shí)最大（清除率93.68%），是維生素C 的96.75%，超過(guò)4 mg／mL后趨于平緩； 總黃酮質(zhì)量濃度為1 ～2 mg／mL 時(shí)可大大提高對(duì)羥自由基的清除能力，高于2 mg／mL時(shí)程度減小，為 8 mg／mL 時(shí)最大 （清除率85.61%），是維生素C 的85.78%，但繼續(xù)增加時(shí)反而下降； 隨著總黃酮質(zhì)量濃度增加對(duì)ABTS 自由基的清除能力逐漸加強(qiáng)，超過(guò)4 mg／mL 后程度趨緩，為10 mg／mL 時(shí)最大（清除率82.26%），是維生素C 的94.85%。

圖7 香椿籽總黃酮對(duì)不同自由基的清除能力Fig.7 Scavenging capacities of total flavonoids from T.sinensis seeds on different free radicals

3 討論

雙水相中醇類與黃酮分子有更強(qiáng)的氫鍵相互作用［7］，使乙醇相能更好地溶解黃酮，在一定范圍內(nèi)增加乙醇體積分?jǐn)?shù)時(shí)可提高分相能力，使上相極性變低，有利于總黃酮提取，但其過(guò)高時(shí)上相極性過(guò)低，該成分溶出減少，反而不利于提?。?-10，12，15］。當(dāng)雙水相中乙醇添加量固定時(shí)，增加硫酸銨會(huì)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合更多水分子，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫酸銨用量超過(guò)2.2 g 時(shí)乙醇相體積減少，導(dǎo)致乙醇體積分?jǐn)?shù)過(guò)高，即上述雙重作用降低了總黃酮萃取率［6，8］。

長(zhǎng)時(shí)間超聲既可能引起樣品中其他物質(zhì)溶出，從而影響黃酮在上下相的溶出［16］，又會(huì)導(dǎo)致黃酮被氧化分解，不利于其提?。?5，17-18］。雙水相體系中上、下相體積在固定的情況下總黃酮飽和能力基本穩(wěn)定，其中上相由于對(duì)該成分有較強(qiáng)的溶出能力，更容易達(dá)到飽和； 下相遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到飽和，會(huì)增加香椿籽添加量，使得該成分會(huì)繼續(xù)在下相溶出，從而改變其在上、下相的分配比例，導(dǎo)致上相萃取率有所下降，與肖連冬、池汝安等［17，19］報(bào)道一致。

黃酮類物質(zhì)含有酚羥基，能以供氫體還原自由基，從而發(fā)揮抗氧化作用，減少自由基對(duì)機(jī)體細(xì)胞的毒性作用，并可通過(guò)減少體內(nèi)氧化應(yīng)激損傷來(lái)避免疾病發(fā)生、減緩衰老［20］。抗氧化活性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，香椿籽總黃酮對(duì)DPPH、ABTS、羥自由基均表現(xiàn)出較強(qiáng)的清除能力，與趙二勞、李光輝等［21-22］報(bào)道一致，程度依次為DPPH 自由基＞羥自由基＞ABTS 自由基，表明該成分可作為天然抗氧化劑開發(fā)利用，但其作用機(jī)制及在動(dòng)物體內(nèi)的抗氧化活性還有待深入研究。