王曉敏,楊　慧,張　樂(lè),史冠瑩,梁萬(wàn)平,王趙改,*

(1.河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所,河南鄭州 450008;2.駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源環(huán)境研究所,河南駐馬店 463000)

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香椿廢棄組織中總黃酮提取工藝優(yōu)化及抗氧化活性研究

王曉敏1,楊慧1,張樂(lè)1,史冠瑩1,梁萬(wàn)平2,王趙改1,*

(1.河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所,河南鄭州 450008;2.駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源環(huán)境研究所,河南駐馬店 463000)

以紅油香椿廢棄組織為原料,采用超聲波輔助溶劑浸提的方法提取黃酮類(lèi)物質(zhì),并利用鐵氰化鉀還原法、水楊酸比色法和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)法測(cè)定提取物的抗氧化活性。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選擇溫度、液料比和超聲功率為影響因子,以總黃酮得率為響應(yīng)值,采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝。結(jié)果表明:香椿廢棄組織中總黃酮最佳提取工藝為:溫度59 ℃、液料比51 mL/g、超聲功率174 W,此條件下總黃酮得率為7.94%?？寡趸钚詫?shí)驗(yàn)結(jié)果表明:香椿廢棄組織中總黃酮具有較強(qiáng)的清除·OH和DPPH自由基能力,IC50值分別為0.205、0.018 mg/mL,均低于相同質(zhì)量濃度VC的IC50值(1.022、0.069 mg/mL)。采用超聲波輔助提取技術(shù),黃酮得率高,時(shí)間短,為香椿廢棄組織中總黃酮的開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

香椿,黃酮,響應(yīng)面法,超聲波輔助提取,抗氧化活性

香椿[Toonasinensis(A.Juss.)Roem]又名春芽樹(shù)、椿樹(shù),屬楝科(Meliaceae)香椿屬落葉喬木,是我國(guó)傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)木本蔬菜,已有2300多年的栽培歷史[1],是我國(guó)的特產(chǎn)資源,尤以河南、山東、安徽種植居多[2]。香椿的嫩芽、葉不僅色香味俱佳,而且含有人體所必需的氨基酸、維生素、微量元素等多種營(yíng)養(yǎng)成分,具有較高的食用價(jià)值,且因富含黃酮、萜類(lèi)、生物堿等多種生物活性成分而具有一定的藥用價(jià)值[3-8],深受人們的喜愛(ài),并遠(yuǎn)銷(xiāo)日本、東南亞等國(guó)家[9]。隨著近年來(lái)香椿種植面積的不斷遞增,香椿種植及加工逐漸發(fā)展成當(dāng)?shù)氐奶禺a(chǎn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)民致富的支柱產(chǎn)業(yè)。然而,香椿目前消費(fèi)多以嫩芽為主,而大量的老葉、半木質(zhì)化及木質(zhì)化的枝條等老化組織常被廢棄,造成大量的資源浪費(fèi)及嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此如何進(jìn)一步深入研究和開(kāi)發(fā)利用香椿老化廢棄組織,對(duì)于資源綜合利用、產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

由于化學(xué)合成黃酮的安全性受到消費(fèi)者質(zhì)疑,植物來(lái)源的天然抗氧化物質(zhì)正日益引起人們的普遍關(guān)注,并掀起“回歸自然”和“開(kāi)發(fā)利用天然產(chǎn)物”的熱潮。目前,關(guān)于黃酮類(lèi)物質(zhì)提取分離的研究報(bào)道較多,但針對(duì)香椿廢棄組織中總黃酮的研究尚不多見(jiàn)。因此本文以紅油香椿廢棄組織為研究對(duì)象,采用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取黃酮類(lèi)物質(zhì)的工藝,確定最佳提取條件,并研究其抗氧化活性,為產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)香椿廢棄組織奠定一定的理論基礎(chǔ),同時(shí)減少了香椿資源的浪費(fèi),大大提高了香椿的附加值,對(duì)香椿產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著重要的社會(huì)意義。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

香椿廢棄組織由河南省鄭州市中牟縣田莊村河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院香椿示范基地提供;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品北京索萊寶生物科技有限公司;DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)東京化成工業(yè)株式會(huì)社;硝酸鋁、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、30%過(guò)氧化氫、無(wú)水乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、石油醚等煙臺(tái)市雙雙化工有限公司均為國(guó)產(chǎn)分析純;鐵氰化鉀、硫酸亞鐵天津市德恩化學(xué)試劑有限公司;三氯乙酸天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;三氯化鐵、水楊酸、VC標(biāo)準(zhǔn)品天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

SB-5200DTD型超聲波清洗機(jī)寧波新芝生物科技股份有限公司;SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;ME204E型電子天平梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;NUⅡ-10T型實(shí)驗(yàn)室(超)純水機(jī)南京優(yōu)普環(huán)保設(shè)備有限公司;BL-250A型高速多功能粉碎機(jī)浙江省永康市松青五金廠;H1850R型高速冷凍離心機(jī)湖南湘儀公司;HHS型電熱恒溫水浴鍋上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;玻璃儀器氣流烘干器鄭州杜甫儀器廠;QL-901型漩渦混合器海門(mén)市其林貝爾儀器制造有限公司;GENESYS 10S UV-VIS紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)美國(guó)Thermo公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1香椿廢棄組織總黃酮提取工藝流程香椿→40 ℃烘干→粉碎→過(guò)40目篩→稱(chēng)取香椿樣品→按一定液料比加入提取溶劑→超聲→抽濾,除渣→定容→得率測(cè)定

1.2.2總黃酮得率測(cè)定采用硝酸鋁顯色法測(cè)定總黃酮得率[10],略有改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品0.0100 g,用70%的乙醇在超聲波下使其溶解,轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容,搖勻即得質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液,用移液管精密移取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL于10 mL比色管中,用70%乙醇補(bǔ)充各管體積至5 mL,各加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Al(NO3)3溶液0.3 mL,靜止5 min,然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaNO2溶液0.3 mL,靜止5 min,再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液3 mL,最后用70%乙醇定容至10 mL,搖勻,靜止15 min,以空白溶液作為對(duì)照,于510 nm處測(cè)吸光度,以吸光值為縱坐標(biāo)Y,蘆丁質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)X,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得線性回歸方程:Y=9.63X+0.0133,R2=0.9990。利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品總黃酮含量,得香椿廢棄組織總黃酮得率。

式中:C為提取液總黃酮的濃度,mg/mL;a為稀釋倍數(shù),10;V為提取液體積,500 mL;w為樣品粉末質(zhì)量,5 g。

1.2.3最佳提取溶劑的選擇為了選擇香椿廢棄組織總黃酮的最佳提取溶劑,分別加入200 mL 80%甲醇、70%乙醇、80%丙酮、乙酸乙酯、氯仿、石油醚,在50 ℃下超聲提取40 min(液料比40 mL/g,超聲功率150 W),抽濾除渣,得黃酮提取液,旋蒸濃縮至浸膏,然后用70%乙醇定容至200 mL,并按上述方法分別測(cè)定吸光度值,計(jì)算黃酮得率。

1.2.4單因素實(shí)驗(yàn)采用70%乙醇作為提取溶劑,選擇提取溫度、液料比和超聲功率進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。處理設(shè)置如下:液料比40 mL/g,超聲功率150 W,超聲時(shí)間40 min,溫度分別為50、60、65、70、80 ℃;溫度60 ℃、超聲功率150 W,超聲時(shí)間40 min,液料比分別為20、30、40、50、60 mL/g;溫度60 ℃,液料比50 mL/g,超聲時(shí)間40 min,超聲功率分別為120、150、180、210、240 W。不同條件下提取黃酮后,按照1.2.2的方法測(cè)定溶液吸光度值,計(jì)算其得率,研究不同因素對(duì)香椿廢棄組織總黃酮得率的影響。

1.2.5響應(yīng)曲面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)因素水平,以溫度、液料比、超聲功率3個(gè)因素為自變量,以總黃酮得率為響應(yīng)值,根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理進(jìn)行三因素三水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表1。

表1　Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平及編碼

1.2.6抗氧化活性的測(cè)定

1.2.6.1還原力的測(cè)定取10 mL比色管,依次加入70%乙醇提取的質(zhì)量濃度分別為0.016、0.024、0.032、0.040、0.048、0.056 mg/mL的黃酮粗液5 mL、0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH6.6)0.2 mL和0.3%鐵氰化鉀1.5 mL,混勻,在50 ℃水浴條件下反應(yīng)20 min。水浴完成后迅速冷卻并加入10%三氯乙酸1 mL,搖勻后以3000 r/min離心10 min,然后取2 mL上清液加入試管中,再加入0.3%三氯化鐵0.5 mL,蒸餾水3 mL,搖勻后,以蒸餾水調(diào)零,測(cè)定A700。并以相同濃度的VC溶液為陽(yáng)性對(duì)照,平行測(cè)定3次[11]。

1.2.6.2羥自由基清除能力的測(cè)定取10 mL比色管,依次加入70%乙醇提取的質(zhì)量濃度分別為0.16、0.20、0.24、0.28、0.32 mg/mL的黃酮粗液1 mL,8.0 mmol/L硫酸亞鐵0.3 mL,20 mmol/L過(guò)氧化氫0.25 mL,3.0 mmol/L水楊酸1.0 mL。在37 ℃水浴中反應(yīng) 30 min,流水冷卻,再分別補(bǔ)加 0.45 mL蒸餾水,使體系終體積為 3.0 mL,測(cè)定510 nm處吸光值,同時(shí)以相同濃度的VC溶液為對(duì)照,平行測(cè)定3次[12]。清除率計(jì)算公式如下:

清除率(%)=[A0-(Ai-Aj)]/A0×100

式中A0:用蒸餾水代替樣品溶液的吸光值;Ai:樣品溶液的吸光值;Aj:用蒸餾水代替水楊酸的吸光值。

1.2.6.3DPPH自由基清除能力的測(cè)定取10 mL比色管,各加入70%乙醇提取的質(zhì)量濃度分別為0.004、0.02、0.04、0.4、0.8 mg/mL的黃酮粗液2.0 mL,然后分別加入濃度為2×10-4mol/L的DPPH溶液2.0 mL,混合搖勻,反應(yīng)30 min后在517 nm處測(cè)定其吸光度A1。以2.0 mL無(wú)水乙醇代替DPPH的吸光度為A2,以2.0 mL的蒸餾水代替樣品溶液的吸光度為A0,以無(wú)水乙醇作空白調(diào)零,以VC作為陽(yáng)性對(duì)照,平行測(cè)定3次[13]。清除率計(jì)算公式如下:

清除率(%)=[A0-(A1-A2)]/A0×100

式中A0:對(duì)照組吸光值;A1:樣液組吸光值;A2:空白組吸光值。

1.2.7數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析利用OriginPro 8對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,并采用Design Expert 8.05b軟件進(jìn)行Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析。

2　結(jié)果與分析

2.1最佳提取溶劑的選擇

由圖1可以看出,香椿廢棄組織中總黃酮在80%丙酮中提取效果最好,其次是80%甲醇、70%乙醇,這可能因?yàn)橄愦恢械狞S酮類(lèi)物質(zhì)多以中強(qiáng)極性的糖苷形式存在,根據(jù)相似相溶原理,所以80%甲醇、70%乙醇、80%丙酮的提取效果較好。但由于丙酮、甲醇具有一定的毒性,出于安全考慮,故確定70%乙醇為最佳提取溶劑。

圖1　不同溶劑對(duì)香椿廢棄組織總黃酮得率的影響Fig.1　Effects of different extraction solvents on total flavonoids from abandoned branches of Toona Sinensis

2.2單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1溫度對(duì)總黃酮得率的影響由圖2可知,當(dāng)提取溫度小于60 ℃時(shí),隨著溫度的升高,得率迅速增加;當(dāng)提取溫度大于60 ℃時(shí),隨著溫度的升高,得率有所下降。這可能是由于溫度太高,黃酮類(lèi)物質(zhì)不穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致黃酮得率降低。因此選擇提取溫度在60 ℃左右進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖2　提取溫度對(duì)總黃酮得率的影響Fig. 2　Effect of extraction temperature on the yield of total flavonoids

2.2.2液料比對(duì)總黃酮得率的影響由圖3可知,隨著液料比的增大,黃酮類(lèi)物質(zhì)的得率也呈上升趨勢(shì)。但當(dāng)液料比達(dá)50 mL/g以后,總黃酮得率增加非常緩慢,并且無(wú)顯著差異(p>0.05)。這是由于樣品粉末與萃取溶劑的接觸面增大,有助于黃酮類(lèi)物質(zhì)的浸出。但隨著液料比持續(xù)增加,黃酮得率趨于穩(wěn)定,黃酮類(lèi)物質(zhì)的浸出基本達(dá)到完全[14]。通過(guò)對(duì)黃酮得率、溶劑用量和能量耗損的綜合考慮,選擇液料比在50 mL/g左右進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖3　液料比對(duì)總黃酮得率的影響Fig.3　Effect of liquid-to-solid ratio on the yield of total flavonoids

2.2.3超聲功率對(duì)總黃酮得率的影響由圖4可知,當(dāng)超聲功率小于180 W時(shí),黃酮得率隨超聲功率的增大而增大,當(dāng)超聲功率大于180 W時(shí),黃酮得率隨超聲功率的增大而減小。這可能是由于過(guò)高的超聲功率導(dǎo)致香椿廢棄組織中黃酮類(lèi)物質(zhì)遭到破壞,同時(shí),較高功率條件下的超聲波可能導(dǎo)致一部分極性較強(qiáng)的黃酮類(lèi)物質(zhì)發(fā)生高頻運(yùn)動(dòng)而降解[15],因此選擇180 W為最佳超聲功率。

表3　回歸模型方差分析

圖4　超聲功率對(duì)總黃酮得率的影響Fig.4　Effect of ultrasonic power on the yield of total flavonoids

注:“**”表示極顯著水平(p<0.01);“*”表示顯著水平(p<0.05)。

2.3響應(yīng)曲面結(jié)果與分析

2.3.1二次響應(yīng)面回歸模型的建立與分析單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,最佳單因素條件:提取溫度60 ℃、液料比50 mL/g、超聲功率180 W,故選取這3個(gè)因素設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),研究不同組合對(duì)黃酮得率的影響。響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。應(yīng)用DesignExpert8.5b軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析,得到黃酮得率(Y)對(duì)溫度(A)、液料比(B)和超聲功率(C)的二次多項(xiàng)回歸方程:

Y=8.08-0.11A+0.029B-0.14C-0.025AB-0.15AC-2.278E-003BC-0.37A2-0.14B2-0.36C2

表2　響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.3.2響應(yīng)面分析由圖5可見(jiàn),溫度與液料比的交互作用對(duì)總黃酮得率的影響不顯著;從溫度曲面斜率大于液料比曲面的斜率可知,溫度對(duì)總黃酮得率的影響比液料比大。

圖5　溫度和液料比對(duì)總黃酮得率的交互影響Fig.5　Correlative effects of temperatureand liquid-to-solid ratio on the yield of total flavonoids

由圖6可見(jiàn),溫度與超聲功率對(duì)總黃酮得率的交互作用顯著,總黃酮得率變化的大小,受到溫度與超聲功率的共同影響,兩者在總黃酮得率的提高中起到了關(guān)鍵性的作用。在一定實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),香椿廢棄組織總黃酮得率隨著溫度與超聲功率的增加而提高。

圖6　溫度和超聲功率對(duì)總黃酮得率的的交互影響Fig.6　Correlative effects of temperatureand ultrasonic power on the yield of total flavonoids

由圖7可見(jiàn),液料比與超聲功率對(duì)總黃酮得率的交互作用不顯著。從超聲功率曲面斜率大于液料比曲面的斜率可知,超聲功率對(duì)總黃酮得率的影響比液料比大。

圖7　 液料比和超聲功率對(duì)總黃酮得率的交互影響Fig. 7　Correlative effects of liquid-to-solid ratioand ultrasonic power on the yield of total flavonoids

從圖5～圖7的響應(yīng)面圖可以直觀地看出,兩因素之間的影響趨勢(shì)均表現(xiàn)為先增大后減小,當(dāng)三者分別達(dá)到一定濃度時(shí),響應(yīng)曲面均有一個(gè)極大值點(diǎn)。通過(guò)對(duì)回歸模型求解方程,得到超聲輔助乙醇提取香椿廢棄組織總黃酮的最佳條件為:溫度58.77 ℃、液料比51.20 mL/g、超聲功率175.10 W。

2.3.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為檢驗(yàn)該法的可靠性,考慮實(shí)際操作過(guò)程的方便性,將最佳提取工藝參數(shù)修正為溫度59 ℃、液料比51 mL/g。同時(shí)由于SB-5200DTD型超聲波清洗機(jī)的超聲功率為300 W,可調(diào)為40%～99%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后超聲功率為175.10 W,而SB-5200DTD型超聲波清洗機(jī)并不能設(shè)置175 W,因此將超聲功率選擇為174 W,在此條件下,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),黃酮類(lèi)物質(zhì)得率平均值為7.94%,與理論值8.03%比較接近。說(shuō)明該回歸方程與實(shí)際情況擬合較好,充分證明了該回歸方程的可靠性。

2.4抗氧化活性的測(cè)定

2.4.1還原力抗氧化劑的抗氧化能力與其還原力有關(guān),還原力越大,抗氧化能力越強(qiáng)。由圖8可知,香椿廢棄組織中總黃酮具有良好的還原能力,在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)(0.016～0.056 mg/mL),隨著總黃酮質(zhì)量濃度的增大,還原能力也逐漸增強(qiáng)。與同質(zhì)量濃度的VC標(biāo)準(zhǔn)品相比,香椿廢棄組織中總黃酮的總還原能力相對(duì)較弱。

圖8　香椿廢棄組織總黃酮的還原力Fig. 8　Reducing power of total flavonoidsfrom abandoned branches of Toona sinensis

2.4.2羥自由基清除能力由圖9可知,香椿廢棄組織中總黃酮對(duì)羥自由基有明顯的清除作用。當(dāng)質(zhì)量濃度在0.16～0.32 mg/mL范圍內(nèi),隨著質(zhì)量濃度增加,香椿廢棄組織中總黃酮對(duì)羥自由基清除能力隨之加強(qiáng),且明顯高于相同質(zhì)量濃度條件下VC對(duì)羥自由基的清除能力。黃酮提取液、VC清除羥基的IC50值分別為0.205、1.022 mg/mL?？梢?jiàn),香椿廢棄組織中總黃酮清除羥自由基能力要明顯高于陽(yáng)性對(duì)照VC。

圖9　香椿廢棄組織總黃酮對(duì)羥自由基的清除能力Fig. 9　·OH radical-scavenging activity of total flavonoids from abandoned branches of Toona sinensis

2.4.3DPPH自由基清除能力由圖10可知,香椿廢棄組織中總黃酮對(duì)DPPH自由基的清除率隨質(zhì)量濃度升高而增大,且在0～0.04 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi),高于同質(zhì)量濃度的VC對(duì)DPPH自由基清除率。當(dāng)質(zhì)量濃度在0.4～0.8 mg/mL時(shí),香椿廢棄組織中總黃酮對(duì)DPPH自由基的清除率低于同質(zhì)量濃度的VC對(duì)DPPH自由基清除率。黃酮類(lèi)物質(zhì)的抗氧化活性與分子內(nèi)是否含有氫鍵、三碳鏈氧化程度等相關(guān),因此香椿黃酮類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、含量等導(dǎo)致其在0～0.04 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi),高于同質(zhì)量濃度的VC對(duì)DPPH自由基清除率。這與楊華等[17]報(bào)道的“野葛愈傷組織總異黃酮提取物對(duì)DPPH自由基的清除能力與茶多酚的清除能力相當(dāng),且顯著優(yōu)于葛根素和VC”及趙麗等[18]報(bào)道的“采用DPPH自由基清除和乙酞膽堿醋酶抑制高通量篩選模型進(jìn)行研究二氫楊梅素,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性強(qiáng)于蘆丁與VC”相吻合。黃酮提取液、VC的IC50值分別為0.018、0.069 mg/mL,因此,香椿廢棄組織中總黃酮對(duì) DPPH自由基的清除能力強(qiáng)于VC。

圖10　香椿廢棄組織總黃酮對(duì)DPPH自由基的清除能力Fig. 10　DPPH radical-scavenging activity of total flavonoids from abandoned branches of Toona sinensis

3　結(jié)論

超聲波輔助提取技術(shù)可以縮短提取時(shí)間,加快提取速率,并有效避免高溫對(duì)有效成分的破壞,在天然植物有效成分提取中得到廣泛應(yīng)用,并逐漸受到人們的重視。本研究采用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助提取香椿廢棄組織中總黃酮的工藝,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇溫度、液料比、超聲功率為自變量,以總黃酮得率為響應(yīng)值,采用Box-Behnken法設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化提取工藝。結(jié)果表明,香椿廢棄組織中總黃酮提取的最優(yōu)工藝為:溫度58.77 ℃、液料比51.20 mL/g、超聲功率175.10 W。考慮實(shí)際操作過(guò)程的方便性,將提取工藝參數(shù)修正為溫度59 ℃、液料比51 mL/g、超聲功率174 W。在此條件下,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),總黃酮得率平均值為7.94%,與模型預(yù)測(cè)結(jié)果相近,進(jìn)一步驗(yàn)證了該模型的可靠性。體外抗氧化實(shí)驗(yàn)表明:香椿廢棄組織中總黃酮具有較強(qiáng)的羥自由基清除能力,IC50值為0.205 mg/mL,明顯低于陽(yáng)性對(duì)照VC的IC50值

(1.022 mg/mL);較強(qiáng)的DPPH自由基清除能力,IC50值為0.018 mg/mL,也低于VC的IC50值(0.069 mg/mL)。因此,香椿廢棄組織具有較好的開(kāi)發(fā)天然植物抗氧化劑的潛力,這不僅可以減少香椿資源的浪費(fèi),增加農(nóng)民收入,對(duì)香椿產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]周翔宇. 中國(guó)香椿屬的研究[D]. 南京:南京林業(yè)大學(xué),2005.

[2]陸長(zhǎng)旬,張德純,王德檳. 香椿起源和分類(lèi)地位的研究[J].植物研究,2001,21(2):195-199.

[3]陳剛,楊玉珍,馬曉. 香椿化學(xué)成分與保健功能研究進(jìn)展[J]. 北方園藝,2013,20:189-192.

[4]郎杰,崔娜,李娜. 香椿的抗氧化保健成分研究[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā),2008,29(10):151-153.

[5]Cheng Kawing,Yang Rayyu,Tsou S C S,et al. Analysis of antioxidant activity and antioxidant constituents of Chinese toon[J]. Journal of functional foods,2009(1):253-259.

[6]Wang Kaijin,Yang Chongren,Zhang Yingjun. Phenolic antioxidants from Chinese toon(fresh young leaves and shoots ofToonasinensis)[J]. Food Chemistry,2007(101):365-371.

[7]Wang Chengyuan,Lin Kaihuang,Yang Chihjen,et al.ToonaSinensisextracts induced cell cycle arrest and apoptosis in the human lung large cell carcinoma[J]. Kaohsiung J Med Sci,2010,26:68-75.

[8]Yang Hsinling,Chang Wenhuei,Chia Yichen,et al.Toonasinensisextracts induces apoptosis via reactive oxygen species in human premyelocytic leukemia cells[J]. Food and Chemical Toxicology,2006(44):1978-1988.

[9]胡薇,劉艷如,繆妙青,等. 多用途樹(shù)種香椿的研究綜述[J]. 福建林業(yè)科技,2008,35(1):244-250.

[10]孟慶煥. 牡丹種皮黃酮提取分離與抗氧化及抗疲勞作用研究[D]. 哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2013.

[11]Dorman D,Kosar M,Kahlos K,et al. Antioxidant properties and composition of aqueous extracts from Mentha species,hybrids,varieties,and cultivars[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(8):4563-4569.

[12]張黎明,李瑞超,郝利民. 響應(yīng)面優(yōu)化瑪咖葉總黃酮提取工藝及其 抗氧化活性研究[J]. 現(xiàn)代食品科技,2014,30(4):233-239.

[13]SUN T,HO C. Antioxidant activities of buckwheat extracts[J]. Food Chemistry,2005,90(4):743-749.

[14]陳源,楊道富,范麗華,等. 響應(yīng)面法優(yōu)化微波提取茂谷橘橙皮總黃酮工藝[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào),2013,13(4):80-86.

[15]呂娜,劉陽(yáng),崔艷艷,等. 響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波提取山荊子總黃酮工藝[J]. 中國(guó)釀造,2014,33(2):71-74.

[16]楊 華,石冠華,方從兵,等.野葛愈傷組織提取物體外清除自由基活性的研究[J].熱帶作物學(xué)報(bào),2011,32(3):398-402.

[17]趙麗,徐淑萍,張蕾,等. 楊梅素及類(lèi)似物乙酰膽堿酯酶抑制和抗氧化活性研究[J]. 食品工業(yè)科技，2012(1):56-58.

Optimization of extraction process of total flavonoids from the abandoned branches ofToonaSinensisand antioxidant activities evaluation

WANG Xiao-min1,YANG Hui1,ZHANG Le1,SHI Guan-ying1,LIANG Wan-ping2,WANG Zhao-gai1,*

(1.Institute of Agricultural Products Processing,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450008,China;2.Institute of Resources and Environment,Zhumadian City of Agricultural Sciences,Zhumadian 463000,China)

In this study,total flavonoids were extracted from the abandoned branches ofToonaSinensisby ultrasound-assisted extraction method and their antioxidant activities were assessed by potassium ferricyanide reduction,salicylic acid colorimetric method and 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH)radical scavenging assays. Temperature,liquid-to-solid ratio and ultrasonic power were identified by single factor method as main variables that affect the extraction yield of total flavonoids. The levels of the three variables were optimized by response surface methodology. The results showed that the optimal conditions for ultrasound-assisted extraction of total flavonoids were found to be 59 ℃,a liquid-to-solid ratio of 51 mL/g and ultrasonic power of 174 W. Under the optimized conditions,the extraction yield of total flavonoids was 7.94%. The antioxidant assays showed that the extracted flavonoids presented a strong antioxidant activity to scavenge ·OH and DPPH radicals with IC50values of 0.205 mg/mL and 0.018 mg/mL,respectively. These values were both lower than the IC50values of ascorbic acid of 1.022 mg/mL and 0.069 mg/mL,respectively. Ultrasound-assisted extraction not only produced high yield of flavonoids,but also greatly shortened processing time,which provided a reference for developing new processes of total flavonoids from the abandoned branches ofToonaSinensis.

ToonaSinensis;flavonoids;response surface methodology;ultrasound-assisted extraction;antioxidant activities

2015-11-23

王曉敏(1990-)，女，碩士，研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)與化學(xué)，E-mail：wxm707824@163.com。

王趙改(1980-)，女，博士，副研究員，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工研究，E-mail：zgwang1999@126.com。

河南省財(cái)政預(yù)算項(xiàng)目(20148010)；河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院示范與推廣項(xiàng)目(豫農(nóng)科推(2014)2號(hào)); 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)基金(2015ZZ49)。

TS201.1

B

1002-0306(2016)11-0232-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.11.039