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冰菜多酚的提取優(yōu)化及抗氧化和抑菌活性研究

2022-10-10 03:50:28王貞利王俊斌通信作者王敏楊宗芬王海鳳
關(guān)鍵詞:提取液羥基清除率

王貞利,王俊斌,b,通信作者,王敏,楊宗芬,王海鳳

(天津農(nóng)學(xué)院,a.基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院,b.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,c.農(nóng)業(yè)分析測(cè)試中心,天津 300392)

冰菜(Mesembryanthemum crystallinum)為番杏科日中花屬1 年或2 年生草本植物,原產(chǎn)于非洲南部,分布廣泛,具有極強(qiáng)的抗旱性和耐鹽堿性,可以在低鹽堿化土壤中維持正常生長(zhǎng),生長(zhǎng)周期為3~6個(gè)月,是植物耐鹽性研究的代表植物之一。冰菜因其獨(dú)特的口感和豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,在很多國(guó)家作為一種新興健康蔬菜被人們食用[1]。研究表明,食用含有酚類和黃酮類化合物等植物化學(xué)物質(zhì)的功能性食品可以預(yù)防各類疾病。冰菜中含有黃酮、多酚、超氧化物歧化酶、抗壞血酸過(guò)氧化物酶等多種抗氧化活性高的物質(zhì)和酶類[2-3]。多酚是具有苯環(huán)并結(jié)合了多個(gè)羥基化學(xué)結(jié)構(gòu)物質(zhì)的總稱[4]。天然來(lái)源的植物多酚具有顯著的抗氧化活性,可作為抗氧化劑、抑菌劑、防腐劑等廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)保健、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域,具有很大的開(kāi)發(fā)潛力。天然多酚類物質(zhì)的抗氧化活性一直備受關(guān)注,尤其是植物來(lái)源的天然抗氧化劑[5-6]。植物多酚通過(guò)抑制細(xì)菌細(xì)胞膜的形成,破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),導(dǎo)致內(nèi)容物發(fā)生滲透,抑制了細(xì)菌產(chǎn)酸及產(chǎn)霉活性等[7]。

已有研究證實(shí)冰菜多酚類提取物具有較高的抗氧化能力[8],說(shuō)明冰菜多酚具有很大的開(kāi)發(fā)潛力。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)于冰菜活性物質(zhì)提取和應(yīng)用的相關(guān)研究較少,限制了其進(jìn)一步綜合利用。本研究主要對(duì)冰菜多酚的提取工藝進(jìn)行探索和優(yōu)化,并測(cè)定其對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和羥基自由基的清除能力和抑菌效果,以期為冰菜作為抗氧化食品的加工和開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

將新鮮冰菜沖洗干凈置于烘箱中,37 ℃烘干至恒重,粉碎,過(guò)60 目篩備用。沒(méi)食子酸,中國(guó)藥品生物制品檢定所,其余試劑均為分析純。試驗(yàn)儀器包括Elma P120 超聲儀、T6 新世紀(jì)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)以及其他常規(guī)分析儀器。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

采用Folin-ciocalteau 方法并適當(dāng)修改[9],以吸光度對(duì)沒(méi)食子酸含量進(jìn)行線性回歸(圖1),得到回歸方程:y=95.657x-0.008,R2=0.997 6。

圖1 沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3 冰菜多酚的提取和測(cè)定

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單因素試驗(yàn),稱取1 g冰菜粉末,放入50 mL 離心管中,在不同條件下對(duì)冰菜進(jìn)行提取,離心。將提取液脫色(加入液體體積1%的活性炭,60 ℃,保溫40 min)[10],冷卻至常溫,離心(4 000 r/min,5 min)后過(guò)濾,根據(jù)料液比稀釋適當(dāng)倍數(shù),即得冰菜提取液。

準(zhǔn)確量取冰菜多酚提取液10 mL,置于25 mL比色管中,按照1.2 所示方法測(cè)定吸光度,帶入回歸方程,求得冰菜提取液中多酚的質(zhì)量濃度,按公式(1)計(jì)算冰菜多酚提取率。

式中,C——提取液多酚質(zhì)量濃度,mg/mL;V——提取液體積,mL;N——提取液稀釋倍數(shù);m——用于提取的冰菜粉末質(zhì)量,mg

1.4 單因素試驗(yàn)

采用超聲波輔助提取法[11],超聲功率固定為300 W,37 Hz,考察乙醇體積分?jǐn)?shù)(50%、60%、70%、80%、90%)、料液比(1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25)、提取溫度(40、50、60、70、80 ℃)、提取時(shí)間(60、90、120、150、180 min)對(duì)冰菜多酚提取率的影響。

1.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以多酚提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo),分別選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取溫度、提取時(shí)間4 個(gè)因素中最優(yōu)的3 個(gè)因素,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)[12],正交試驗(yàn)表見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素及水平

1.6 對(duì)DPPH 自由基清除能力測(cè)定

向2.50 mL 0.20 mmol/L 的DPPH 乙醇溶液中加入1 mL 冰菜多酚提取液,提取液質(zhì)量濃度分別為 0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mg/mL,反應(yīng)30 min(避光),在波長(zhǎng)517 nm 處測(cè)定其吸光度,記作A1。另取具塞試管加入2.50 mL 0.20 mmol/L 的DPPH 乙醇溶液和1 mL 無(wú)水乙醇混合,測(cè)定其吸光度,記作A0。再另取具塞試管加入2.50 mL 無(wú)水乙醇和1 mL不同質(zhì)量濃度的冰菜多酚提取液混合均勻,吸光度記為A2。用同質(zhì)量濃度的維生素C 作為陽(yáng)性對(duì)照,按公式(2)計(jì)算冰菜多酚提取液對(duì)DPPH 的清除率[13]。

1.7 對(duì)羥基自由基清除能力測(cè)定

利用水楊酸法測(cè)定冰菜多酚提取液對(duì)羥基自由基的清除率。取6 mmol/L 硫酸亞鐵溶液、6 mmol/L水楊酸乙醇溶液各1 mL 加入試管,混勻,再分別加入0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mg/mL 冰菜多酚提取液1 mL 及6 mmol/L 過(guò)氧化氫溶液1 mL,混勻,于37 ℃水浴鍋中反應(yīng)30 min,蒸餾水調(diào)零,于510 nm 處測(cè)定樣品管吸光度A1,以1 mL 蒸餾水代替樣品溶液測(cè)定A0,以1 mL 蒸餾水代替H2O2溶液測(cè)定A2。用相同質(zhì)量濃度的維生素C 作為陽(yáng)性對(duì)照,按公式(3)計(jì)算多酚提取液對(duì)羥基自由基的清除率[13-14]。

1.8 冰菜多酚提取物抑菌活性測(cè)定

利用濾紙片法[10]對(duì)冰菜粗提物(多酚)進(jìn)行抑菌試驗(yàn)。選用常見(jiàn)菌種大腸桿菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn),觀察多酚提取物對(duì)大腸桿菌的抑菌效果。在乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、料液比1∶10(g:mL)、提取溫度80 ℃、提取時(shí)間120 min 的條件下提取冰菜多酚,離心過(guò)濾,旋蒸濃縮多酚提取液,定容使多酚含量為3 mg/mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取溶劑體積分?jǐn)?shù)對(duì)多酚提取率的影響

由圖2 可以看出,在乙醇體積分?jǐn)?shù)50%~70%范圍內(nèi),冰菜多酚提取率隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而增加,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)超過(guò)70%時(shí),多酚提取率呈逐漸下降趨勢(shì)。這是由于溶劑體積分?jǐn)?shù)過(guò)高,可能導(dǎo)致其他雜質(zhì)溶出增多,造成多酚含量減少。故選擇70%乙醇用于后續(xù)單因素試驗(yàn),此時(shí)冰菜多酚提取率達(dá)到最高。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)冰菜多酚提取率的影響

2.1.2 料液比對(duì)多酚提取率的影響

比較不同料液比冰菜多酚的提取率可知,當(dāng)料液比在1∶10 時(shí)多酚提取率最高,之后隨著料液比降低,提取率不斷下降(圖3)。這可能是由于料液比較低時(shí),溶質(zhì)和溶劑接觸不充分,導(dǎo)致細(xì)胞中的多酚不易溶出,而過(guò)大的料液比會(huì)降低超聲波的超聲效果,使冰菜細(xì)胞壁不易被破壞,多酚難以溶出,提取率也隨之下降。

圖3 料液比對(duì)冰菜多酚提取率的影響

2.1.3 提取溫度對(duì)多酚提取率的影響

溫度是影響植物活性物質(zhì)提取的重要因素。由圖4 可以看出,當(dāng)提取溫度低于70 ℃時(shí),隨著提取溫度的不斷上升,多酚提取率也不斷增加。當(dāng)提取溫度大于70 ℃時(shí),多酚提取率略有下降。這是由于適當(dāng)提高溫度會(huì)加快分子運(yùn)動(dòng),有利于冰菜多酚的擴(kuò)散和浸出,但溫度過(guò)高時(shí),因化學(xué)和酶促降解使不穩(wěn)定的多酚類物質(zhì)受熱分解,造成提取率下降,這可能與酚類物質(zhì)的熱敏性有關(guān)。此結(jié)果與尚紅梅等[15]的研究結(jié)果相符。故選取70 ℃作為后續(xù)單因素試驗(yàn)的提取溫度。

圖4 提取溫度對(duì)冰菜多酚提取率的影響

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)多酚提取率的影響

由圖5 可以看出,當(dāng)提取時(shí)間在30~90 min范圍內(nèi),多酚提取率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,在提取時(shí)間為90 min 時(shí),提取率達(dá)到最高。但當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)90 min 時(shí),多酚提取率呈下降趨勢(shì)??赡苁怯捎陔S著提取時(shí)間的增加,部分多酚遭到破壞,導(dǎo)致提取率下降。

圖5 提取時(shí)間對(duì)冰菜多酚提取率的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過(guò)正交試驗(yàn)確定冰菜多酚的最佳提取條件,如表2 所示。由表2 可知,多酚最佳提取工藝條件為A1B2C3D2,即:乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、料液比1∶10(g:mL)、提取溫度80 ℃、提取時(shí)間120 min。在此工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),多酚提取率為1.42%。表2 還表明,各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響順序?yàn)椋禾崛囟龋–)>料液比(B)>乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)>提取時(shí)間(D),其中提取溫度對(duì)提取率的影響最為明顯。忻曉庭等[16]研究了熱風(fēng)干燥溫度對(duì)多酚含量和抗氧化活性的影響,表明80 ℃時(shí)多酚含量最高,與本研究結(jié)果一致。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3 冰菜多酚提取物的抗氧化能力

研究表明,多酚類物質(zhì)具有清除自由基的能力。本試驗(yàn)中采用DPPH 自由基和羥基自由基清除率來(lái)評(píng)價(jià)冰菜多酚提取物的抗氧化活性。

2.3.1 冰菜多酚對(duì)DPPH 自由基的清除能力

由圖6 可以看出,隨著提取物質(zhì)量濃度的上升,對(duì)DPPH 自由基的清除能力也在不斷增加,當(dāng)提取物質(zhì)量濃度達(dá)到0.10 mg/mL 時(shí),對(duì)DPPH的清除率達(dá)到 64.19%,但冰菜多酚提取物對(duì)DPPH 自由基的清除能力略低于維生素C。

圖6 冰菜多酚提取物對(duì)DPPH自由基的清除能力

2.3.2 冰菜多酚對(duì)羥基自由基的清除能力

圖7 表明,冰菜多酚提取物對(duì)羥基自由基的清除能力隨多酚質(zhì)量濃度的增加呈上升趨勢(shì)。當(dāng)提取物質(zhì)量濃度高于0.04 mg/mL 時(shí),對(duì)羥基自由基的清除能力明顯強(qiáng)于維生素C,當(dāng)提取物質(zhì)量濃度為0.10 mg/mL 時(shí),對(duì)羥基自由基的清除率最高可達(dá)88.10%。與薺菜相比,冰菜多酚提取物對(duì)羥基自由基的清除率較高[17]。

圖7 冰菜多酚提取物對(duì)羥基自由基的清除能力

2.4 冰菜多酚提取物的抑菌活性能力

研究表明,很多抗氧化物質(zhì)同時(shí)具有抑菌活性。本試驗(yàn)結(jié)果表明,冰菜多酚提取物對(duì)大腸桿菌有明顯的抑制效果,且隨提取物質(zhì)量濃度的增大抑制效果也明顯增強(qiáng)(圖8),當(dāng)提取物質(zhì)量濃度達(dá)到3 mmg/mL 時(shí),抑菌圈直徑為12 mm。

圖8 冰菜多酚提取物對(duì)大腸桿菌的抑制作用

3 討論與結(jié)論

冰菜是一種含有多種活性物質(zhì)的高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值蔬菜,具有降血糖、防脫發(fā)、促進(jìn)脂肪代謝等多種保健功能[3]。本研究中選取新鮮冰菜低溫干燥并粉碎成粉末,用超聲波輔助法提取多酚,探索和優(yōu)化冰菜多酚的提取條件,并對(duì)多酚提取物進(jìn)行抗氧化及抑菌活性試驗(yàn)。由試驗(yàn)可知,冰菜多酚提取率相對(duì)較低,可能是提取過(guò)程中溫度過(guò)高且時(shí)間較長(zhǎng),對(duì)冰菜多酚造成了一定程度的破壞,這與忻曉庭等[16]的研究結(jié)果相符。植物組織中多酚類物質(zhì)有較強(qiáng)的抗氧化和抑菌活性,其評(píng)價(jià)方法很多[18-19]。IBTISSEM 等[20]研究表明,冰菜水提物具有抗氧化和抗菌活性。SEUNGMI 等[21]認(rèn)為,冰菜提取物具有抗氧化活性,可作為一種天然的抗氧化功能性食品。本研究以維生素C 為對(duì)照,采用DPPH 自由基和羥基自由基清除法測(cè)定冰菜乙醇-水溶液提取物的抗氧化和抑菌活性。結(jié)果表明,提取物的抗氧化活性大小與酚含量有關(guān),當(dāng)冰菜多酚質(zhì)量濃度為0.10 mg/mL 時(shí),對(duì)DPPH 自由基和羥基自由基的清除率均超過(guò)60%,與維生素C 相比,提取物對(duì)DPPH 自由基的清除率比較低。當(dāng)提取物質(zhì)量濃度大于0.04 mg/mL 時(shí),對(duì)羥基自由基的清除率明顯高于維生素C,說(shuō)明冰菜多酚具有較強(qiáng)的抗氧化能力。冰菜中含有的多酚類活性物質(zhì)對(duì)大腸桿菌的抑制作用,可以為冰菜抑制腸道細(xì)菌提供依據(jù),或可用于預(yù)防或緩解腸道疾病[22]。本研究中冰菜多酚提取物只是一個(gè)粗提物,尚沒(méi)有經(jīng)過(guò)純化,有待今后進(jìn)一步研究。

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在最佳提取工藝條件下,冰菜多酚提取率為1.42%,且提取物的質(zhì)量濃度越大,對(duì)DPPH 自由基及羥基自由基的清除能力越強(qiáng)。當(dāng)冰菜多酚提取物質(zhì)量濃度為0.10 mg/mL 時(shí),對(duì)DPPH 自由基清除率達(dá)到最大,為64.19%,低于同質(zhì)量濃度的維生素C;羥基自由基清除率達(dá)到最大時(shí),清除率為88.10%,遠(yuǎn)高于同質(zhì)量濃度的維生素C。并且冰菜多酚對(duì)大腸桿菌有明顯的抑制作用。本研究結(jié)果表明,冰菜多酚可作為一種天然抗氧化劑與抑菌劑,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

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