全 文 ：研究与探讨
2013年第2期
Vol . 34 , No . 02 , 2013
三种菱壳不同极性部位提取物
的生物活性
林秋生1，陈 莹2，于海宁2，沈钰珍1，曾思敏1，沈生荣1，*
（1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058；
2.浙江工业大学药学院，浙江杭州 310014）
摘 要：对三种菱壳进行乙醇提取并分级分离获得不同极性部位提取物，分析其多酚、黄酮和皂苷含量，并利用DPPH
和Fe3+还原力体系评价抗氧化能力，MTT法考察体外抑癌活性。 不同极性部位对比表明，乙酸乙酯相的多酚和黄酮含
量最高，氯仿相的皂苷含量最高；乙酸乙酯相和正丁醇相具有较高的DPPH自由基清除能力和Fe3+还原力；乙酸乙酯相
和氯仿相均对胃癌细胞SGC7901的生长有抑制作用，且前者优于后者。 不同菱壳对比发现，四角菱壳的多酚含量最
高，无角菱壳的黄酮和皂苷含量最高；四角菱壳的抗氧化活性最强；无角菱壳的抑癌活性最强。
关键词：菱壳，极性部位，活性成分，抗氧化，抗癌
Bioactivities of different polar fractions
from three water caltrop pericarps
LIN Qiu-sheng1，CHEN Ying2，YU Hai-ning2，SHEN Yu-zhen1，ZENG Si-min1，SHEN Sheng-rong1，*
（1.Department of Biosystem Engineering and Food Science，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China；
2.College of Pharmaceutical Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China）
Abstract：Pericarps from thee different Chinese water caltrop cultivars were collected and extracted by using
95% ethanol and separated to different polar fractions. The determination of bioactive components indicated
that polyphenols，flavonoids and saponins were concentrated in ethyl acetate and chloroform fractions，
respectively. Ethyl acetate and n-buthanol fractions exhibited higher antioxidant capacities than other fractions
tested by DPPH and Fe3+ reducing power methods. Ethyl acetate and chloroform fractions showed antiproliferative
activities to gastric cancer cell SGC7901，and ethyl acetate fraction was stronger than chloroform fraction in
vitro. Moreover，pericarps of Trapa quadrispinosa contained more polyphenols and exhibited higher antioxidant
capacity than others，and T. acornis pericarps contained more flavonoids and saponins and showed stronger
antiproliferative activity than others.
Key words：water caltrop pericarps；polar fraction；bioactive component；antioxidant；anticancer
中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文 章 编 号：1002-0306（2013）02-0139-05
收稿日期：2012－06－15 * 通讯联系人
作者简介：林秋生（1984-），男，博士研究生，主要从事天然产物提取
及活性研究。
基金项目：浙江省嘉兴市科技重大专项资助（2009AY2032）。
菱（Trapa sp.）隶属于被子植物门（Angiospermae）、
双子叶植物纲（Dicotyledoneae）、桃金娘目（Myrtales）、
菱科（Trapaceae），是一年生的浮叶水生植物[1]。其果
实菱角，又名乌菱、水栗等，是我国传统的食用蔬菜，
已有上千年的栽培历史。成熟菱角的外壳一般有1~4
个硬角，个别品种无角，可按角的有无和种类划分为
不同品种，如无角的南湖菱（Trapa acornis Nakano.）、
二角菱（T. bispinosa Roxb.）和四角菱（T. quadrispinosa
Roxb.）[1]。作为加工副产物每年产生的大量菱壳，一
般都作为废弃物、肥料或燃料，未能得到有效的开发
利用，在某种程度上也造成了环境污染。大量的研究
表明植物果实的外壳含有丰富的多酚、黄酮、生物碱
等活性成分，具有抗氧化、抗菌、抗癌防癌等多种保
健功能[2-4]。研究发现东北菱（T. manshurica）菱壳中含
有生物碱、黄酮类、多糖类等功能性成分，且菱壳水
提物具有体外抗癌活性[5-8]。另有研究表明台湾菱壳
（T. taiwanensis Nakai）同样含有多酚、黄酮等生物活
性成分，具有很强的抗氧化能力，其水提物可减缓由
CCl4诱导的大鼠肝脏损伤[9-10]。本文以三种我国常见
菱角栽培品种的外壳为材料，对其提取物进行极性
分析，考察各极性部位的活性成分含量、抗氧化活性
和体外抑癌活性，旨在填补该研究领域的空白，为菱
壳的进一步开发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
无角、二角和四角菱壳 采自浙江省嘉兴市南
湖，经浙江中医药大学熊耀康教授鉴定为无角菱（南
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Science and Technology of Food Industry 研究与探讨
2013年第2期
湖菱）（Trapa acornis Nakano.）、二角菱（T. bispinosa
Roxb.）和四角菱（T. quadrispinosa Roxb.）；胃癌细胞
株SGC7901 中科院细胞生物所；Folin-Ciocalteu试
剂、没食子酸、芦丁、人参皂苷Rg1、DPPH、TCA、MTT
Sigma公司；香草醛 阿拉丁公司；RPMI-1640培养
基、新生牛血清、双抗 Gibco公司；其他试剂 均为
国产分析纯。
W201型恒温水浴锅 上海申顺生物科技有限
公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑州长城科
工贸有限公司；L500型台式低速离心机 湖南湘仪
实验室仪器开发有限公司；LDIX-40BI型立式自动电
热压力蒸汽灭菌锅 上海申安医疗器械厂；二氧化
碳培养箱SheLLba MSA公司；MD29SpectraMax190
型酶标仪 芬兰。
1.2 菱壳提取物的制备
将三种菱壳分别干燥粉碎200目后，称取50g菱壳
粉末用250mL 95%乙醇95℃加热回流提取1h后，过
滤取上清液，残渣继续用250mL 95%乙醇重复两次回
流提取0.5h，合并三次上清，减压浓缩后用水回溶，分
别以石油醚（PE）、氯仿（TE）、乙酸乙酯（EE）和正丁
醇（BE）（v水∶vPE、TE、EE、BE=1∶1）依次萃取三次，减压浓缩
后得各极性部位浸膏及水相浸膏（WE），分别用二甲
基亚砜（DMSO）和水配制成溶液，定容至100mL，供
后续测定用。
1.3 菱壳提取物的活性成分含量测定
1.3.1 Folin-Ciocalteu法测定多酚 [11] 取0.1mL不同
极性部位提取液置于具塞试管中，用蒸馏水稀释至
3mL，0.5~8min内加入Folin-Ciocalteu试剂0.25mL和
20% Na2CO3溶液0.75mL，补足至5mL，40℃水浴30min，
迅速冷却后于765nm处测吸光值。以没食子酸为标
品，绘制标准曲线，结果表示为mg GAE/g。
1.3.2 NaNO2-Al（NO3）3-NaOH法测定黄酮 [12] 取
0.25mL不同极性部位提取液于具塞试管中，用60%乙
醇补足至2.5mL，摇匀后加入5% NaNO2溶液0.15mL，
摇匀，放置6min后，加入10% Al（NO3）3溶液0.15mL，
摇匀，放置6min后，加入8% NaOH溶液1mL，用60%乙
醇定容至5mL，摇匀，放置15min后，于510nm处测吸
光值。以芦丁为标品，绘制标准曲线，结果表示为
mg RE/g。
1.3.3 香草醛-高氯酸法测定皂苷[13] 取0.2mL不同
极性部位提取液置于具塞试管中，水浴挥去溶剂，加
入新配制的5%香草醛-冰醋酸溶液0.2mL和高氯酸
0.8mL，60℃水浴加热15min，流水冷却后，加冰醋酸
5mL，15min内于548nm处测吸光值。以人参皂苷Rg1
为标品，绘制标准曲线，结果表示为mg GRE/g。
1.4 抗氧化活性测定
1.4.1 DPPH自由基清除活性[14] 0.1mL不同极性部
位提取液，加入3.9mL 0.1mmol/L DPPH溶液，避光反
应30min后，以溶剂为空白，于517nm处测吸光值。以
抗坏血酸为参照，结果表示为mg/g AEAC。
1.4.2 Fe3+还原力 [15] 0.25mL不同极性部位提取液
分别加入NaHPO4-NaH2PO4缓冲液0.25mL和1%铁氰
化钾溶液0.25mL混匀，50℃水浴加热20min后，加入
10% TCA溶液0.25mL，静置10min后，取0.5mL加入蒸
馏水0.5mL和0.1% FeCl3溶液0.1mL反应10min，于
700nm处测定吸光值。以抗坏血酸为参照，结果表示
为mg/g AEAC。
1.5 MTT法测定胃癌细胞存活率[16]
将1.2中配制的不同极性部位提取液稀释成50、
40、30、20、10μg/mL等一系列浓度备用。胃癌细胞株
SGC7901培养条件为：RPMI-1640培养基（Gibco）添
加10%新生牛血清及100U/mL双抗（青霉素+链霉
素），37℃，5% CO2。取对数生长期细胞，接种于96孔
板，细胞密度约为105个/孔，每孔设培养液对照。24h
后，每孔加入各提取物后继续培养24h，溶剂对照孔
加入相应溶剂，每组设6个重复。培养结束后去掉孔
内液体，每孔加入20μL MTT（5mg/mL），于37℃孵育
3h。最后加入150μL DMSO，迅速用水平振荡器摇动，
使孔内紫色结晶物充分溶解，30min内用酶标仪读取
490nm的吸光值。提取物处理孔与溶剂对照孔的吸光
值百分比即为细胞存活率。
1.6 数据处理
数据统计分析采用Origin 7.0和SAS 8.0进行，绘
图采用Microsoft Excel 2003进行，数值表示为平均
值±SD。
2 结果与分析
2.1 不同菱壳的提取率
三种菱壳经提取、萃取后获得的浸膏含量如图1
所示。不同溶剂提取率最高的是乙酸乙酯相，最低的
是氯仿相。三种菱壳中，二角菱壳的总提取率最高，
为34.24%，无角菱壳28.85%次之，四角菱壳22.91%
最低。
2.2 菱壳提取物的活性成分分析
由表1可知，经不同极性溶剂萃取分级后，菱壳
中的多酚和黄酮主要富集到乙酸乙酯相中，其次是
正丁醇相和石油醚相，最少的是水相和氯仿相。而皂
苷主要富集到氯仿相和石油醚相中，其次是水相、正
丁醇相和乙酸乙酯相。三种菱壳中，多酚含量最高的
是四角菱壳，黄酮和皂苷含量最高的均是无角菱壳。
大量的研究证实，多酚类、黄酮类和皂苷类物质
是植物中含量最广泛的三种活性成分，具有抗氧化、
抗癌防癌、降糖及防治心血管疾病等功效。近年来，
一般作为废弃物的植物果实外表皮成为天然产物研
究的热点之一，并已从多种果实外表皮中提取出具
图1 三种菱壳不同极性部位的提取率
Fig.1 Different polar fractions from water caltrop pericarps
注：不同字母表示差异显著（p＜0.05）。
无角菱壳 二角菱壳 四角菱壳
20.00
10.00
0.00
提
取
率
（
%）
PE TE EE BE WE
c c c c c
a a a
f
b b b
g
d
e
140
研究与探讨
2013年第2期
Vol . 34 , No . 02 , 2013
石油醚相 氯仿相 乙酸乙酯相 正丁醇相 水相
多酚（mg GAE/g）
无角 42.1±2.0a 12.2±7.3a 238.6±8.8a 178.8±8.9b 91.9±9.8b
二角 117.8±3.7b 70.4±3.3b 276.9±11.6b 177.5±8.8b 52.1±5.9a
四角 113.5±15.0b 61.9±9.5b 325.0±11.5c 146.7±10.4a 109.2±6.8c
黄酮（mg RE/g）
无角 22.6±0.0a 29.6±0.0a 63.5±0.0c 62.2±0.0b 40.0±0.0c
二角 24.2±0.0a 33.1±0.0b 47.0±0.1a 41.8±0.0a 18.8±0.0a
四角 32.3±0.0b 35.4±0.0c 54.4±0.0b 42.0±0.0a 31.4±0.0b
皂苷（mg GRE/g）
无角 88.5±0.1a 190.4±0.2c 67.6±0.1c 70.7±0.1b 125.2±0.1c
二角 167.8±0.1b 133.1±0.2a 48.6±0.0a 55.7±0.1a 111.8±0.1b
四角 162.8±0.1b 182.1±0.5b 52.1±0.0b 56.6±0.1a 55.2±0.1a
指标 品种
注：不同字母表示差异显著（p＜0.05）。表2同。
表1 三种菱壳不同极性部位的活性成分含量
Table 1 Bioactive compounds contents of different polar fractions from water caltrop pericarps
石油醚相 氯仿相 乙酸乙酯相 正丁醇相 水相
DPPH自由基清除力
（mg/g AEAC）
无角 78.2±1.1a 40.2±1.2a 283.7±31.6c 229.3±20.2a 97.0±15.0a
二角 89.6±6.4a，b 99.3±3.7b 321.8±4.9b 224.5±7.1a 69.3±13.9b
四角 104.0±3.8b 34.0±7.2a 375.9±16.2a 214.1±11.2a 51.0±9.0b
Fe3+还原力（mg/g AEAC）
无角 14.5±1.3a 6.8±0.2a 54.1±2.1a 57.9±1.5a 17.4±0.2a
二角 12.8±0.4a 23.4±2.3b 51.6±1.2b 79.8±3.6a 21.3±0.7a
四角 21.3±2.9b 62.1±4.0c 52.6±5.3c 71.1±5.2a 35.0±1.9b
指标 品种
表2 三种菱壳不同极性部位的抗氧化活性
Table 2 Antioxidant activities of different polar fractions from water caltrop pericarps
图2 无角菱壳不同极性部位提取物对SGC7901生长的影响
Fig.2 Effects of different polar fractions from pericarps of
T. acornis to SGC7901
注：* p＜0.05，** p＜0.01，*** p＜0.001；图3~图4同。
菱壳提取物浓度（μg/mL）
10 20 30 40 50
200.00
100.00
0.00
细
胞
存
活
率
（
%）
PE
EE
WE
TE
BE
有抗癌功效的成分[17-19]。就菱壳而言，宁颖等[16]利用
半仿生法对南湖菱菱壳进行提取，并发现其具有较
强的体外抑癌作用；牛凤兰等[7]从菱壳水提物中分离
出没食子酸聚合物单体，并证实其具有抗胃癌活性；
符少莲等 [20]则从菱壳中分离出两个鞣质类化合物
1，2，6-三没食子酰-8-D-葡萄糖和l，2，4，6-四没食
子酰-13-D-葡萄糖，并证实其对肝癌细胞HepG2有
一定的抑制作用。由此推测，菱壳在抗癌药物开发方
面具有一定的潜在价值。
2.3 菱壳提取物的抗氧化活性分析
采用DPPH自由基清除力和还原力两种抗氧化
活性体系考察了不同菱壳提取物的抗氧化活性（表2）。
测定结果表明，菱壳提取物具有很强的抗氧化能力。
在DPPH体系中，不同极性部位的自由基清除活性中
最高的是乙酸乙酯和正丁醇；三种菱壳中，四角菱壳
的DPPH自由基清除活性最强，二角菱壳次之，无角
菱壳较弱。在还原力体系中，不同极性部位的抗氧化
活性中最高的是正丁醇和乙酸乙酯。三种菱壳中，四
角菱壳的还原力最强，二角菱壳次之，无角菱壳较弱。
当前，抗氧化活性的评价尚无统一的标准，检测
原理包括自由基清除、金属离子还原、金属离子螯
合、脂质过氧化等。由于不同体系获得的抗氧化活性
表示方法不尽相同，因此一般认为食品添加剂或天
然产物的抗氧化活性评价需通过至少两种不同体系
进行[21]。DPPH自由基清除能力和Fe3+还原力是目前
广泛用于体外测定抗氧化活性的体系。本研究采用
这两种体系对菱壳提取物进行评价，结果显示菱壳
提取物具有很强的抗氧化能力，这可能与菱壳中高
含量的多酚类物质密切相关。多酚类物质含有的酚
羟基具有提供质子氢的能力，能够淬灭和还原自由
基，终止自由基链式反应 [22]。作为体内代谢的副产
物，过量的自由基会造成机体氧化损伤，引起机体衰
老，进而诱发心血管疾病、癌症等恶性疾病[23]。适当
补充外源性抗氧化剂，对于提升机体的抗氧化能力
具有重要的意义。由上述实验结果推测，菱壳提取物
在抗氧化方面具一定的开发价值。
2.4 菱壳提取物对胃癌SGC7901生长的影响
采用MTT法测试了菱壳提取物在体外对胃癌
SGC7901生长的影响。由图2～图4可知，不同极性部
位中，乙酸乙酯相和氯仿相对SGC7901生长有一定
的抑制作用，且呈现一定的剂量效应，而另外三个极
性部位对其生长的影响不明显。在所有菱壳提取物
中，乙酸乙酯相的作用普遍优于氯仿相，最高抑制率
分别可以达到89.11%±0.47%（无角菱壳）、71.79%±
1.36%（二角菱壳）和70.17%±3.41%（四角菱壳）。活
性成分分析显示，乙酸乙酯相的多酚、黄酮含量较
高，氯仿相的皂苷含量较高，由此可以推测，三种活
性成分在菱壳提取物抑制SGC7901生长中起着主要
的作用。一般来说，筛选体外抑癌效果是研究和开发
植物抗癌药的第一步。本文利用胃癌SGC7901筛选
出菱壳提取物抑癌的有效部位，证实菱壳具有较强
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Science and Technology of Food Industry 研究与探讨
2013年第2期
图3 二角菱壳不同极性部位提取物对SGC7901生长的影响
Fig.3 Effects of different polar fractions from pericarps of
T. bispinosa to SGC7901
菱壳提取物浓度（μg/mL）
10 20 30 40 50
200.00
100.00
0.00
细
胞
存
活
率
（
%）
PE
EE
WE
TE
BE
图4 四角菱壳不同极性部位提取物对SGC7901生长的影响
Fig.4 Effects of different polar fractions from pericarps of
T. quadrispinosa to SGC7901
菱壳提取物浓度（μg/mL）
10 20 30 40 50
200.00
100.00
0.00
细
胞
存
活
率
（
%）
PE
EE
WE
TE
BE
的抗癌活性，为进一步开发利用菱壳奠定了基础。
3 结论
采用95%乙醇对三种菱壳进行回流提取，得到
总提取物后，用不同溶剂进行常规的萃取分离，获得
实验中所需的各极性部位提取物；对菱壳提取物的
多酚、黄酮和皂苷含量进行了测定，结果表明，多酚
和黄酮在乙酸乙酯相含量最高，而皂苷主要存在于
氯仿相中；不同菱壳比较发现，四角菱壳的多酚含量
最高，而无角菱壳的黄酮和皂苷含量最高；采用
DPPH自由基清除能力和Fe3+还原力对菱壳提取物的
抗氧化活性进行了评价，证实菱壳具有较强的抗氧
化活性。不同菱壳比较发现，抗氧化活性高低依次
是：四角菱壳、二角菱壳和无角菱壳；利用MTT法筛
选对胃癌SGC7901具有生长抑制作用的部位，结果
发现乙酸乙酯相和氯仿相具有较强的抑癌活性，且
乙酸乙酯相强于氯仿相。
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壁组织蛋白酶B，并对其酶学性质进行了研究，发
现其最适反应pH为5.5，最适反应温度为40℃。以上
两种酶的最适反应pH及最适反应温度与本实验的
粗酶系有所差距，说明酶单独作用与综合作用条件
不一致。
本实验通过研究可知，在较高的处理条件下超
高压对海参体壁粗酶酶活抑制效果明显，并通过正
交实验获得超高压处理抑制海参体壁粗酶酶活的最
优条件为压力600MPa，时间35min，温度45℃，实验验
证海参体壁粗酶酶活残存率结果为19.11%，并且在
此条件下测得超高压直接作用鲜海参的体壁粗酶酶
活残存率也仅为28.43%，充分说明了超高压处理能
够有效抑制酶活力，这为超高压处理在海产品中广
泛应用提供了一定理论依据。
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