全 文 :西北林学院学报 2016,31(6):232~235
Journal of Northwest Forestry University
doi:10.3969/j.issn.1001-7461.2016.06.40
南瓜叶多糖提取工艺及抗氧化活性研究
收稿日期:2016-01-15 修回日期:2016-03-14
基金项目:国家林业局林业公益性行业专项(201304811)。
作者简介:张 强,男,讲师,博士,研究方向:植物资源加工利用。E-mail:zhangjack2003@aliyun.com
*通信作者:张京芳,女,教授,博士,研究方向:食品科学。E-mail:z_jf008@163.com
张 强,王 锐,张京芳*
(西北农林科技大学 林学院,陕西 杨陵712100)
摘 要:为充分开发利用我国丰富的南瓜叶资源,以南瓜干燥成叶为材料,以超声波辅助水提取法
提取南瓜叶多糖,研究超声波功率、时间、温度、料液比对南瓜叶多糖得率的影响,以正交试验设计
优化提取工艺,以DPPH自由基法、羟基自由基法和FRAP法测定南瓜叶多糖的体外抗氧化活性。
结果表明,影响南瓜叶多糖得率各因素的主次顺序是超声波时间>功率>温度>料液比,最优提取
工艺参数为时间25min、温度65℃、料液比1︰30、功率160W,此工艺条件下南瓜叶多糖得率为
12.54%。南瓜叶多糖对DPPH自由基IC50为3.20mg·mL-1,对羟基自由基IC50为2.63mg·
mL-1,FRAP值为75.18μmol TE·g
-1。
关键词:南瓜叶;多糖;超声波辅助提取;抗氧化活性
中图分类号:S713 文献标志码:A 文章编号:1001-7461(2016)06-0232-04
Extraction and Antioxidant Activity of Polysaccharide from Pumpkin Leaves
ZHANG Qiang,WANG Rui,ZHANG Jing-fang*
(College of Forestry,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100 China)
Abstract:Pumpkin(Cucurbita moschata Duch.)is a popular food material in China,however,pumpkin
leaves have not yet been industrialy utilized although they are rich in protein,trace elements,carotenes,
polyphenols and other nutritional or functional components.In order to utilize the pumpkin leaf resources,
the ultrasonic assisted extraction of polysaccharide from dry mature pumpkin leaves and the antioxidant ac-
tivity of the pumpkin leaf polysaccharides were investigated.The effects of ultrasonic power,extraction
time,temperature,solid/liquid ratio on the pumpkin leaf polysaccharide extraction yield were studied and
the extraction process was optimized by orthogonal experiment design.The antioxidant activities of the
pumpkin polysaccharide in vitro were determined with DPPH free radical,hydroxyl free radical and FRAP
methods.The results showed that the primary and secondary order of factors affecting the pumpkin leaf
polysaccharide extraction yield is ultrasonic power>extraction time>temperature>solid/liquid ratio.
The optimum extraction conditions were extraction time:25min,temperature:65℃,material liquid ratio:
1:30,ultrasonic power:160 W,from which the pumpkin leaf polysaccharide extraction yield reached
12.54%.The IC50of pumpkin leaf polysaccharides on DPPH free radical was 3.20mg·mL-1,the IC50on
the hydroxyl free radical was 2.63mg·mL-1,and the FRAP value was 75.18μmol TE·g
-1.Pumpkin
leaf polysaccharide is worth to be further studied for its high extraction rate and antioxidant activity.
Key words:pumpkin leaf;polysaccharide;ultrasonic assistant extraction;antioxidant activity
南瓜(Cucurbita moschata)又称番瓜、金瓜,葫
芦科南瓜属1年生草本植物。我国南瓜资源丰富,
约占世界产量的30%。南瓜果实富含氨基酸、蛋白
质、纤维素及维生素等多种营养成分,还含有多糖等
功能活性成分,具有抗肿瘤、降血糖、降血脂及增强
免疫等功能,日益受到重视[1-2]。
南瓜嫩叶在部分国家和地区作为蔬菜食用。南
瓜叶维生素C含量较高,热水烫漂可以有效保留
Vc[3]。在5种南部非洲传统的深绿色叶菜中,南瓜
叶的蛋白质含量和微量元素含量较高[4]。但是大量
南瓜老叶被丢弃,随着人们对生物资源开发利用的
关注,对南瓜叶成分进行了一定研究工作。南瓜叶
中粗脂肪、粗蛋白、Vc、K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn等营
养成分含量较高,同时含有胡萝卜素、酚类、黄酮、皂
素、生物碱等活性成分[1]。南瓜叶醇提物有较强的
抗氧化作用,可延缓冷冻猪肉的油脂氧化和细菌侵
染[5],南瓜叶水提物和醇提物都对大鼠肝脏损伤具
有保护作用[6]。
南瓜叶黄酮、蛋白质等已有研究,南瓜干叶黄酮
得率可达到2.89%[7],粗蛋白含量很高,可达干叶质
量35%以上,高于广泛用于生产叶蛋白制品的紫花
苜蓿叶。南瓜叶蛋白的必需氨基酸含量丰富,从氨基
酸平衡性来看,其营养价值优于大豆蛋白和紫花苜蓿
叶蛋白,是一种值得开发利用的优质植物蛋白[8]。
多糖是一类重要的生物活性物质[9],在南瓜果实
中含量较高且具有突出的生理功效[10-11],有关南瓜叶
多糖未见研究报道。微波辅助提取和超声波辅助提
取技术可提高常规水提取多糖的效率,成为多糖提取
技术研究的热点[12-14]。为了充分开发南瓜叶资源,本
研究以人们通常当作废弃物的南瓜成熟叶为试验材
料,采用超声波辅助提取技术提取南瓜叶多糖,优化
工艺参数,并测定南瓜叶多糖体外抗氧化活性,以期
为南瓜叶资源的深入开发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 原料与试剂
南瓜叶样品于2014年9月采自西北农林科技
大学猕猴桃试验站(陕西眉县,107.75°E,34.28°
N),将南瓜叶去杂,阴干,粉碎,用石油醚(60~
90℃)回流2次脱脂,抽滤,烘干。脱脂南瓜叶粉密
封冷藏备用(含水率为8.78%±1.31%)。
水溶性维生素E(Trolox),97%,1,1-二苯基-2-
三硝基苯基(DPPH,97%)购于Sigma公司(Sigma
Chemical Co.St.Louis,美国),其他试剂购自上海
医药集团和西安试剂厂,均为分析纯。
1.2 仪器与设备
UV-1800紫外分光光度计(上海美谱达仪器有
限公司),SK2510LHC数控超声波清洗器(上海科
导超声仪器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 粗多糖制备 南瓜叶粉末石油醚回流脱脂
后晾干—南瓜叶粉末按比例加水混合—超声波浸
提—离心—上清液浓缩至原体积1/3—Sevage法除
蛋白—活性炭脱色—3倍体积醇沉—洗涤沉淀—冷
冻干燥—南瓜叶粗多糖。
1.3.2 多糖得率测定 苯酚—硫酸法测定多糖含
量[13]。回归方程为:y=12.020x+0.015 33,R2=
0.991 8,其中y:吸光度,x:葡萄糖浓度(mg·
mL-1),线性范围0.01~0.08mg·mL-1。多糖得
率 计算公式为:
EY=(C×V×D)/(m×1 000)×100% (1)
式中:EY:多糖得率 ;C:回归方程求得的稀释液中
葡萄糖浓度,mg·mL-1;V:浸提液体积,mL;D:稀
释倍数;m—南瓜叶粉质量,g。
1.3.3 提取工艺单因素试验与参数优化 研究温
度、超声波功率、提取时间、液料比等参数对多糖得
率影响。不同温度条件研究的其他试验条件设定为
液料比50,功率160W,超声波时间25min;不同功
率研究的其他条件设定为液料比50,温度60℃,提
取时间20min;不同时间研究的其他条件设定为功
率160W,液料比50,温度60℃;不同液料比研究的
其他条件设定为:提取时间25min,温度65℃,功
率160W。选取超声波功率、超声波时间、浸提温
度、液料比4因素,利用L9(34)正交表设计试验,优
化多糖提取工艺。
1.3.4 抗氧化活性测定 DPPH自由基和羟基自由
基清除活性基本按照文献[15]方法测定,仅将DPPH
自由基溶剂改为60%乙醇,多糖样品以水为溶剂。
测定IC50时多糖浓度梯度为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0
mg·mL-1与6.0mg·mL-1。选择线性较好的1.0
~5.0mg·mL-1浓度范围数据作线性回归,清除
DPPH自由基的回归方程为y=16.44x-2.62,R2=
0.990,清除羟基自由基的回归方程为:y=17.41x+
4.17,R2=0.978。其中y为清除率/%,x为样品浓
度/(mg·mL-1)。再由线性回归方程计算IC50。
FRAP还原力测定按照李武[16]等的方法测定,样品抗
氧化活性以1g粗多糖达到的水溶性维生素 E
(Trolox)的抗氧化能力表示(μmol TE·g
-1)。
1.3.5 数据处理 所有试验进行3次平行试验,计
算标准差。采用Excel 2007统计数据,采用正交设
计助手软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 温度对得率的影响
温度为 65℃时,多糖得率最高,当温度低于
332第6期 张 强 等:南瓜叶多糖提取工艺及抗氧化活性研究
65℃,多糖得率低,65℃以下多糖得率随温度的升高
而提高,当温度高于65℃后随着温度上升,多糖得
率逐渐下降(图1)。
图1 温度对多糖得率的影响
Fig.1 Effect of temperature on the polysaccharide extraction yield
2.2 超声波功率对得率的影响
南瓜叶多糖的得率随着超声波功率的增加先增
大后减小,当功率为160W时多糖得率达到最大值,
超过160W后,多糖得率明显下降(图2)。
图2 功率对多糖得率的影响
Fig.2 Effect of power on the polysaccharide extraction yield
2.3 提取时间对得率的影响
提取时间为25min时,南瓜叶多糖的得率最
高,随着提取时间延长,多糖得率先增后减,当时间
短于25min时,多糖提取不充分,提取时间超25
min,随着时间延长得率略有降低(图3)。
2.4 液料比对多糖得率的影响
液料比20~30,南瓜叶多糖得率显著增长,液
料比超过30,多糖得率无明显提高(图4)。
2.5 提取工艺的参数优化
南瓜叶多糖提取影响因素的重要性顺序是浸提
时间>超声波功率>浸提温度>液料比,超声波水
提南瓜叶多糖的最佳工艺组合为 A2B2C2D2,即超
声波时间25min、温度65℃、液料比30、超声波功率
160W。经3次试验验证,此条件下多糖得率达到
12.54%±0.81%(表1)。方差分析表明,超声波时
间和超声波功率对多糖得率影响极显著,温度对得
率影响显著,液料比对得率无显著影响,与极差分析
结果相符。
图3 提取时间对多糖得率的影响
Fig.3 Effect of extraction time on the polysaccharide
extraction yield
图4 液料比对多糖得率的影响
Fig.4 Effect of liquid-solid ratio on the polysaccharide
extraction yield
表1 不同因子协同对多糖收率的影响
Table 1 Results analysis of orthogonal experiments
序号
A(时间)
/min
B(温度)
/℃
C(液料比)
/(mL·g-1)
D(功率)
/W
多糖得率
/%
1 20 60 20 130 5.05
2 20 65 30 160 8.89
3 20 70 40 190 5.83
4 25 60 30 190 8.84
5 25 65 40 130 10.52
6 25 70 20 160 12.00
7 30 60 40 160 10.51
8 30 65 20 190 9.95
9 30 70 30 130 9.76
k1 6.59 8.13 9.00 8.44
k2 10.45 9.79 9.16 10.47
k3 10.07 9.20 8.96 8.20
R 3.86 1.65 0.21 2.27
最优水平 A2 B2 C2 D2
2.6 南瓜叶多糖的体外抗氧化活性
采用常用的DPPH自由基法、羟基自由基法和
FRAP法3种方法测定南瓜叶粗多糖(多糖含量
51.59%)的抗氧化活性。南瓜叶多糖对DPPH 自
由基、羟基自由基有一定清除能力,具有一定的还原
432 西北林学院学报 31卷
力,且在特定的浓度范围内,具有量效关系,其中对
DPPH自由基IC50为(3.20±0.37)mg·mL-1,对
羟基自由基IC50为(2.63±0.26)mg·mL-1,FRAP
值为(75.18±6.29)μmol·g
-1。
3 结论与讨论
南瓜叶多糖采用超声波辅助水提取法工艺简
单,耗时短,得率高。经25min超声波辅助提取,南
瓜叶多糖得率可达到12%,是南瓜叶除粗蛋白外得
率最高的一类次生代谢物质。提取温度低于65℃
多糖得率低,可能因为水的温度较低,浸泡时间短,
南瓜叶细胞壁中纤维素、半纤维素等亲水性成分不
能充分润胀,细胞壁保持着紧密的结构,导致一些分
子量较大的多糖不能溶出;另一方面,低温下多糖的
溶解度较低,也限制了多糖的提取。温度高于
65℃,多糖收率下降,可能因为在超声场中温度过高
导致多糖被降解或破坏。超声波处理可以提高多糖
收率,可能因为其产生的能量使介质的结构发生空
间变化,使有效成分能快速进入溶剂中,同时超声波
产生的空化效应还可进一步破坏细胞结构,进而促
进细胞内的有效成分直接溶于溶剂并充分混合,最
终实现较高的提取效率[14]。但是与黄酮、酚类、生
物碱等小分子物质不同,多糖的分子量大,糖苷键易
水解,糖基也容易发生氧化反应破坏化学结构。在
功率较强的超声场中变化更加明显[17]。较长提取
时间多糖得率略有下降,表明即使在较弱的超声波
功率(160W)下,长时间的超声波作用,也对多糖的
结构有一定影响[17]。试验材料为南瓜干叶,含水率
低,需要较高的液料比才能使植物材料充分润胀,利
于多糖溶出。充足的水也能保证溶出的多糖溶解。
当液料比过高,后续处理耗时长,耗能高,因此,应在
保证得率 的前提下尽量选择较低的液料比。南瓜
叶粗多糖与南瓜粗多糖[18]相比,对DPPH自由基和
羟基自由基的IC50均较小,表明南瓜叶粗多糖体外
抗氧化活性强于南瓜多糖,值得深入研究。
生物活性与化学结构联系紧密,进一步开展南
瓜叶多糖的纯化,分子量、糖基组成、糖苷键位置等
结构信息,免疫活性测定分析等,将为南瓜叶多糖改
性研究与产品开发奠定基础。
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