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花椒叶黄酮的微波提取及其抗氧化性研究



全 文 :花椒叶黄酮的微波提取及其抗氧化性研究
杨立琛,李荣*,姜子涛
(天津商业大学生物技术与食品科学学院 天津市食品生物技术重点实验室,天津 300134)
摘要:利用微波法提取了花椒叶黄酮,得率7.64%。考察了乙醇浓度、料液比、微波功率、提取温度和时
间对花椒叶黄酮得率的影响,测定了花椒叶黄酮进行抗氧化性能,并与抗氧化剂 Vc做比较。结果表
明,微波提取花椒叶黄酮的最佳条件:温度70℃、乙醇浓度65%、料液比1∶30、微波功率500W、提取
时间4min。花椒叶黄酮清除羟自由基和对卵黄蛋白脂质抗氧化能力比Vc强,总抗氧化活性、清除超
氧阴离子和清除DPPH自由基的能力比Vc弱。
关键词:花椒叶;黄酮;微波提取;抗氧化活性
中图分类号:TS264.3   文献标识码:A   文章编号:1000-9973(2012)09-0036-06
Microwave-assisted Extraction of Flavonoids from Zanthoxylum
bungeanumLeaves and Antioxidant Activities
YANG Li-chen,LI Rong*,JIANG Zi-tao
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology,Colege of Biotechnology and Food Science,
Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)
Abstract:The flavonoids from Zanthoxylum bungeanumleaves were extracted by microwave-assisted
extraction method.The yield of flavonoids was 7.64%.The effects of the concentration of ethanol,
the ratio of material to liquid,microwave power,extraction temperature,and extraction time on fla-
vonoids yields were determined.The antioxidant activities of flavonoids from Zanthoxylum bungea-
numleaves were compared with antioxidant Vc.The results show that the optimum conditions were:
65%ethanol,the ratio of material to liquid 1∶30,temperature 70℃,extraction time 4min,and mi-
crowave power 500W.The hydroxyl radical scavenging and yolk lipoprotein activities of flavonoids
were stronger than those of Vc.The total antioxidant ability,superoxide anion,and DPPH scaven-
ging activities were weaker than those of Vc.
Key words:Zanthoxylum bungeanumleaves;flavonoids;microwave-assisted extraction;antioxidant
activity
  黄酮具有抑制脂质过氧化、调节免疫、抗衰老、杀
菌和抗病毒等作用,已成为目前倍受关注的天然活性
产物之一,从食源性材料中筛选出抗氧化性强的天然
抗氧化物质也是人们关注的焦点。黄酮类化合物作为
优良的抗氧化剂已广泛的应用于食品和保健品中[1],
其提取方法主要有水提法、酶解法、有机溶剂萃取法、
超声波法、超临界萃取法和微波提取法等[2,3],其中微
波提取法作为一种新型提取技术,具有提取时间短、提
取效率高、重现性好、污染性小等优点[4]。
花椒属植物中富含黄酮,目前已从花椒果皮中分
收稿日期:2012-04-05        *通讯作者
基金项目:天津市高校科技发展基金项目资助(20110608)
作者简介:杨立琛(1989-),女,硕士研究生,研究方向为食品添加剂。
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总第37卷
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CHINA CONDIMENT
离出10余种黄酮类成分[5],但关于花椒叶总黄酮的提
取研究相对较少,只有范菁华等采用超声波辅助法提
取了花椒叶总黄酮[6],而对于花椒叶黄酮的微波提取、
抗氧化性能及清除自由基性能尚未见报道。本文应用
微波提取法提取了花椒叶黄酮,并考察了其体外抗氧
化和清除自由基的性能,为花椒叶在食品、保健品等领
域的进一步应用奠定了理论基础。
1 材料与仪器
1.1 材料与试剂
花椒叶 2011年采自山西省运城市,洗净后烘干
备用;DPPH 美国Sigma公司;无水乙醇、石油醚、抗
坏血酸(Vc)、结晶紫、磷酸钠、钼酸铵、邻苯三酚、硫酸
亚铁和三羟甲基氨基甲烷(Tris) 等均为分析纯;芦
丁标准溶液 用30%的乙醇溶液超声溶解为浓度为
0.1mg/mL的标准溶液;样品储备液 将花椒叶黄酮
用30%的乙醇溶液溶解配制成浓度为1.0mg/mL的
花椒叶黄酮储备液,将 Vc用蒸馏水溶解配制成浓度
为1.0mg/mL的Vc储备液。
1.2 仪器
U-3900紫外可见分光光度计 日本日立公司;
970CRT荧光分光光度计 上海精密科学仪器有限
公司;MAS-Ⅰ型微波快速制样系统 上海新仪微波
化学科技有限公司;ZK-82A型真空干燥箱 上海市
实验仪器厂;LGJ-10型冷冻干燥机 北京松源华兴科
技发展有限公司;FA1104N电子天平 上海精密科学
仪器有限公司;KQ2200B型超声波清洗机 昆山市超
声仪器有限公司;80-1离心机 上海手术器械厂;电
热恒温水浴锅 北京市长风仪器仪表公司。
2 实验方法
2.1 花椒叶黄酮的微波提取工艺
称取2.0g花椒叶粉末,以65%乙醇溶液为溶剂,
放入微波玻璃反应器中,选择微波功率为500W,按
1∶30的料液比在60℃下用微波萃取仪萃取4min,
待提取液稍冷后进行过滤,滤液经石油醚萃取以除去
脂溶性杂质,弃掉石油醚层,即得花椒黄酮的提取液。
试验以黄酮得率为指标,通过单因素试验来确定
乙醇浓度、微波功率、料液比、提取时间和温度等因素
的试验范围,以得到微波辅助提取花椒黄酮的最佳工
艺参数。
2.2 标准曲线的制作
按照文献[7]的方法绘制芦丁标准工作曲线,芦丁
浓度c与吸光度 A 关系曲线的回归方程式:A=
13.194c-0.0012,相关系数R2=0.9985。
2.3 黄酮得率的测定
采用 NaNO2-Al(NO3)3 比色法测量黄酮得率。
取黄酮提取液3.0mL于10mL比色管中,按方法2.1
进行显色,以试剂空白作对照测吸光度,根据标准曲线
计算提取液中黄酮含量,并计算黄酮得率。
2.4 总抗氧化活性的测定———磷钼络合物法[8]
将样品储备液适当稀释得到浓度分别为0.1,
0.15,0.2,0.25和0.3mg/mL的花椒叶黄酮溶液和
Vc溶液为样品液。在一系列10mL比色管中分别加
入4.0mL磷钼试剂液(终浓度为0.6mol/L浓硫酸、
28mmol/L磷酸钠和4mmol/L钼酸铵)和0.4mL样
品液,迅速摇匀后将比色管放置于95℃水浴中恒温
90min,在695nm波长下分别测量不同样品液的吸光
度值A。平行测定三次,取平均值。
2.5 清除超氧阴离子自由基的测定———邻苯三酚自
氧化法[9]
以样品储备液经适当稀释得到的浓度分别为0.1,
0.3,0.5和1.0mg/mL的花椒叶黄酮溶液和Vc溶液
为样品液。
2.5.1 光谱条件的选择
对含有邻苯三酚的Tris-HCl缓冲溶液(pH 8.2)进
行荧光扫描。向石英比色皿中加入2.2mL Tris-HCl缓
冲溶液、0.1mL水和0.3mL邻苯三酚(3.0mmol/L),固
定Em=509nm,Ex=250~500nm为光谱条件,从加入邻
苯三酚开始计时,每隔2min扫描,得到邻苯三酚的激发
光谱;重新取液,固定Ex=444nm,Em=450~700nm,按
同样方法进行扫描,得到邻苯三酚的发射光谱。
2.5.2 邻苯三酚自氧化速率的测定
向石英比色皿中加入2.2mL Tris-HCl缓冲溶液、
0.1mL样品液和0.3mL邻苯三酚(3.0mmol/L),混匀后
在Em=509nm、Ex=444nm波长下进行测定,在3~
7min的范围内每分钟测定一次,以时间为横坐标、荧光强
度为纵坐标作图,曲线的斜率即为邻苯三酚自氧化的速
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率Vs,以0.1mL水代替样品液可得到不加O2-·抑制剂
前邻苯三酚的自氧化速率V0。平行测定三次,取平均值
并按下式计算样品液对O2-·的抑制率:
抑制率(%)=V0-VSV0 ×100
。 (1)
2.6 清除羟自由基能力的测定———结晶紫法[10]
由样品储备液稀释配制浓度为0.05mg/mL的花
椒叶黄酮溶液和Vc溶液为样品液。在一系列10mL
比色管中分别加入0.5mL结晶紫(0.4mmol/L)、
0.7mL FeSO4 溶液(10.0mmol/L)和0.7mL H2O2
溶液(5.0mmol/L),用磷酸氢二钾-柠檬酸缓冲溶液
(pH 4.0)定容至10mL,摇匀后放置30 min,在
580nm处测其吸光度 A0,同时测定不加 H2O2 时
580nm处的吸光度 Ab,则羟自由基的产生量可以用
ΔA=Ab-A0 来表征。
样品液对羟自由基清除率的测定:在上述反应体
系中加 H2O2 之前分别加入0.1,0.2,0.3,0.4和
0.5mL样品液,测定吸光度Ax。平行测定三次,取平
均值并按下式计算样品液对羟自由基的清除率:
清除率(%)=Ax-A0Ab-A0×100
。 (2)
2.7 清除DPPH能力的测定[11]
将样品储备液适当稀释得到浓度分别为0.02,
0.04,0.06,0.08,0.10mg/mL的花椒叶黄酮溶液和
Vc溶液为样品液。向一系列10mL比色管中加入
3.5mL 1.0×10-4 mol/L的DPPH 溶液和0.5mL
样品液,摇匀后避光反应30min,以空白溶液为参比,
测定517nm下的吸光度A,同样方法测定3.5mL无
水乙醇和0.5mL样品液混合后在517nm下的吸光
度A0,再测定3.5mL DPPH和0.5mL无水乙醇混
合后在517nm下的吸光度A1,平行测定三次,取平均
值并按下式计算样品液对DPPH自由基的清除率:
清除率(%)=1-A-A0A1 ×100
。 (3)
2.8 Fe2+诱发卵黄脂蛋白过不饱和脂肪酸(PUFA)
过氧化体系中抗氧化活性的测定[12]
将样品储备液经适当稀释后得到的浓度分别为
0.1,0.2,0.3mg/mL的花椒叶黄酮溶液和Vc溶液为
样品液。用pH 7.5浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲
液(PB)配制1∶25的卵黄悬液。取0.2mL的卵黄悬
液、0.2mL 25.0mmol/L FeSO4 溶液和0.2mL的样
品液于一 系 列 10 mL 离 心 管 中,用 PB 补 充 至
2.0mL,37℃下培养12h,取出后加入0.5mL 20%
的三氯乙酸溶液(TCA),静置10min后以3500r/min
的转速离心10min,取2.0mL上清液于10mL比色
管中,再加入 1.0 mL 0.8% 硫代巴比妥酸溶液
(TBA),沸水浴15min,冷却后,于532nm波长下测
定吸光度值Ax,对照管不加样品液,其它试剂同前,记
吸光度为A0,平行三次,取平均值,则样品液对卵黄脂
蛋白脂质过氧化的抑制率按下式计算:
抑制率(%)=A0-AxA0 ×100
。 (4)
3 结果及分析
3.1 花椒叶黄酮微波提取条件的优化
3.1.1 提取温度、料液比及提取液乙醇浓度的确定
按2.2方法进行提取,固定其他条件,分别测定在
不同料液比、提取温度和乙醇浓度下的花椒叶黄酮得
率,结果见图1。
图1 料液比、提取温度、乙醇浓度对花椒叶黄酮得率的影响
Fig.1Effect of ethanol concentration,temperature and
the ratio of material to liquid on flavonoids extraction
  由图1可知,料液比的增加有利于物料中黄酮类
物质的溶出,但料液比过大的时候,会影响到物料对微
波能的吸收,导致黄酮得率下降,故选择提取花椒叶黄
酮的料液比为1∶30。随着温度的升高,花椒叶黄酮
得率逐渐增加,这是因为黄酮类化合物在乙醇中的溶
解度随温度的升高而变大,但温度过高反而会破坏黄
酮的分子结构而导致花椒叶黄酮得率降低,故选择花
椒叶黄酮的提取温度为70℃。花椒叶黄酮得率会随
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着乙醇浓度的增大而升高,但乙醇浓度达到一定时,黄
酮得率会逐渐降低。这是因为乙醇浓度的增大会提高
黄酮类化合物的溶解度,但高浓度的乙醇反而会使细
胞内蛋白质凝固,导致黄酮不易溶出[13]。故选择提取
花椒叶黄酮的乙醇浓度为65%。
3.1.2 微波功率及提取时间的确定
固定乙醇浓度、提取温度和料液比,选择不同的微
波功率及时间,按2.2方法进行提取,结果见图2。
图2 微波功率与提取时间对黄酮得率的影响
Fig.2Effect of the microwave power and
extract time on flavonoids extraction
  由图2可知,微波功率的增大会使花椒叶黄酮吸
收的微波能增多,从而使其更易进入到介电常数较小
的乙醇溶剂当中,即黄酮得率升高。而当微波功率一
定时,黄酮得率会随着作用时间的增加而增大,当提取
时间为4min时达到最高,之后提取时间增加,黄酮得
率反而下降,这可能是因为微波的强热效应长时间作
用对黄酮有分解作用,因此选择提取花椒叶黄酮的条
件为微波功率500W下提取4min。
3.2 总抗氧化活性
图3 样品液的总抗氧化活性
Fig.3The total antioxidant ability of sample solution
用磷钼络合物法测定花椒叶黄酮的抗氧化活性,
按照方法2.4进行测定,结果见图3。
  由图3可知,样品液的吸光度随浓度的增加也逐
渐升高,说明样品液的抗氧化活性跟浓度成正比关系,
花椒叶黄酮的总抗氧化活性比Vc弱。
3.3 清除超氧阴离子自由基的能力
按照方法2.5.1,扫描邻苯三酚自氧化随时间变
化的激发光谱和发射光谱,结果见图4。
图4 邻苯三酚的激发光谱(a)和发射光谱(b)
Fig.4The excitation(a)and emission(b)spectra of pyrogalol
注:曲线1~7的反应时间分别为2,4,6,8,10,12和
14min。
  由图4可知,邻苯三酚自氧化产物的荧光强度随
时间而逐渐增大,且2~10min内呈良好的线性关系,
邻苯三酚自氧化的最佳激发波长和发射波长分别为
444nm和509nm。按照方法2.5.2进行测定,得到
样品液对邻苯三酚自氧化速率的影响,结果见图5。
图5 花椒叶黄酮(a)和Vc(b)的荧光动力学
Fig.5The fluorescence kinetics curves of flavonoids of
Zanthoxylum bungeanumleaves(a)and Vc(b)Final
注:曲线曲线1~5的样品液终浓度分别为0,0.385×
10-2,1.15×10-2,1.92×10-2和3.84×10-2 mg/mL。
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  由图5可知,样品液的浓度越大,曲线的斜率即邻
苯三酚自氧化的速率 Vs越小,说明样品液对邻苯三
酚自氧化的抑制作用越强。拟合动力学曲线得到曲线
斜率,并按公式(1)计算得到样品液在不同浓度下对超
氧阴离子自由基的抑制率,结果见表1。
表1 样品液对超氧阴离子自由基的抑制率
Table 1The rate of inhibition of superoxide
anion radical of the sample solution
样品 样品液终浓度(10-2 mg/mL) 对超氧阴离子自由基的抑制率(%)
花椒
叶黄酮
0.385  7.94
1.15  10.49
1.92  30.25
3.84  68.01
Vc
0.385  7.09
1.15  31.46
1.92  56.40
3.84  88.07
  由表1可知,样品液对超氧阴离子自由基的抑制
作用随浓度的增加而增大,花椒叶黄酮对超氧阴离子
自由基的清除能力不如Vc强。
3.4 清除羟自由基的能力
按照方法2.6测定花椒叶黄酮清除羟自由基的能
力,羟自由基的清除率用公式(2)计算,结果见图6。
图6 不同浓度样品液对羟自由基清除率
Fig.6The hydroxyl radical scavenging of sample
solution of different concentrations
  由图6可知,样品液对羟自由基的清除率随浓度
的升高而变大,同浓度下花椒叶黄酮对羟自由基的清
除能力远远大于Vc。
3.5 清除DPPH自由基的能力
根据方法2.7测定花椒叶黄酮清除DPPH 自由
基的能力,按照公式(3)计算样品液对DPPH 自由基
的抑制率,结果见图7。
图7 不同浓度样品液对DPPH自由基的清除率
Fig.7The DPPH radical scavenging of
sample solution of different concentrations
  由图7可知,样品液对DPPH自由基的清除率随
浓度的增加而增加,当浓度增大至一定时,清除率趋于
稳定,在同等浓度下,花椒叶黄酮对DPPH 自由基的
清除能力次于Vc。
3.6 对卵黄脂蛋白脂质过氧化的抑制率
按照方法2.8进行测定,样品液对卵黄脂蛋白脂
质过氧化的抑制率按公式(4)计算,结果见图8。
图8 样品液对Fe2+诱发卵黄脂蛋白过氧化的抑制作用
Fig.8The inhibition of yolk lipoprotein
peroxidation of sample solution
  由图8可知,花椒叶黄酮和 Vc对卵黄脂蛋白的
氧化均有抑制作用,随浓度的升高抑制作用增强,在相
同浓度下,花椒叶黄酮的抑制作用高于Vc。
4 结论
微波辅助提取花椒叶总黄酮的最佳条件是:乙醇
浓度65%,温度70℃,料液比为1∶30,功率500W,
时间4min,在此条件下花椒叶总黄酮得率为7.64%。
通过考察花椒叶黄酮的总抗氧化活性、清除超氧阴离
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子自由基能力、清除羟自由基能力、清除DPPH 自由
基能力和对卵黄脂蛋白脂质抗氧化能力,并与合成抗
氧化剂Vc比较,结果表明花椒叶黄酮是一种很好的
天然抗氧化剂,尤其是在清除羟自由基和对卵黄脂蛋
白脂质抗氧化方面远远优于合成抗氧化剂,可望作为
一种无毒副作用的天然抗氧化剂在食品工业中应用。
参考文献:
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(上接第35页)
表5 花椒精油对菌种生长状况的影响
精油浓度 啤酒酵母 米曲霉 大肠杆菌 黑曲霉 枯草杆菌 金黄色葡萄球菌
0.8% 不生长 不生长 不生长 不生长 不生长 不生长
0.7% 不生长 不生长 不生长 不生长 不生长 生长
0.6% 不生长 不生长 不生长 不生长 生长 生长
0.5% 不生长 不生长 不生长 生长 生长 生长
0.4% 不生长 不生长 不生长 生长 生长 生长
0.3% 生长 生长 生长 生长 生长 生长
  花椒精油抑菌效果比较见表6。
表6 花椒精油抑菌效果比较
浓度 高效 良效 低效 无效 有效率(%)
0.7%(V/V) 啤酵米曲大肠黑曲枯草 金黄 100
0.6%(V/V) 啤酵米曲大肠黑曲枯草 金黄 83.3
0.5%(V/V) 啤酵米曲大肠 黑曲枯草 金黄 66.7
0.4%(V/V) 啤酵米曲大肠 黑曲 金黄枯草 66.7
0.3%(V/V) 啤酵 米曲大肠黑曲 金黄 66.7
  花椒精油对以上菌种具有抑制作用:对菌种的
MIC范围为0.8%(V/V)~0.3%(V/V),其中0.7%
(V/V)浓度对六种菌种抑制有效率为100%,0.6%
(V/V)对六种菌种抑制有效率为83.3%,0.3%浓度
对六种菌种抑制有效率为66.7%。
4 结论
本实验对微波辅助提取花椒精油进行了研究,发
现微波提取花椒精油的最佳工艺为料液比1∶10,
600W,提取温度50 ℃,时间2min,精油的得率为
18.56%,与溶剂法相比,精油得率提高了9.96%。
花椒精油对菌种的 MIC范围为0.8%(V/V)~0.
3% (V/V),其中0.7%(V/V)浓度对六种菌种抑制有效
率为100%,0.6%(V/V)对六种菌种抑制有效率为83.
3%,0.3%浓度对六种菌种抑制有效率为66.7%。
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