全 文 :第37卷 第1期 西 南 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 2012年1月
Vol.37 No.1 Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition) Jan.2012
文章编号:1000-5471(2012)01-0092-07
超声波提取芦笋皮中黄酮类化合物
及其抗氧化活性的研究
*
谢建华1, 胡小华1, 李志明1, 庞 杰2, 郑振峰1
1.福建漳州职业技术学院 食品与生物工程系,福建 漳州363000;2.福建农林大学 食品科技学院,福州350002
摘要:应用超声波技术,以芦笋皮为原料提取黄酮类化合物,探讨超声波的提取时间、超声波功率、乙醇浓度、
温度及料液比等因素对其总黄酮提取效果的影响.通过单因素试验与正交试验分析得出最佳提取工艺条件:超声
波强度为100%、提取时间为75min、乙醇浓度80%、温度为75℃、料液比为1∶100.该工艺条件下提取黄酮
类化合物提取含量为10.23mg/g.芦笋皮中黄酮类化合物对氧自由基和羟自由基均有较强的抑制和清除能力,其
抗氧化活性随着样品浓度的增大而增强,且抗氧化活性强于芦丁和抗坏血酸.
关 键 词:芦笋皮;正交实验;黄酮类化合物;超声辅助提取;抗氧化
中图分类号:TS255.36 文献标志码:A
芦笋(Asparagus officinalis L.)是一种营养丰富的蔬菜[1-2].现代医学研究表明,芦笋含有天冬酰胺
及盐类,还含有黄酮类化合物、抗坏血酸(Vc),甘露聚糖、胆碱和精氨酸等,所以具有抗癌作用及改善免
疫的功能,且还具有耐疲劳、耐缺氧、镇痛、抗衰老、降血脂及保肝解毒等多项生理功能[3-7].因此,芦笋
是开发医药、保健和绿色食品的重要资源.但根据最新研究,从芦笋的皮中发现含有丰富的蛋白质、游离
氨基酸、矿物质、维生素、膳食纤维等,其中黄酮类物质作为功能因子之一起着重要的作用.
目前国内外有关研究芦笋中黄酮类化合物的提取工艺很多,主要有有机溶剂提取法、热水提取法(仅
限于提取苷类)、碱性稀醇或碱性水提取法、系统溶剂提取法等[8-11].在上述的几种提取方法中,用水作溶
剂浸提黄酮类化合物虽然存在无残留溶剂的优点,但收率是很低的,并且由于其极性大,易把蛋白质、糖
类、无机盐等易溶于水的成分提取出来,因此易霉变,一般提取液存放10d左右就会有发霉、变质现象,
同时还有提取液过滤、浓缩等操作困难且费时,固体黄酮含量低等缺点.超声波就具有特殊的生物效应,
选择适当的超声参数可以使植物细胞的细胞壁间形成较多的小孔,从而可以增强细胞膜的透性和选择性.
针对以上提出的问题以及黄酮类化合物的特性,应用超声波技术,以芦笋皮为原料提取黄酮类化合物,确
定超声辅助提取的最佳工艺条件,并测定了芦笋皮中黄酮类化合物对氧自由基的抑制能力和对羟自由基的
清除能力,以期为进一步开发芦笋皮资源提供理论依据.
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
材料:芦笋皮,取于福建紫山集团有限公司,洗净后于干燥箱中60~70℃烘干3~4h,取出粉碎,过
*收稿日期:2011-04-27
基金项目:漳州市科技项目(z05011).
作者简介:谢建华(1976-),男,福建龙海人,硕士,讲师,主要从事农产品深加工及产品开发的研究.
通信作者:庞 杰,博士生导师,研究员.
100目筛备用;芦丁,生化试剂(西安惠丰生化集团股份有限公司);乙醇、亚硝酸钠、Al(NO3)3、氢氧化钠
等均为分析纯(广东西陇化工厂生产).
仪器:FW100型粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司);SHB-Ⅲ循环式多用真空泵(郑州长城科工贸有
限公司);电热恒温水浴锅(北京医疗器械厂);752型分光光度计(上海分光广度计厂);电热鼓风干燥箱
(上海沪南科学仪器联营厂).
1.2 试验设计
1.2.1 单因素试验设计
采用超声波辅助法提取芦笋皮中黄酮类化合物,研究不同超声波功率、乙醇浓度、提取温度、提取时
间、料液比等因素对黄酮类化合物提取效果的影响.
1)不同超声波强度的提取试验
在乙醇浓度60%,料液比为1∶60,提取温度60℃,提取时间30min的条件下,比较不同超声波强度
(总额定功率为250W的20%,40%,60%,80%,100%)对黄酮类化合物提取效果的影响,以选取最佳超声
波强度.
2)不同乙醇浓度的提取试验
在超声波强度为100%,提取时间为30min,温度为60℃,料液比1∶60的条件下,比较不同乙醇浓
度(60%,70%,80%,90%,100%)对黄酮类化合物提取效果的影响,以选取最佳乙醇浓度.
3)不同温度的提取试验
在超声波强度为100%,料液比为1∶60,乙醇浓度80%,提取时间30min的条件下,比较不同提取
温度(30℃,40℃,50℃,60℃,70℃)对黄酮类化合物提取效果的影响,以选取最佳温度.
4)不同料液比的提取试验
在超声波强度为100%,乙醇浓度80%,提取温度70℃,提取时间30min的条件下,比较不同料液比
(1∶20,1∶40,1∶60,1∶80,1∶100)对黄酮类化合物提取效果的影响,以选取最佳料液比.
5)不同时间的提取试验
在超声波强度为100%,乙醇浓度80%,料液比1∶80,提取温度70℃的条件下,比较不同提取时间
(15,30,45,60,75min)对黄酮类化合物提取效果的影响,以选取最佳提取时间.
1.2.2 正交试验设计
在以上单因素的基础上,以超声波强度、乙醇浓度、提取时间、料液比、温度为因素设计正交试验,以
确定超声波辅助提取芦笋皮中黄酮类化合物的最佳工艺条件.
1.3 试验方法
1.3.1 芦丁标准曲线的绘制
黄酮化合物的测定以芦丁为标样,采用亚硝酸钠一硝酸铝比色法[12-13]:准确吸取芦丁标准液0,0.50,
1.00,2.00,3.00,4.00mL,相当于芦丁0,75,150,300,450,600ug,移入25mL比色管中加入30%乙醇溶
液至5mL,各加5%亚硝酸钠0.3mL,混匀,放置5min后加入10%硝酸铝0.3mL,摇匀放置6min后加
入4%氢氧化钠2mL,再用30%乙醇定容至25mL,摇匀,放置10min后于510nm处比色测定,得出吸
光度值,得回归方程.
1.3.2 芦笋皮中黄酮化合物提取及测定方法
先准确称取5.0g芦笋皮粉末,用提取剂按照一定的料液比溶解于500mL容量瓶中,在一定的条件下
进行提取,同时重复3次提取实验,然后各自定容至500mL,再用循环式多用真空泵抽滤得滤液,准确移
取滤液5.0mL于25mL比色管中加入5%亚硝酸钠1mL,混匀,放置5min后加入10%硝酸铝1mL,摇
匀放置6min后加入40%氢氧化钠10mL,再用30%乙醇定容至25mL,摇匀,放置10min后于510nm处
比色测定,得出吸光度值,以芦丁作参照物利用标准曲线计算样品总黄酮含量.
39第1期 谢建华,等:超声波提取芦笋皮中黄酮类化合物及其抗氧化活性的研究
总黄酮含量(mg/g)= nCVm×1 000
式中:C为从回归方程中求得的芦丁的量(mg/L);
n为提取液稀释的倍数;
V 为提取液的体积(mL);
m为芦笋皮的重量(g).
1.3.3 超氧阴离子自由基(O-2 ·)清除率的测定方法
此实验利用邻苯三酚自氧化反应测定清除剂对其产生的超氧阴离子自由基的清除作用[14].
1.3.4 羟自由基清除率测定方法
利用Fenton反应检测各种自由基清除剂对羟基自由基(·OH)的清除作用[14].
2 结果与分析
2.1 总黄酮标准曲线
以芦丁为标液所测的标准曲线如图1.
2.2 单因素试验
2.2.1 超声波强度对提取效果的影响
试验结果如图2所示:
由图2可以看出,随着超声波强度的升高,芦笋皮总黄酮提取效果呈上升趋势.这是由于超声能产生
空化效应,具有粉碎、搅拌等特殊功能,使其植物组织在溶剂中瞬时产生的空化泡的崩溃,而使组织中的
细胞破裂,有利于溶剂渗透植物组织内部,使细胞中的黄酮成分进入乙醇中,加速相互渗透、溶解,以增加
黄酮在乙醇中的溶解度.由图2看出提取强度在100%的条件下所得黄酮类物质的提取量为最高,所以超
声波强度以100%为最佳.
图1 芦丁标准曲线 图2 超声强度对提取效果的影响
2.2.2 乙醇浓度对提取效果的影响
试验结果如图3所示:
由图3可以看出,芦笋皮中的黄酮提取效果随乙醇浓度的增加而升高,但浓度达到80%后反而下降.
这可能是由于乙醇浓度过高时,一些醇溶性杂质、色素、亲脂性强的成分溶出量增加,与黄酮类化合物竞
争或与乙醇结合,从而导致黄酮类化合物提取效果下降,因此超声波提取的最适乙醇浓度为80%.
2.2.3 温度对提取效果的影响
试验结果如图4所示:
由图4可以看出,随着提取温度的升高,芦笋皮总黄酮提取效果呈上升趋势,提取温度在70℃的条件
下所得黄酮类物质的提取量为最高,所以提取温度以70℃为最佳.
49 西南师范大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.cn 第37卷
图3 乙醇浓度对提取效果的影响 图4 温度对提取效果的影响
2.2.4 料液比对提取效果的影响
试验结果如图5所示:
由图5可以看出,随料液比的增大,黄酮提取效果随着增加,在料液比为1∶100的条件下所得黄酮类
物质的提取效果最好,但从1∶60到1∶100的范围内增幅很小,从节约成本,综合考虑,采用1∶80的料
液比比较合理.
2.2.5 超声提取时间对提取效果的影响
试验结果如图6所示:
由图6可以看出,随超声波处理时间的延长,黄酮提取效果随着增加,但在30~60min范围内增幅不
明显.所以时间为45min比较适合.
图5 料液比对提取效果的影响 图6 提取时间对提取效果的影响
2.3 正交试验
在单因素试验基础上,确定乙醇浓度、超声强度、料液比、提取时间及温度5个因素进行正交试验设
计[15],因子水平见表1,试验结果及极差分析见表2.
表1 正交实验因素水平表L16(45)
水平
因 素
A强度/% B乙醇浓度/% C温度/℃ D料液比 E时间/min
1 70 60 60 1∶70 30
2 80 70 65 1∶80 45
3 90 80 70 1∶90 60
4 100 90 75 1∶100 75
59第1期 谢建华,等:超声波提取芦笋皮中黄酮类化合物及其抗氧化活性的研究
表2 超声提取黄酮类化合物正交试验设计与结果
序号 A强度/% B乙醇浓度/% C温度/℃ D料液比 E时间/min 总黄酮含量/(mg·g-1)
1 1 1 1 1 1 7.01
2 1 2 2 2 2 7.06
3 1 3 3 3 3 7.42
4 1 4 4 4 4 7.56
5 2 1 2 3 4 7.39
6 2 2 1 4 3 7.61
7 2 3 4 1 2 7.54
8 2 4 3 2 1 7.07
9 3 1 3 4 2 7.86
10 3 2 4 3 1 8.15
11 3 3 1 2 4 8.79
12 3 4 2 1 3 8.57
13 4 1 4 2 3 9.32
14 4 2 3 1 4 9.23
15 4 3 2 4 1 9.26
16 4 4 1 3 2 8.97
K1 29.05 31.58 32.38 32.35 31.49
K2 29.61 32.05 32.28 32.24 31.43
K3 33.37 33.01 31.58 31.93 32.92
K4 36.78 32.17 32.57 32.29 32.97
珡K1 7.26 7.90 8.10 8.09 7.87
珡K2 7.40 8.01 8.07 8.06 7.86
珡K3 8.34 8.25 7.90 7.98 8.23
珡K4 9.20 8.04 8.14 8.07 8.24
R 1.93 0.36 0.25 0.11 0.39
T=128.81
由表2可见,超声波对提取黄酮类化合物效果的影响大小依次为超声强度、时间、乙醇浓度、温度、料
液比.最佳条件是超声强度为100%、提取时间为75min、乙醇浓度80%、温度为75℃、料液比为1∶
100.验证实验证明提取工艺A4E4B3C4D1 得到黄酮类化合物含量为10.23mg/g.
2.4 超声波提取黄酮类化合物的抗氧化作用
2.4.1 黄酮类化合物清除超氧阴离子自由基(O-2 ·)的作用
超氧阴离子自由基是第一个生成的氧自由基,又是所有氧自由基的前身,可以转化为其他氧自由基.
芦笋皮黄酮类化合物对邻苯三酚-鲁米诺发光体系产生的O2-的清除作用如表3和图7所示.结果表明,提
取物、芦丁和Vc对超氧阴离子都有清除能力,且清除能力随提取物、芦丁和Vc浓度升高而增强.从清除
率达50%比较看,提取物清除超氧阴离子自由基的能力均强于芦丁和 Vc,这说明超声波提取物对超氧阴
离子的清除能力较高.
表3 芦笋皮提取液清除超氧阴离子自由基的能力
提取物
浓度
/(mg·L-1)
清除率
/%
IC50值
/(mg·L-1)
提取物
浓度
/(mg·L-1)
清除率
/%
IC50值
/(mg·L-1)
提取物
浓度
/(mg·L-1)
清除率
/%
IC50值
/(mg·L-1)
超声波
提取物
30 11.6
60 23.4
90 45.1
120 69.9
150 79.3
96.3
Vc
(CK)
30 22.4
60 25.3
90 42.5
120 56.3
150 74.9
107.4
芦丁
(CK)
30 11.3
60 23.1
90 39.5
120 47.6
150 60.5
126.9
2.4.2 黄酮类化合物清除羟自由基(OH·)的作用
羟自由基是活性氧中最活泼的氧自由基之一,它几乎能与活细胞中任何分子发生反应,可介导机体组
69 西南师范大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.cn 第37卷
织脂质过氧化,蛋白质解聚、聚合,核酸断裂和多糖裂解等生化过程,引发组织细胞病变而导致各种疾病
发生和加速机体衰老.芦笋皮黄酮类化合物对羟自由基的清除作用如表4和图8所示,芦笋皮中提取物、
芦丁和Vc具有较高的清除(OH·)活性能力,且其清除能力随着浓度的增加而逐渐递增.以清除率达50%
比较看,提取物清除羟自由基的能力强于芦丁和Vc.
图7 芦笋提取液对
超氧阴离子自由基(O-2 ·)的清除作用
图8 芦笋提取液对
羟自由(OH·)的清除效果
表4 芦笋皮提取液清除清除羟自由基的能力
提取物
浓度
/(mg·L-1)
清除率
/%
IC50值
/(mg·L-1)
提取物
浓度
/(mg·L-1)
清除率
/%
IC50值
/(mg·L-1)
提取物
浓度
/(mg·L-1)
清除率
/%
IC50值
/(mg·L-1)
超声波
提取物
30 14.4
60 23.3
90 47.3
120 74.9
150 86.1
93.3
Vc
(CK)
30 22.4
60 36.8
90 41.9
120 58.7
150 66.9
104
芦丁
(CK)
30 13.5
60 23.7
90 37.6
120 46.8
150 59.7
126.5
3 结 论
1)通过单因素实验和正交实验表明,超声波对提取黄酮类化合物效果的影响大小依次为超声波强度、
时间、乙醇浓度、温度、料液比.最佳条件是超声波强度为100%、提取时间为75min、乙醇浓度80%、温
度为75℃、料液比为1∶100.验证实验证明提取工艺A4E4B3C4D1 得到黄酮类化合物含量为10.23mg/g.
超声波技术应用于芦笋皮中黄酮类化合物的提取是可行的,具有高效、节能、无污染、经济效益高等优点,
而且其提取物不易发霉变质,同时后续操作简便.
2)通过对芦笋皮黄酮类提取物在体外清除超氧阴离子与羟自由基活性进行了研究.结果表明黄酮类
化合物对超氧阴离子与羟自由基清除能力随浓度升高而增强.从清除率达50%比较看,芦笋皮黄酮类提取
物较对照维生素C和芦丁强,其机理有待进一步研究.
参考文献:
[1] 孙春艳,赵伯涛,郁志芳,等.芦笋的化学成分及药理作用研究进展 [J].中国野生植物资源,2004(5):1-5.
[2] 张素华,夏秋艳,朱 强.芦笋营养成分分析与加工品质改善的研究 [J].食品工业科技,2002(6):16-18.
[3] 谢建华,高惠安,庞 杰,等.芦笋皮风味饮料的研制 [J].河南科技大学学报:自然科学版,2007(5):54-56.
[4] 周利亘,王春辉,王君虹,等.芦笋的活性成分及其生物学功能 [J].安徽农学通报,2006,12(2):23-25.
[5] AMER M,EL-HABIBI E,EL-GENDY A.Effects of Trifolum Alexandrinum Extracts on Streptozotocin-Induced Diabe-
tes in Male Rats[J].Annals of Nutrition & Metabolism,2004,48(5):343-347.
[6] PRIOR R L,CAO G.Antioxidant Capacity and Polyphenolic Components of Teas:Implications for Altering in Vivo An-
tioxidant Status[J].Proc Soc Exper Biol Med,1999,220(4):255-261.
79第1期 谢建华,等:超声波提取芦笋皮中黄酮类化合物及其抗氧化活性的研究
[7] RIETVELD A,WISEMAN S.Antioxidant Effects of Tea:Evidence from Human Clinical Trials[J].The Journal of
Nutrition,2003,133(10):2385-2392.
[8] 孙春艳.芦笋茎叶中黄酮类化合物和多糖的提取纯化研究 [D].南京:南京农业大学,2006.
[9] 尹礼国,钟 耕,张 超.苦竹叶黄酮浸膏制备工艺研究 [J].西南大学学报:自然科学版,2008(1):114-118.
[10]王正云.芦笋中黄酮类化合物的提取及纯化工艺的研究 [D].扬州:扬州大学,2005.
[11]段雅庆.芦笋中黄酮和多糖的复合提取及其抗氧化活性研究 [D].武汉:华中农业大学,2010.
[12]丁利君,吴振辉,蔡创海,等.金银花中黄酮类物质最佳提取工艺的研究 [J].食品科学,2002,23(2):62-66.
[13]王建梅.芦笋中黄酮类物质的分析方法研究 [J].中国食物与营养,2003(8):9-40.
[14] 雷 明.桂花果类黄酮分离纯化工艺及其抗氧化研究 [J].西南大学学报:自然科学版,2011(4):77-80.
[15] 王钦德,杨 坚.食品试验设计与统计分析 [M].北京:中国农业大学出版社,2003:330-361.
Ultrasonic-Assisted Technology for Extracting Flavonoids
from the Asparagus Skin and Their Anti-oxidation
XIE Jian-hua1, HU Xiao-hua1,
LI Zhi-ming1, PANG Jie2, ZHENG Zhen-feng1
1.Department of Food and Biology Engineering,Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou 363000,China;
2.Colege of Food Science And Technology,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China
Abstract:The ultrasonic extraction technology was used to extract total flavonoids from asparagus skin,
and the influences of extraction time,ultrasonic power,ethanol concentration,temperature and solid-to-
liquid ratio on the extraction percent of the flavonoids were analyzed through a single-factor test and an or-
thogonal experiment.The optimum conditions obtained were:ultrasonic power 60%,time of extraction
100min,ethanol concentration 80%,temperature for extraction 75℃and the ratio of material to solvent
1:100.With these technological conditions,the content of flavonoids of the extract was 10.23mg/g.Fla-
vonoids of asparagus peel was able to scavenge oxygen and hydroxy radicals,their clearing effect was en-
hanced with increasing flavonoid concentration of the samples,and the extract showed a stronger anti-oxi-
dative activity than rutin and ascorbic acid.
Key words:asparagus skin;orthogonal experiment;flavonoids;ultrasonic-assisted extraction;anti-oxidation
责任编辑 汤振金
89 西南师范大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.cn 第37卷