全 文 ：40 2016, Vol.37, No.09 食品科学 ※基础研究
蒸汽爆破预处理对粉葛总黄酮及抗氧化性的影响
张­ 棋1，易军鹏1,*，李­ 欣2，王新胜2，李­ 冰1，朱文学1
（1.河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023；2.河南科技大学化工与制药学院，河南 洛阳 471023）
摘  要：实验选取爆破压力1.0、2.0 MPa，维持压力时间30、40、60、80 s，对粉葛进行预处理。利用紫外分光
光度法表征爆破前后总黄酮的变化，旨在探讨蒸汽爆破预处理对粉葛总黄酮及抗氧化性的影响。抗氧化活性利用
1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）清除率进行评价。结果表明：经过蒸汽爆破预处
理后，粉葛的总黄酮提取量、甲醇提取物得率和抗氧化性得到显著提高。在最优处理条件下，总黄酮（以葛根素
计）提取量达到5.43 mg/g，是未经预处理粉葛提取量的2.32 倍；甲醇提取物得率为16.92%；抗氧化活性得到显著
增加，DPPH清除活性的半数抑制浓度（50% inhibitory concentration，IC50）由30.65 g/L降低至10.10 g/L。将蒸汽爆
破预处理应用于粉葛活性物质的提取，可实现提取量和抗氧化能力的有效提高。
关键词：蒸汽爆破；粉葛；总黄酮；抗氧化性
Effect of Steam Explosion on Total Isoflavone Content and Antioxidant Capacity of Puerariae thomsonii Radix
ZHANG Qi1, YI Junpeng1,*, LI Xin2, WANG Xinsheng2, LI Bing1, ZHU Wenxue1
(1. College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China;
2. College of Chemical Engineering and Pharmacy, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China)
Abstract: Steam explosion pretreatment was employed on Puerariae thomsonii Radix at a steam pressure of 1.0 and
2.0 MPa for 30, 40, 60 and 80 s, respectively. In order to explore the effect of steam explosion pretreatment on the total
isoflavone content and antioxidant capacity of Puerariae thomsonii Radix, the content of total isoflavones was determined
using UV spectrophotometry. The 1, 1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity was used to evaluate
free radical scavenging capacity. The results indicated that the extraction efficiency of total isoflavones, the yield of
methanol extract and antioxidant capacity significantly increased after steam explosion. Under optimal conditions, the
yield of total isoflavones (calculated as puerarin) was 5.43 mg/g, which was 2.32 times as much as that of the untreated
sample; the yield of methanol extract was 16.92%, and the 50% inhibitory concentration (IC50) for DPPH radical scavenging
activity decreased from 30.65 g/L to 10.10 g/L, suggesting that the antioxidant capacity was improved. It can be concluded
that a proper and reasonable steam explosion pretreatment can be applied to extract the active compounds and enhance the
antioxidant capacity of Puerariae thomsonii Radix.
Key words: steam explosion; Puerariae thomsonii Radix; total isoflavones; antioxidant capacity
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609008
中图分类号：TS202.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2016）09-0040-05
引文格式：
张棋, 易军鹏, 李欣, 等. 蒸汽爆破预处理对粉葛总黄酮及抗氧化性的影响[J]. 食品科学, 2016, 37(9): 40-44.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609008. http://www.spkx.net.cn
ZHANG Qi, YI Junpeng, LI Xin, et al. Effect of steam explosion on total isoflavone content and antioxidant capacity of
Puerariae thomsonii Radix[J]. Food Science, 2016, 37(9): 40-44. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-
6630-201609008. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2015-06-05
基金项目：国家自然科学基金面上项目（31271972）；河南科技大学博士科研基金资助项目（400813480035）
作者简介：张棋（1990—），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：zhang2014qi@126.com
*通信作者：易军鹏（1976—），男，副教授，博士，研究方向为药食两用生物资源高值化利用。E-mail：yijunpeng@126.com
粉葛（Puerariae thomsonii Radix）为豆科葛属藤本
植物甘葛藤（Pueraria thomsonii Benth.）的干燥根，始
载于《神农本草经》，是我国常用中药。粉葛自古与野
葛同做葛根使用，现代研究发现粉葛与葛根（野葛）高
效液相色谱（high performance liquid chromatography，
HPLC）指纹图谱存在较大差别[1]，2005版《中国药典》
※基础研究 食品科学 2016, Vol.37, No.09 41
将粉葛与葛根分列记载。研究表明粉葛中的化学成分含
有异黄酮、三萜类、淀粉及矿物元素等[2]。现代药理研究
确认粉葛总黄酮为其主要药效成分，具有降低血压、抗
氧化、抗癌等作用。葛根素则可以清除自由基、抗脂质
过氧化[3-4]。因此，粉葛受到了制药行业、食品行业，尤
其是保健品行业的关注。
粉葛总黄酮的提取有传统提取方法如醇回流提取
法，提取新技术如超声提取[5]、微波辅助提取[6]等。本课
题组前期研究表明[7]，总黄酮提取量达到相近水平时，热
回流提取所需的时间远远长于超声或微波辅助提取所需
的时间。但这些提取新技术因为操作复杂、高成本等原
因限制了其工业化的应用。
蒸汽爆破技术是将样品在高温、高压条件下处理，
使高温饱和蒸汽快速渗透到植物细胞中，并通过瞬间泄
压，将热能转化为机械能，同时发生类酸性水解，使植
物组织的细胞破裂、结构破坏，以便于后续的加工、处
理，是一种物理化学预处理手段[8-9]。
蒸汽爆破技术，起初应用于人造纤维板的生产，后
来多用于秸秆等木质纤维素原料的预处理、动物饲料加
工[10-11]，进而推广到烟草加工、中草药提取、油脂提取、
羽毛角蛋白提取等行业领域[12-15]。付小果等[16]在研究直
接固态同步糖化发酵乙醇，提取发酵剩余物中葛根黄酮
时，将蒸汽爆破技术应用于葛根处理。但仍未见有对粉
葛蒸汽爆破处理后，研究其活性成分及抗氧化活性变化
的报道。本实验探讨了蒸汽爆破预处理对粉葛总黄酮以
及抗氧化活性的影响，对蒸汽爆破技术在促进药食两用
资源的高值化利用，具有重要的理论和现实意义。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
粉葛购自郑州瑞龙制药股份有限公司，经新乡医学
院药学院药用与生药学教研室吴艳芳副教授鉴定为甘葛
藤（Pueraria thomsonii Benth.）的干燥根。
1 , 1 -二苯基 - 2 -三硝基苯肼（ 1 , 1 - d i p h e n y l - 2 -
picrylhydrazyl，DPPH） 美国Sigma公司；葛根素（批
号110752-201313，纯度95.5%） 中国食品药品检定
研究院；5-羟甲基糠醛（批号S27M6G2，纯度98%）
上海源叶生物生物科技有限公司；糠醛（纯度99.5%）­
天津光复精细化工研究所；甲醇、无水乙醇（分析纯）
天津德恩化学试剂厂；乙腈（色谱级） 西陇化工股份
有限公司。
1.2 仪器与设备
QBS-80型蒸汽爆破机 鹤壁正道生物能源有限公司；
SHZ-D（III）循环水真空泵 郑州长城科工贸有限
公司；RE-52A旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；
UV-2400紫外-可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪
器有限公司；FA1004型分析天平 上海上平仪器有限
公司；JSM-5610LV 扫描电子显微镜 日本电子株式会
社；1260高效液相色谱仪 美国安捷伦公司。
1.3 方法
1.3.1 粉葛蒸汽爆破预处理
将干燥的粉葛用蒸馏水预浸泡5 h，一部分放入
蒸汽爆破机物料仓中，通入饱和蒸汽，压力选取1.0、
2.0 MPa，维压时间选取30、40、60、80 s，在极短的时
间内（0.087 5 s）[10]完成泄压，实现蒸汽爆破；另一部分
为空白对照。将处理后的样品收集，40 ℃真空干燥，粉
碎过60 目筛，置于避光通风处，待分析。
1.3.2 粉葛微观结构观察
将干燥的粉葛样品用导电胶带黏到样品台上，使用
离子溅射技术对表面进行喷金处理，用扫描电子显微镜
观察蒸汽爆破预处理对粉葛微观结构的影响。
1.3.3 总黄酮物质的提取
1.3.3.1 最大吸收波长的选择
取葛根素、糠醛、5-羟甲基糠醛标准溶液和适宜质
量浓度样品提取液，于220～450 nm波长范围内扫描，波
长间隔为1 nm。
1.3.3.2 葛根素标准曲线的绘制
精密称取葛根素标准品4.3 mg，甲醇溶解并定容至
100 mL，得到质量浓度为43 µg/mL的葛根素标准液。吸取
葛根素标准溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL分别置于
10 mL比色管中，各加甲醇溶液1.0 mL，加去离子水稀释
至刻度，摇匀，测定250 nm波长处吸光度。以吸光度值为
纵坐标，葛根素质量浓度为横坐标，绘制标准曲线，得回
归方程：y＝0.014 5x＋0.003 7（R2＝0.999 7）。
1.3.3.3 总黄酮的提取
准确称取爆破粉葛与对照组粉葛各2.0 g，分别置于
100 mL锥形瓶中，加入70%甲醇40 mL，65 ℃回流提取
1 h，抽滤得提取液。残渣按上述方法重复提取1 次，合
并2 次滤液，减压浓缩至浸膏，甲醇定容至50 mL，作为
提取液。取40 mL提取液，减压浓缩，真空冷冻干燥，计
算甲醇提取物的得率，计算公式如下。⭢䞷ᨀਆ⢙ᗇ⦷/%＝ ×100m×50m0×40 （1）
式中：m为40 mL提取液冻干后的质量/g；m0为提取
时所用粉葛的质量/g。
剩余提取液用于测定DPPH自由基清除能力和总黄
酮提取量。取0.2 mL样品液于10 mL比色管中，加甲醇
1.0 mL，去离子水稀释至刻度，摇匀，在250 nm波长处
测定吸光度，根据葛根素标准曲线计算总黄酮提取量，
结果以葛根素当量表示（mg葛根素/g）。ᙫ哴䞞ᨀਆ䟿/˄mg㪋ṩ㍐/g˅˙ṧ૱ѝᙫ哴䞞ਜ਼䟿/˄mg/mL˅h〰䟺ؽᮠhփ〟/mLṧ૱ᒢ䍘䟿/g ­（2）
42 2016, Vol.37, No.09 食品科学 ※基础研究
1.3.4 粉葛甲醇提取液中糠醛、5-羟甲基糠醛含量的测定
采用HPLC外标法定量测定待测样品液中糠醛与5-羟
甲基糠醛含量。
H P L C 色谱条件： Z O R B A X S B - C 1 8色谱柱
（250 mm×4.6 mm，5 µm）；柱温：30 ℃；流速：
1.0 mL/min；进样量：10 μL；流动相：乙腈-0.1%乙酸水
溶液（15∶85，V/V）；检测波长：278、284 nm。­
1.3.5 粉葛提取液对DPPH自由基清除作用
按照Ye Chunli等 [17]的方法做适当修改：分别吸取
2 mL 质量浓度分别为8、16、24、32、40 g/L的提取
液，2 mL，70%甲醇与1 mL，0.5 mmol/L新鲜配制
的DPPH无水乙醇溶液于比色管中，混匀，暗处放置
30 min，于517 nm波长处测定吸光度A。样品对照组
（Ab）用无水乙醇代替DPPH无水乙醇溶液，用70%甲
醇代替样品提取液作为模型对照组（A0）。并按下式计
算DPPH自由基清除率。
DPPH自由基清除率/%＝˄1－ ˅×100A－AbA0 （3）
1.4 数据统计分析
所有实验重复3 次，用DPS 9.50数据处理软件，对实
验结果进行单因素试验统计分析。
2 结果与分析
2.1 蒸汽爆破预处理对粉葛微观结构的影响
20 kV h300 50 µm 20 kV h200 50 µma b
20 kV h200 100 µmc
a. 未经爆破粉葛；b. 1.0 MPa、40 s处理粉葛；c. 2.0 MPa、60 s处理粉葛。
图 1 粉葛扫描电子显微镜图
Fig. 1 Scanning electron micrographs of Puerariae thomsonii Radix
对未爆破粉葛进行喷金处理时，由于粉葛富含淀粉
且粒径较大，易洒落，导致粉葛导电性不均匀，但整体
不影响微观结构的观察。由图1a可知，粉葛表面被淀粉
颗粒覆盖，细胞排列整齐，无纤维外露现象，不见裂缝
与细胞间隙的存在。蒸汽爆破处理后粉葛（图1b、1c）
质地紧实，淀粉颗粒减少，这一现象可能是由于淀粉在
高温、高压条件下发生分解，淀粉分子聚合度减小，大
分子的晶格被破坏。同时，粉葛表面出现裂缝，细胞间
产生间隙，致密的纤维结构被打乱而变得蓬松、卷曲，
出现裸露的纤维束。这一现象可能是由于蒸汽爆破在泄
压过程，渗透到细胞内及组织间的水蒸气膨胀，并且高
速瞬间释放出来，巨大剪切力的存在使纤维发生机械断
裂，细胞结构发生破坏。Chen Guozhong等[14,18]在研究蒸
汽爆破对漆树果的影响时，发现蒸汽爆破处理后漆树果
内、外果皮结构发生改变，出现裂缝、断裂与空洞，与
本实验得到的结论一致。
2.2 最大吸收波长的确定
250 300 350 400 450
0
1
2
3
4
5
A 123
4 56
220 ⌒䮯/nm
1. 2.0 MPa、30 s；2. 1.0 MPa、40 s；3. 未经爆
破粉葛；4. 葛根素；5. 糠醛；6. 5-羟甲基糠醛。
图 2 葛根素、糠醛、5-羟甲基糠醛标准品与粉葛异黄酮
提取液的光谱扫描图
Fig. 2 Absorption spectra of puerarin, furfural, 5-HMF and
isoflavones extracts
由图2可知，葛根素、糠醛、5-羟甲基糠醛的最大
吸收波长分别为250、278、284 nm，未经过蒸汽爆破处
理的粉葛提取液在250 nm处有一个明显的吸收峰，­经蒸
汽爆破处理的粉葛提取液同样在250 nm处出现最大吸收
峰。由于糠醛和5-羟甲基糠醛在250 nm有微弱的吸收，
因此对葛根异黄酮提取液进行HPLC分析，检测是否有糠
醛和5-羟甲基糠醛，以及对两者的含量进行测定。
经HPLC分析，粉葛原样以及蒸汽爆破样品的提取
液中均未检测到糠醛，同时粉葛原样提取液中未检测
到5-羟甲基糠醛，蒸汽爆破样品提取液中检测到5-羟甲
基糠醛的存在。绘制峰面积与样品质量浓度标准曲线，
经过定量计算发现蒸汽爆破样品提取液中5-羟甲基糠
醛含量随蒸汽爆破强度的增加而提高，且含量范围为
0.055～0.129 mg/g。按照粉葛醇提液中总异黄酮吸光度
的测定方法，在250 nm波长处测定5-羟甲基糠醛的吸
光度值，并绘制样品质量浓度与吸光度的标准曲线，
得到粉葛醇提液中5-羟甲基糠醛所产生的吸光度值在
0.003 5～0.007 7，而蒸汽爆破粉葛醇提液的吸光度范围
在0.4～0.7之间，误差小于5%，故糠醛、5-羟甲基糠醛在
250 nm波长处对吸光度所产生的影响可以忽略。根据以
上分析，说明选择波长250 nm作为检测葛根素和葛根异
黄酮总量具有一定的专属性和适用性。
※基础研究 食品科学 2016, Vol.37, No.09 43
2.3 蒸汽爆破预处理对总黄酮提取量以及甲醇提取物得
率的影响
1.0 MPa
2.0 MPa
a
A
A
B
C
C
DD
E
0
总
黄
酮
提
取
量
/ ˄mg 㪋ṩ㍐/g ˅ 㔤঻ᰦ䰤/s23456 30 40 60 80BB
010
⭢䞷ᨀਆ⢙ᗇ⦷/% 12141618 b
30㔤঻ᰦ䰤/s40 60 801.0 MPa2.0 MPa AABBCCDDDE
大写字母不同表示同一指标在相同压力条件下差异极显著（P＜0.01）。
图 3 不同蒸汽爆破预处理条件对粉葛总黄酮提取量（a）及
甲醇提取物得率（b）的影响
Fig. 3 Effect of steam explosion pretreatment on the extraction
efficiency of total isoflavones (a) and the yield of methanol extract (b)
由图3a可知，与未处理的粉葛相比，蒸汽爆破预处
理之后总黄酮提取量显著增加。黄酮成分大部分被包裹
在细胞壁中[19]，预处理之后，粉葛内部结构断裂，结构
变得疏松，比表面积增大，抗提取屏障被打破，有利于
活性物质的溶出和分离提取。而且在较低压力条件下
（1.0 MPa），随着维压时间的延长，总黄酮提取量增
加。渗透到细胞间的蒸汽越多，作用时间越长，对粉葛
完整结构的破坏作用越大，结构越疏松，细胞内部结合
的黄酮释放的越完全。在2.0 MPa处理条件下，维压时间
的持续增加，并没有使黄酮提取量逐渐增加，反而出现
先增加后降低，这一结果与张兵兵等[20]对蒸汽爆破提取
银杏叶黄酮的工艺优化研究得到的结果一致。这表明在
较高压力条件下，短时间内细胞内的不溶性的黄酮转化
的不够完全，提取量逐渐升高，且增加的速率较大。维
压时间过长则出现下降，这一现象可能是在高压高温条
件下过长的维压时间导致黄酮发生降解，且细胞内部溶
出的黄酮又重新聚合形成不溶性物质所引起的[21]。周丽
等[22]在对葛根中总异黄酮进行亚临界提取时，同样发现
高温使葛根的部分成分降解，使多糖、蛋白质等非提取
成分浸出，包裹在原料表面，导致黄酮不能充分提取。
未经过蒸汽爆破处理过的粉葛总黄酮提取量为
2.34 mg葛根素/g，在1.0 MPa、80 s处理下，总黄酮提取
量达到4.87 mg葛根素/g，在2.0 MPa、60 s条件下，总黄
酮提取量达到达到5.43 mg葛根素/g，分别是未处理粉葛
总黄酮提取量的2.08 倍和2.32 倍。但是当爆破条件达到
2.0 MPa、80 s时，总黄酮提取量出现下降趋势，尽管如
此，仍是未经过处理粉葛总黄酮提取量的2.21 倍。在相
同的维压时间下，在2.0 MPa条件下总黄酮提取量高于
1.0 MPa，推测这是由于饱和蒸汽压力越高，产生的机械
作用越大，粉葛的完整结构受到更严重的破坏，传质阻
力减小，更有利于物质的提取，这与Chen Guozhong等[18]
在研究漆树果蒸汽爆破预处理后，提取黄酮时得到的研
究结论相符。
由图3 b可知，随着压强的增大、维压时间的延
长，甲醇提取物的得率逐渐增加，在1.0 MPa、80 s，
2.0 MPa、80 s处理条件下，甲醇提取物得率分别达到
15.12%、16.92%，而未经过蒸汽爆破处理样品的提取物
得率仅为10.94%。甲醇提取物得率显著增加，这可能是
由于粉葛中大量纤维素、半纤维素的存在，蒸汽爆破引
起纤维素的不定型区发生水解，木糖降解成糠醛，葡萄
糖降解成5-羟甲基糠醛[23]，均可溶于甲醇；另外，蒸汽
爆破处理时，木质素分解生成的酚酸类物质，在甲醇中
溶解性也会增加[24-26]。总之，物理结构发生改变，传质阻
力减小，黄酮等活性成分被有效释放，以及纤维素、木
质素的降解，引起溶解性增大而引起的，龚凌霄[27]在对
青稞麸皮研究的实验中得到了同样的结论。
2.4 蒸汽爆破对甲醇提取液抗氧化能力的影响
8 g/L
16 g/L
24 g/L
0
20
40
60
D
PP
H
㠚⭡ส␵䲔⦷/% 80100 32 g/L40 g/Lᵚ㓿⠶⹤㊹㪋 1.0 MPaˈ40 s 2.0 MPaˈ30 s 2.0 MPaˈ60 s AAAAABBBBBCCCCCDDDDD н਼⠶⹤ᶑԦ
大写字母表示在相同质量浓度条件下，不
同处理条件下差异极显著（P＜0.01）。
图 4 蒸汽爆破预处理对粉葛提取液抗氧化能力的影响
Fig. 4 Effect of steam explosion pretreatment on antioxidant capacity
of extracts from Puerariae thomsonii Radix
对不同爆破条件下提取液的抗氧化能力采用DPPH
自由基清除法对比。由图4可知，经过预处理后，提取液
的抗氧化能力显著增加。处理条件为2.0 MPa、60 s时，
粉葛总黄酮的提取量出现下降，但是粉葛醇提液的抗氧
化活性却没有降低。随着提取液质量浓度的增加，抗氧
化能力增大的趋势开始减缓，此条件下IC50为10.10 g/L，
远远低于未处理粉葛的IC50（30.65 g/L）。出现这一现象
可能是，由于粉葛中木质素含量约为9.05%，蒸汽爆破
处理之后木质素会部分降解为低分子酚类物质 [26]，这
在一定程度上有助于抗氧化能力的提高。同时，粉葛
44 2016, Vol.37, No.09 食品科学 ※基础研究
中淀粉含量较多，在本课题组未发表的研究中已经证
明，蒸汽爆破处理后水溶性总糖的含量增加，多糖热
分解产生5-羟甲基糠醛等，也会有助于抗氧化能力的
提高。在Noda等[28]的研究中同样证明，蒸汽爆破之后物
料的抗氧化性增加是由于黄酮类物质的增加，以及其他
物质的降解所引起的。
3 结 论
将蒸汽爆破预处理应用到粉葛总黄酮的提取过程
中，随着蒸汽压强的增加和维压时间的延长，总黄酮提
取量、甲醇提取物得率和抗氧化活性在一定程度上会有
所提高，这是因为蒸汽爆破预处理可以减弱粉葛细胞壁
的阻碍作用，致使比表面积增大、传质阻力减小、溶剂
渗透加快，促进了活性成分的提取。同时，高温、高压
对不稳定化学键（如糖苷键）的破坏，导致预处理过程
中发生化学变化，细胞内结合态的黄酮转化为游离态，
且木质素、纤维素类物质发生降解，也对上述结果起到
了促进作用。根据本实验结果可知，在合适的处理条件
下蒸汽爆破有利于总黄酮的提取和抗氧化性的增强，同
时剧烈的预处理导致黄酮类物质分解，阻碍了提取量的
增加。在本实验中，总黄酮的提取量比对照组增加了
0.39～1.32 倍，抗氧化活性明显增强，压力与维压时间对
各项指标的影响均为极显著（P＜0.01）。
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