苦菜多酚的提取及其抗氧化性研究

鄭翠萍，田呈瑞*，馬婷婷，權美平,2

1(陜西師范大學 食品工程與營養科學學院，陜西 西安， 710062)　2(渭南師范學院 多河流濕地重點實驗室，陜西 渭南， 714000)

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苦菜多酚的提取及其抗氧化性研究

鄭翠萍1，田呈瑞1*，馬婷婷1，權美平1,2

1(陜西師范大學 食品工程與營養科學學院，陜西 西安， 710062)2(渭南師范學院 多河流濕地重點實驗室，陜西 渭南， 714000)

摘要采用響應面法優化了苦菜多酚提取工藝，對苦菜多酚成分進行了分析，并測定了其抗氧化活性。以單因素試驗為基礎，選擇提取溫度、乙醇體積分數和料液比為自變量，以苦菜多酚得率為響應值，進行3因素3水平響應面分析。得到苦菜多酚的最佳提取條件為，提取溫度77 ℃，乙醇體積分數56%，提取時間45 min，在此條件下，苦菜多酚的得率可達到14.72%；應用高效液相色譜法分析其成分，結果顯示：苦菜多酚主要成分為蘆丁、綠原酸、咖啡酸、芹菜素、原兒茶素；苦菜多酚、Vc和BHT清除DPPH自由基的IC(50)分別為0.097、0.113和0.258 mg/mL,苦菜多酚清除能力大于Vc和BHT;原能力大于BHT,但小于Vc;β-胡蘿卜素/亞油酸漂白試驗中,苦菜多酚抗氧化能力大于Vc，但小于BHT,三者的抑制率分別為77.2%、28.49%、69.59%。

關鍵詞苦菜；多酚；響應曲面法；HPLC；抗氧化活性

苦菜(SonchusoleraceusL.)為菊科苦苣菜屬多年生草本植物，除西南和青藏地區外全國均有分布，資源十分豐富。苦菜作為中藥始載于《神農本草經》，藥名為“敗醬草”，不僅是一種營養豐富的野菜，也是一種良好的中藥材，藥用歷史悠久。現代醫學研究表明，苦菜還具有抗癌抗腫瘤、保肝治肝炎和抗菌抗病毒等功效[1-3]，藥理作用非常廣泛。目前，關于苦菜的研究主要有苦菜的成分分析、分離鑒定、生物活性作用[4-8]，其中生物活性主要以苦菜黃酮類物質研究為主，但針對苦菜多酚的研究很少。本實驗通過響應面法優化苦菜多酚的提取工藝，高效液相色譜法對苦菜多酚進行成分鑒定，同時采用3種體外抗氧化體系測定了其抗氧化活性。

1材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料與試劑

苦菜，榆林市東方紅食品開發有限責任公司提供。

沒食子酸、DPPH、沒食子酸、原兒茶素、綠原酸、蘆丁、芹菜素，購于Sigma公司；福林酚試劑、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、三氯甲烷、BHT、Vc、K3Fe(CN)6、三氯乙酸、FeCl3、無水Na2CO3、β-胡蘿卜素、亞油酸、Tween-20等均為分析純。

1.1.2主要儀器設備

電子天平(AL204)，梅特勒-托利多儀器有限公司；恒溫振蕩器(SHA-C)，金壇市富華儀器有限公司；臺式離心機(TDL80-2B)，上海安亭科學儀器廠制造；可見分光光度計(722型)，上海光譜儀器有限公司制；造旋轉蒸發器(RE-52A)，上海亞榮生化儀器廠；Breeze1525 高效液相色譜儀，美國Waters 公司。

1.2實驗方法

1.2.1樣品總酚含量的測定

移取0.2 mL樣液，依次加入0.5 mL福林酚，1.5 mL的Na2CO3(17.5%)，蒸餾水定容至10 mL搖勻，暗室反應90 min，765 nm測定吸光度(A)。配制不同濃度沒食子酸標準溶液，同方法測定吸光值，以沒食子酸標準溶液質量濃度(g/mL)為橫坐標X、吸光度(A)為縱坐標繪制標準曲線，標準曲線方程為：Y=1.088 9X+0.087 8，相關系數R2=0.997 6。

1.2.2苦菜多酚提取工藝流程

苦菜(干燥)→粉碎→過60目篩→物料與溶劑混合→浸提→離心→取上清液

1.2.3苦菜多酚提取單因素試驗

按照1.2.1的總酚測定方法和1.2.2的提取工藝，分別考察了不同體積分數的甲醇、乙醇和丙酮溶劑，提取溫度，提取時間及料液比對苦菜多酚得率的影響。

1.2.4響應面法優化苦菜多酚提取試驗

應用Box-Behnken 模型，以提取溫度(℃)、料液比(mL∶g)、乙醇體積分數(%)3個顯著性影響因素為考察因子(自變量)，以苦菜多酚得率Y為響應值，利用Design-ExpertV.7.0軟件設計了3因素3水平的響應曲面法試驗，共有17個試驗點，編碼結果見表1。

表1　Box-Benhnken 試驗設計因素和水平

1.2.5HPLC分析

Diamonsil C18色譜柱(5 μm，250 mm×4.6 mm)；柱溫：30 ℃；檢測波長：280 nm；進樣量：20 mL；流速：1 mL/min；流動相A:體積分數0.1%的甲酸高純水；B相：體積分數0.1%的甲酸乙腈；梯度洗脫程序：0 min，8%B；20 min，18%B；25 min，22%B；40 min，50%B。

1.2.6苦菜多酚的體外抗氧化活性研究

1.2.6.1DPPH 自由基清除能力的測定

參照BUBONJA-SONJE等[9]的方法并稍作修改。配制DPPH乙醇溶液0.1 mmol/L，取0.1 mL不同濃度的苦菜多酚溶液與3.9 mL DPPH溶液充分混勻，30 min室溫避光反應，515 nm處測定其吸光度。相同濃度濃度梯度的BHT和Vc作為對照組，水為空白組，同方法測定吸光值。3次平行實驗，取平均值。清除率計算公式為：

I/%=(1-Ai/A0)×100

(1)

其中：I，自由基清除率，%；Ai，樣品溶液和DPPH溶液混合液的吸光值；A0，DPPH溶液的吸光度值。

1.2.6.2還原能力的測定

參考VAQUERO等[10]的方法并做調整。分別取1 mL不同濃度的樣品，加入2 mL磷酸緩沖液(0.2 mol/L，pH=6.6)和2 mL質量分數為1%的K3Fe(CN)6，混勻，50 ℃反應20 min，反應液中加入2.5 mL 10%三氯乙酸， 4 000 r/min離心10 min，移取上清液2 mL，與2 mL蒸餾水， 0.2 mL質量分數0.1%的FeCl3充分混勻。避光反應10 min，在波長700 nm處測定其吸光值。反應原理為：

混合液的吸光度越高表示黃苦菜多酚提取液的還原能力越強。

1.2.6.3β-胡蘿卜素/亞油酸體系中抗氧化能力的測定

根據SIDDHURAJU等[11]的方法并稍作修改。 5 mg β-胡蘿卜素中加入10 mL三氯甲烷，0.125 mL亞油酸和2 mL Tween-20， 50℃旋轉蒸發4 min，加入500 mL蒸餾水充分混勻形成反應液。取0.5 mL各濃度樣液和20 mL反應液混勻， 50℃水浴，每隔25 min測反應液在470 nm處的吸光值。抗氧化能力按公式(2)計算：

S/%=[1-(A0-At)/(A0’-At’)]×100

(2)

其中：S，樣品的抗氧化能力，%；A0，樣品溶液在零反應時刻的吸光值；A0’，空白對照溶液在零反應時刻的吸光值；At，樣品溶液在t反應時刻的吸光值；At’，空白對照溶液在t反應時刻的吸光值。

1.2.7數據統計與分析

試驗數據均采用DPS軟件、Excel 2007進行數據處理、分析及繪圖，以平均值±標準偏差來表示。

2結果與分析

2.1水浴振蕩提取苦菜多酚的單因素結果

2.1.1不同濃度的不同溶劑對苦菜多酚提取量的影響

準確稱取一定量的苦菜粉，按照1∶35(g∶mL)的料液比分別加入水、不同濃度(體積分數40%、50%、60%、70%、80%)的丙酮、甲醇和乙醇，60℃下水浴振蕩提取2h。多酚提取效果如圖1所示。

圖1　浸提溶劑對多酚得率的影響Fig.1　Influence of the king of solvent on yield of polyphenol

由圖1可知，苦菜多酚的提取效果是乙醇>甲醇>丙酮>水。乙醇組中，乙醇體積分數在40%～80%內，多酚得率隨著乙醇濃度的增加先增加后下降，在60%時，多酚得率達到最大值。根據相似相溶原理，60%的乙醇溶液與苦菜多酚的極性最接近，因此，選擇 60%作為后續試驗的乙醇濃度。

2.1.2溫度對苦菜多酚得率的影響

按照乙醇體積分數60%、提取時間2h、料液比1∶35,溫度為40、50、60、70、80、90 ℃各條件下提取苦菜多酚，多酚得率結果見圖2。由圖2可知，在40～90℃內，苦菜多酚得率先增加后降低，在 80℃時，多酚得率最大。這與多酚物質的熱穩定性有關，溫度過高，多酚物質被氧化，故多酚得率在90℃條件下降低。

圖2　溫度對多酚得率的影響Fig.2　Influence of the temperature on yield of polyphenol

2.1.3料液比對多酚得率的影響

按照溫度80 ℃，乙醇體積分數60%，料液比分別為1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶50 (g∶mL)，水浴振蕩提取2h，多酚得率如圖3所示。由圖3可知，料液比在1∶20～1∶35，多酚得率隨著溶劑添加量的增加而增加，當料液比在1∶35～1∶50，多酚得率變化不明顯。這是因為在樣品量一定時，料液比在一定范圍內，增加溶劑量，可以降低樣品在溶劑中的濃度，提高樣品顆粒與溶劑的接觸面積，從而提高樣品在溶劑中的溶出效果[12]。但溶劑添加量過高，會增加提取成本，也會造成資源浪費，后續分離純化試驗量過大。綜合考慮，料液比為1∶35 (g∶mL)適宜。

圖3　料液比對多酚得率的影響Fig.3　Influence of solid-to-solvent ratio on yield of polyphenol

2.1.4提取時間對多酚得率的影響

按照乙醇體積分數60%、提取溫度80 ℃、料液比1∶35，提取時間分別為30、50、70、90、110 min條件下水浴振蕩提取苦菜多酚，多酚得率結果見圖4。圖4分析可得,在 30～110 min,苦菜多酚得率隨時間的延長先增加后降低，在50 min時，苦菜多酚得率最大。這是因為加熱時間過長，有效成分因熱不穩定而發生降解或氧化，故50 min提取時間最佳。

圖4　時間對多酚得率的影響Fig.4　Influence of time on yield of polyphenol

2.2響應面優化試驗結果與分析

2.2.1模型的建立與方差分析

根據 2.1中所得試驗結果，選擇提取溫度(A)，乙醇體積分數(B)，提取時間(C)進行3 因素3水平的Box-Benhnken 試驗中心組合試驗。響應面分析方案與結果見表2。利用Design-Expert 7.0 軟件對表2試驗結果進行分析，得到響應值為苦菜多酚得率的回歸方程：

Y=1.47-0.028A-0.032B-0.026C+0.049AB-0.016AC-0.475 0E-003BC-0.081A2-0.052B2-0.039C2

表2　苦菜多酚得率響應面方案及結果

由表3分析數據可知，該回歸模型為極顯著水平(P<0.000 1)，失擬項差異不顯著(P=0.055 9>0.05)，表示該方程對苦菜多酚提取試驗擬合效果好。該回歸模型決定系數R2=0.983 0，校正決定系數Adj.R2=0.961 1，說明該模型擬合程度良好，且總變異中只有3.99%不能用此模型解釋。預測決定系數PredR2=0.771 4，說明預測值和真實值之間相關性高，實驗誤差小。比較F值的大小可知，對苦菜多酚得率的影響順序為：提取溫度>提取時間>乙醇濃度。一次項A、B，交互項AB,二次項A2、B2、C2，對多酚得率的影響都達到了極顯著水平(P<0.001)；而一次項C為顯著水平(P<0.01)；交互項AC和BC對試驗結果影響不顯著．

表3　響應面回歸模型ANOVA分析結果

注：*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001。

2.2.2響應面分析

根據回歸方程得出不同因子的響應面和等高線結果見圖5～圖7。

圖5　提取溫度和乙醇體積分數對得率的影響Fig.5　RSM analysis for interactive effects of extraction temperature and alcohol concentration

圖6　提取溫度和時間對得率的響應面分析Fig.6　　RSM analysis for interactive effects of extraction temperature and time

圖7　乙醇體積分數和時間對得率的響應面分析Fig.7　RSM analysis for interactive effects of alcohol oncentration and time

如圖5～圖7所示，響應面圖和等高線均可闡明該模型。在響應曲面圖中，單因素影響效果與曲面陡峭相關，曲面越陡峭，影響越顯著。等高線圖與響應面圖相對應，響應值越大曲線越接近中心。各因素交互作用與等高線形狀相關，圓形則為不顯著，橢圓為顯著[14]。

圖5為溫度和乙醇分數的交互作用對苦菜多酚得率的影響效果圖。從圖5可知，響應曲面陡峭，影響為顯著，等高線為橢圓形，交互作用顯著。圖6為溫度和時間對苦菜多酚得率的影響。由圖6可知，響應曲面陡峭，影響為顯著，但等高線接近圓形，相互作用不顯著(P=0.064 4)。圖7為乙醇分數和時間的交互作用對苦菜多酚得率的影響。響應曲面陡峭，影響顯著，等高線近似圓形，交互作用不顯著(P=0.523 1)。

Design-Expert 7.0分析可得，苦菜多酚最佳提取條件為，溫度77.20℃、乙醇體積分數55.77%、提取時間45.04 min，苦菜多酚得率預測可達到14.88%。為實際操作方便，將上述最優提取條件簡化為提取溫度77℃、乙醇體積分數56%、提取時間45 min。在該條件下進行3次試驗驗證，苦菜多酚得率平均值為14.72%，與預測值的誤差僅為1.07%，表明該模型可靠性高。

2.3HPLC分析苦菜多酚成分分析鑒定

苦菜多酚粗提物的HPLC色譜圖如圖9所示。通過與圖8各標準品的吸收峰保留時間相對比，確定了 5種多酚類成分,其中以蘆丁為主要成分,含量為120.987 9 mg/g(每克干物質的量),其后依次為綠原酸7.047 mg/g、咖啡酸0.677 1 mg/g、芹菜素0.423 1 mg/g、原兒茶酸0.115 1 mg/g。

圖8　混合標準品溶液的HPLC圖譜Fig.8　HPLC chromatogram of mixed standard solution

圖9　苦菜多酚粗品的HPLC圖譜Fig.9　HPLC chromatogram of crude extracts

2.4苦菜多酚的抗氧化活性分析

2.4.1清除DPPH自由基的能力

苦菜多酚和陽性對照組BHT、Vc清除DPPH自由基能力如圖10所示。從圖10可以得出，苦菜多酚樣品清除DPPH自由基的能力在0.042～0.168 mg/mL濃度范圍內量效關系增加明顯，但在0.209 mg/mL時清除能力增加較為平緩； Vc在整個濃度范圍內清除能力隨著濃度的增加而增加，且成線性相關； BHT在濃度范圍內也呈線性相關，但BHT清楚能力明顯弱于樣品和Vc。苦菜多酚樣品、Vc和BHT清楚DPPH自由基的IC50分別為0.097、0.113和0.258 mg/mL，苦菜多酚樣品對DPPH自由基清除能力大于陽性對照組Vc和BHT，故苦菜多酚有較強的抗氧化能力。

圖10　苦菜多酚樣品、BHT和Vc對DPPH自由基的清除效果Fig.10　Scavenging effects of polyphenols from Ixeris Sonchifolia,BHT and VC on DPPH radical

2.4.2還原能力的測定

圖11為苦菜多酚、BHT和Vc的還原能力。圖11表明，在0.042～0.209 mg/mL內，隨著濃度的增加，苦菜多酚、BHT和Vc的還原能力也不斷增強，且呈明顯的計量依耐關系。在相同濃度的條件下，還原能力的大小順序為VC>樣品>BHT。

圖11　苦菜多酚樣品、BHT和Vc的還原能力Fig.11　Reducing power of polyphenols from Ixeris Sonchifolia,BHT and VC

2.4.3β-胡蘿卜素/亞油酸體系中的抗氧化能力

苦菜多酚、Vc、BHT作為抗氧化劑在β-胡蘿卜素/亞油酸體系中抗氧化能力如圖12所示。由圖12可知，在0～6h內，0.209 mg/mL BHT>同濃度苦菜多酚樣品>0.168 mg/mL苦菜多酚樣品>0.209 mg/mL Vc。這是因為Vc是一種親水性抗氧化劑，而β-胡蘿卜素/亞油酸體系為水包油型乳化體系，根據相似相溶原理，所以Vc在該體系中抗氧化能力小，相反，苦菜多酚和BHT作為親脂性抗氧化劑具有較強的抗氧化能力。所以，苦菜多酚在β-胡蘿卜素/亞油酸體系中具有較強的抗氧化能力，這與BECKER K.等[15]的研究結果一致。圖13為不同質量濃度的苦菜多酚、Vc和BHT在β-胡蘿卜素/亞油酸體系中反應6h后的抗氧化能力結果。從圖13可知,抗氧化能力最強為BHT,在該體系中達到77.2%，同濃度苦菜多酚為69.59%，低濃度苦菜多酚為59.72%，Vc抗氧化能力最小，僅為28.49%。所以，苦菜多酚樣品在該體系中具有較強的抗氧化能力。

圖12　苦菜多酚樣品、BHT和Vc在β-胡蘿卜素/亞油酸體系中的抗氧化能力Fig.12　Antioxidant activity of polyphenols from Ixeris Sonchifolia，BHT and VC by β-carotene-linoleate model system

圖13　苦菜多酚樣品、BHT和Vc對β-胡蘿卜素漂白的抑制效果Fig.13　Bleaching inhibitory effect of polyphenols from Ixeris Sonchifolia，BHT and VC on the β-carotene

3結論

(1)響應面法優化苦菜多酚提取條件為溫度77℃、乙醇體積分數56%，時間45 min。在此條件下，苦菜多酚得率為14.72%，與預測值14.75%基本一致。單因素影響苦菜多酚得率為，提取溫度>提取時間>乙醇體積分數。其中提取時間與提取溫度、乙醇體積分數與提取時間的交互作用均不顯著，而溫度和乙醇體積分數交互作用顯著。

(2)通過高效液相色譜分析苦菜多酚主要組成成分,確定了5種多酚類成分,蘆丁、綠原酸、咖啡酸、芹菜素、原兒茶素。

(3)本文分別采用3種抗氧化體系對苦菜多酚抗氧化活性進行綜合評價。結果表明，苦菜多酚具有較強的清除DPPH自由基的能力、較好的還原能力和抗氧化能力，DPPH指標比Vc和BHT兩個陽性指標都好。因此，苦菜多酚的抗氧化活性較強，可進一步開發利用。

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Response surface methodology for optimization of extracting polyphenol fromSonchusoleraceusL. and antioxidant evaluation

ZHENG Cui-ping1, TIAN Cheng-rui1*, MA Ting-ting1, QUAN Mei-ping1,2

1(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’ an 710062, China)2(Key Lab of Wet Land Ecology and Environment of Duoheliu of Shanxxi Province, Weinan 714000, China)

ABSTRACTResponse surface methodology (RSM) was employed to optimize the extraction conditions of Polyphenol from Sonchus oleraceus L. and the chemical composition. Antioxidant activity of the polyphenols are also analyzed. Based on single-factor tests, Box-Benhnken center composite experiment was carried out with three factors, including extraction temperature, alcohol concentration, extracting time. RSM was used to determine the effect of prime factors on the yield of polyphenol. Results showed that the optimum extraction conditions were: 77 ℃, ethanol concentration 56%, and extraction time 45 min. Under these conditions, the extraction yield of polyphenol was 14.72%. The results of chromatography analysis with HPLC show that rutin, chlorogenic acid, caffeic acid, apigenin and original catechins are the main components existing in polyphenols. The IC(50) of the polyphenol extracts, Vitamin C and BHT against DPPH radicals were 0.097 mg/mL, 0.113 mg/mL and 0.258 mg/mL, respectively. The scavenging impact of the radical was more effective than that of BHT and vitamin C at the same concentration. The total reducing power was more than BHT but lower than vitamin C. Furthermore, β-carotene/linoleicbleaching test showed that the antioxidant ability was decreased in the order: BHT>the polyphenol extracts>vitamin C with the amount(%) of 77.2%,69.59% and 28.49%, respectively.

Key wordsSonchus oleraceus L.; polyphenol; response surface methodology; HPLC; antioxidant activity

收稿日期：2015-07-30，改回日期：2015-09-29

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603040

第一作者：碩士研究生(田呈瑞教授為通訊作者)。