麻瘋樹果殼多糖的提取及抗氧化作用研究

張金磊，李鵬飛，馬博，趙丹丹，全青敏，雷福厚（.廣西高校桂西生態環境分析和污染控制重點實驗室百色學院，廣西百色533000；.廣西民族大學廣西林產化學與工程重點實驗室，廣西南寧530006）

麻瘋樹果殼多糖的提取及抗氧化作用研究

張金磊1，李鵬飛2，馬博1，趙丹丹1，全青敏1，雷福厚2
（1.廣西高校桂西生態環境分析和污染控制重點實驗室百色學院，廣西百色533000；2.廣西民族大學廣西林產化學與工程重點實驗室，廣西南寧530006）

研究麻瘋樹果殼多糖的提取工藝條件及抗氧化活性。采用麻瘋樹果殼為原料，以多糖得率為指標，在單因素的基礎上，通過正交試驗，研究了提取溫度、提取時間、料水比和乙醇濃度4個因素對麻瘋樹果殼多糖得率的影響，并對其抗氧化活性進行研究。結果表明，麻瘋樹果殼多糖的最佳提取工藝條件為：溫度90℃，時間2.5 h，料水比1∶20（g/mL），乙醇體積分數為90%，在此條件下麻瘋樹果殼多糖得率為5.75%。乙醇體積分數對麻瘋樹果殼多糖得率的影響程度達顯著水平，而提取溫度、料水比和提取時間對麻瘋樹果殼多糖得率沒有顯著的影響。麻瘋樹果殼多糖具有較好的清除·OH和DPPH·的能力，且其具有一定的還原能力。

麻瘋樹果殼；多糖；提取工藝；抗氧化活性

麻瘋樹（Jat Ropha Curcas L.）又名小桐子、膏桐、芙蓉樹等，是一種抗旱耐瘠的速生樹種，在我國主要分布在云南、貴州、四川、廣西、廣東等省區的熱帶及干熱河谷地區[1]。傳統的應用是將果殼作為普通燃料直接燃掉，這種方法附加值不高，經濟效益差，造成了極大的資源浪費。由于其中含有較高含量的硫分，燃燒尾氣還會對環境造成污染[2]。我國潛在的可利用麻瘋樹果殼資源十分豐富[3-6]。如果將其應用，將是一份非常大的資源。

多糖是所有生命有機體的重要組成部分，同維持生物機能密切相關，從天然產物中提取出來的多糖能參與生物體內細胞中的各種活動，具有重要與特殊的生理活性。多糖的抗氧化性可能是多糖抗腫瘤、抗衰老、抗感染等其他活性的重要原理之一。因此，近年來提取植物中的多糖受到人們的關注。目前已報道的多糖的提取來源有：藍莓葉[7]、仙人掌[8]、大蒜[9]、枸杞[10]等。但是，關于麻瘋樹多糖的提取和抗氧化性的研究還少有報道。因此，以麻瘋樹果殼作為原料提取多糖，是極具前景的開發利用果殼資源的有效途徑，以期為麻瘋樹果殼多糖的開發利用提供理論參考。

1　材料與方法

1.1試劑與儀器

麻瘋樹果殼：市售；無水乙醇、丙酮、乙醚等試劑（均為分析純）：天津市光復科技發展有限公司；HH-4型數字恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；SHB–B95型循環水式多用真空泵：鄭州長城科工貿有限公司；LD-100手提式實驗室粉碎機：長沙市常宏制藥機械設備廠；粉碎機：紹興市公路儀器設備有限公司；TGL–16M高速臺式冷凍離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；DHG–9030電子恒溫鼓風干燥箱：上海賀德實驗設備有限公司；721型可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1原料處理

將麻瘋樹果殼和麻瘋樹籽分離，并對果殼進行挑選，棄去腐爛及其他雜質，熱風干燥后經粉碎機粉碎，過60目篩，放置于干燥箱里備用。

1.2.2麻瘋樹果殼多糖的提取[11]

精確稱1.000 0 g麻瘋樹果殼粉末，對其按一定的時間、溫度、料液比浸提，自然冷卻后對提取液進行抽濾；將濾液加熱濃縮到其體積基本不變，按試驗探究的乙醇體積分數加入乙醇對濃縮液進行沉淀，然后放置在4℃冰箱中沉淀過夜，次日進行離心（8 000 r/min），對沉淀依次用一定量的無水乙醇、丙酮、無水乙醚進行洗滌，經55℃干燥后即為麻瘋樹果殼多糖。

1.2.3麻瘋樹果殼多糖含量的測定（采用苯酚-硫酸法[12]）

1.2.3.1葡萄糖標準曲線的繪制

配制不同濃度的葡萄糖標準溶液，然后各加入1.20 mL苯酚（50 g/L），混勻，快速加入6.00 mL濃硫酸，充分搖勻，于30℃水浴30 min，然后在490 nm波長處測定吸光度，并用蒸餾水代替葡萄糖溶液作為空白對照組。葡萄糖標準曲線圖的繪制，以葡萄糖質量分數為橫坐標，490 nm波長處的吸光度為縱坐標。

1.2.3.2麻瘋樹果殼粗多糖中多糖含量的測定

精確稱取麻瘋樹果殼粗多糖樣品0.016 0 g，用蒸餾水溶解并定容至10 mL的容量瓶中，然后準確移取0.60 mL，按1.3.2.1中的操作方法，在波長為490 nm處測其吸光度值，麻瘋樹果殼多糖的濃度可以根據標準曲線計算，再進一步計算就可以得到樣品中多糖的含量。

1.2.4麻瘋樹果殼多糖得率和含量的計算[12-13]

麻瘋樹果殼多糖得率/%=麻瘋樹果殼粗多糖質量/麻瘋樹果殼原料質量×100

麻瘋樹果殼多糖含量/%=粗多糖中多糖質量/麻瘋樹果殼粗多糖質量×100

1.2.5麻瘋樹果殼多糖提取單因素試驗

稱取約1.0 g麻瘋樹果殼粉末作為提取原料，放置于250 mL的錐形瓶中，在其他條件相同的情況下，采用不同提取溫度、提取時間、料液比、乙醇體積分數進行提取多糖的單因素試驗，逐個考察各提取條件對提取效果的影響。

1.2.6麻瘋樹果殼多糖提取的正交試驗設計

根據單因素試驗結果來確定正交試驗的參數范圍，以麻瘋樹果殼多糖得率為考察指標，對提取時間、提取溫度、料液比和乙醇體積分數4個因素進行L9（34）的正交試驗設計[14]，根據正交表進行試驗，然后對試驗數據進行方差分析，得到提取麻瘋樹果殼多糖的最佳工藝條件，并進行最佳提取條件的驗證試驗。

1.2.7麻瘋樹果殼多糖提取的驗證試驗

稱取1.000 0 g麻瘋樹果殼粉末，放置于150 mL的錐形瓶中，在正交試驗得出的最佳提取工藝條件下按2.3.2中方法進行提取，重復3次取平均值，以確定試驗結果的準確性。

1.2.8麻瘋樹果殼多糖的體外抗氧化活性測定

精確稱取一定量的麻瘋樹果殼粗多糖和VC，分別用蒸餾水溶解，再分別移于50 mL的容量瓶中，配制成濃度為5 mg/mL的儲備液。分別精確移取麻瘋樹果殼多糖及VC儲備液于50 mL的容量瓶中，定容成濃度為0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mg/mL待測溶液。

1.2.8.1多糖對羥基（·OH）清除率的測定[15]

在待測的反應體系中分別依次加入下列溶液：1.00 mL鄰二氮菲（0.75 mmol/L），2.00 mL PBS緩沖液（0.15 mol/L，pH=7.4），1.00 mL不同濃度的粗多糖溶液，搖均勻后加入1.00 mL硫酸亞鐵（0.75 mmol/L），搖勻后再加入1.00 mL過氧化氫（0.01%），充分混均勻。將配制好的待測液放置于37℃水浴30 min，自然冷卻至室溫，在波長為510 nm處測定其吸光度，并用VC溶液作為陽性對照組。

樣品對·OH的清除率計算公式如下：·OH清除率/%=（Aj-Ai）/（Ac-Ai）×100

式中：Ac為水代替過氧化氫及樣品溶液的吸光度；Ai為以水代替樣品溶液的吸光度；Aj為加入樣品溶液反應后的吸光度。

1.2.8.2多糖對DPPH·清除率的測定[16]

在待測的反應體系中分別依次加入下列溶液：1.50 mL不同濃度的粗多糖溶液，1.50 mL蒸餾水，3.00 mL DPPH溶液（2×10-4mol/L，無水乙醇配制）。充分搖均勻，后將其放置于25℃水浴30 min，自然冷卻至室溫，然后在波長為517 nm處測定其吸光度。以水代替樣品溶液、無水乙醇代替DPPH溶液作為空白試驗調零。

樣品對DPPH·的清除率計算公式如下：DPPH·的清除率/%=Ac-（Ai-Aj）/Ac×100

式中：Ac為無水乙醇代替樣品溶液及蒸餾水的吸光度；Ai為樣品溶液的吸光度；Aj為無水乙醇代替DPPH的吸光度。

1.2.8.3多糖的還原能力測定[17]

在待測的反應體系中分別依次加入下列溶液：2.50 mL不同濃度的樣品溶液，2.50 mL PBS緩沖液（0.2 mol/L，pH=6.6），2.50 mL鐵氰化鉀溶液（1%），充分搖均勻，將其放置于50℃水浴20 min，然后繼續加入2.50 mL三氯乙酸（10%），充分搖均勻，在3 000 r/min下離心8 min。吸取2.50 mL上清液，然后加入2.50 mL蒸餾水和0.50 mL三氯化鐵（1%），搖勻，在波長為700 nm處測定其吸光度，吸光度越大表明還原能力越強。以蒸餾水代替樣品溶液做空白實驗調零，并用VC溶液作為陽性對照組。

2　結果與討論

2.1單因素試驗

2.1.1提取溫度的影響

當提取時間為2.0 h、料液比為1∶20（g/mL）、乙醇體積分數為80%沉淀多糖時不同提取溫度對多糖得率的影響如圖1所示。從圖1可以看出，當溫度在40℃～80℃時，隨著提取溫度的增加多糖得率上升較明顯，高于80℃時，多糖得率受溫度影響較小。因此，取80℃為麻瘋樹果殼多糖提取的最佳溫度，選定70、80、90℃3個溫度浸提水平為優化的參數。

2.1.2提取時間的影響

當提取溫度為80℃、料液比為1∶20（g/mL）、乙醇體積分數為80%沉淀多糖時不同提取時間對多糖得率的影響，結果如圖2所示。

圖1　提取溫度對多糖得率的影響Fig.1　Effect of extraction temperature on polysaccharides yield

圖2　提取時間對多糖得率的影響Fig.2　Effect of extraction time on polysaccharides yield

從圖2可以看出，在0.5 h～2.0 h范圍內，多糖得率呈上升趨勢，并在2.0 h達到最大值，因此最佳提取時間為2.0 h。此后隨提取時間的延長，多糖得率又開始下降。原因可能是因為在較高的溫度下浸提時間過長會導致多糖的降解和變性，反而使多糖的得率下降。因此選定1.5、2.0、2.5 h 3個浸提時間水平為優化的參數。

2.1.3料水比的影響

當提取溫度為80℃、提取時間為2.0 h、乙醇體積分數為80%沉淀多糖時不同料液比對多糖得率的影響見圖3。

圖3　料水比對多糖得率的影響Fig.3　Effectof ratio ofmaterialto solvent on polysaccharides yield

從圖3可以看出，料液比在1∶25（g/mL）之前，多糖得率有較顯著的提升，但料液比在1∶25（g/mL）之后，多糖得率隨料液比的增大變化不大。因此取1∶25（g/mL）為最佳的提取料液比，選定1∶20、1∶25、1∶30（g/mL）3個浸提料液比水平為優化的參數。

2.1.4乙醇體積分數的影響

當提取溫度為80℃、時間2.0 h、料液比為1∶25（g/mL）時不同乙醇體積分數沉淀多糖時對多糖得率的影響見圖4。

圖4　乙醇體積分數對多糖得率的影響Fig.4　Effectofethanolconcentration on polysaccharides yield

由圖4可以看出，當乙醇體積分數在40%～80%時，隨著乙醇體積分數的增大，多糖得率也隨之逐漸增大，當乙醇體積分數大于80%后，多糖得率變化不大，即選取80%為最佳的提取乙醇體積分數。因此選定70%、80%、90%3個醇沉體積分數水平為優化的參數。

2.2最佳提取工藝的確定

在單因素的基礎上選取提取溫度、提取時間、料水比和乙醇體積分數4個因素，每個因素選取3個水平進行正交試驗見表1，試驗結果分析見表2，顯著性檢驗見表3。

表1　因素水平設計表Table 1　Levels and factors for orthogonaltest

由表2極差分析結果可知，極差大小順序為R4> R1>R3>R2，試驗所選取的4個因素對多糖得率影響的主次順序：D（乙醇體積分數）>A（溫度）>C（料液比）>B（時間）。通過對K值的分析比較，可知最佳提取工藝條件組合為A3B3C1D3，即提取溫度為90℃、料液比為1∶20（g/mL）、浸提時間為2.5 h、乙醇體積分數為90%。由表3方差分析可知，在考察范圍內乙醇體積分數對于麻瘋樹果殼多糖的提取具有顯著的影響，溫度的影響次之，料液比和提取時間在考察范圍內無顯著影響。

表2　正交試驗結果及分析Table 2　Results and analysis oforthogonalexperiment

表3　正交試驗結果方差分析Table 3　Variance analysis oforthogonaltest

2.3驗證試驗

最佳工藝條件組合在9組正交試驗中并沒有出現，因此根據正交試驗得到的最佳工藝條件進行3次重復性驗證試驗，通過對試驗結果分析得到麻瘋樹果殼多糖的平均得率為5.75±0.27%。因此，通過正交試驗優化的多糖提取工藝參數對多糖的提取具有一定的參考價值。

2.4體外抗氧化活性試驗

2.4.1麻瘋樹果殼多糖清除羥基（·OH）活性測定

麻瘋樹果殼多糖對·OH的清除能力見圖5。

由圖5可知，麻瘋樹果殼多糖清除·OH效果顯著，并且隨著濃度的增加麻瘋樹果殼多糖對·OH的清除能力顯著增強。當麻瘋樹果殼多糖濃度為0.6 mg/mL時，多糖對·OH的清除率達到72.76%，說明麻瘋樹果殼多糖對·OH具有較好的清除能力。但在試驗范的條件范圍內，麻瘋樹果殼多糖對·OH的除能力明顯低于VC。當VC濃度為0.2 mg/mL時，對·OH的清除率達到75.17%，而等濃度的麻瘋樹果殼多糖對·OH的清除率僅為11.03%。

圖5　麻瘋樹果殼多糖對·OH的清除能力Fig.5　Scavening effect on hydroxylradicalofpolysaccharides from Jatropha Curcas FruitShells

2.4.2麻瘋樹果殼多糖對DPPH·清除作用

麻瘋樹果殼多糖對DPPH·清除能力見圖6。

圖6　麻瘋樹果殼多糖對DPPH·清除能力Fig.6　Scavening effecton DPPH·ofpolysaccharides from Jatropha Curcas Fruit Shells

由圖6可知，麻瘋樹果殼多糖對DPPH·是具有一定清除能力的。當多糖濃度在0.2 mg/mL～0.3 mg/mL范圍時，DPPH·的清除能力增強顯著。但當多糖濃度在0.3 mg/mL～0.6 mg/mL范圍時，DPPH·的清除能力變化不大。當麻瘋樹果殼多糖濃度為0.6 mg/mL時，DPPH·的清除率為59.26%，VC對DPPH·的清除率基本穩定在95%。因此，與VC相比，麻瘋樹果殼多糖對DPPH·清除能力相對較弱。

2.4.3還原能力測定

麻瘋樹果殼多糖還原能力見圖7。

由圖7可知，當多糖濃度在0.2 mg/mL～0.5 mg/mL范圍時，麻瘋樹果殼多糖吸光值逐漸增大，但當多糖濃度大于0.5 mg/mL后，其吸光值基本不變。而VC的吸光值基本保持在3.000左右，VC的還原能力與其濃度沒有定量的關系。當麻瘋樹果殼多糖濃度在0.6 mg/mL時，其吸光值為1.352，說明麻瘋樹果殼多糖具有一定的還原力。

圖7　麻瘋樹果殼多糖還原能力Fig.7　Reducing power of polysaccharides from Jatropha Curcas FruitShells

3　結論

在單因素試驗的基礎上進行了四因素三水平的正交試驗設計，對傳統的水浴醇沉法提取麻瘋樹果殼多糖的工藝進行了優化。通過試驗結果的方差分析可知，在試驗中各個因素對麻瘋樹果殼多糖得率的影響作用大小順序依次是乙醇體積分數>提取溫度>提取時間>料液比。提取多糖的最優工藝參數為：提取溫為90℃、提取時間2.5 h、提取料液比1∶20（g/mL）、乙醇體積分數90%。在這個優化工藝條件下，進行3次重復驗證試驗的平均多糖得率為（5.75±0.27）%。

麻瘋樹果殼多糖的體外抗氧化活性試驗結果表明該多糖對·OH和DPPH·有較好的清除能力，同時隨著測定的質量濃度的增加，兩種自由基的清除能力也相應增強，且在一定的濃度范圍內，呈現一定的量效關系。當麻瘋樹果殼多糖濃度為0.6 mg/mL時，對·OH的清除率達到72.76%，對DPPH·的清除率達到59.26%，但其清除效果明顯低于VC。并且麻瘋樹果殼多糖還具有一定的還原力。總體而言，麻瘋樹果殼多糖是一種具有抗氧化活性的物質。

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Extraction and Antioxidant Activity of Polysaccharides from Jatropha Curcas Fruit Shell

ZHANG Jin-lei1，LIPeng-fei2，MA Bo1，ZHAO Dan-dan1，QUAN Qing-min1，LEIFu-hou2
（1.Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi，Baise University，Baise 533000，Guangxi，China；2.GuangxiKey Laboratory ofChemistry and Engtneering of Forest Products，Guangxi University for Nationalities，Nanning 530006，Guangxi，China）

The extraction technology and antioxidation activity of polysaccharides from Jatropha curcas Fruit Shell were studied.The content of polysaccharides was determined using fruit shell of jatropha as raw material. On the basis ofsingle factor test，the effects of four factors including temperature，time，solid-liquid ratio and ethanolconcentration on polysaccharide yield were studied through or thogonal experiment design.Besides，antioxidant activity of the polysac charides was studied in this paper.The established optimum technological parameters were temperature 90℃，extraction time 2.5 h，solid-water ratio1∶20（g/mL），and ethanolcon centration 90%.The yield of polysac charides was 5.75%under the opticalconditions.The ethanol concentration had significant effecton polysac charide yield，and extraction temperature，solid-water ratio and extraction time had no signifi cant effect.The polysac charides of fruitshell of jatropha showed good capabilities to scavenge·OH and DPPH·with certain reducing power activity.

Jatropha Curcas Fruit Shell；polysac charides；extraction technology；antioxidant activity

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.12.010

廣西高等學校優勢特色專業建設項目（桂教高教[2014]52號）；廣西教育廳科研項目（201203YB171；KY015YB278）；廣西高校桂西生態環境分析和污染控制重點實驗室開放基金（1215KF09）；廣西林產化學與工程重點實驗室開放基金（GXFC13-07）

張金磊（1984—），女（漢），講師，碩士，研究方向：電分析和林產化學。

2015-06-22