石榴皮總黃酮提取工藝及其體外抗氧化活性研究

庫爾班江·巴拉提，趙靜，張小鶯，2，*（.新疆伊犁師范學院化學與環境科學學院，新疆伊寧835000；2.西北農林科技大學動物醫學院，陜西楊凌7200）

石榴皮總黃酮提取工藝及其體外抗氧化活性研究

庫爾班江·巴拉提1，趙靜1，張小鶯1，2，*
（1.新疆伊犁師范學院化學與環境科學學院，新疆伊寧835000；2.西北農林科技大學動物醫學院，陜西楊凌712100）

建立提取石榴皮總黃酮的工藝條件，并評價其體外抗氧化活性，為有效利用石榴皮資源提供科學依據。采用正交試驗方法，以提取物得率為考察指標，對石榴皮總黃酮提取方法的影響因素進行探討，并對石榴皮總黃酮提取工藝進行優化。分別采用清除DPPH自由基能力及鐵離子還原能力對石榴皮總黃酮的抗氧化活性進行測定。石榴皮總黃酮的回流提取最佳工藝為：乙醇體積分數70%、料液比1∶20（g/mL）、提取溫度80℃、提取時間2 h，在此條件下，石榴皮總黃酮的提取率達到22.56%。影響石榴皮總黃酮提取效果的主次因素為：乙醇體積分數＞提取溫度＞料液比＞提取時間。石榴皮總黃酮對DPPH自由基的最大清除率為80.59%，其IC50值為31.59mg/L。

石榴皮；總黃酮；正交試驗；提取工藝；抗氧化活性

石榴（Punica granatum Linn.）系石榴科（Punicaceae）石榴屬（Punica）落葉灌木或小喬木，別名丹若、若榴、安石榴等［1］。據資料記載，石榴原產于地中海沿岸的伊朗、阿富汗等中亞地區，西漢時引入我國陜西，至今已有2100多年的栽培歷史［2］。我國石榴分布范圍較廣，在中、東、西部地區均有栽培。我國最有影響的六大石榴產區主要集中在新疆葉城、安徽懷遠、山東棗莊、陜西臨潼、四川會理、云南會澤和蒙自［3］。石榴不僅營養豐富而且全身是寶。石榴除食用外，還具有廣泛的藥用價值。石榴皮是石榴科植物石榴的果皮。石榴的果皮、根皮、果實、花、葉均可入藥。據文獻記載：“石榴果皮，性溫澀，有斷下之功，止瀉痢、下血、崩帶、脫肛、漏精。”《圖經本草》記載：“榴葉者，主治咽喉燥渴、止下痢精、止血之功效。”有文獻記載，石榴根皮可作驅蟲之用，石榴花具止血收斂、明目之功效；石榴葉搗碎外敷可治跌打損傷［5］。近年來，國內外在開發研究石榴藥理作用方面開展了大量的工作。現代藥理學研究證實，石榴果皮中含有多種生物活性成分，主要包括黃酮類、黃酮醇類、鞣質類、生物堿類、有機酸類等，并含多種人體必需的氨基酸和微量元素，其中黃酮類物質不僅含量較多而且功效也多［6］。國內外許多研究已證實石榴果皮提取物具有明顯的抗氧化活性和清除自由基能力，且證實這與石榴皮中富含的多酚類和黃酮類等生物活性成分密切相關。這些活性成分可通過淬滅活性氧、抑制氧化酶的活性、作為供氫體消除各種活性氧和氧自由基、與氧自由基結合形成穩定的中間體以阻斷自由基的傳遞以及絡合具有催化功能的金屬離子等多種途徑發揮抗氧化作用［7］。

石榴果實除了可供鮮食外，還可加工成沙拉、布丁、果凍、果醬、石榴酒等。但石榴果實加工后的副產品石榴果皮的利用率極低。新疆石榴資源豐富，已發展成為我國六大石榴主產區之一，而石榴皮大多被廢棄或焚燒，不但造成嚴重的資源浪費而且污染了環境［8-11］。為合理利用這部分廢棄資源，更好地開發利用石榴果皮中的黃酮類物質，本文在單因素試驗的基礎上通過正交試驗研究從石榴果皮中提取黃酮類化合物的提取工藝，確定其最佳工藝條件，并對石榴皮總黃酮采用還原鐵離子能力、清除DPPH自由基能力等化學模型進行體外抗氧化活性測定。

1　儀器與材料

1.1主要儀器

UV-4501S紫外可見光分光光度計：天津市港東科技發展有限公司；723PC可見分光光度計：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；SHZ-Ⅲ型循環水真空泵、BA0-150AG型電熱恒溫干燥箱、SY-2000型旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器：金壇市醫療儀器廠；FA2104型電子分析天平：上海民橋精密科學儀器有限公司。

1.2樣品

石榴皮于2013年10月采自新疆皮山縣，并通過專家檢定為石榴科（Punicaceae）石榴屬（Punica）植物石榴（Punica granatum Linn.）的干燥果皮。

1.3主要試劑

蘆丁標準品：Sigma公司；叔丁基對羥基茴香醚（BHA，A.R.）：天津市光復精細化工研究所；抗壞血酸（VC，A.R.）：梯希愛化成工業發展有限公司；2-6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT，A.R.）：天津市大茂化學試劑廠；二苯基苦基苯肼自由基（DPPH，A.R.）：梯希愛化成工業發展有限公司；其余試劑均為分析純。

2　方法

2.1標準曲線的繪制

2.1.1蘆丁標準溶液的制備

準確稱取蘆丁標準品10 mg，以70%乙醇溶解后，置于50 mL容量瓶中，用70%乙醇稀釋定容至刻度，搖勻后得到質量濃度為0.2 mg/mL的蘆丁標準溶液。

2.1.2最大吸收波長的確定

精確移取上述蘆丁標準溶液5.0 mL，置于10 mL容量瓶中，加入5%亞硝酸鈉溶液0.3 mL，放置6 min；加10%硝酸鋁溶液0.3 mL，放置6 min；加4%氫氧化鈉溶液2 mL，然后加70%乙醇定容至刻度后搖勻。放置15 min～20 min后，以試劑空白作參比，于UV-4501S紫外可見光分光光度計上進行全波長掃描，測得最大吸收波長506 nm。

2.1.3蘆丁標準曲線的繪制

精確移取蘆丁標準溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL分別置于10 mL容量瓶中，分別加70%乙醇5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0.0 mL，按2.1.2項下法操作，加入各試劑，配成6種不同濃度的蘆丁標準溶液，未加蘆丁的溶液參比液，在最大吸收波長處測定吸光度，繪制標準曲線，得出蘆丁標準曲線的線性回歸方程。

2.2石榴皮總黃酮的提取及含量測定

2.2.1樣品溶液的制備

準確稱2.5 g石榴皮粉末置于50 mL磨口圓底燒瓶中，加入一定量的提取溶劑，在一定溫度下回流提取一定時間，趁熱減壓抽濾，濾液用旋轉蒸發儀旋蒸回收溶劑至近干后，加70%乙醇溶解，加入20 mL石油醚萃取2次，振蕩靜置，棄去醚層，將提取液置于100 mL容量瓶中，用70%乙醇定容，作為待測液備用，避光保存。

2.2.2石榴皮總黃酮的含量測定

精確移取待測液5.0 mL于50 mL容量瓶中，用70%乙醇定容至刻度，精確移取1.0 mL置于10 mL容量瓶中，按2.1.2項下法操作，以樣品空白為參比，用1 cm比色皿于波長506 nm處測定其吸光度，代入蘆丁標準曲線的線性回歸方程計算黃酮的濃度，并計算石榴皮中總黃酮的含量。以下式計算總黃酮的含量：

式中：X為樣品中總黃酮得率，%；C為由所測吸光度值代入蘆丁標準曲線后得出的黃酮的質量濃度，mg/mL；V1為稀釋體積，mL；V2為樣品溶液的體積，mL；m為樣品質量，mg；V3為取樣體積，mL。

2.2.3石榴皮總黃酮提取工藝優化

2.2.3.1單因素試驗

石榴皮總黃酮提取的單因素試驗中選擇乙醇體積分數、浸提溫度、浸提時間、料液比4個因素來設置不同水平考察各因素對總黃酮得率的影響。

2.2.3.2正交試驗

以總黃酮得率為考察指標，以單因素試驗的結果為基礎，分析乙醇的體積分數、提取溫度、提取時間、料液比等4個因素的適宜條件，每個因素分別選擇3個水平，設計L9（43）正交試驗。

2.2.3.3最佳提取工藝的驗證試驗

對正交試驗結果，進行方差、極差分析，并綜合考慮生產成本等因素后，篩選出本次試驗最優工藝條件并進行驗證性試驗。

2.3石榴皮總黃酮的抗氧化活性測定

2.3.1DPPH自由基溶液最大吸收波長的選擇

準確稱取20 mg DPPH自由基，用無水乙醇溶解并定容至100 mL量瓶中，得0.2 mg/mL DPPH自由基溶液，于冰箱中避光保存。移取2 mL DPPH自由基溶液與2 mL無水乙醇混合后，以無水乙醇為參比，于紫外可見光分光光度計上進行全波長掃描，得出其最大吸收波長為515 nm。

2.3.2DPPH自由基清除率的測定

取石榴皮總黃酮提取液、VC、BHT配制成不同濃度梯度的待測樣品液，在2 mL 0.2 mg/mL的DPPH自由基溶液中加入2mL待測樣品溶液，搖勻后靜置30 min，用無水乙醇做參比，在515 nm處測定其吸光度值AI；在2 mL 0.2 mg/mL的DPPH自由基溶液中加入2 mL無水乙醇混勻后測定吸光值A0；并測定2 mL待測樣品液與2 mL無水乙醇混合液的吸光度值AJ。

表1　DPPH自由基清除試驗加樣表Table 1　Sample volumes of DPPH radical scavenging assay

待測樣品液對DPPH自由基的清除率計算公式：

繪制DPPH自由基清除率對待測液濃度的曲線，由曲線讀取或用方程計算出對DPPH自由基清除率為50%時所需樣品液的濃度即IC50值。IC50值越小，表明其清除自由基的能力越強，抗氧化能力越強。

2.3.1石榴果皮總黃酮的還原力測定

取不同濃度梯度待測樣品液各1.0 mL，分別加入磷酸鹽緩沖溶液（pH=6.0，濃度為2 mol/L）和1%的鐵氰化鉀溶液各2.5 mL后，50℃恒溫20 min。取出后迅速冷卻，加入10%的三氯乙酸溶液2.5 mL，混合均勻后取上清液2.5 mL，并加入2.5 mL蒸餾水和1.0 mL三氯化鐵溶液，反應10 min后在700 nm波長處測定其吸光度值。吸光度值越大表示其還原力越強。

3　結果與分析

3.1石榴皮總黃酮含量測定

3.1.1最大吸收波長的確定

蘆丁標準溶液的吸收光譜見圖1。

圖1　 蘆丁標準溶液的吸收光譜Fig.1　Absorption spectra of rutin standard

由圖可得，蘆丁標準溶液在400 nm波長之前有吸收峰且大于440 nm波長后的吸收峰；隨著波長繼續增大，在506 nm處出現吸收峰，說明蘆丁標準溶液在506 nm波長處有固定且很強的吸收峰。因此，選擇在506 nm處測定待測樣品的吸光度A。

3.1.2蘆丁標準曲線的繪制

蘆丁標準溶液濃度與吸光度的關系見圖2。

根據標準曲線的制作方法，以濃度C（mg/mL）為橫坐標，吸光值A506 nm為縱坐標，繪制蘆丁標準曲線，并得出蘆丁標準曲線的線性回歸方程：A=10.320 19× C-0.030 84，R2=0.999 96，說明蘆丁標準溶液吸光度與濃度的線性關系顯著，利用此線性方程可以很好的測定出待測液中黃酮類化合物的含量。

3.1.3比色法測定石榴皮總黃酮含量

石榴皮中總黃酮含量的測定以蘆丁為標準品，采用比色法在紫外分光光度計上測定。NaNO2-Al（NO3）3-NaOH體系絡合分光光度法測定石榴皮總黃酮的基本原理是：經亞硝酸鈉還原后的黃酮與鋁鹽絡合，生成的螯合物在氫氧化鈉作用下發生開環生成2-羥基查耳酮而顯色，待反應穩定后測其吸光度。

圖2　蘆丁標準曲線Fig.2　Rutin standard curve

3.2石榴皮總黃酮提取的單因素試驗

3.2.1不同體積分數乙醇的提取液中總黃酮得率

乙醇體積分數對總黃酮得率的影響見圖3。

圖3　不同體積分數乙醇的提取液中總黃酮得率Fig.3　Extraction rate of total flavonoids with different volume fractions of ethanol

由圖3可知，隨著乙醇體積分數的增加，總黃酮得率逐漸增加；乙醇體積分數在70%時總黃酮得率最大；當乙醇體積分數大于70%時，總黃酮得率隨著乙醇體積分數的增大而降低；當乙醇體積分數為90%時，總黃酮得率最低。主要可能是因為：乙醇體積分數較低時黃酮類物質不能很好的溶解，分離較困難；體積分數為70%的乙醇溶液中黃酮類物質的溶解性最好，而隨著乙醇體積分數的繼續增大，提取液中脂溶性物質含量增大，使得得率降低。因此初步確定以體積分數為70%的乙醇為提取溶劑提取石榴皮中總黃酮。

3.2.2不同提取溫度的提取液中總黃酮得率

提取溫度對總黃酮得率的影響見圖4。

圖4　不同提取溫度的提取液中總黃酮得率Fig.4　Extraction rate of total flavonoids with different temperatures

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，總黃酮得率逐漸增加；當提取溫度為80℃時，總黃酮得率最大；溫度超過80℃后，總黃酮得率呈下降趨勢。推測其主要原因可能是因為升高溫度增大了黃酮類物質的溶出速率；當溫度繼續增大超過80℃會使黃酮類物質發生分解，破壞其結構，并且會增加其他雜質的溶出量，總黃酮得率有所降低。因此，初步確定石榴皮總黃酮的提取溫度為80℃。

3.2.3不同提取時間的提取液中總黃酮得率

提取時間對提取液中總黃酮得率的影響見圖5。

圖5　不同提取時間的提取液中總黃酮得率Fig.5　Extraction rate of total flavonoids with different extraction time

由圖5可知，總黃酮得率隨時間的延長而增大，在提取時間為4 h時總黃酮的得率最大；時間的延長對總黃酮的提取效果影響不大，增大的趨勢較平緩。提取時間為4 h時的總黃酮得率比3 h時的略高，但考慮提取時間長會增加生產成本，因此初步確定石榴皮總黃酮的提取時間為3 h。

3.2.4不同料液比的提取液中總黃酮得率

料液比對總黃酮提取率的影響見圖6。

由圖6可知，黃酮類物質的得率在1∶10（g/mL）～1∶15（g/mL）的料液比范圍內是逐漸增大的；并在料液比為1∶15（g/mL）時達到最好的提取效果；之后總黃酮得率隨溶劑量的增大而降低。其原因可能是由于溶劑量小時黃酮類物質不能完全溶解析出，使得總黃酮得率較低；而溶劑量進一步增大后部分已經溶解析出的黃酮類物質又溶解在溶液里，使得總黃酮得率下降，且溶劑量增大會增加生產成本。綜合考慮，初步選擇按1∶15（g/mL）的料液比來提取石榴皮中總黃酮。

圖6　不同料液比的提取液中總黃酮得率Fig.6　Extraction rate of total flavonoids with different ratio of material to solvent

3.3正交優選石榴皮總黃酮的提取工藝條件

單因素試驗的篩選結果為：乙醇體積分數為70%、提取溫度為80℃、提取時間為3h、料液比為1∶15（g/mL）。每個因素選擇3個水平，設計四因素三水平的L9（43）正交試驗。因素水平表見表2，正交試驗結果及分析見表3。

表2　L9（43）正交試驗因素水平Table 2　The factors and levels of orthogonal test

表3　L9（43）正交試驗設計方案及結果分析Table 3　Scheme and result analyses of orthogonal test

續表3　L9（43）正交試驗設計方案及結果分析Continue table 3　Scheme and result analyses of orthogonal test

對正交試驗結果進行直觀觀察可知，乙醇體積分數70%、提取溫度為80℃、料液比為1∶20（g/mL）、提取時間為2 h時，總黃酮得率最高為22.36%。為進一步選取最優工藝條件，對正交試驗結果進行極差分析和方差分析。

由極差分析可得，石榴皮總黃酮提取中各因素的主次順序為：乙醇體積分數＞提取溫度＞料液比＞提取時間。即乙醇體積分數是主要因素，其次是提取溫度的影響，再次是固液比的影響，提取時間對總黃酮得率的影響最小。

為進一步考察試驗結果，對試驗數據進行方差分析，結果如表4所示。

表4　L9（43）正交試驗方差分析Table 4　Analysis of variance of orthogonal test

由表4可以看出，乙醇體積分數的F值比其他因素的顯著，即乙醇體積分數對總黃酮得率的影響最大，提取溫度次之，再次是料液比，提取時間對總黃酮得率的影響最不顯著。

綜合上述實驗結果和分析，石榴皮總黃酮最優提取工藝組合是A2B3C1D3，即按料液比為1∶20（g/mL）加入體積分數為70%的乙醇，在80℃下回流提取2 h。

2.3.4驗證試驗

按正交試驗確定的最優提取工藝組合條件，進行驗證試驗，得出總黃酮得率為22.56%，為最高值。

3.4石榴皮總黃酮的抗氧化活性測定

3.4.1石榴皮總黃酮對DPPH自由基的清除試驗

3.4.1.1樣品測定波長的選擇

對蘆丁標準溶液進行全波長掃描，得到圖7。

圖7　DPPH自由基溶液在無水乙醇介質中的吸收光譜Fig.7　Absorption spectra of DPPH in ethanol

由圖可得，DPPH自由基溶液在515 nm波長處有固定且很強的吸收峰。因此，選擇在515 nm處測定待測樣品的吸光度A值。

3.4.1.2石榴皮總黃酮對DPPH自由基的清除率

石榴皮總黃酮對DPPH自由基的清除率試驗結果見圖8。

圖8　樣品液、VC、BHT清除DPPH自由基的清除能力Fig.8　Free radical scavenging properties of extracts，VCand BHT against DPPH

以提取液濃度C（mg/L）為橫坐標，樣品液、VC、BHT對DPPH自由基的清除率（%）為縱坐標繪制線性關系圖（圖8），并得出其線性方程計算半清除率IC50。

表5　 樣品液、VC、BHT清除DPPH自由基的清除能力Table 5　Free radical scavenging properties of extracts，VCand BHT against DPPH

由圖8可知，樣品液、VC、BHT對DPPH自由基的清除率均隨濃度增大呈近似線性關系。由表5可知，兩種抗氧化劑及石榴皮總黃酮提取液清除DPPH自由基的 IC50分別為 31.59、21.43、18.93 mg/L，即清除DPPH自由基的大小順序為BHT＞VC＞石榴皮總黃酮提取液。說明石榴皮具有潛在的抗氧化活性。

3.4.2石榴皮總黃酮的還原力測定

石榴皮總黃酮BHT、BHA的還原力見圖9。

圖9　石榴果皮總黃酮BHT、BHA的還原能力Fig.9　Reducing ability of BHT and BHA in total flavonoids from peel of Punica granatum Linn.

以提取液濃度（C，mg/L）為橫坐標，所測的吸光度為縱坐標繪制折線圖（圖9）。由圖可得，在本試驗范圍內，石榴皮總黃酮提取液及兩種抗氧化劑的吸光度隨著黃酮類物質濃度的增大而呈增大的趨勢，說明石榴皮總黃酮具有一定的還原力。

4　結論

本文以新疆石榴皮為研究材料、以蘆丁為標準、采用分光光度法測定石榴皮總黃酮的含量，通過單因素試驗和正交試驗優選出石榴皮總黃酮的最佳提取工藝條件；通過石榴皮總黃酮對DPPH自由基的清除試驗和還原力大小測定試驗來評價其抗氧化能力。

1）通過單因素試驗和正交試驗，確定石榴皮總黃酮提取的最佳工藝條件為：按料液比1∶20（g/mL）加入體積分數為70%的乙醇，在80℃下回流提取2 h。進行驗證性試驗，乙醇回流提取石榴皮總黃酮的得率為22.56%。

2）測得石榴皮總黃酮、VC、BHT對DPPH自由基的最大清除率分別為80.59%、88.50%、94.14%；IC50值分別為31.59、21.43、18.93 mg/L。IC50值越小抗氧化能力越強，據此可推斷石榴皮也具有潛在的抗氧化能力。

3）通過BHT、BHA、石榴皮總黃酮提取液對三價鐵離子的還原性試驗，表明石榴皮提取液也具有一定的還原能力；其還原力在實驗濃度范圍內均呈現濃度依賴性。

4）石榴皮總黃酮具有較高的抗氧化活性，且其體外抗氧化能力在一定范圍內隨著總黃酮質量濃度的增加而增強，可以作為天然抗氧化劑原料。

［1］劉文江.新疆石榴（PunicaL.）資源及其開發利用［J］.干旱區研究，2007，24（2）：219-220

［2］惠李.石榴的綜合開發與利用研究［J］.現代農業科技，2008（24）：15-18

［3］柯春林，王娣，鄧源喜，等.石榴皮多糖的制備及其抗氧化活性研究［J］.熱帶作物學報，201l，32（4）：684-689

［4］郭玲.新疆石榴生理活性物質的提取及其特性的研究［D］.合肥：安徽農業大學，2006

［5］李國秀.石榴多酚類物質的分離鑒定和抗氧化活性研究［D］.西安：陜西師范大學，2008.

［6］張倩，杜海云，陳令梅，等.石榴化學成分及其生物活性研究進展［J］.落葉果樹，2010（6）：17-19

［7］李婕姝，賈冬英，姚開，等.石榴的生物活性成分及其藥理作用研究進展［J］.中國現代中藥，2009，11（9）：7-9

［8］杜欣，葉勝英.石榴葉和石榴皮藥理活性研究進展［J］.天津藥學，2007，19（2）：64-65

［9］董周永.石榴果皮提取物抑菌活性研究［D］.楊林：西北農林科技大學，2008

［10］宋秋華，張磊，梁飛，等.黃酮類化合物提取和純化工藝研究進展［J］.山西化工，2007，27（4）：24-27

［11］常占.瑛新疆石榴果實綜合加工工藝及石榴皮抗腫瘤活性成分分離［D］.烏魯木齊：新疆醫科大學，2010

Study on Optimum Extraction of Total Flavones in Pomegranate Peel and Its Antioxidant Activity in Vitro

Korbanjhon BRAD1，ZHAO Jing1，ZHANG Xiao-ying1，2，*
（1.College of Chemistry and Environment Science，Yili Normal University，Yining 835000，Xinjiang，China；2.College of Veterinary Medicine，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China）

To establish extraction methods and evaluate antioxidant activity in vitro of total flavones in pomegranate peel，providing the scientific basis for effective usage of pomegranate peel resources.Orthogonal experiment was conducted to study the influence factor of extracting total flavones from pomegranate peel，the yield of total flavones as inspection index，and then optimized the extraction technology.The antioxidant effects of the total flavones were determined by DPPH radical scavenging capacities and ferric reducing assay，respectively.The optimum extraction conditions for total flavones in pomegranate peel were as follows：the 70%of ethanol as solvent，solid-liquid ratio of 1∶20（g/mL），extraction temperature of 80℃，the extraction time of 2 h，while the total flavones of pomegranate yield was 22.56%.The factors influence of the total flavones extraction rates were as follows：ethanol volume fraction＞extraction temperature＞solid-liquid ratio＞extraction time. The DPPH radical scavenging rate of total flavones in pomegranate peel was 80.59%，and the IC50value was 31.59 mg/L.

pomegranatepeel；totalflavones；orthogonalexperiment；extractingtechnology；antioxidantactivity

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.021

伊犁師范學院科研項目基金資助項目（2013YLSYY003）

庫爾班江·巴拉提（1962—），男（維吾爾），教授，學士，研究方向：中藥與天然藥物。

2015-01-25