超聲波纖維素酶法提取紫蘇葉活性物質及其抗氧化活性

邢 穎，雷宏杰，岳珍珍，高瑞雄，王景華，徐懷德,*

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.漢中植物研究所，陜西 漢中 723000）

超聲波纖維素酶法提取紫蘇葉活性物質及其抗氧化活性

邢 穎1，雷宏杰1，岳珍珍1，高瑞雄1，王景華2，徐懷德1,*

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.漢中植物研究所，陜西 漢中 723000）

對比了超聲波法、纖維素酶法、先超聲波后纖維素酶法、先纖維素酶后超聲波法以及超聲波纖維素酶同步法5 種提取方式對紫蘇葉黃酮、多酚、迷迭香酸提取效果的影響并評價了其提取液的抗氧化能力。結果表明，超聲波纖維素酶同步法提取紫蘇葉可獲得最大含量的黃酮、多酚及迷迭香酸，分別為32.74、20.91、2.42 mg/g，其提取液的DPPH自由基清除能力及鐵還原能力最強，分別為614.24、3 277.72 μmol Trolox/L。其抗氧化能力與多酚的含量呈顯著正相關，多酚含量與鐵還原能力及DPPH自由基清除能力相關系數分別為0.878、0.804，均為極顯著（P＜0.01）。

超聲波；纖維素酶；紫蘇葉；同步提取；酚類；抗氧化能力

紫蘇（Perilla frutescens (L.) Britton）為唇形科（Labiatae）紫蘇屬一年生草本植物，是我國傳統的藥食同源植物，有著悠久的歷史和廣泛的種植范圍，其花、葉、莖及種子都具有較高的開發利用價值，紫蘇葉具有解毒、鎮咳、解熱、抗菌作用。

從紫蘇中分離出的酚類化合物具有較強的生物活

性，例如抗氧化、抗過敏、抗炎及抗菌等。除了在食品及藥品行業，酚類化合物也應用于香水生產、肥皂、洗滌劑及化妝品行業[1]。迷迭香酸是紫蘇莖、葉及籽中的主要酚類物質，迷迭香酸被稱為高效超氧自由基清除劑，并具有抑制表皮炎癥的作用[2]。Zhu等[3]證明紫蘇葉中的迷迭香酸具有抗過敏、抑制α-葡糖苷酶活性、清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的作用。

常規溶劑提取植物中的天然產物會導致溶劑殘留、提取率低、能耗高且費時，而超聲波輔助提取和酶輔助提取可以大大提高提取效率[4]。張利芳等[5]采用纖維素酶協同超聲波輔助提取苦瓜多糖，得到的多糖提取率為21.1%，與超聲波法、纖維素酶法相比分別提高了13.5%和7.7%。Wu Hao等[6]對比了超聲波輔助、酶輔助、先超聲后酶法及超聲波纖維素酶法同步4 種方法對花椰菜中多酚提取量的影響，結果發現同步進行得到的多酚提取量最高，而且超聲波對酶的活性具有一定影響。?zbke等[7]研究發現超聲波處理時間、功率、溶劑對酶的活性具有顯著影響。

已有研究分別利用超聲波法和纖維素酶法提取紫蘇葉中的黃酮、多酚、迷迭香酸，但是纖維素酶聯合超聲波提取紫蘇葉中有效成分鮮見報道。本研究對比超聲波法、纖維素酶法、先超聲波后纖維素酶法、先纖維素酶后超聲波法以及超聲波纖維素酶同步法對提取紫蘇葉黃酮、多酚、迷迭香酸有效成分的影響，優選提取方法，同時檢測其提取液的抗氧化能力，以期為生產實踐提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紫蘇葉于2014年9月采收于陜西漢中；挑選新鮮、無蟲蛀紫蘇葉于50 ℃烘干，粉碎，取20～60 目之間的粉末密封保存于4 ℃冰箱備用。

沒食子酸、蘆丁、迷迭香酸、福林-酚試劑（均為分析純）、甲醇（色譜純） 美國Sigma公司；硝酸鋁、亞硝酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉（均為分析純） 湖北長沙西隴化工有限公司。

1.2 儀器與設備

DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱、HH-8水浴鍋上海精宏試驗設備有限公司；BCD-256KEL低溫冷藏、冷凍電冰箱 青島海爾股份有限公司；FA1004電子天平 上海恒平科學儀器有限公司；SB-500DTY變頻超聲波儀 寧波新芝科技有限公司；SHB-Ⅲ真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；UVmini1240紫外分光光度器上海佑科儀器儀表有限公司；API 4000 Q-Trap型串聯質譜儀（電噴霧離子源）、高效液相色譜儀 島津（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 超聲波纖維素酶法對紫蘇葉中黃酮、多酚及迷迭香酸的提取

1.3.1.1 超聲波法[8]

準確稱取紫蘇葉粉末1.00 g置于100 mL的燒杯中，加入40 mL 60%乙醇溶液，放入超聲波（頻率40 kHz、功率200 W、溫度50 ℃）中超聲40 min，抽濾。濾渣以同樣條件再次提取一次，過濾，合并濾液定容于100 mL容量瓶中。

1.3.1.2 先超聲波后纖維素酶法

準確紫蘇葉粉末1.00 g置于100 mL的燒杯中，加入40 mL 60%乙醇溶液，放入超聲波（頻率40 kHz、功率200 W、溫度50 ℃）中超聲40 min，抽濾。濾渣以纖維素酶的條件再次提取，過濾，合并濾液定容于100 mL容量瓶中。

1.3.1.3 纖維素酶法

準確稱取紫蘇葉粉末1.00 g置于100 mL的燒杯中，纖維素酶的添加量為1 600 U/g，加入40 mL蒸餾水，調節pH值至4.8，放入50 ℃的水浴鍋中水浴60 min。抽濾，濾渣以同樣條件再次提取一次，過濾，合并濾液定容于100 mL容量瓶中。

1.3.1.4 先纖維素酶后超聲波法

準確稱取紫蘇葉粉末1.00 g置于100 mL的燒杯中，纖維素酶的添加量為1 600 U/g，加入40 mL蒸餾水，調節pH值至4.8，放入50 ℃的水浴鍋中水浴60 min。抽濾，濾渣以超聲波的條件再次提取，過濾，合并濾液定容于100 mL容量瓶中。

1.3.1.5 超聲波纖維素酶同步法

準確稱取紫蘇葉粉末1.00 g置于100 mL的燒杯中，纖維素酶的添加量為1 600 U/g，加入40 mL 60%乙醇溶液，調節pH值至4.8，放入超聲波（頻率40 kHz、功率200 W、溫度50 ℃）中超聲40 min，抽濾，濾渣以相同的條件再次提取，過濾，合并濾液定容于100 mL容量瓶中。

1.3.2 黃酮含量的測定

紫蘇葉提取液中黃酮含量的測定采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法[9]。準確移取紫蘇葉提取液1.00 mL于10 mL容量瓶中，分別加入5%亞硝酸鈉溶液0.30 mL，搖勻、靜置6 min；再加10%硝酸鋁溶液0.30 mL，搖勻、靜置6 min；再加4%氫氧化鈉溶液4.00 mL，用30%乙醇溶液稀釋至刻度，搖勻、靜置10～15 min，以不加樣液為空白對照，于510 nm波長處測吸光度。用不同質量濃度的蘆丁做標準曲線，黃酮含量以mg（蘆丁當量）/g（紫蘇干質量）表示。

1.3.3 多酚含量的測定

紫蘇葉提取液中多酚含量的測定采用福林酚法[10]。準確吸取紫蘇葉提取液1.00 mL于25 mL刻度試管中，用

蒸餾水稀釋至10 mL，加入0.5 mL福林酚試劑，混勻后加入10 mL 7.5%碳酸鈉溶液，混勻后放入25 ℃水浴鍋中避光水浴60 min，然后加蒸餾水定容至25 mL，以不加樣液為空白對照，于750 nm波長條件下測定吸光度。用不同質量濃度的沒食子酸做標準曲線，總酚含量用mg（沒食子酸當量）/ g（紫蘇干質量）表示。

1.3.4 迷迭香酸的定性及定量分析

1.3.4.1 定性分析

采用串聯質譜儀對紫蘇葉中迷迭香酸進行定性研究。高效液相色譜儀由LC-20AD泵、SIL-20AHT自動進樣器、柱溫箱組成。采用ZORBAX Eclipse XDB-C18柱（4.6 mm×150 mm，5 μm）用于分離。流動相A和B分別由乙腈和0.2%甲酸溶液組成。通過改變流動相的比例進行梯度洗脫：0～20 min，15%～50% A；20～30 min，50%～80% A；30～40 min，80% A；40～41 min，80%～15% A；41～50 min，15% A，總時長為50 min。洗脫流速為1.0 mL/min。檢測方式為負離子檢測，溫度為500 ℃；氣簾氣體氮氣，10 psi；霧化氣體空氣，50 psi；加熱氣體空氣，50 psi；離子噴霧電壓4 400V。

1.3.4.2 定量分析

采用高效液相色譜儀。色譜柱：Shim-pack VPODS C18柱（4.6 mm×150 mm，5 μm）；流動相：0.01%磷酸（A）、甲醇（B）；梯度洗脫：0～20 min，20%～50% B；20～25 min，50%～70% B；25～30 min，70%～80% B；30～35 min，80%～20% B；35～45 min，20% B。進樣量：20 μL；柱溫：30 ℃；檢測波長330 nm；流速：0.8 mL/min。根據保留時間和特征吸收色譜與標準品對照定性，外標法定量。

1.3.5 紫蘇提取液抗氧化能力的測定

本實驗以DPPH自由基清除能力以及鐵還原能力作為測定紫蘇葉提取液抗氧化能力的指標，同時以Trolox為對照，比較抗氧化能力的強弱。

1.3.5.1 DPPH自由基清除效果測定

Trolox標準曲線的繪制：稱取0.025 g Trolox，用甲醇定容至50 mL，制成濃度為2 mmol/L的標準溶液。分別取0.05、0.15、0.25、0.35、0.45、0.55、0.65 mL，定容至25 mL，即得濃度分別為0.1、0.3、0.5 、0.7、0.9、1.1、1.3 mmol/L的梯度溶液。取1.5 mL不同濃度的標準溶液，加入0.2 mol/L DPPH溶液1.5 mL，準確反應30 min，于517 nm波長條件下測吸光度[11]。以Trolox濃度（μmol/L）為橫坐標，以清除率為縱坐標繪制的標準曲線為y=0.016 1x+0.055 1，R2=0.998 9。

樣品的測定：取樣液0.08 mL，加入1.42 mL的60%乙醇溶液，再加入0.2 mol/L DPPH 1.5 mL，準確反應30 min，于517 nm波長條件下測吸光度。樣液的DPPH自由基清除能力以μmol Trolox/L表示。

1.3.5.2 鐵還原能力測定（FRAP法）

參照Chan等[12]的方法，該法原理為Fe3+-2,4,6-三（2-吡啶基）三嗪（2,4,6-tris(2-pyridyl)-s-triazine，TPTZ）可被樣品中還原物質還原為二價鐵形式，呈現出明顯的藍色，并于593 nm波長處具有最大光吸收，根據吸光度大小計算樣品抗氧化活性強弱。

TPTZ溶液的配制：由0.3 mol/L醋酸鹽緩沖液（pH 3.8）25 mL、10 mmol/L TPTZ工作液（用40 mmol/L鹽酸溶解）2.5 mL、25 mmol/L FeCl3溶液2.0 mL組成。現用現配。Trolox標準曲線的繪制：準確稱取12.5 mg Trolox，用50%甲醇溶液定容至25 mL容量瓶，得到濃度為2 mmol/L的Trolox母液。分別吸取1、2、3、4、5、6 mL的母液定容至10 mL容量瓶，得到濃度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mmol的工作液。準確吸取不同濃度的工作液100 μL，依次加入1 mL蒸餾水和3.0 mL TPTZ溶液，混勻后37℃反應10 min，在593 nm波長條件下測定吸光度。

樣品的測定：準確吸取樣品4 mL，用60%乙醇溶液定容至10 mL。按照標曲的測定方法對樣品進行測定。測定結果以μmol Trolox/L表示。

2 結果與分析

2.1 超聲波纖維素酶法提取對紫蘇葉黃酮、多酚及迷迭香酸含量的影響

表 11 超聲波纖維素酶法提取對紫蘇葉活性成分含量及其抗氧化活性的影響Table 1 Effects of different extractions methods on total phenol content and antioxidant activity of purple perilla leaves

通過高效液相色譜法和質譜法確定紫蘇葉中的主要酚類化合物是迷迭香酸。如表1所示，不同處理方法所得到的提取液中均含有較豐富的酚類及黃酮類物質，但是不同提取方式對紫蘇葉中黃酮、多酚及迷迭香酸含量的影響顯著。超聲波提取得到黃酮、多酚及迷迭香酸含量分別為26.66、13.77、2.08 mg/g，而通過酶法提取得到的含量分別為14.85、15.95、0.44 mg/g。提取量的差異可能主要是與提取溶劑相關。植物中的多酚通常與蛋白質、多糖以氫鍵和疏水鍵形式形成穩定的分子復合物，多酚分子間也是如此。在提取多酚時，提取試劑不僅要有很好的溶解性，而且要有斷裂氫鍵的作用[13]。多酚黃酮類物質相對分子

質量大，極性較低，更易溶于低極性溶劑。超聲波提取溶劑是60%乙醇溶液，而酶法提取采用的溶劑是水，所以超聲波對黃酮、迷迭香酸的提取量大于酶法提取。Hong等[14]采用不同體積分數乙醇對紫蘇葉中的多酚、黃酮及迷迭香酸進行了提取，也發現60%乙醇溶液的提取量大于水提取。

與單獨使用超聲波法提取相比，超聲波提取之后再使用纖維素酶法提取得到的黃酮、多酚含量顯著增加，達到28.10、17.46 mg/g，提高了5.4%、9.47%，迷迭香酸含量變化不顯著，反而有所下降為1.94 mg/g。與單獨使用纖維素酶法提取相比，纖維素酶法提取之后再使用超聲波提取得到的黃酮、多酚提取量顯著增加，達到20.52、16.73 mg/g，提高了38.18%、21.5%，迷迭香酸提取量變化不顯著為0.42 mg/g。植物細胞壁是一種復雜的網狀結構，其成分包含纖維素、半纖維素、果膠和少量的結構蛋白等。在細胞壁結構繩網狀結構模型中，纖維素晶體與半纖維素之間以氫鍵相連，形成纖維和半纖維素的網絡，親水性的果膠和少量的結構蛋白填充在網狀結構的空隙里[15]。隨著纖維素酶解，紫蘇葉細胞壁裂解，促使包藏在細胞壁中的酚類成分不斷釋放出來，提高了酚類成分提取效率。先使用超聲波，可以產生強烈振動、空化效應及攪拌作用，導致細胞組織松散，在此基礎上使用纖維素酶后，細胞壁上的纖維素有部分降解，甚至有些細胞會破裂，促進黃酮、多酚的釋放，同樣先使用纖維素酶法可破壞細胞壁及細胞間質中的纖維素、半纖維素等物質，破壞細胞壁的致密構造，在此基礎上超聲波的空化、微環境攪拌作用進一步促使細胞中有效成分的溶出[16]。

5 種方法中超聲波與纖維素酶同步處理紫蘇葉得到的黃酮、多酚及迷迭香酸含量最高，分別為32.74、20.91、2.42 mg/g，相比于先超聲波后纖維素酶法提高了16.51%、19.76%、24.74%，比先纖維素酶后超聲波法提高了59.55%、24.99%、476.19%。這可能是超聲波與纖維素酶同步處理過程中超聲波對纖維素酶分子產生了影響所致。超聲波對與纖維素酶的影響主要包括以下幾個方面：1）超聲波作用于纖維素酶溶液時，能產生空化、振蕩等作用，釋放的能量可導致酶分子的構象、結構及催化部位微環境發生變化，影響催化活力[17]。高頻超聲波使空化泡崩潰的瞬間，釋放出瞬時高溫高壓[18]，導致大量自由基的形成，并伴有強大的沖擊波或射流，使酶活性中心發生變化；2）當超聲波振動時能產生并傳遞強大的能量，引起媒質質點以極高的速率和加速率進入振動狀態，可提高酶與底物的接觸頻率，增大接觸面積，使酶表現出來的活性增加[17]；3）在超聲作用下，增加了底物的傳質作用。超聲產生的機械傳質作用和加熱作用增加了底物分子與酶分子的能量，使其運動性加強，相互間碰撞的幾率增大；同時也加強了介質與酶之間的傳質擴散過程，超聲作用下產生的振動氣泡周圍界面有利于介質中的底物分子進入酶活性中心，也有利于產物分子進入介質，從而提高了酶促反應速率。另外，超聲使反應生成的水再分配，避免了新生成的水在酶分子表面形成較厚的水化層而影響底物分子和產物分子的傳質[19]；4）超聲波的熱效應可以提高酶解體系的溫度，增加分子運動速率，從而促進酶解反應的進行[20]。

本研究通過DPPH自由基清除能力及鐵還原能力評價，探究了不同提取方式對紫蘇葉提取液抗氧化性的影響，如表1所示。紫蘇葉各提取液清除DPPH自由基能力依次為：超聲波纖維素酶同步法＞先超聲波后纖維素酶法＞先纖維素酶后超聲波法＞超聲波法＞纖維素酶法，這表明紫蘇提取液中具有清除DPPH自由基的有效成分。超聲波纖維素酶同步法得到的紫蘇提取液鐵還原能力最強，為3 277.72 μmol Trolox/L，其次是先超聲波后纖維素酶法、超聲波法，通過先纖維素酶后超聲波法、纖維素酶法得到的還原力最弱，分別為2 015.43、2 000.95 μmol Trolox/L。雖然基于不同反應機制的抗氧化評價方法會導致不同的評價結果，然而它們所反映的樣品抗氧化能力結果大致相同，即DPPH自由基清除能力弱的樣品，其鐵還原能力也越小；相反地，鐵還原能力越強，其DPPH自由基清除能力也越強[21]。

2.2 紫蘇提取液抗氧化性與其黃酮、多酚及迷迭香酸含量的相關性分析

表2 紫蘇提取液抗氧化性與多酚類物質的相關性Table 2 Correlation between antioxidant activities and phenol and fl aovnoid contents of leaf extracts from purple perilla

由表2可知，5 種提取方式所得到的提取液多酚、黃酮及迷迭香酸含量與DPPH自由基清除能力及還原力表現出一定的正相關。其中，多酚含量與鐵還原能力及DPPH自由基清除能力的相關性分別為0.878、0.804，均為極顯著（P＜0.01）；黃酮含量與鐵還原能力及DPPH自由基清除能力的相關性分別為0.664、0.803，迷迭香酸與鐵還原能力及DPPH自由基清除能力的相關性分別為0.904、0.582。相比而言，紫蘇提取液的抗氧化能力與多酚含量的相關性更強。代沙[22]的研究結果表明，鐵還原能力、脂質過氧化抑制率、羥自由基清除率及超氧陰離子自由基清除率4種抗氧化活性指標間不存在顯著相關關系，但總還原能力與總多酚、總黃酮、總皂苷和原花青素含量兩兩間均呈極顯著正相關。DPPH自由基清除能力與酚類

化合物質量濃度之間存在線性關系[12]。多酚分子結構因酚羥基在芳香環上的數量和位置不同而差異較大，其抗氧化能力也會有所差異[23]。另外，紫蘇葉的抗氧化功能不只取決于其中的某一物質，而可能是多種物質共同作用的結果。黃酮類物質具有供氫的能力，H+與自由基結合，使其還原為惰性化合物或是穩定的自由基，從而清除機體內過多的有害自由基[16]。多酚類化合物的抗氧化性歸因于它們的大共軛體系結構，也是目前國內外公認的抗氧化活性最強的植物化學成分之一。分子中酚羥基的數目及可以形成氫鍵的數目和分子的抗氧化活性正相關，這也是迷迭香酸具有強抗氧化活性的重要因素。

3 結 論

5 種提取方式對紫蘇葉中黃酮、多酚、迷迭香酸含量及紫蘇葉提取液的抗氧化能力影響顯著，采用超聲波法提取得到的酚類物質含量明顯高于纖維素酶法。采用先超聲波后纖維素酶法處理得到的活性物質含量明顯高于單獨使用超聲波，同理采用先纖維素酶后超聲波法處理得到的活性物質明顯高于單獨使用纖維素酶法。其中采用超聲波纖維素酶同步法得到的黃酮、多酚及迷迭香酸含量最高，分別為32.74、20.91、2.42 mg/g。其提取液的DPPH自由基清除能力及鐵還原能力最強，分別為614.24、3 277.72 μmol Trolox/L。超聲波與纖維素酶同步處理過程中超聲波對纖維素酶的活性及反應速率有一定的影響。5 種提取方式得到的紫蘇葉提取液均有較強的清除DPPH自由基和鐵還原能力，且抗氧化能力與黃酮、多酚及迷迭香酸的含量呈正相關。

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Extraction of Active Compounds from Purple Perilla (Perilla frutescens var. acuta) Leaves by Ultrasonic-Cellulase Treatment and The Related Antioxidant Activity

XING Ying1, LEI Hongjie1, YUE Zhenzhen1, GAO Ruixiong1, WANG Jinghua2, XU Huaide1,*
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. Hanzhong Plant Research Institute of Shaanxi Province, Hanzhong 723000, China)

In the present study, the effects of ultrasonic-assisted extraction, cellulase-assisted extraction, and their sequential and simultaneous combinations on the extraction effi ciencies of total fl avonoids, total phenols and rosmarinic acid from purple perilla leaves were compared, and the antioxidant activities of the resulting extracts were evaluated. Results showed that simultaneous ultrasonic and enzymatic treatment could obtain the highest contents of total fl avonoids, total phenols and rosmarinic acid, which were 32.74, 20.91, and 2.42 mg/g, respectively. Furthermore, the DPPH radical scavenging ability and reducing power of the obtained extract were also the highest, with values of 614.24 and 3 277.72 μmol Trolox/L equivalents. In addition, there were positive correlations between the antioxidant capacity and total phenolic content of perilla leaf extracts. The correlation coeffi cients between total phenol content and either DPPH radical scavenging ability or reducing power were 0.878 and 0.804, respectively, which were highly signifi cant (P ＜ 0.01).

ultrasonic; cellulase; purple perilla leaves; simultaneous extraction; phenols; antioxidant actives

10.7506/spkx1002-6630-201610019

TS255.36

A

1002-6630（2016）10-0111-05

邢穎, 雷宏杰, 岳珍珍, 等. 超聲波纖維素酶法提取紫蘇葉活性物質及其抗氧化活性[J]. 食品科學, 2016, 37(10): 111-115. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610019. http://www.spkx.net.cn

XING Ying, LEI Hongjie, YUE Zhenzhen, et al. Extraction of active compounds from purple perilla (Perilla frutescens var. acuta) leaves by ultrasonic-cellulase treatment and the related antioxidant activity[J]. Food Science, 2016, 37(10): 111-115. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610019. http:/www.spkx.net.cn

2015-09-30

邢穎（1988—），女，碩士研究生，研究方向為果蔬貯藏與加工。E-mail：xingyingnice@163.com

*通信作者：徐懷德（1965—），男，教授，學士，研究方向為飲料加工、果品蔬菜貯藏與加工、天然產物提取。

E-mail：xuhuaide@yahoo.com.cn