西蘭花類胡蘿卜素的提取及其抗氧化活性研究

李世紅，李媛媛，張佳怡，余 威，陳文玉，蘇金芬，王歲樓

(中國藥科大學工學院，南京 211198)

西蘭花類胡蘿卜素的提取及其抗氧化活性研究

李世紅，李媛媛，張佳怡，余 威，陳文玉，蘇金芬，王歲樓

(中國藥科大學工學院，南京 211198)

在單因素試驗基礎上，通過正交試驗初步優化確定了西蘭花中類胡蘿卜素提取的最佳工藝條件為：用無水乙醇作為提取液、料液比1∶60、提取時間180min、提取溫度55℃，提取率可達268.26mg/100g。同時通過水楊酸法測定類胡蘿卜素粗提物清除羥基自由基的能力，證實西蘭花類胡蘿卜素具有較強的抗氧化能力。

西蘭花；類胡蘿卜素；提取工藝；抗氧化能力

本實驗旨在探索優化從西蘭花中提取和純化類胡蘿卜素的工藝條件及其提取物的抗氧化活性。

1 材料與方法

1.1 材料

(1)試驗材料：西蘭花粉，購于陜西中盛和生物科技有限公司。(2)試驗試劑：分析純的丙酮、無水乙醇、正己烷、石油醚、抗壞血酸、乙酸乙酯等。(3)試驗儀器設備：紫外可見分光光度計(TU-1810，北京普析通用儀器有限責任公司)、數顯恒溫攪拌循環水箱(HH-42，常州國華電器有限公司)、循環水式多用真空泵(SHB-Ⅲ，鄭州長城科工貿有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 最佳料液比選擇 稱取3組，每組5份西蘭花粉末各1g，分裝入錐形瓶中，分別以無水乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提液，以1∶20、1∶40、1∶60、1∶80的料液比(w/v)加入到樣品中，在30℃條件下恒溫水浴60min。在波長450nm紫外分光光度計下測稀釋后濾液吸光度值。

1.2.2 最佳溫度選擇 稱取3組，每組5份西蘭花粉末各1g，分裝入錐形瓶中，分別以無水乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提液，以1∶60作料液比(w/v)加入樣品中，恒溫水浴180min，溫度分別為20、30、40、50、60℃(丙酮不做)、70℃(丙酮不做)。在波長450 nm紫外分光光度計下測稀釋后濾液吸光度值。

1.2.3 最佳時間選擇 稱取3組，每組7份西蘭花粉末各1g，分裝入錐形瓶中，分別以無水乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提液，在30℃條件下以1∶60料液比(w/v)，加入到樣品中，恒溫水浴。在60、120、150、180、210、240、300min后分別取出，在波長450nm紫外分光光度計下測稀釋后濾液吸光度值。

1.2.4 正交試驗 對提取溶劑、提取溫度、提取時間、提取料液比(w/v)4個影響因素，進行L9(34)正交試驗，以確定最優的提取條件組合。

1.2.5 紫外分光光度法測定類胡蘿卜素的含量 根據邵金華等[1]用紫外分光光度計在450nm處測量以β-胡蘿卜素標準樣制成的濃度為3～10μg/mL的標準樣液的吸光度值所繪制成的標準曲線，計算出樣品中類胡蘿卜素的含量。文獻所得的線性回歸方程為y=0.0396x+0.0261，R2=0.9996。類胡蘿卜素提取率的計算公式如式(1)：

類胡蘿卜素得率(mg/100g)=0.1×cV/w

(1)

式(1)中，c表示提取液中類胡蘿卜素的濃度(μg/mL)；V表示提取液的體積(mL)；w表示稱取的西蘭花粉末質量(g)。

1.2.6 水楊酸法測定抗氧化能力[2-3]按照9mmol/L硫酸亞鐵1mL，9mmol/L乙醇—水楊酸1mL，蒸餾水12mL，和0.003%H2O21mL加入20mL試管中配制成溶液A0，搖勻后37℃水浴加熱15min，冷卻至室溫后測量其吸光度值(A0測定時，參比溶液為不加過氧化氫的溶液體系，即1mL FeSO4、1mL乙醇—水楊酸、13mL蒸餾水)。另外配制質量濃度不同的待測液，所有反應溶液的體積為15mL。搖勻后37℃水浴加熱15min，冷卻至室溫后測量各管的吸光度值Ax。(Ax測定時，參比溶液為蒸餾水)。同時配制不含過氧化氫的對照溶液(用蒸餾水替代)，搖勻后37℃水浴加熱15min，冷卻至室溫后測量各管的吸光度值Ax0(Ax0測定時，參比溶液為蒸餾水)。按照式(2)計算各質量濃度樣品對羥基自由基的清除率，繪制出清除率曲線圖。

清除率(%)=A0-(Ax-Ax0)/A0×100

(2)

應用同樣的方法，將上述步驟中加入的西蘭花類胡蘿卜素的粗提液改為抗壞血酸，添加的含量和順序保持一致，分別測定出A0、Ax、Ax0，按照相同的公式計算不同質量濃度抗壞血酸對羥基自由基的清除率，繪制出清除率曲線圖。實際稱取量：西蘭花粉1.001 8g、抗壞血酸0.012 8g、水楊酸0.063 2g、七水合硫酸亞鐵0.129 0g(測定樣品時)；水楊酸0.065 0g、七水合硫酸亞鐵0.125 7g(測定抗壞血酸時)。稀釋10倍的粗提液吸光度：A=0.504 7；計算得到的類胡蘿卜素含量為C=89.47μg/mL；樣品中類胡蘿卜素的含量為4.150mg/g；抗壞血酸濃度為C=47.6μg/mL。

2 結果與分析

2.1 西蘭花類胡蘿卜素提取的最佳料液比選擇

從圖1可見，在30℃恒溫水浴180min、料液比(w/v)為1∶60時，無水乙醇對西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，達到264.02mg/100g；在料液比小于1∶60情況下，提取率隨料液比增大而增大；在料液比大于1∶60情況下，提取率隨料液比的增大而減小。從圖2可見，在30℃恒溫水浴180min條件下，在料液比(w/v)為1∶80時，乙酸乙酯對西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，為234.15mg/100g；在料液比小于1∶80情況下，提取率隨著料液比的增大而增大；在料液比大于1∶80情況下，提取率隨料液比的增大而出現微弱的減幅。從圖3可見，在30℃恒溫水浴180min、料液比(w/v)為1∶60時，丙酮對西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，為250.78mg/100g；在料液比小于1∶60情況下，提取率隨料液比增大而增大；在料液比大于1∶60情況下，提取率隨料液比增大而明顯減小。

2.2 西蘭花類胡蘿卜素提取的最佳溫度選擇

從圖4可見，在30℃和50℃下無水乙醇對類胡蘿卜素都有較大的提取率，分別為264.02、264.69mg/100g。在20～30℃之間提取率隨溫度的升高明顯增大，而30℃以后類胡蘿卜素的提取率基本穩定，有很小的上下波動。從圖5可見，在40℃乙酸乙酯對類胡蘿卜素有最大的提取率，為305.79mg/100g。在20～40℃之間提取率隨溫度的升高而增大；40～50℃之間提取率隨溫度的升高而明顯降低；50℃以后乙酸乙酯對類胡蘿卜素提取率趨于平穩。從圖6可見，在30℃下丙酮對類胡蘿卜素有最大的提取率，為250.78mg/100g；在20～30℃之間提取率隨溫度升高而明顯增大，30℃以后丙酮對類胡蘿卜素提取率降低。

2.3 西蘭花類胡蘿卜素提取的最佳時間選擇

從圖7可見，在150min時無水乙醇對西蘭花中類胡蘿卜素有最大提取率，能達到251.18mg/100g。從30～150min之間的提取率呈增大趨勢；150～300min之間，提取率呈減小趨勢。從圖8可見，在180min時乙酸乙酯對類胡蘿卜素有最大提取率，為239.30mg/100g。從30～180min之間，提取率呈增大趨勢；180～300min之間，提取率呈減小趨勢。從圖9可見，在210min時丙酮對類胡蘿卜素有最大提取率，為260.50mg/100g。如果能夠找到有效的控制方法，丙酮的最大提取率會明顯高于無水乙醇和乙酸乙酯。

2.4 正交試驗結果

由表1～2的極差分析結果可知，溫度對西蘭花類胡蘿卜素提取率的影響最大；而最優條件組合與正交試驗9號試驗的條件組合正好一致，即在溫度55℃、提取時間180min、料液比1∶60時，西蘭花中類胡蘿卜素的提取率達到最高值(268.26mg/100g)。

圖1 乙醇為溶劑提取類胡蘿卜素的料液比與提取率關系

圖2 乙酸乙酯為溶劑提取胡蘿卜素的料液比與提取率關系

圖3 丙酮為溶劑提取胡蘿卜素的料液比與提取率關系

圖4 無水乙醇為溶劑提取溫度與提取率的關系

圖5 乙酸乙酯為溶劑提取溫度與提取率的關系

圖6 丙酮為溶劑提取溫度與提取率的關系

圖7 乙醇為溶劑提取時間與提取率的關系

圖8 乙酸乙酯為溶劑提取時間與提取率的關系

圖9 丙酮為溶劑提取時間與提取率的關系

表1 西蘭花類胡蘿卜素提取正交試驗因素與水平

表2 西蘭花類胡蘿卜素提取正交試驗結果與極差分析

圖10 西蘭花類胡蘿卜素粗提液與抗壞血酸清除羥基自由基能力的比較

2.5 類胡蘿卜素的抗氧化能力評價

由圖10可見，西蘭花類胡蘿卜素粗提物清除羥基自由基的能力與其濃度呈正相關。與抗壞血酸的抗氧化能力相比，在濃度為22.18μg/mL附近二者抗氧化能力相當；在濃度低于22.18μg/mL時西蘭花類胡蘿卜素粗提物抗氧化能力強于抗壞血酸；在濃度高于22.18μg/mL時西蘭花類胡蘿卜素粗提物抗氧化能力則低于抗壞血酸，但仍然有較強的抗氧化能力。

3 結論

通過上述實驗，認為用無水乙醇作為提取液、料液比1∶60、提取時間180min、提取溫度55℃時，可使西蘭花中類胡蘿卜素的提取達到最佳效果，提取率為268.26mg/100g。用水楊酸法測定類胡蘿卜素粗提物清除羥基自由基的能力，與抗壞血酸的清除能力進行對比，可知西蘭花類胡蘿卜素具有良好的抗氧化能力。◇

[1]邵金華，等.柚皮中類胡蘿卜素的提取及其穩定性的研究[J].食品工業科技，2014，35(2)：281-285.

[2]姬小明，邵惠芳，劉金霞，等.類胡蘿卜素的提取及分離方法研究進展[J].河南科學，2008(11)：1337-1339.

[3]周丹蓉，方智振，廖汝玉，等.李果皮花色素苷、類黃酮和類胡蘿卜素含量及抗氧化性研究[J].營養學報，2013，35(6)：571-576.

(責任編輯 李婷婷)

Extraction and Antioxidant Activity of Carotenoids from Broccoli

LI Shi-hong，LI Yuan-yuan，ZHANG Jia-yi，YU Wei，CHEN Wen-yu，SU Jin-fen，WANG Sui-lou
(College of Engineering，China Pharmceutical University，Nanjing 211198，China)

The optimal conditions of extraction carotenoids，including solvent，ratio of solid to liquid，temperature，time，and extracting frequencies，were determined based on single factor analysis，then orthogonal experiment was performed to determine the optimum extraction conditions.The extraction rate reached the highest value as 268.26mg/100g，when the broccoli powder was soaked by ethanol with ratio of solid to liquid being 1∶60 for 180 min under 55℃.Mainly determination on hydroxyl radical scavenging ability of crude extracts by salicylic acid method proved the carotenoid crude extract had strong antioxidant capacity.

broccoli；carotenoids；extraction condition；antioxidant capacity

2016年國家級大學生創新創業訓練計劃項目(項目編號：J1310032)。

李世紅(1996— )，女，本科生，專業：食品質量與安全。

王歲樓(1961— )男，博士，教授，博士生導師，研究方向：食品科學與安全。