襄麥冬總甾體皂苷提取工藝優化及體外清除自由基活性評價

楊佳娣 柯 婉 葉國棟 潘婉蓮 于 博 余海忠

(湖北文理學院化學工程與食品科學學院，湖北 襄陽 441053)

襄麥冬學名湖北麥冬(Liriopespicatavar.prolifera)，為百合科山麥冬屬植物，其塊根與川麥冬、杭麥冬一起入藥，連續收載于《中華人民共和國藥典》(1995，2000，2005，2010，2015年版)，是國家地理標志產品。甾體皂苷是襄麥冬的主要活性成分之一，在醫學研究、保健品開發、食品生產等方面應用廣泛[1]。目前，對襄麥冬甾體皂苷的研究，主要集中在成分或含量測定方面。張煒等[2]建立了UPLC-MS/MS法檢測婦康寧片中摻加的湖北麥冬皂苷；吳發明等[3]從中國四大產地的麥冬中均檢出麥冬皂苷D，但浙江麥冬含量較低；同時也發現不同產地麥冬中4種有效組分(2個皂苷和2個黃酮)的含量差異極顯著[4]。陳乃東等[5]證明高效毛細管電泳法可用于25R與25S-魯斯可皂苷元手性拆分，為魯斯可皂苷元藥理學研究、質量控制提供了新方法。吳弢等[6]采用ELSD測定了湖北麥冬中山麥冬皂苷 B的含量，結果表明ELSD是皂苷類化合物較為適宜的檢測器。林以寧等[7]采用HPLC-ELSD法測定發現不同種麥冬類藥材在皂苷元組成及含量上均有區別，其總苷元含量為：短葶山麥冬>川麥冬和湖北麥冬>杭麥冬。

也有學者開展了一些皂苷與其品質相關性的研究。王小剛[8]發現山麥冬皂苷B的含量在不同種苗間無顯著差異，但是與土壤中有效磷和全鉀呈顯著性相關。蘭宏昌[9]以山麥冬皂苷B含量等5個因素為考核指標，分析不同施加時間、不同施加劑量的多效唑對湖北麥冬質量和產量的影響，得出多效唑的合適施用量為0.84 g/m2，最佳施用時間為9月中下旬。朱業芹[10]以山麥冬皂苷B和多糖的含量作為質量評價指標，確定了以具有粗根、新生芽的植株為種苗，株距×行距(10 cm×15 cm)種植，摘花葶處理時的湖北麥冬質量和產量較優。

此外，在甾體皂苷的細胞活性評價、降血糖方面也有一些報道。林以寧等[7]發現不同種麥冬類藥材均對中性粒細胞呼吸爆發呈抑制作用，其中，短葶山麥冬對中性粒細胞的呼吸爆發具有較強的抑制作用。劉霞等[11-12]證實了湖北麥冬所含總多糖和總皂苷均具有降血糖作用，降糖效果為湖北麥冬總多糖>湖北麥冬總皂苷>湖北麥冬總提取物。

目前，關于襄麥冬的皂苷提取研究報道較少，僅見林韻涵[13]與劉霞[11,14]的報道。前者通過正交試驗獲得總皂苷最佳提取工藝的得率為18.67%；后者則利用大孔吸附樹脂分離、純化襄麥冬塊根提取物，得到純度含量為66.52%的總多糖和81.15%的總皂苷。而對襄麥冬甾體皂苷的抗氧化活性研究則更為鮮見，僅見其不同極性部位粗提物的[15]，尚未見單一類組分——總甾體皂苷的體外抗氧化活性報道。同時，從植物中尋找天然抗氧化物質已逐漸成為食品行業關注的熱點[16-17]，作為藥食兼用的襄麥冬，不僅具有較好的藥理與保健作用，還被廣泛用于食品開發，目前已有麥冬酒、麥冬茶、麥冬咀嚼片、麥冬酸奶等產品問世[18-19]。

基于上述，本試驗擬通過響應面法優化襄麥冬總甾體皂苷的提取工藝，并采用α-脫氧核糖法、鄰苯三酚自氧化法、DPPH法、ABTS法測試其體外抗氧化能力，以期能為天然抗氧化劑的開發提供一種新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

襄麥冬塊根：襄麥冬原產地——湖北襄陽歐廟，新鮮塊根洗凈后60 ℃烘干至恒重，粉碎待用；

α-脫氧核糖、硫代巴比妥酸、鄰苯三酚、ABTS、生育酚、甲醇等：分析純，國藥集團上海化學試劑有限公司；

DPPH：分析純，美國Sigma公司；

山麥冬皂苷B標準品：分析純，中國食品藥品檢定研究院；

微型植物粉碎機：FZ102型，天津泰斯特儀器有限公司；

數顯鼓風干燥箱：GZX-9240 MBE型，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；

紫外-可見光分光光度計：UV-1800型，日本島津公司；

高效液相色譜儀：LC-20AT型，日本島津公司；

超聲波清洗器：KH3200DB型，昆山禾創超聲儀器有限公司；

小型冷凍干燥機：FreeZone 12型，美國Labconco公司。

1.2 襄麥冬總甾體皂苷的提取

分別稱取1.0 g襄麥冬塊根粉碎物，加入一定體積甲醇進行超聲處理，在設定的溫度下提取一定時間后，過濾。濾渣轉移至索氏提取器內，加入100 mL甲醇，80 ℃恒溫水浴，繼續提取一定時間后停止，合并2次濾液，減壓濃縮得浸膏。取100 mL純水常溫超聲溶解浸膏，過濾，濾液中加入40 mL乙醚進行萃取脫酯。對保留的水層部分，依次加入15，10，5，5 mL水飽和正丁醇，分4次萃取樣品溶液，合并萃取的正丁醇層部分，依次進行45 ℃水浴減壓濃縮和-40 ℃真空冷凍干燥，所得產物即為襄麥冬總甾體皂苷。

1.3 甾體皂苷的HPLC含量測定

以山麥冬皂苷B的含量來示蹤襄麥冬塊根提取物中的總甾體皂苷含量，HPLC檢測條件：檢測器SPD-M20A，色譜柱Inert Sustain C18，柱溫箱CTO-20A，真空脫氣機DGU-20A3，流動相85%甲醇，流速0.3 mL/min，檢測波長208 nm，進樣量10 μL，等度洗脫40 min。用甲醇將山麥冬皂苷B標準品配制成0.125，0.250，0.050，0.750，1.000 mg/mL 的溶液，上機檢測后以質量濃度為橫坐標、峰面積為縱坐標制作標準曲線(圖1)，得到回歸方程y=7.99×106x-1.08×106，R2=0.995。

1.4 襄麥冬總甾體皂苷的提取單因素試驗設計

1.4.1 液料比對得率的影響 各取1 g樣品，分別按液料比10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1，35∶1 (mL/g)與甲醇混合，30 ℃超聲處理1.0 h后轉入索氏提取1.0 h。最后對樣品進行萃取、濃縮、干燥，用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液，測定其含量。

1.4.2 超聲處理溫度對得率的影響 各取1 g樣品，按液料比20∶1 (mL/g)與甲醇混合，分別在25，30，35，40，45，50 ℃下超聲處理1.0 h后轉入索氏提取1.0 h。最后對樣品進行萃取、濃縮、干燥，用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液，測定其含量。

1.4.3 超聲處理時間對得率的影響 各取1 g樣品，按液料比20∶1 (mL/g)與甲醇混合，30 ℃分別超聲處理0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h后轉入索氏提取1.0 h。最后對樣品進行萃取、濃縮、干燥，用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液，測定其含量。

圖1 山麥冬皂苷B的HPLC色譜圖及標準曲線

1.4.4 索氏提取時間對得率的影響 各取1 g樣品，按液料比20∶1 (mL/g)與甲醇混合，30 ℃超聲提取1.0 h后轉入索氏提取0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h。最后對樣品進行萃取、濃縮、干燥，用30 mL甲醇溶解定容即得總甾體皂苷溶液，測定其含量。

1.5 甾體皂苷的抗氧化活性測試

1.5.1 清除OH自由基的活性測試 采用α-脫氧核糖法[20]。取不同的具塞試管，分別依次加入0.20 mL的FeSO4-EDTA溶液(10 mmol/L)、0.20 mL的α-脫氧核糖溶液(10 mmol/L)、1 mL不同濃度的樣品溶液、0.4 mL磷酸緩沖液(pH 7.4，0.1 mol/L)和0.20 mL H2O2(10 mmol/L)，混勻，37 ℃水浴1 h后，再依次加入1 mL的2.8 g/100 mL三氯乙酸溶液和1.0 mL的1.0 g/100 mL硫代巴比妥酸溶液，迅速搖勻，100 ℃水浴10 min，冷水冷卻后在532 nm處測定吸光值AS。不加樣品溶液，同上操作處理，測定其對比吸光值AC。不加樣品溶液且不在37 ℃水浴中反應，其它處理同上，測定空白吸光值A0。每個樣品重復3次，清除率按式(1)計算：

S=[1-(AS-A0)/(AC-A0)]×100%，

(1)

式中：

S——清除率，%；

AS——樣品吸光值；

A0——空白吸光值；

AC——對比吸光值。

S=(Ac-As)/Ac×100%，

(2)

式中：

S——清除率，%；

Ac——對照吸光值；

As——樣品吸光值。

1.5.3 清除DPPH自由基的活性測試 采用DPPH法[22]。取不同的具塞試管，分別依次加入3.9 mL的DPPH甲醇溶液(25 mg/L)和0.1 mL不同濃度的樣品，混勻，將試管放入暗處反應30 min后，立刻取出測定其在515 nm處吸光值，空白用甲醇替代樣品溶液，其它操作相同。每個樣品重復3次，清除率按式(3)計算：

S=[(A0-As)/A0]×100%，

(3)

式中：

S——清除率，%；

As——樣品吸光值；

A0——空白吸光值。

1.5.4 清除ABTS自由基的活性測試 采用ABTS法[23]。取0.2 mL的ABTS(7.4 mmol/L)溶液，加入0.2 mL的K2S2O8(2.6 mmol/L)溶液，混勻，室溫避光靜置12 h，用95%乙醇稀釋40倍，此時在734 nm處測得吸光值為0.7±0.02即可。取不同的具塞試管，分別加入0.8 mL上述溶液和0.2 mL 不同濃度的樣品溶液，劇烈振搖10 s，充分混合，靜置6 min，立刻測定其在734 nm處吸光值。空白用乙醇代替，每個樣品重復3次，清除率按式(4)計算：

S=(1-AS/A0)×100%，

(4)

式中：

S——清除率，%；

AS——樣品吸光值；

A0——空白吸光值。

1.6 數據處理

響應面試驗設計與數據處理采用Design-expert 8.0.6進行，其它數據采用Origin Pro 8.5進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

目前，已從襄麥冬塊根中分離出包括山麥冬皂苷B在內的14種結構的甾體皂苷[24]。本試驗以山麥冬皂苷B含量為示蹤指標。

2.1.1 液料比對得率的影響 由圖2(a)可知，液料比對甾體皂苷含量影響較大。總體上看，在設定的范圍內液料比為20∶1 (mL/g)時，提取物中山麥冬皂苷B的含量最大，達到0.069 2 mg/mL。此時，也意味著提取的甾體皂苷的含量最大。

2.1.2 超聲處理溫度對得率的影響 由圖2(b)可知，超聲溫度對山麥冬皂苷B的影響趨勢與液料比的類似，也是先增加后減小，可能與襄麥冬塊根中富含多糖有一定的關系，在加熱的情況下，樣品粉末自身攜帶的少量水分與富含多糖的塊根粉末糊化，形成膠體，阻擋了部分甲醇與甾體皂苷分子的充分接觸，影響了甾體皂苷的進一步溶解。

2.1.3 超聲處理時間對得率的影響 由圖2(c)可以看出，超聲處理時間對甾體皂苷的提取含量的影響比較小，提取物中山麥冬皂苷B的平均含量維持在0.058 5 mg/mL左右，因此，取0.5 h作為超聲處理時間。

2.1.4 索氏提取時間對得率的影響 由圖2(d)可知，在3 h之前，隨著提取時間的延長，山麥冬皂苷B的含量也隨之提高，達到3 h之后，提取含量的增幅減小，甾體皂苷的含量趨于穩定。因此，考慮提取時間成本，選擇3 h作為最佳索氏提取時間。

2.2 響應面法試驗結果

2.2.1 響應面法試驗設計及結果 利用Design-expert軟件，結合單因素試驗結果，在超聲處理0.5 h的基礎上，選擇液料比、超聲處理溫度、索氏提取時間3個為影響因素，分析各因素及因素間對提取物中山麥冬皂苷B含量的影響，試驗設計及結果分別見表1、2。

圖2 處理因素對襄麥冬總甾體皂苷含量的影響

2.2.2 方差分析 利用軟件對表2試驗數據進行多元回歸比擬，得出甾體皂苷含量(Y)對超聲處理液料比、超聲處理溫度和索氏提取時間的二次多項回歸方程為：

Y=-0.221 65+0.008 435A+0.008 79B+0.025 35C+3E-06AB-0.000 485AC-0.000 185BC-0.000 182 5A2-0.000 104 5B2-0.001 262 5C2。

(5)

由表3可以看出，模型P=0.000 3<0.01，說明此回歸模型極顯著；失擬誤差P=0.797 1>0.05，說明檢驗結果與模型計算結果不存在顯著差異，相關系數R2=0.964 2，說明96.42% 的試驗數據的變異性可以用此回歸模型解釋，和實際情況擬合程度較好。因此，該方程可用于分析和預測襄麥冬塊根總甾體皂苷的提取工藝。

2.2.3 主效應分析 對試驗數據進行方差分析，結果見表3。根據各因素變量的顯著性檢驗，可以看出：C因素的顯著水平P<0.01，說明索氏提取時間對甾體皂苷含量的影響極顯著；A因素的顯著水平P<0.05，說明超聲液料比對甾體皂苷含量的影響顯著；而B因素顯著水平0.193 2>0.05，即超聲處理溫度對甾體皂苷含量的影響不顯著，因此，各因素對甾體皂苷含量的影響主次順序為：C>A>B。

表1 Box-Behnken設計的因素水平表

表2 Box-Behnken的試驗設計及結果

Table 2 Experimental design and results of Box-Behnken center composite

試驗號ABC甾體皂苷含量/(mg·mL-1)11010.069 320110.070 830000.073 340000.072 150000.074 16-1010.070 67-1-100.063 3801-10.066 891-100.065 3101100.067 11110-10.067 212-1100.064 8130000.071 2140-110.071 9150-1-10.064 216-10-10.058 8170000.070 8

2.2.4 兩因素間的交互效應分析 保持1個因素為最優條件，對其它2個因素間的交互效應進行分析，它們與響應值的關系用三維空間響應面圖和三維等高線圖表示，具體見圖3。

圖3(a)、(b)顯示的是超聲處理溫度與液料比對甾體皂苷含量的影響。隨著溫度和液料比的增加，甾體皂苷含量均有一個先逐漸升高后逐漸降低的過程。圖3(c)、(d)顯示的是索氏提取時間與液料比對甾體皂苷含量的影響。當固定液料比在某一值時，隨著索氏提取時間的延長，甾體皂苷含量逐漸升高；當固定索氏提取時間在某一值時，隨著液料比的升高，甾體皂苷含量先增加后減少。圖3(e)、(f)顯示的是索氏提取時間與超聲處理溫度對甾體皂苷含量的影響，它們之間的交互影響趨勢與圖3(c)、(d)類似。

表3 各因素的回歸系數及影響因子的顯著性?

? *：P<0.05，顯著；**：P<0.01，極顯著；R2=0.964 2。

圖3 兩因素間的交互效應分析

2.2.5 響應面最佳條件的選擇及驗證 利用軟件對襄麥冬總甾體皂苷提取工藝進行響應面分析，得出最佳提取條件為：超聲處理時間0.5 h、液料比19.45∶1 (mL/g)、超聲處理溫度39.68 ℃、索氏提取時間3 h，此時，提取物中甾體皂苷含量最高，達到0.074 3 mg/mL。為了驗證預測值是否準確，同時考慮到實際操作的便利，將最佳條件調整為：超聲處理時間0.5 h、液料比19.5∶1 (mL/g)、超聲處理溫度39.7 ℃、索氏提取時間3 h。在此條件下，進行3次平行實驗，結果測得的甾體皂苷含量為0.073 8 mg/mL，與預測值相差0.000 5，非常接近。這證明二次多元回歸模型的預測值與實際值吻合良好，具有較高的可信度和實用價值。本試驗主要考察響應面法在襄麥冬甾體皂苷提取條件上的優化應用，對樣品采用甲醇溶解輔以超聲處理、80 ℃索氏提取、萃取、減壓濃縮和冷凍干燥等處理步驟，獲得最佳工藝下的提取得率為22.14%，比林韻涵等[13]報道的通過正交試驗優化的提取得率(18.67%)高出近4%，證明采用響應面法優化可有效提高襄麥冬甾體皂苷的得率。

2.3 自由基清除活性的評價

2.3.1 清除OH自由基的活性測試 圖4(a)顯示的是甾體皂苷對OH自由基的清除活性變化情況：在較低濃度范圍內，清除率隨著濃度的增加而急劇升高；但是當濃度達到一定數值后，清除率雖然仍隨濃度的增加而升高，但是升高的趨勢減緩，這種變化趨勢與陽性對照生育酚類似。在設定的最高濃度為1.28 mg/mL時，清除率達到最高(59.66%)，表明襄麥冬甾體皂苷對OH自由基具有較強的清除能力。

2.3.3 清除DPPH自由基的活性測試 圖4(c)顯示的是襄麥冬甾體皂苷對DPPH自由基的清除活性。雖然隨著樣品濃度的升高而呈逐步加強的趨勢，但是總體上看，相較于陽性對照生育酚，其清除能力并不強，在設置的最高濃度1.28 mg/mL時，清除率也僅為10.5%。

2.3.4 清除ABTS自由基的活性測試 由圖4(d)可知，同清除DPPH自由基活性一樣，襄麥冬甾體皂苷對ABTS自由基的清除能力也較弱，在設置的最高濃度1.28 mg/mL時，清除率也僅為28.7%。

圖4 襄麥冬甾體皂苷對不同自由基的體外清除活性評價

3 結論

本試驗以湖北道地藥材——襄麥冬塊根為研究材料，采用響應面法優化了總甾體皂苷提取工藝，并對提取物的體外清除自由基能力進行了評價。結果表明，當采用超聲處理時間0.5 h、液料比19.5∶1 (mL/g)、超聲處理溫度39.7 ℃、索氏提取時間3 h處理襄麥冬塊根粉碎物時，提取物中甾體皂苷含量最高，此時，山麥冬皂苷B可達到0.073 8 mg/mL，即30 mL的提取物溶液中山麥冬皂苷B的含量為2.21 mg，提取得率達到22.14%。

本試驗對襄麥冬甾體皂苷所做的提取工藝優化，僅僅是采用響應面法進行的前期實驗室研究，考慮到工業生產應用實際，下一步的工作將從提取、分離、純化融合工藝參數優化，以及降低生產成本等方面展開，以期能建立一套產能高、成本低的成熟生產工藝。

[1] 劉星, 余江麗, 劉敏, 等. 近10年甾體皂苷的生物活性研究進展[J]. 中國中藥雜志, 2015, 40(13): 2 518-2 523.

[2] 張煒, 宋文靜, 武嘉庚, 等. UPLC-MS/MS法檢測婦康寧片中摻加的山麥冬[J]. 中成藥, 2017, 39(4): 867-869.

[3] 吳發明, 楊瑞山, 李敏, 等. 麥冬主流品種藥材質量比較研究[J]. 中國藥學雜志, 2017, 52(6): 447-451.

[4] 吳發明, 張思荻, 曾俊, 等. HPLC-ELSD法測定不同產地麥冬中4種代表性成分的含量[J]. 藥物分析雜志, 2016, 36(8): 1 370-1 376.

[5] 陳乃東, 陳瓊, 何健. 高效毛細管電泳法拆分25R、25S魯斯可皂苷元初步研究[J]. 藥物分析雜志, 2014, 34(5): 805-812.

[6] 吳弢, 余伯陽, 程志紅, 等. HPLC-ELSD法測定湖北麥冬中主要皂苷的含量[J]. 中草藥, 2000, 31(3): 175-177.

[7] 林以寧, 朱丹妮, 寇俊萍, 等. 麥冬類藥材皂苷元含量與其抑制中性粒細胞呼吸爆發的相關性[J]. 中國藥科大學學報, 2007, 38(6): 549-552.

[8] 王小剛. 湖北麥冬種植優化和遺傳多樣性研究[D]. 武漢: 華中科技大學, 2011: 25-30.

[9] 蘭宏昌. 多效唑應用于湖北麥冬種植的實驗研究[D]. 武漢: 華中科技大學, 2010: 46-48.

[10] 朱業芹. 湖北麥冬關鍵種植技術研究[D]. 武漢: 湖北中醫學院, 2007: 28, 35, 39.

[11] 劉霞. 湖北麥冬規范化種植及其提取物的降血糖作用研究[D]. 武漢: 湖北中醫學院, 2009: 41-44.

[12] 劉霞, 張安萍, 孫江橋, 等. 湖北麥冬不同提取物降血糖作用的研究[J]. 中國醫院藥學雜志, 2009, 29(9): 719-721.

[13] 林韻涵, 李崇明, 李曉東, 等. 湖北麥冬有效部位總皂苷的提取純化工藝研究[J]. 中藥材, 2013, 36(5): 803-806.

[14] 劉霞, 張瓊光, 向陽, 等. 大孔吸附樹脂同步提取湖北麥冬總多糖和總皂苷[J]. 時珍國醫國藥, 2009, 20(5): 1 235-1 236.

[15] 聶倫, 熊尚森, 余海忠. 襄麥冬不同極性部位粗提物抗氧化性能初步評價[J]. 山地農業生物學報, 2013, 32(1): 32-34, 51.

[16] 葛智超, 陳宏偉, 朱蘊蘭, 等. 富鍺金針菇菌絲體多糖的分離純化及對自由基的清除能力[J]. 農業工程, 2017, 7(3): 100-104, 112.

[17] 祁小妮, 馬曉紅, 李振亮, 等. 響應曲面優化丹參多糖提取工藝及抗氧化活性分析[J]. 南方農業學報, 2016, 47(11): 1 926-1 931.

[18] 鄒光友. 麥冬須根食用的綜合開發利用[J]. 食品科學, 1992(2): 33-36.

[19] 陳開霜, 陳美芳, 于博, 等. 轉谷氨酰胺酶在凝固型麥冬酸奶中的應用研究[J]. 中國釀造, 2017, 36(9): 158-162.

[20] 周婷, 劉統, 林丹潔, 等. 魚腥草甲醇提取物體外抗氧化性及抑菌活性評價[J]. 山地農業生物學報, 2012, 31(1): 87-90.

[21] 陳留勇, 孟憲軍, 賈薇, 等. 黃桃水溶性多糖的抗腫瘤作用及清除自由基、提高免疫活性研究[J]. 食品科學, 2004, 25(2): 167-170.

[22] 余海忠, 劉統, 林丹潔, 等. 鄂西北產魚腥草提取物體外抗氧化性的四種化學方法評價[J]. 中國野生植物資源, 2012, 31(1): 22-25.

[23] 白海娜, 王振宇, 劉瑞海, 等. 白藜蘆醇與黑木耳多糖協同清除ABTS自由基活性的研究[J]. 現代食品科技, 2014, 30(3): 64-68.

[24] YU Bo-yang, QIU Sheng-xiang, ZAW Kyaw, et al. steroidal glycosides from the subterranean parts ofLiriopespicatavar.prolifera[J]. Phytochemistry, 1996, 43(1): 201-206.