不同品種赤小豆子葉SOD提取技術(shù)優(yōu)化及活性研究

張瑞益，李 強，相微微，劉 寰

（榆林學(xué)院，陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點實驗室，陜西榆林719000）

赤小豆（Vigna angrlaris），又名赤豆，豆科豇豆屬，為一年生草本植物的種子，一般呈赤色，形狀為橢圓形或長橢圓形，是亞洲地區(qū)主要的豆類作物之一。我國的赤小豆栽培面積、生產(chǎn)量和出口量均為世界第一[1]。赤小豆含有豐富的營養(yǎng)，其中，蛋白質(zhì)含量17.5%～23.3%，淀粉48.2%～60.1%，食物纖維5.6%～18.6%[2-3]。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，赤小豆有抗氧化、降血脂、降血糖的作用[4-6]。中醫(yī)認為，赤小豆性平，有解毒排膿、消腫利尿等功效[7-8]。

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是一種可清除超氧自由基的金屬酶類[9]。它是超氧化物發(fā)生歧化反應(yīng)的催化劑，使超氧陰離子轉(zhuǎn)化為氧氣和過氧化氫，從而保護機體免受超氧陰離子自由基的危害[10-12]，起到抗輻射、抗腫瘤、延緩衰老、增強人體免疫等作用。SOD可在微生物、植物、動物體內(nèi)提取到，此過程有太多的因素需要綜合考慮，如：提取效率、材料資本、提取工藝可操作性、生產(chǎn)周期長短及最終產(chǎn)物活力等[13-14]，因此，并不是所有的原料都是SOD提取的理想對象。過去的SOD大多以血液為材料進行提取，此過程不僅工藝復(fù)雜、不易保存、制備成本高，而且還會引發(fā)病毒交叉感染的潛在危險[15]。相比之下，以植物為材料提取SOD有較高的安全性，為了高效提取SOD，近些年來國內(nèi)外很多學(xué)者進行了大量研究。超聲波輔助提取法通過破壞細胞組織來提取物質(zhì)，使得浸提效果強化，與其他方法相比，具有提取效率高、耗能低、提取時間短等優(yōu)點[16-18]。

本試驗以京農(nóng)紅8號赤小豆為材料，采用單因素試驗和正交試驗優(yōu)化出赤小豆子葉SOD提取的最佳工藝條件，并應(yīng)用最佳工藝條件對8個不同品種的赤小豆子葉SOD進行提取和分析，旨在研究赤小豆不同組織SOD的含量，同時也為赤小豆資源在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等方面更好、更充分的利用提供了理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試赤小豆品種為京農(nóng)8號、吉紅2號、冀紅9218、遼小豆2號、中紅10號、小豐2號、白紅3號、龍小豆3號，均由榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。其中，京農(nóng)8號為本試驗SOD提取技術(shù)優(yōu)化的對象。

核黃素（VB2）購于上海試劑二廠；濃鹽酸、氫氧化鈉、L-甲硫氨酸（Met），均購于天津市致遠化學(xué)試劑有限公司；乙二胺四乙酸（EDTA），購于西安化學(xué)試劑廠；氯化硝基四氮唑藍（NBT），購于上海藍季科技發(fā)展有限公司；乙二胺四乙酸二鈉，購于天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 赤小豆的培養(yǎng) 稱取200 g顆粒飽滿、大小均勻的京農(nóng)8號赤小豆種子，浸泡于蒸餾水中10 min，之后將其在培養(yǎng)皿中鋪勻，置于28℃恒溫箱中進行觀察（此過程培養(yǎng)皿需保持一定水分，并及時清除霉變個體）。待芽體長至15 cm左右，取子葉研磨，以備用。其余7種赤小豆培養(yǎng)方法相同。

1.2.2 赤小豆SOD提取流程 在赤小豆子葉研磨物中加0.05 mol/L磷酸緩沖液混勻，置于超聲波提取器，之后在水浴鍋中浸提，最后在4℃，1 000 r/min的條件下離心10 min，取上清液定容至50 mL備用。

1.2.3 單因素試驗 在7個影響赤小豆子葉SOD活性的相關(guān)因素中，變化其中一種參數(shù)，固定其他參數(shù)，測定赤小豆子葉SOD的活力大小，得出一定的規(guī)律，來確定7個相關(guān)因素的最優(yōu)值。具體參數(shù)設(shè)置列于表1。

表1 單因素參數(shù)設(shè)計

1.2.4 正交優(yōu)化試驗 根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，可知磷酸緩沖液pH值、液固比、超聲波功率、水浴浸提溫度這4個因素對赤小豆SOD提取結(jié)果影響較大。設(shè)計表2所示的4因素3水平試驗，得到最優(yōu)的赤小豆子葉SOD的提取方法。

表2 正交試驗（L9（34）因素水平

1.2.5 赤小豆子葉SOD提取率計算 首先進行光照反應(yīng)，將裝有SOD提取液的試管置于熒光燈下20 min；其次測定吸光值，光度計為560 nm；最后根據(jù)所得吸光值計算SOD的活力，計算公式如下。

式中，W為樣品鮮質(zhì)量（0.5 g）；v為測定酶液用量（0.1 mL）；V 為提取液總量（20 mL）；u為 1個酶活單位。

1.2.6 不同品種赤小豆子葉SOD含量測定 用正交試驗優(yōu)化出的各因素最佳值，提取8個品種的赤小豆子葉的SOD，并測出其活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有測定數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS19.0進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 超聲功率對赤小豆子葉SOD提取率的影響

由圖1可知，超聲功率為140 W時，赤小豆子葉SOD活力值最大，為13.61 U/g；當超聲功率為125，155 W時，二者間SOD活力沒有顯著差異，分別為 10.91，11.27 U/g；當超聲功率為 110，170 W時，二者間SOD活力也沒有顯著差異，170 W時，SOD活力值最低，為6.47 U/g。可知，在超聲功率為140 W時，SOD的活力值最大，為赤小豆子葉SOD提取的最適宜超聲功率條件。

2.1.2 液固比對赤小豆子葉SOD提取率的影響

由圖2可知，在不同液固比條件下，SOD活力差異顯著。SOD活力隨著固液比的增大呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。在液固比為20∶1（mL/g）時，SOD的活力達到最大值，為赤小豆子葉SOD提取的最適宜液固比。

2.1.3 磷酸緩沖液pH值對赤小豆子葉SOD提取率的影響 由圖3可知，不同pH值條件下，SOD的活力存在顯著差異。隨磷酸緩沖液pH值的增大，SOD活力呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。在pH值為7.0時，SOD的活力達到最大值，為赤小豆子葉SOD提取的最適宜pH條件。這是由于SOD的酶特性，其活性很容易受到pH值大小的影響。

2.1.4 水浴浸提溫度對赤小豆子葉SOD提取率的影響 由圖4可知，當水浴浸提溫度為50℃時，赤小豆子葉SOD活力最大，為12.82 U/g；當水浴溫度為40，60℃時，二者間SOD活力沒有顯著差異，SOD活力分別為11.21，10.64U/g；當水浴溫度為30，70℃時，二者間SOD活力也沒有顯著差異，70℃條件下，SOD活力最低，為6.54 U/g。可知，在水浴溫度為50℃時，SOD的活力達到最大值，為赤小豆子葉SOD提取的最適宜水浴溫度條件。當溫度高于50℃時，可能會對SOD造成部分損害，而溫度過低時，SOD提取不夠充分。

2.1.5 超聲時間對SOD提取率的影響 由圖5可知，不同的超聲時間條件下，SOD活力存在顯著差異。隨著超聲時間的增加，SOD活力呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，在超聲時間為25 min時，SOD活力達到最大，該時間長度為赤小豆子葉SOD提取的最適宜超聲時間。超聲時間在一定范圍內(nèi)增大可以使SOD的提取更加充分，但是超聲時間過長反而會影響SOD的活力。

2.1.6 水浴浸提時間對SOD提取率的影響 由圖6可知，不同的水浴浸提時間下SOD活力有顯著差異，當水浴浸提時間為1.5 h時，SOD活力達到了最大值。水浴浸提時間太長會影響SOD的活性，時間太短會使SOD提取不夠充分。

2.1.7 超聲水浴溫度對SOD提取率的影響 由圖7可知，超聲水浴溫度在30～50℃時，SOD的活力隨溫度的增加呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。在溫度為45℃時，SOD活力達到最大值，該值為赤小豆子葉SOD提取的最適宜溫度。當溫度大于45℃時，SOD活力反而下降，可能是由于高溫對SOD酶性產(chǎn)生了影響，其中，SOD活力在超聲水浴溫度在30，50℃之間差異不顯著。

2.2 正交試驗

表3 正交試驗結(jié)果分析

由單因素的試驗結(jié)果可知，影響赤小豆子葉SOD提取率的4個主要因素為液固比、超聲功率、磷酸緩沖液pH值和水浴浸提溫度。在采用單因素試驗所得的最佳超聲水浴溫度、最佳超聲時間及最佳水浴浸提時間的條件下，正交試驗分析4因素3水平下赤小豆子葉SOD提取的最適宜工藝參數(shù)，具體結(jié)果列于表3。

由表3可知，最優(yōu)組合為A2B2C2D1，即液固比為15∶1（mL/g）、超聲提取功率為140 W、磷酸緩沖液pH值為7.0和水浴浸提溫度40℃，是赤小豆子葉SOD提取的最佳工藝參數(shù)。以上各因素對試驗指標影響都較大，但超聲功率對赤小豆子葉SOD活力影響最大，4種因素的主次順序為B＞C＞A＞D。

2.3 不同品種赤小豆子葉SOD的含量分析

對8種赤小豆子葉SOD用優(yōu)化的最佳條件進行測定，結(jié)果列于表4。從表4可以看出，8種品種的SOD值均存在顯著差異；其中，SOD活性最高的為小豐7號，其活性為14.17 U/g，活性最低的是吉紅2號，其活性僅為8.97 U/g，8種品種赤小豆子葉SOD活性在8.97～14.17 U/g之間變動，其SOD活性極差為5.20 U/g。

表4 不同品種赤小豆子葉SOD活力值 U/g

3 討論

本試驗首先以京農(nóng)紅8號赤小豆子葉為SOD的提取材料進行單因素試驗，根據(jù)所得結(jié)果設(shè)計正交試驗，來優(yōu)化影響赤小豆子葉SOD提取率的4種主要因素，最終得出最優(yōu)且可行的組合為超聲提取功率140 W、磷酸緩沖液pH值7.0、液固比15∶1（mL/g）、水浴浸提溫度40℃。4種因素影響從大到小的順序為超聲功率＞磷酸緩沖液pH值＞液固比＞水浴溫度，超聲提取功率這一因素影響最大。

利用優(yōu)化試驗得出的SOD最佳提取工藝對8種赤小豆子葉SOD進行提取，并比較它們SOD的活力值，結(jié)果表明，8種赤小豆子葉SOD的活性有顯著差異，其值在8.97～14.17U/g，其中，小豐7號赤小豆子葉SOD活力最高，為14.17 U/g，而吉紅2號赤小豆子葉SOD活力最低，其活力值僅為8.97 U/g。造成這種差異的原因可能是由于培育不同品種赤小豆的土壤、氣候、人為灌溉、施肥等因素的不同所致，也可能是由于不同品種赤小豆自身生活的理化性質(zhì)導(dǎo)致。本試驗結(jié)果在一定程度上可以為今后更好的在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等方面利用赤小豆資源提供一定的理論依據(jù)。