微波輔助低共熔溶劑提取鷹嘴豆中黃酮及其抗氧化活性的研究

,2,*

(1.石河子大學(xué)食品學(xué)院,新疆石河子 832000;2.新疆植物藥資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832000)

鷹嘴豆又名桃爾豆、雞豆,是世界第三大豆類,為藥食兩用資源,富含多種營(yíng)養(yǎng)和功效成分[1]。已有研究表明,鷹嘴豆和其他豆類一樣,是提供生物活性成分——黃酮類物質(zhì)的重要食物來(lái)源,而黃酮類化合物在抗癌、抗菌、抗病毒、抗炎癥、抗糖尿病并發(fā)癥等方面表現(xiàn)優(yōu)異,其中鷹嘴豆異黃酮更是一種良好的植物雌激素補(bǔ)充劑[2]。新疆作為我國(guó)鷹嘴豆種植主要省份,當(dāng)前對(duì)其開(kāi)發(fā)利用僅限于鷹嘴豆全粉、干豆等初級(jí)加工產(chǎn)品,附加值較低,基礎(chǔ)研究滯后[3]。若能提取鷹嘴豆中的多種生物活性成分(如黃酮)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域,對(duì)于推進(jìn)鷹嘴豆高值化利用、促進(jìn)鷹嘴豆產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

目前,黃酮類物質(zhì)提取常用的溶劑為水、乙醇、有機(jī)溶劑等[4],存在成本高、安全性低、活性組分易損失、污染環(huán)境等不足。而低共熔溶劑作為一種新型介質(zhì),以其安全無(wú)毒、易生物降解、污染較少、充足且價(jià)格低廉、能精細(xì)調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì)、可回收利用、活性組分功效易于保留等優(yōu)勢(shì)[5-7],在國(guó)外已成功用于黃酮、多酚、多糖、蛋白質(zhì)、異黃酮、花青素、白藜蘆醇、香草醛[8-15]等多種生物活性成分的提取,而國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道甚少。

為了解低共熔溶劑提取鷹嘴豆黃酮的規(guī)律及所得黃酮的抗氧化能力,本研究針對(duì)新疆鷹嘴豆,以低共熔溶劑為提取劑,選取價(jià)廉易得的氯化膽堿為氫鍵受體,采用微波輔助技術(shù)提取其中的黃酮類化合物,然后對(duì)其體外抗氧化活性進(jìn)行初步評(píng)價(jià),為鷹嘴豆黃酮的后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鷹嘴豆 產(chǎn)自新疆木壘縣;脫脂鷹嘴豆粉 實(shí)驗(yàn)室自制;氯化膽堿、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 上海源葉生物科技有限公司;乙二醇、丙三醇、尿素、氫氧化鈉 天津市化學(xué)試劑三廠;檸檬酸 天津市登科化學(xué)試劑有限公司;無(wú)水乙醇 天津市富起化工有限公司;亞硝酸鈉 天津市巴斯夫化工有限公司;硝酸鋁 天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司,氯化膽堿、乙二醇、丙三醇、尿素、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁 均為分析純。

BS 2000S天平(d=0.01 g) 北京賽多利斯天平有限公司;78-1磁力加熱攪拌器 常州普天儀器制造有限公司;GL-20G-Ⅱ高速離心機(jī) 賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司;JP-1000B-2高速多功能粉碎機(jī) 永康市永久工貿(mào)有限公司;M1-211A微波爐 廣東美的廚房電器制造有限公司;UVmini-1240 SHIMADZU紫外分光光度計(jì)、HWS-28電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 氯化膽堿基低共熔溶劑的制備 以氯化膽堿為氫鍵受體,分別以檸檬酸、葡萄糖、丙三醇、尿素和乙二醇等為氫鍵供體,二者按一定的摩爾比混合,并加入低共熔溶劑體系體積分?jǐn)?shù)30%的水進(jìn)行加熱攪拌至完全溶解,直至形成均勻透明的無(wú)色液體[16]。

1.2.2 鷹嘴豆黃酮的提取 稱取一定量的脫脂鷹嘴豆粉,與低共熔溶劑混合均勻,置于微波爐中進(jìn)行提取,待提取液冷卻至室溫后,7000 r/min離心10 min,收集上清液即得鷹嘴豆黃酮。

1.2.3 鷹嘴豆黃酮得率的計(jì)算 采用硝酸鋁顯色法測(cè)定黃酮含量[17]。精確移取樣品上清液2 mL于試管中,用60%無(wú)水乙醇將其稀釋至4.00 mL,加入5%亞硝酸鈉溶液0.10 mL,振蕩搖勻,靜置反應(yīng)6 min;加入10%硝酸鋁溶液0.10 mL,振蕩搖勻,靜置反應(yīng)6 min;加入4%氫氧化鈉1.00 mL,用蒸餾水定容至5 mL,振蕩搖勻,靜置反應(yīng)15 min后在510 nm吸收波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,以黃酮濃度為橫坐標(biāo)x,測(cè)出的吸光度為縱坐標(biāo)y,繪制黃酮標(biāo)準(zhǔn)曲線,得回歸方程為:y=5.5179x-0.0043(R2=0.9992)。黃酮得率的計(jì)算公式如下[18]:

式中:X:樣品液所測(cè)吸光值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線上的濃度,mg/mL;V0:樣品液定容后的體積,mL;V1:測(cè)吸光值時(shí)所吸取樣品液的體積,mL;V2:定容后待測(cè)樣品液體積,mL;m:鷹嘴豆質(zhì)量,g;W:總黃酮得率,mg/g。

1.2.4 鷹嘴豆黃酮提取單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1 氫鍵供體種類對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 以氯化膽堿為氫鍵受體,分別以丙三醇、乙二醇、檸檬酸、葡萄糖和尿素為氫鍵供體,摩爾比為1∶2配制低共熔溶劑,并調(diào)節(jié)低共熔溶劑含水量的體積分?jǐn)?shù)為30%,鷹嘴豆粉末與低共熔溶劑的料液比為1∶20 g/mL,在微波功率為675 W條件下微波提取120 s,計(jì)算鷹嘴豆黃酮得率[19]。

1.2.4.2 低共熔溶劑體系的摩爾比對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 將氯化膽堿和檸檬酸分別按摩爾比1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1配制低共熔溶劑,調(diào)節(jié)低共熔溶劑含水量的體積分?jǐn)?shù)為30%,鷹嘴豆粉末與低共熔溶劑的料液比1∶20 g/mL,微波功率為675 W條件下微波提取120 s,計(jì)算鷹嘴豆黃酮得率。

1.2.4.3 低共熔溶劑體系含水量對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 將氯化膽堿和檸檬酸按摩爾比為1∶2配制低共熔溶劑,調(diào)節(jié)低共熔溶劑體系含水量的體積分?jǐn)?shù)分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%,鷹嘴豆粉末與低共熔溶劑的料液比為1∶20 g/mL,在微波功率為675 W條件下微波提取120 s,計(jì)算鷹嘴豆黃酮得率。

1.2.4.4 料液比對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 將氯化膽堿和檸檬酸按摩爾比為1∶2配制低共熔溶劑,調(diào)節(jié)低共熔溶劑體系含水量的體積分?jǐn)?shù)為30%,將鷹嘴豆粉末與低共熔溶劑的料液比(g/mL)分別設(shè)為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60 g/mL,在微波功率為675 W條件下微波提取120 s,計(jì)算鷹嘴豆黃酮得率[20]。

1.2.4.5 微波功率對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 將氯化膽堿和檸檬酸按摩爾比為1∶2配制低共熔溶劑,調(diào)節(jié)低共熔溶劑體系含水量的體積分?jǐn)?shù)為30%,鷹嘴豆粉末與低共熔溶劑的料液比為1∶20 g/mL,分別設(shè)置微波功率為600、675、750、825 W,微波提取120 s,計(jì)算鷹嘴豆黃酮得率。

1.2.4.6 微波時(shí)間對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 將氯化膽堿和檸檬酸按摩爾比為1∶2配制低共熔溶劑,調(diào)節(jié)低共熔溶劑體系含水量的體積分?jǐn)?shù)為30%,鷹嘴豆粉末與低共熔溶劑的料液比為1∶20 g/mL,在微波功率為675 W條件下分別提取60、90、120、150、180、210、240、270、300 s,計(jì)算鷹嘴豆黃酮得率。

1.2.5 鷹嘴豆黃酮提取的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取微波時(shí)間、微波功率、料液比、含水量四個(gè)因素設(shè)計(jì)Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)[21]。試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表 1。

表1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experimental design

1.2.6 鷹嘴豆中黃酮的抗氧化活性測(cè)定

1.2.6.1 DPPH·清除率測(cè)定 參照文獻(xiàn)[22]測(cè)定方法。取不同濃度的樣品溶液(0.015、0.030、0.050和0.150 mg/mL)1 mL與1 mL 0.2 mmol/L 的DPPH工作液,混勻后避光放置 30 min,在波長(zhǎng) 517 nm檢測(cè)樣品吸光度,平行測(cè)定三組,取平均值,等濃度的抗壞血酸(VC)作為陽(yáng)性對(duì)照組。DPPH清除率計(jì)算公式如下:

DPPH·清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100

式中:A1為加入提取物的吸光度;A2為本底吸收的吸光度;A3為空白溶液的吸光度。

1.2.6.2 ·OH清除率測(cè)定 參照文獻(xiàn)[23],在試管中依次加入9 mmol/L的硫酸亞鐵溶液和8.8 mmol/L的過(guò)氧化氫溶液、以及不同濃度的樣品溶液(0.015、0.030、0.050和0.150 mg/mL)各1 mL,搖勻靜置10 min,之后加入9 mmol/L的水楊酸-醇溶液1 mL于37 ℃水浴下避光反應(yīng)30 min。在510 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度,平行測(cè)定三組,取平均值,以VC作陽(yáng)性對(duì)照?！H清除率計(jì)算公式如下:

·OH清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100

式中:A1為加入提取物的吸光度;A2為本底吸收的吸光度;A3為空白溶液的吸光度。

1.2.6.3 ABTS+·清除率測(cè)定 參照文獻(xiàn)[24]測(cè)定方法,將7 mmol/L ABTS+溶液與2.45 mmol/L K2S2O8混合,置于暗處反應(yīng)16 h制成ABTS儲(chǔ)備液,用95%乙醇稀釋ABTS溶液至吸光度為0.70±0.02(波長(zhǎng)734 nm)制成ABTS工作液。取不同濃度的樣品溶液(0.015、0.030、0.050和0.150 mg/mL),加入ABTS工作液,反應(yīng)6 min后測(cè)量其在波長(zhǎng)734 nm處的吸光度,平行測(cè)定三次,取平均值,以VC作陽(yáng)性對(duì)照。ABTS+·清除率計(jì)算公式如下:

ABTS+·清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100

式中:A1為加入提取物的吸光度;A2為本底吸收的吸光度;A3為空白溶液的吸光度。

1.2.6.4 總還原力測(cè)定 參照文獻(xiàn)[25]的方法進(jìn)行,取不同濃度的樣品溶液(0.015、0.030、0.050和0.150 mg/mL)1.0 mL,分別加入0.2 mL濃度為0.2 mol/L的磷酸鹽緩沖液(pH6.6)和0.5 mL濃度為1%的鐵氰化鉀溶液,混勻后置于50 ℃水浴鍋中反應(yīng) 20 min,加入1.0 mL濃度為10%的三氯乙酸溶液終止反應(yīng),轉(zhuǎn)入離心管中并在4000 r/min下離心10 min,取上清液 1.5 mL置于試管中,并向其中加0.2 mL 1%的三氯化鐵溶液和3 mL的去離子水,搖勻反應(yīng)8 min,在700 nm處測(cè)定其吸光度,平行測(cè)定三組,取平均值,以VC作陽(yáng)性對(duì)照。吸光值越大則代表樣品還原能力越強(qiáng)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.5軟件做圖,Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行方差顯著性處理和分析,測(cè)定數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 鷹嘴豆黃酮提取單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 氫鍵供體種類對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 由圖1可知,以氯化膽堿為氫鍵受體,當(dāng)氫鍵供體為檸檬酸時(shí),鷹嘴豆黃酮得率最高。這可能是因?yàn)榈凸踩廴軇┳鳛樘崛?首先,它具有一定溶出能力,即它們對(duì)質(zhì)子和電子的貢獻(xiàn)和接受能力,有利于分子間氫鍵及物質(zhì)間相互作用力的形成,從而影響黃酮提取效率;其次,不同低共熔溶劑,會(huì)導(dǎo)致極性等物理化學(xué)特性的差異,根據(jù)“相似相溶原理”,使得目標(biāo)物溶出程度有所不同;第三,由于氯化膽堿和檸檬酸組成的低共熔溶劑體系粘度較小,易于流動(dòng)和擴(kuò)散,且一定粘度的存在,促使鷹嘴豆粉末懸浮、分散于溶劑中,這增大了二者的接觸面積,有利于黃酮物質(zhì)的釋放[26]。因此選用氯化膽堿和檸檬酸構(gòu)建的低共熔溶劑體系作為提取溶劑進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖1 氫鍵供體種類對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響Fig.1 Effect of hydrogen bond donor species on the yield of chickpea flavonoids

2.1.2 低共熔溶劑體系的摩爾比對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 由圖2可知,以氯化膽堿為氫鍵受體,檸檬酸為氫鍵供體,二者摩爾比為1∶2構(gòu)建的低共熔溶劑體系,黃酮得率最高,這可能是因?yàn)槁然憠A呈堿性,檸檬酸呈酸性,而黃酮類分子中酚羥基的存在,使其呈酸性,因此偏酸性的環(huán)境有利于黃酮的提取,但過(guò)酸或過(guò)堿,會(huì)極大改變低共熔溶劑的pH、極性、粘度、密度等物理化學(xué)性質(zhì),使得黃酮得率反而較低[27],因此選擇氯化膽堿與檸檬酸的摩爾比為1∶2構(gòu)建低共熔溶劑體系提取鷹嘴豆黃酮。

圖2 氯化膽堿與檸檬酸的摩爾比對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響Fig.2 Effect of molar ratio of choline chloride to citric acid on the yield of chickpea flavonoids

2.1.3 低共熔溶劑體系含水量對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 由圖3可以看出,當(dāng)?shù)凸踩廴軇┖康捏w積分?jǐn)?shù)為30%時(shí),黃酮得率最大。低共熔溶劑含水量的體積分?jǐn)?shù)為10%～30%時(shí),黃酮得率呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì),可能是因?yàn)榧铀梢源蟠蠼档吞崛┱扯?調(diào)節(jié)提取劑的極性,有助于加強(qiáng)原料的膨脹,從而增大原料與提取劑的接觸面積,使得更多的黃酮溶出[28]。但當(dāng)?shù)凸踩廴軇┖砍^(guò)30%后,再繼續(xù)增加含水量,黃酮的得率反而下降,這可能是由于加入過(guò)量的水后減弱了低共熔溶劑與黃酮間的相互作用力,從而使目標(biāo)成分得率下降[29],因此低共熔溶劑體系含水量以30%為宜。

圖3 低共熔溶劑體系含水量對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響Fig.3 Effect of water content of eutectic solvent system on yield of chickpea flavonoids

2.1.4 料液比對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 由圖4可知,料液比在1∶20 g/mL之前,黃酮得率隨料液比的增大而升高,這可能是由于溶劑的適量增加能增大鷹嘴豆黃酮在溶劑中的接觸面積與分散度,增強(qiáng)擴(kuò)散作用[29],提高黃酮得率。但過(guò)高的料液比反而使黃酮得率下降,這可能是因?yàn)榱弦罕仍黾拥揭欢ǔ潭群?黃酮已基本溶出,再單純加大溶劑比例對(duì)黃酮的提取作用不明顯甚至起到稀釋作用,得率反而下降[31]。因此選擇1∶20 g/mL作為鷹嘴豆黃酮提取的料液比。

圖4 料液比對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響Fig.4 Effect of ratio of material to liquid on the yield of chickpea flavonoids

2.1.5 微波功率對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 由圖5可知,微波功率為675 W時(shí),黃酮得率最大。微波功率從600 W升至675 W時(shí),黃酮得率有所增加,這可能是因?yàn)槲⒉üβ试酱?分子振動(dòng)速度越快,使得分子間摩擦增加,有利于黃酮溶出[32],另外溫度升高,低共熔溶劑的粘度降低,鷹嘴豆粉溶解和分散的更充分,因此有更多的黃酮析出;但當(dāng)微波功率繼續(xù)增大時(shí),黃酮的得率明顯降低,可能是由于微波功率繼續(xù)加強(qiáng)時(shí),其強(qiáng)熱效應(yīng)會(huì)破壞黃酮,同時(shí)增加雜質(zhì)的溶出,從而降低黃酮得率[33],因此選用微波功率為675 W為宜。

圖5 微波功率對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響Fig.5 Effect of microwave output power on yield of chickpea flavonoids

2.1.6 微波時(shí)間對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響 由圖6可以看出,隨著微波提取時(shí)間的延長(zhǎng),鷹嘴豆中黃酮類化合物的得率呈先升高后降低趨勢(shì),在240 s時(shí)鷹嘴豆總黃酮的得率最高。其原因可能是微波提取時(shí)間短,黃酮類化合物溶出不徹底;而提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致黃酮類化合物結(jié)構(gòu)破壞,造成損失,降低得率[34]。

圖6 微波時(shí)間對(duì)鷹嘴豆黃酮得率的影響Fig.6 Effect of microwave time on the yield of chickpea flavonoids

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果 利用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。采用Design-Expert 8.05軟件,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸擬合,得到鷹嘴豆黃酮得率(Y)對(duì)應(yīng)編碼自變量微波時(shí)間(A)、微波功率(B)、料液比(C)、含水量(D)的二次多項(xiàng)回歸方程模型為:

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Response surface experiment results

Y=2.55-0.10A-0.093B+0.093C+0.036D-0.070AB+0.067AC-0.073AD+0.065BC+0.075BD+0.070CD-0.29A2-0.29B2-0.20C2-0.16D2。

由表3可知,一次項(xiàng)A、B、C影響極顯著(P<0.01);交互項(xiàng)AB、AC、AD、BC、BD、CD影響顯著(P<0.05);A2、B2、C2、D2影響極顯著(P<0.01);失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)。模型R2=0.9695,因此模型擬合情況較好,能較好地反映微波時(shí)間、微波功率、料液比和含水量之間的關(guān)系,該回歸方程還可較好地預(yù)測(cè)鷹嘴豆總黃酮得率隨各參數(shù)的變化規(guī)律;根據(jù)F值可知各因素對(duì)得率影響程度的大小順序?yàn)?微波時(shí)間>微波功率>料液比>含水量。

表3 響應(yīng)面二次模型方差分析Table 3 Response surface quadratic model analysis of variance

2.2.2 各個(gè)因素相互作用的響應(yīng)曲面圖 響應(yīng)面模型繪制各因素交互作用見(jiàn)圖7～圖12。由圖7可知,隨著微波功率和微波時(shí)間的增加,鷹嘴豆中黃酮的得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),等高線為橢圓形且圖形陡峭,表明微波功率和微波時(shí)間之間的交互作用對(duì)鷹嘴豆黃酮的得率影響顯著。

圖7 微波時(shí)間和微波功率交互作用的響應(yīng)面曲面圖與等高線圖Fig.7 Response surface curve and contour map of interaction of microwave time and microwave output power

由圖8可知,隨著微波時(shí)間和料液比的增加,鷹嘴豆黃酮的得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),等高線為橢圓形,表明微波時(shí)間和料液比之間的交互作用對(duì)鷹嘴豆黃酮得率影響顯著。由圖9可知,鷹嘴豆黃酮的得率隨微波功率和料液比的增加而降低,等高線橢圓形,表明微波功率和料液比的交互作用對(duì)鷹嘴豆黃酮的得率影響顯著。由圖10可看出,鷹嘴豆黃酮的得率隨微波時(shí)間和低共熔溶劑體系含水量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),等高線為橢圓形,表明微波時(shí)間和含水量的交互作用對(duì)鷹嘴豆黃酮的得率影響顯著。由圖11可看出,鷹嘴豆黃酮的得率隨料液比和低共熔溶劑體系含水量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),其等高線呈橢圓形,表明料液比和含水量之間的交互作用對(duì)鷹嘴豆黃酮的得率影響顯著。由圖12可看出,鷹嘴豆黃酮的得率隨微波功率和低共熔溶劑體系含水量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),其等高線呈橢圓形,表明微波功率和含水量的交互作用對(duì)鷹嘴豆黃酮的得率影響顯著。

圖8 微波時(shí)間和料液比交互作用的響應(yīng)面曲面圖與等高線圖Fig.8 Response surface curve and contour map of microwave time and material-liquid ratio interaction

圖9 微波功率和料液比交互作用的響應(yīng)面曲面圖與等高線圖Fig.9 Response surface and contour plots of microwave output power and material-liquid interaction

圖10 微波時(shí)間和低共熔溶劑體系含水量交互作用的響應(yīng)面曲面圖與等高線圖Fig.10 Response surface curve and contour map of interaction between microwave time and eutectic solvent system water content

圖11 料液比和低共熔溶劑體系含水量交互作用的響應(yīng)面曲面圖與等高線圖Fig.11 Response surface curve and contour map of interaction between material-liquid ratio and eutectic solvent system water content

圖12 微波功率和低共熔溶劑體系含水量交互作用的響應(yīng)面曲面圖與等高線圖Fig.12 Response surface curve and contour map of interaction of microwave output power and water content of eutectic solvent system

由上述響應(yīng)面模型繪制各因素交互作用的響應(yīng)面-等高線圖(圖7～圖12),它們直觀地反映了各影響因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。響應(yīng)曲面坡度越陡峭,表明響應(yīng)值對(duì)于因素的改變?cè)矫舾?反之曲面越平緩,表明響應(yīng)值對(duì)于因素的改變?cè)竭t鈍。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)回歸模型,得出鷹嘴豆中黃酮得率最高的優(yōu)化組合為微波時(shí)間:235.07 s;微波功率:668.78 W;料液比:1∶22.21 g/mL;含水量:29.87%,鷹嘴豆黃酮得率的理論最高值為2.58 mg/g?？紤]到實(shí)際操作的可行性,將微波時(shí)間調(diào)整為:235 s;微波功率:675 W;料液比:1∶22 g/mL;含水量:30%,在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),此時(shí)鷹嘴豆黃酮得率為2.49 mg/g。該值和理論值極為接近,表明采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化鷹嘴豆黃酮的提取工藝可行。

分析檢測(cè)表明,鷹嘴豆中的總黃酮含量約為2.75 mg/g,采用響應(yīng)面優(yōu)化的提取條件,微波輔助氯化膽堿基低共熔溶劑提取鷹嘴豆黃酮的提取率高達(dá)90.55%,而傳統(tǒng)的醇提法(70%乙醇),鷹嘴豆黃酮提取率僅為75.23%。由此可見(jiàn)低共熔溶劑可以作為一種可持續(xù)、高效、安全的提取劑,可以有效用于鷹嘴豆中黃酮類生物活性物質(zhì)的提取。

2.4 鷹嘴豆黃酮抗氧化活性分析

2.4.1 清除DPPH·能力 DPPH法是評(píng)價(jià)抗氧化活性的常用方法。鷹嘴豆中黃酮對(duì) DPPH·的清除能力隨黃酮濃度的變化如圖13所示。從圖13可知,濃度較低時(shí),VC的DPPH·清除能力稍優(yōu)于鷹嘴豆黃酮;隨著濃度的增加,鷹嘴豆黃酮、VC溶液對(duì) DPPH·的清除率均呈上升趨勢(shì),當(dāng)濃度為 0.150 mg/mL時(shí),二者相差不大。

圖13 鷹嘴豆黃酮對(duì) DPPH·的清除能力隨溶液濃度的變化Fig.13 Scavenging ability of chickpea flavonoids to DPPH· with solution concentration注:圖中不同字母表示同一樣品不同濃度時(shí)差異顯著(P<0.05)；圖14～16同。

2.4.2 清除·OH能力 ·OH是一種氧化能力很強(qiáng)的活性氧,會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生氧化損傷,與多種疾病的發(fā)生有關(guān)。由圖14可知,溶液濃度在0.015～0.150 mg/mL范圍內(nèi),當(dāng)黃酮濃度為0.050 mg/mL時(shí),對(duì)·OH的清除率達(dá)到最大,為94.39%,VC溶液濃度為0.150 mg/mL,對(duì)·OH的清除率達(dá)到最大,為95.39%。與相同濃度的抗壞血酸相比,鷹嘴豆黃酮對(duì)·OH的清除率略低于抗壞血酸,但也表現(xiàn)出一定的清除·OH能力。

圖14 鷹嘴豆黃酮對(duì)·OH的清除能力隨溶液濃度的變化Fig.14 Scavenging ability of chickpea flavonoids to·OH with solution concentration

2.4.3 清除ABTS·能力 鷹嘴豆中黃酮對(duì)ABTS+·的清除能力隨黃酮濃度的變化如圖15所示。從圖15可知,隨著溶液濃度的增加,鷹嘴豆黃酮、VC對(duì)ABTS+·的清除率均呈上升趨勢(shì),兩者質(zhì)量濃度與ABTS+·清除率之間均表現(xiàn)出良好的量效關(guān)系,當(dāng)黃酮、VC的濃度為0.150 mg/mL時(shí),鷹嘴豆黃酮的ABTS+·清除能力高于VC。

圖15 鷹嘴豆黃酮對(duì)ABTS+·的清除能力隨溶液濃度的變化Fig.15 Scavenging ability of chickpea flavonoids to ABTS+· with solution concentration

2.4.4 總還原力測(cè)定 黃酮的抗氧化能力與其還原力有關(guān),還原力越大,抗氧化能力越強(qiáng)。由圖16可知,隨著鷹嘴豆黃酮和VC濃度增加,吸光光度值呈上升趨勢(shì),說(shuō)明抗氧化能力逐漸增強(qiáng)?？傮w而言,鷹嘴豆黃酮的總還原力高于VC,表明鷹嘴豆黃酮有較強(qiáng)的還原能力。

圖16 鷹嘴豆黃酮的總還原能力隨溶液濃度的變化Fig.16 Total reduction ability of chickpea flavonoids with solution concentration

3 結(jié)論

本研究以新疆特產(chǎn)鷹嘴豆為研究對(duì)象,采用微波輔助低共熔溶劑提取其中的黃酮類物質(zhì),低共熔溶劑的組成、摩爾比、含水量、料液比、微波功率和微波時(shí)間對(duì)鷹嘴豆黃酮的得率均有影響。通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn),確定微波輔助低共熔溶劑提取鷹嘴豆黃酮的最佳工藝條件為:低共熔溶劑組成為氯化膽堿-檸檬酸,二者摩爾比1∶2,體系含水量30%,微波時(shí)間235 s,微波功率為中低火,料液比為1∶22 g/mL,此時(shí)鷹嘴豆黃酮得率為2.49 mg/g,提取率可達(dá)90.55%。體外抗氧化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆黃酮的總還原力高于VC,其對(duì)DPPH·、·OH、ABTS+·具有良好的清除作用。