超聲波輔助提取三明產(chǎn)野生苦菜總氨基酸的研究

張晶晶，周文富

（三明學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，福建 三明 365004）

苦菜是一種藥用食用兼具的無毒野生植物，屬菊科.別名天香菜、荼苦莢、甘馬菜、老鸛菜、無香菜等，藥名叫“敗醬草”，異名女郎花、鹿腸馬草，民間俗稱苦菜.作為食物，其味道獨特，營養(yǎng)成分高，含有人體需要的多種維生素、礦物質(zhì)、糖類等［1］.《內(nèi)蒙古中草藥》記載，苦菜味苦、辛，具清熱解毒、排毒、止痛之功效［2］，可用于治療無名腫痛、乳癰癤腫、闌尾炎、肝炎等各種炎癥以及肺熱咳嗽、肺結(jié)核等［3］.苦菜中含有大量的藥用化學(xué)成分，主要為三萜、甾醇、倍半萜、黃酮、氨基酸等多種類型.近年來，國內(nèi)外醫(yī)藥界對苦菜進行了廣泛而深入的研究［4－7］，其藥理功能有防治貧血、消暑保健清熱解毒，殺菌消炎，提高免疫力，抗腫瘤等作用.據(jù)報道［8］，苦菜含17種氨基酸，所含的必需、半必需氨基酸總量及每一種必需氨基酸含量均比普通蔬菜高.氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，是構(gòu)成動物營養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，是治病的主要成分或輔助成分，它能調(diào)節(jié)生理機能、供給熱能、促進生長發(fā)育、補充能量代謝消耗［9］.因此，食用苦菜有助于促進人體內(nèi)抗體的合成，增強機體免疫力，促進大腦機能.苦菜在我國的分布廣泛，野生資源豐富.對于苦菜藥用成分的研究大部分集中在東北、西北、華北［10－12］.不同地區(qū)、不同生產(chǎn)期的藥用植物，其藥用成分的含量會有明顯的差異［13］.本文就福建省三明產(chǎn)的野生苦菜中總氨基酸的含量進行研究，以為這一資源的充分利用提供技術(shù)參數(shù).

氨基酸的提取分析方法有如下幾種：化學(xué)分析法、電化學(xué)方法（包括電導(dǎo)檢測、安培檢測）、分光光度法（包括可見光分光光度法、紫外分光光度法和熒光分光光度法）［14］.此外還有茚三酮比色法，該法簡便、快捷，茚三酮衍生顯色反應(yīng)的靈敏度可達2×10－10～5×10－10mol／L，且衍生物穩(wěn)定性好，因此在實驗室中被廣泛應(yīng)用于氨基酸的分析檢測.本文采用的氨基酸含量測定方法便是茚三酮比色法.氨基酸自動分析儀分析法準確度、自動化程度和靈敏度高，可對氨基酸進行直接分析，其缺點是儀器價格昂貴、分析時間長、使用范圍局限，只能用于分析氨基酸［15］.高效液相色譜法簡便、準確、可靠、靈敏度高、檢測限低、檢測速度快［16］，因此該法的應(yīng)用最廣泛.本實驗中提取所得的氨基酸便是通過此法來測定其所含的主要成分.毛細管電泳法利用離子在電場力作用下遷移速度的不同對組分進行分離和分析，具有分離效率高、分析速度快、樣品用量少、應(yīng)用范圍廣、儀器簡單、污染小和成本低等優(yōu)點［17］.該法是近20年來發(fā)展較快的分析分離技術(shù)之一，由于重現(xiàn)性差，且在實驗室中的推廣應(yīng)用的程度不及高效液相色譜法，所以目前還未被廣泛應(yīng)用.

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

（1）試劑.苦菜（七月中旬）采自福建三明市三元區(qū)；L－酪氨酸標準品，中國藥品生物制品檢定所；無水乙醇、95%乙醇、石油醚、茚三酮、磷酸二氫鉀等均為分析純；蒸餾水；甲醇、乙腈為色譜純；異硫氰酸苯酯，化學(xué)純；樣品稀釋液（取355 mg磷酸氫二鈉加超純水至500mL，用10%磷酸乙腈（V（磷酸）∶V（乙腈）＝95∶5）調(diào)其pH值為7.4）；超純水.

（2）儀器.DHG－9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上?；|實驗儀器設(shè)備有限公司；FA1604N型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHB23型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州杜甫儀器廠；120目標準篩，浙江上虞市道墟張興紗篩廠；FA2204B型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SF－130C萬能粉碎機，吉首市中誠制藥機械廠；722S型可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；KQ－300DB超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；UV－1100型紫外可見分光光度計，北京瑞利儀器有限公司；1200型高效液相色譜儀，美國安捷倫公司.

1.2 實驗方法

1.2.1 苦菜氨基酸的提取

準確地稱取1.0g苦菜粉末（過120目篩）于100mL錐形瓶中，加入一定質(zhì)量分數(shù)的乙醇溶液，搖勻，用保鮮膜將瓶口密封，在一定的超聲波功率下超聲提取一定時間后冷卻抽濾，超聲提取2次，合并兩次濾液.將濾液轉(zhuǎn)至梨形分液漏斗中加入石油醚（V（石油醚）∶V（提取液）＝1∶20）純化脫除脂溶性雜質(zhì)，再轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中定容，搖勻，作為供試品溶液備用.

1.2.2 苦菜氨基酸的測定

標準液的配制：將L－酪氨酸標準品于100℃下干燥至恒重，準確稱取酪氨酸0.010 0g，加0.02mol·L－1的 NaOH 溶液10mL，溶解完全后轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中，用蒸餾水定容后搖勻，得0.100mg·mL－1的L－酪氨酸標準溶液，備用.

標準曲線的繪制：用吸量管準確吸取0，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00mL標準液于25 mL容量瓶中制成一系列標準溶液.分別加2%茚三酮溶液1.00mL和pH＝6.8的磷酸鹽緩沖溶液2.00mL，搖勻，瓶口用保鮮膜封住于水浴鍋中加熱15min，取出，冷卻至室溫，定容.利用722S可見分光光度計在最大波長（λmax＝566nm）處測定吸光度，以L－酪氨酸質(zhì)量濃度為橫坐標（x）、吸光度為縱坐標（y）繪制標準曲線，見圖1.擬合的線性回歸方程為：y＝0.021 4x－0.000 5，R2＝0.999 8.

圖1 L－酪氨酸標準曲線Fig.1 The standard curve of L－Tyrosine

1.2.3 樣品中氨基酸提取率的測定

從供試品溶液中準確量取5.00mL的苦菜提取液于25mL容量瓶中，按1.2.2中方法顯色后，取出，冷卻，用乙醇定容.用722S可見分光光度計在λmax＝566nm處測定其吸光度，代入回歸方程計算總氨基酸含量，根據(jù)下式計算出超聲波提取液中氨基酸的提取率w.

式中，w為樣品中總氨基酸的含量（以L－酪氨酸計），%；ρ為樣品中總氨基酸的質(zhì)量濃度，μg·mL－1；m 為樣品的質(zhì)量，g.

2 結(jié)果與分析

2.1 苦菜提取物的組成表征

標準品與樣品的預(yù)處理：按文獻方法對苦菜提取樣進行樣品的處理，備用.

異硫氰酸苯酯柱前衍生化反應(yīng)：精確量取苦菜樣品溶液1mL，分別置于5mL的離心管中，真空干燥；加入1mL的再干燥液（V（乙醇）∶V（水）∶V（三乙胺）＝2∶2∶1），再加入衍生劑溶液2mL（V（異硫氰酸苯酯）∶V（甲醇）∶V（三乙胺）∶V（水）＝1∶7∶1∶1），超聲處理20min后放置20min，再真空干燥.干燥后的樣品加10mL樣品稀釋液，超聲溶解，用0.45μm濾膜過濾，備用（密閉4℃）.

色譜條件：色譜柱Eclipse XDB－C18（4.6mm×150mm，5μm）；流動相 A 為0.1mol·L－1乙酸鈉溶液（冰醋酸調(diào)節(jié)pH＝6.50）－乙腈（V（乙酸鈉溶液）∶V（乙腈）＝93∶7）；流速1.0mL·min－1；檢測波長254nm，柱溫36℃，進樣量10μL.

梯度洗脫：按照表1中流動相A、流動相B體積分數(shù)進行對照品和樣品溶液的洗脫，總時間為21min.

表1 流動相洗脫梯度Table 1 Mobile phase gradient

圖2 苦菜樣品液的高效液相色譜圖Fig.2 The HPLC from Sonchus oleraceus

通過高效液相對苦菜中所含氨基酸的組分進行定性分析，圖2中的出峰保留時間與文獻［18］中氨基酸標準品的出峰時間基本保持一致，根據(jù)不同氨基酸的極性各不相同判定所得苦菜提取物中的17種氨基酸，結(jié)果如表2所示.

表2 苦菜中氨基酸的組成Table 2 The composition of the amino acids in the Sonchus oleraceus

2.2 單因素實驗

2.2.1 超聲功率對苦菜氨基酸提取率的影響

固定料液比為1g料40mL乙醇（下同），乙醇質(zhì)量分數(shù)為60%，超聲提取2次，每次30min，超聲提取溫度60℃，考察超聲功率對苦菜氨基酸提取率的影響，結(jié)果見圖3.

圖3 超聲功率對苦菜氨基酸提取率的影響Fig.3 The effect of ultrasonic power fraction on extraction rate of total amino acids

在實驗過程中所使用的超聲儀器，其功率可調(diào)范圍（40～100W）較小.由圖3可知，超聲功率對苦菜氨基酸的提取率有一定的影響，但并不是功率越大提取率越高，在70W之后提取率呈或高或低波動；超聲功率較低時，機械振動不劇烈、對細胞破壞程度小，空化作用不夠，不足以令溶質(zhì)迅速擴散，提取率低；功率過高時，機械振動產(chǎn)生的超聲強烈效應(yīng)可能導(dǎo)致提取液中氨基酸的結(jié)構(gòu)被破壞.另外，苦菜的細胞壁也可能變形、破裂，而使內(nèi)含物釋放，使氨基酸提取率假性提高.綜上只要在一定的功率下保證有較高的提取率即可，實驗表明，最佳超聲功率為60W.

2.2.2 乙醇質(zhì)量濃度對苦菜氨基酸提取率的影響

固定料液比為1g料40mL乙醇、超聲提取2次，每次30min，超聲提取溫度60℃，超聲功率為60W，考察乙醇質(zhì)量分數(shù)對苦菜氨基酸提取率的影響，結(jié)果見圖4.

圖4 乙醇質(zhì)量分數(shù)對苦菜氨基酸提取率的影響Fig.4 The effect of ethanol mass fraction on extraction rate of total amino acids

由圖4可見乙醇質(zhì)量分數(shù)在60%時，苦菜中氨基酸的提取率最高.由于苦菜中的氨基酸成分有17種之多［19］，根據(jù)相似相溶原理，當質(zhì)量分數(shù)小于和大于60%時提取率低，可能是因為質(zhì)量分數(shù)偏低時樣品中非極性氨基酸溶出量少，反之，質(zhì)量分數(shù)較高則降低極性氨基酸的溶出.此外，當質(zhì)量分數(shù)過高時，會使脂溶性色素隨之溶解，造成假性的吸光度增加，即提取率假性提高.

2.2.3 料液比對苦菜氨基酸及提取率的影響

固定乙醇質(zhì)量分數(shù)為60%，超聲提取2次，每次30min，超聲功率60W，超聲提取溫度60℃考察料液比對苦菜氨基酸提取率的影響，結(jié)果見圖5.

圖5 料液比對苦菜氨基酸提取率的影響Fig.5 The effect of solid－liquid ratio fraction on extraction rate of total amino acids

由圖5可知，隨著乙醇的增加，苦菜氨基酸的提取率明顯增加，增至30mL后提取率呈緩和趨勢，所以保持一定的料液比是很有必要的.剛開始提取率較低可能是因為溶劑量小時，氨基酸沒能完全溶解在溶劑中，隨著乙醇體積的增加，提取得越徹底，但綜合考慮提取率、經(jīng)濟成本因素以及降低濃縮負擔等原因，在實驗過程中選擇1g料加40mL乙醇為最佳的料液比.

2.2.4 超聲提取時間對苦菜氨基酸提取率的影響

固定乙醇質(zhì)量分數(shù)為60%，超聲提取2次，料液比為1g料40mL乙醇，超聲功率60W，超聲提取溫度60℃，考察超聲提取時間對苦菜氨基酸提取率的影響，結(jié)果見圖6.

由圖6可知，隨著提取時間的增長苦菜氨基酸的提取率先增大后減小，當提取時間為30min時達到最大，而后氨基酸的提取量減少；可能的原因是，在加熱的條件下，時間越長，乙醇的揮發(fā)量越多，乙醇質(zhì)量濃度下降，同時氨基酸被氧化分解的量也增加，從而造成提取率降低，因此確定30 min為最佳超聲提取時間.

圖6 超聲提取時間對苦菜氨基酸提取率的影響Fig.6 The effect of extraction time fraction on extraction rate of total amino acids

2.2.5 超聲提取溫度對苦菜氨基酸提取率的影響

固定乙醇質(zhì)量分數(shù)為60%，超聲提取2次，每次30min，1g料40mL乙醇，超聲功率60W，考察超聲提取溫度對苦菜氨基酸提取率的影響，結(jié)果見圖7.

圖7 超聲提取溫度對苦菜氨基酸提取率的影響Fig.7 The effect of extraction temperature fraction on extraction rate of total amino acids

由圖7可知，苦菜氨基酸的提取率隨提取溫度的升高先增大后減少，當提取溫度為60℃時達到最大值；溫度升高，擴散系數(shù)增大，提取劑的滲透能力也相應(yīng)地增加，使有效成分浸出速率增大；但當溫度繼續(xù)升高時，提取率反而降低，可能是由于氨基酸化合物在較高溫度下會發(fā)生氧化分解等反應(yīng)而遭到破壞；此外，過高的溫度會加速乙醇的揮發(fā)速度，使溶劑乙醇的濃度迅速降低而影響了氨基酸的溶出.

2.3 正交實驗［20］

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，對苦菜中氨基酸的提取工藝條件進行優(yōu)化，選用L9（34）正交試驗表安排試驗，選擇提取時間（A）、乙醇質(zhì)量濃度（B）、料液比（C）、提取溫度（D）4個因素，每個因素選擇3個水平，確立因素水平表3，提取結(jié)果見表3.

表3 正交實驗因素及水平Table 3 Factors and levels of orthogonal experiment

表4 正交實驗結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiment

由表4可知，各因素對超聲波提取苦菜氨基酸提取率的影響大小依次為：B＞C＞A＞D，即乙醇質(zhì)量分數(shù)＞料液比（1g料加的乙醇量）＞提取時間＞提取溫度.確定最佳提取工藝條件為：A2B1C2D2，即超聲提取時間為30min，乙醇質(zhì)量分數(shù)為60%，料液比為1g料40mL乙醇，超聲提取溫度為60℃.

2.4 最佳工藝驗證實驗

在A2B1C2D2工藝條件下進行驗證試驗，結(jié)果見表5.

表5 驗證試驗Table 5 Verification testing

在A2B1C2D2工藝條件下，三明野生苦菜氨基酸得率的平均值為1.29%，相比于正交實驗中所設(shè)計的4號瓶提高了0.10%，進一步確定了A2B1C2D2為三明野生苦菜中氨基酸超聲波提取的最佳工藝條件.

3 結(jié) 論

（1）超聲波法提取苦菜中氨基酸的最佳提取工藝條件為：乙醇質(zhì)量分數(shù)60%，超聲功率60 W，料液比為1g料40mL乙醇，提取時間30 min，提取溫度60℃，此時氨基酸的提取率1.29%.

（2）本文對苦菜提取液進行PITC柱前衍生反應(yīng)，使總氨基酸發(fā)生解離，利用高效液相色譜法對苦菜中所含的氨基酸進行定性分析，每一種氨基酸都可正常出峰，17種氨基酸被檢出，其中有7種人體必需氨基酸.

（3）異硫氰酸苯酯柱前衍生－高效液相色譜法與相關(guān)文獻的測定方法相比，該法不需要對胱氨酸另外處理，分析速度快、時間短，靈敏度、精密度、分離度高，檢出限低，選擇性好，通用性強，經(jīng)濟簡便.

（4）正交實驗超聲波提取苦菜中氨基酸影響因素的重要性依次為：乙醇質(zhì)量濃度＞料液比＞提取時間＞提取溫度.

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