枇杷葉多糖純化工藝及抗氧化活性研究

黃素華,邱豐艷,戴婉妹,洪燕萍

(龍巖學院生命科學學院,福建龍巖 364000)

枇杷葉多糖純化工藝及抗氧化活性研究

黃素華,邱豐艷,戴婉妹,洪燕萍*

(龍巖學院生命科學學院,福建龍巖 364000)

以蛋白質(zhì)和多酚的吸附率及多糖的回收率為考察指標,比較D-101、AB-8、X-5、ADS-7、ADS-17、DM-130 等6種大孔吸附樹脂對枇杷葉粗多糖的純化效果,篩選出最佳樹脂并研究其優(yōu)化工藝,同時采用FRAP法和DPPH法測定純化前后多糖抗氧化活性。實驗結(jié)果最佳樹脂為ADS-7,最佳工藝為:上樣流速1.2 BV/h,pH為13,多糖濃度24.59 mg/mL,上樣量為5 BV,回收流出液,并以體積分數(shù)10%乙醇洗脫回收多糖。多糖回收率達到85%,純度由40.4%提高到94.6%,純化倍數(shù)2.34倍。枇杷葉多糖DPPH自由基EC50從純化前的4.21 mg/g降低到1.64 mg/g。結(jié)論:大孔樹脂吸附法可用于純化枇杷葉多糖,純化后多糖自由基清除能力也得到提高。

大孔吸附樹脂,枇杷多糖,蛋白,多酚,純化工藝,抗氧化

枇杷為薔薇科枇杷屬植物,在我國栽培歷史悠久,栽培地區(qū)分布廣泛,主要用于生產(chǎn)鮮果。枇杷果實富含人體所需的各種營養(yǎng)元素,是一種保健水果。其葉和果實均可入藥,具止咳化痰等功效[1-2],在日本,枇杷葉還制作成飲料稱枇杷茶(“Biwa cha”)[3]。枇杷葉藥用歷史悠久,作為一種傳統(tǒng)的中藥材廣泛使用。由于枇把葉具有高效、低毒的特點,對其活性成分、作用機理及其藥理作用的研究已引起人們的廣泛關(guān)注。其主要化學成分如三萜酸、黃酮、多酚等具有止咳、祛痰、抗炎、降血糖、抗腫瘤等藥理活性[4-6],并具有較強的抗氧化能力[7]。枇杷葉提取物既可作為藥物原料,也可作為食品添加劑。枇杷葉多糖主要有抗腫瘤、抗炎、降血糖、抗氧化等活性,特別是在免疫調(diào)節(jié)方面的作用,使其成為當前生物活性物質(zhì)研究的熱點之一[8]。枇杷葉多糖常用水提醇沉法獲取粗多糖,以不同濃度乙醇沉淀可以分別獲得或分級分離不同性質(zhì)或不同分子量的多糖[9-12]。水提醇沉獲取的枇杷多糖中,通常都含有大量的蛋白質(zhì)以及多酚等色素物質(zhì),在分離多糖前一般需要先進行脫蛋白和脫色處理。多糖脫蛋白主要方法有Sevag法、三氟三氯乙烷法、三氯乙酸法等[13],由于操作中需用到大量有機溶劑,容易對環(huán)境造成污染,同時操作也較為復雜,多糖損失也較大[14-15]。

大孔吸附樹脂是一類有機高聚物吸附劑,廣泛應用于環(huán)境、食品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。部分大孔吸附樹脂可用于對吸附蛋白和多酚[16-18],也可用于多糖的分離純化[19],與常規(guī)的多糖脫蛋白和多酚方法相比,大孔吸附樹脂具有較大的優(yōu)點,包括工藝簡便,條件溫和,樹脂可再生重復使用。本研究用大孔吸附樹脂純化枇杷葉多糖,并對純化前、后的多糖進行抗氧化研究,旨在為枇杷葉多糖的綜合開發(fā)應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

枇杷葉 采自福建龍巖紅坊鄉(xiāng),經(jīng)清洗,50 ℃烘干,粉碎,工業(yè)酒精浸提3次脫脂后烘干保存?zhèn)溆?。大孔樹脂D-101、AB-8、X-5、ADS-7、ADS-17、X-5 南開大學化工廠;樹脂DM-130 山星樹脂有限公司;牛血清白蛋白標準溶液 北京元亨圣馬生物技術(shù)研究所;考馬斯亮藍G-250、福林酚 國藥集團化學試劑有限公司;其他試劑 分析純。

EYEL4 OIL BATH OSB-2000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海愛郎儀器有限公司;WFZUV-2000紫外可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 枇杷粗多糖的制備 稱取脫脂后枇杷葉干粉一定量,水煎煮2次,每次2 h,料液比分別為8∶1和6∶1,合并濾液,減壓濃縮至適當濃度,加入體積分數(shù)95%乙醇至乙醇終濃度85%,靜置過夜,抽濾,將所得濾餅置于60 ℃烘箱中干燥24 h,研磨得到粗多糖粉,冷藏備用。

1.2.2 多糖、蛋白質(zhì)、多酚含量的測定 多糖含量測定采用苯酚-硫酸法[20],測定不同濃度梯度的葡萄糖標準液493 nm下吸光度(OD)值,根據(jù)標準曲線得到相應的濃度;蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍法[21],在595 nm下測定不同濃度梯度的牛血蛋白標準液OD值,根據(jù)標準曲線得到相應的濃度;多酚含量測定采用福林酚氧化法[7],在760 nm下測定不同濃度梯度沒食子酸母液為標準品OD值。根據(jù)標準曲線得到相應的濃度。

1.2.3 6種大孔吸附樹脂吸附等溫線 分別取10～40 g粗多糖,用500 mL沸水溶解,配制10個不同濃度枇杷多糖提取液。取20 mL,分別加入預處理過的D-101、AB-8、X-5、ADS-7、ADS-17和DM-130等 6種大孔吸附樹脂各1.00 g(抽干后稱1.00 g濕重),110 r/min 25 ℃振蕩15 h后,取適量溶液,分別測定多糖、蛋白質(zhì)和多酚的吸附量,繪制多糖、蛋白質(zhì)和多酚的吸附等溫線,計算吸附等溫線公式,根據(jù)吸附等溫線參數(shù)推斷最佳吸附樹脂,并根據(jù)等溫線走勢推斷粗多糖的最佳上樣濃度。

1.2.4 目的樹脂ADS-7靜態(tài)行為考察

1.2.4.1 目的樹脂ADS-7吸附動力曲線的測定 稱取篩選的ADS-7大孔樹脂1.00 g(濕重),置100 mL具塞錐形瓶中,分別加入適當濃度粗多糖20 mL,恒溫25 ℃,每20 min搖動一次。每隔1 h取上清液測定吸光度值,共連續(xù)測9 h,計算靜態(tài)吸附量。

1.2.4.2 不同pH對吸附的影響 取適量粗多糖粉沸水中溶解后,分別調(diào)節(jié)pH為3、5、7、9、11、13,各取20 mL,然后各加入1.00 g的ADS-7,120 r/min震蕩15 h。吸附平衡后抽濾,濾液調(diào)節(jié)至中性,分別測量多糖,蛋白質(zhì)和多酚的含量,以調(diào)至相同pH不加樹脂的多糖溶液為參照計算吸附率。

1.2.5 ADS-7大孔樹脂動態(tài)行為考察

1.2.5.1 ADS-7泄露曲線的考察根據(jù)靜態(tài)吸附解吸行為結(jié)果,選取已知粗多糖的最佳上樣濃度和上樣條件,將溶液通過裝有目的樹脂的色譜柱(10 mm×300 mm),進行動態(tài)吸附,分步收集流出液,每10 mL收集1份,直至多糖、蛋白及多酚吸附飽和,測定各份流出液多糖、蛋白及多酚的吸光值,分別繪制多糖、蛋白及多酚的泄漏曲線。

1.2.5.2 ADS-7樹脂的純化效率的考察 以優(yōu)化工藝上樣過柱,計算多糖回收率和純化倍數(shù),考察回收率和純化倍數(shù)。

1.2.6 多糖的抗氧化活性研究 采用FRAP和DPPH自由基清除率法[10]測定抗氧化活性,比較純化前后枇杷葉多糖抗氧化活性。以FRAP法測定總還原能力,1.8 mL TPTZ工作液加0.2 mL不同濃度FeSO4(0.025～2 mmol/L),37 ℃反應10 min,593 nm測定O.D值,繪制標準曲線。取枇杷葉純化前后多糖溶液0.2 mL加1.8 mL TPTZ工作液,同樣方法測定,利用標準曲線計算FRAP值,以相當于FeSO4μmol/g干粉表示。每個樣品重復三次實驗。

取5個濃度多糖溶液20 μL,加1.98 mL DPPH無水乙醇溶液,反應30 min。測定517 nm O.D值,計算DPPH自由基清除率SR%,以提取物的不同濃度為橫坐標,以O(shè).D值為縱坐標作圖,根據(jù)清除率線性回歸曲線計算EC50(mg干粉/mL提取液)。EC50越低,自由基清除能力越大。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理 運用SPSS 16.0 統(tǒng)計軟件,數(shù)據(jù)用平均值±標準偏差(x±s)表示,樣本組間采用單因素方差分析。以p<0.05 作為有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 多糖、蛋白質(zhì)和多酚標準曲線測定結(jié)果

多糖標準曲線方程為y=0.0068x-0.0214,R2=0.9994,線性范圍為15.3～122.8 μg/mL;蛋白質(zhì)標準曲線方程為y=0.0055x+0.0319,R2=0.9993,線性范圍為20～200 μg/mL;多酚標準曲線方程為y=0.0136x+0.0153,R2=0.9994,線性范圍為10～60 μg/mL。根據(jù)標準曲線計算待測樣品多糖、蛋白質(zhì)及多酚含量。

2.2 6種樹脂25 ℃靜態(tài)吸附等溫線考察

吸附等溫線數(shù)據(jù)可以給出關(guān)于溶質(zhì)和吸附劑之間的親和力的信息。其中朗繆爾和弗倫德力希等溫線通常用來揭示線性擬合和描述溶質(zhì)與樹脂如何互動。用來描述溶質(zhì)與樹脂之間的相互作用的朗繆爾方程Ce/qe=Ce/qm+1/KLqm和弗倫德力希方程qe=aCe1/n[22]。

表1 吸附等溫線參數(shù)表

式中:qe是平衡階段的吸附能力,qm是理論上的計算最大吸附容量(干樹脂對蛋白質(zhì)和多糖,mg/g;干樹脂對多酚,μg/g),KL是吸附平衡常數(shù)。a是弗倫德力希常數(shù),吸附能力的一個指標。1/n是一個與巨大的吸附推動力相關(guān)的經(jīng)驗常數(shù),用它來描述可支持的吸附程度,經(jīng)驗常數(shù)與吸附驅(qū)動力的大小相關(guān),當1/n值在0.1和1.0之間時有利于吸附過程,且較大的a值是吸附劑具有較好吸附性能的表征。

由表1數(shù)據(jù)可知,弗倫德力希方程中,6種大孔樹脂對于吸附蛋白與多酚的1/n值為基本都在0.1和1.0之間,僅X-5對多酚的吸附為0.09;在6種樹脂中ADS-7樹脂對于吸附蛋白與多酚的a值相對于其他樹脂較大,均明顯大于其他5種大孔樹脂。由朗繆爾方程求得的qm為理論上的計算最大吸附容量,由表1數(shù)據(jù)可知6種樹脂對多糖的吸附容量差別不大,但ADS-7大孔樹脂對于蛋白和多酚的吸附容量均明顯大于其他5種大孔樹脂。綜合考量兩個方程的各參數(shù),結(jié)果顯示ADS-7大孔樹脂適合于從枇杷粗多糖中吸附去除蛋白及多酚。

吸附等溫線(圖1)結(jié)果顯示,25 ℃下ADS-7樹脂靜態(tài)吸附,分別在多糖19.39 mg/mL、蛋白質(zhì)2.07 mg/mL、多酚1.73 mg/mL左右時相應的吸附率達到最高,分別為68.9%、74.9%和66.0%。

根據(jù)吸附等溫線參數(shù),并結(jié)合不同濃度乙醇解吸實驗結(jié)果[23],可以確定,ADS-7不僅對蛋白和多酚雜質(zhì)的吸附性能好,而且通過不同體積分數(shù)乙醇的洗脫,不僅可以回收多糖,而且去除蛋白及多酚雜質(zhì),即體積分數(shù)10%乙醇濃度,ADS-7的多糖回收率最高,為78%,同時相應的蛋白和多酚吸解率最低,在體積分數(shù)95%乙醇濃度下,蛋白和多酚的解吸率最高,分別為89.58%和52.98%,洗脫雜質(zhì)的效果最好。綜上可得,6種樹脂中ADS-7對枇杷多糖及雜質(zhì)吸附解吸性能最好,可以選擇體積分數(shù)10%乙醇濃度進行多糖的回收,體積分數(shù)95%乙醇濃度進行除雜,可以此方案做進一步的動態(tài)實驗。

圖1 ADS-7吸附等溫線Fig.1 Absorption isotherm of ADS-7

2.3 ADS-7靜態(tài)吸附解吸性能的考察

2.3.1 ADS-7的吸附動力曲線 ADS-7的吸附動力曲線結(jié)果如圖2所示,多糖、蛋白及多酚的吸附隨時間變化逐漸達到平衡,其中多糖吸附在第5 h達到,蛋白質(zhì)在第6 h吸附平衡,多酚在第5 h吸附平衡。

圖2 樹脂ADS-7的吸附動力曲線Fig.2 Dynamics curve of static adsorption of ADS-7 macroporous resins

2.3.2 pH對吸附的影響 由表2可以得出隨著pH的升高,ADS-7大孔樹脂對多糖的吸附?jīng)]有明顯變化,而對蛋白和多酚的吸附逐步提高,在pH為13時吸附蛋白和多酚的效果最好,因此選擇pH為13為最佳上樣的pH。

表2 不同pH對多糖、蛋白質(zhì)和多酚吸附率(%)的影響

2.4 ADS-7動態(tài)行為考察

2.4.1 泄露曲線的繪制 由吸附等溫線可得最佳的上樣濃度為蛋白質(zhì)含量2.07 mg/mL,相應粗多糖溶液配制約為22.5 g配制500 mL,由于該濃度下液體太粘稠無法上柱,因此我們選取較低濃度進行上樣。分別取已知粗多糖5、10、15、20 g于500 mL沸水中溶解,做不同的梯度濃度,分別進行上樣篩選,找出不會太粘稠同時盡量接近靜態(tài)吸附最佳上樣濃度,由實驗的結(jié)果顯示在10到15 g的多糖為濃度較高且不會粘稠的,取15 g的多糖粉溶解于500 mL沸水中溶解作為上樣溶液。

表3 枇杷葉多糖總酚/多糖的含量及DPPH EC50/FRAP值

注：同一欄不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01)。取已知粗多糖15 g于500 mL沸水中溶解,吸附前多糖12.09 mg/mL,蛋白1.57 mg/mL,多酚1.30 mg/mL,調(diào)節(jié)pH至13,以1.2 BV/h的流速通過裝有ADS-7樹脂的色譜柱(10 mm×300 mm),進行動態(tài)吸附,分部收集流出液,測定多糖、蛋白及多酚濃度,結(jié)果如圖3顯示:在多糖上樣量分別為40、170、70 mL時,多糖、蛋白和多酚含量陡然上升,達到泄漏點,因流出液中多糖可以回收,而雜質(zhì)中多酚可通過醇沉等方法去除,故本實驗以去除雜蛋白為主要目的,因此以蛋白質(zhì)泄漏點作為上樣泄漏點的主要考察對象,此時多糖液上樣170 mL,即上樣量約5 BV為宜。

圖3 ADS-7泄漏曲線Fig. 3 Leakage curve of ADS-7

2.4.2 ADS-7樹脂的純化效率的考察 以泄露曲線的參數(shù),即吸附前多糖12.09 mg/mL,蛋白1.57 mg/mL,多酚1.30 mg/mL,pH13,流速1.2 BV/h,上樣體積170 mL,即約5 BV,洗脫劑為10%乙醇,洗脫體積2 BV,回收洗脫液,將上樣流出液與回收洗脫液合并濃縮,計算出多糖回收率85%,純度由40.4%提高到94.6%,純化倍數(shù)2.34。

2.5 多糖純化前后的抗氧化活性比較

分別測定粗多糖及純化多糖的總酚和多糖含量,并測定兩者的FRAP值和DPPH EC50,結(jié)果如表3所示。枇杷葉多糖純化前后總酚和多糖含量均差異極顯著,純化后多糖純度提高,酚類雜質(zhì)減少,同時總還原能力顯著下降,而自由基清除能力上升,DPPH EC50由原來的4.21 mg/g下降至1.64 mg/g。一般認為酚類物質(zhì)具有較強的還原能力,是一種抗氧化物質(zhì),而多糖與自由基清除能力有關(guān)[23],本實驗的結(jié)果可以推測,酚類物質(zhì)減少導致總還原能力下降,而多糖具有一定的自由基清除能力,純化后多糖含量提高使自由基清除能力提高。

3 結(jié)論及討論

本實驗通過大孔樹脂25 ℃下靜態(tài)吸附等溫線、靜態(tài)吸附與解吸、泄露曲線的考察、動態(tài)吸附和純化效率初步測定,初步篩選出大孔樹脂吸附法純化枇杷多糖的工藝。實驗結(jié)果表明:在多糖溶液下ADS-7、ADS-17、DM-130、AB-8、X-5、D-101 6種樹脂中,ADS-7吸附蛋白質(zhì)和多酚的效果最好,并且在乙醇濃度為10%,多糖總回收率較高,為78%,在乙醇濃度為95%解吸蛋白和多酚的效果最好,蛋白解吸率89.58%,多酚解吸率達52.98%[24]。由實驗可得pH的大小也會影響ADS-7吸附雜質(zhì)的效果,其中在pH為13下吸附蛋白質(zhì)和多酚的效果最好,吸附率分別為59.8%和68.5%?？疾靹恿η€由實驗得多糖在第4 h吸附平衡,蛋白在第6 h吸附平衡,多酚在第5 h吸附平衡。繪制泄漏曲線,得到蛋白的穿透點和吸附飽和點,多糖進行回收濃縮得到純化倍數(shù)2.34,多糖回收率85%。數(shù)次實驗結(jié)果均較穩(wěn)定,粗多糖干粉初始多糖含量由40.3%～57.6%,純化后含量由94.6%～120.0%,純化倍數(shù)2.10～2.34,純化效果均較好,說明ADS-7大孔樹脂純化枇杷多糖效果較好,初步純化工藝可以為工業(yè)化生產(chǎn)提供實驗基礎(chǔ)。

采用大孔樹脂吸附法純化枇杷多糖,進行雜蛋白和多酚的脫除,是一種較為可行的方法。黃酮等多數(shù)物質(zhì)用大孔樹脂吸附法分離純化時,通常的方法是:用適宜的大孔樹脂將目標物吸附,同時部分雜質(zhì)一并吸附,再采用適宜的洗脫劑將目的物與雜質(zhì)分別洗脫,收集目的物達到純化的效果;而本研究中多糖的純化主要是通過將雜質(zhì)吸附而達到將多糖純化的效果,粗多糖通過大孔樹脂吸附法純化。相關(guān)研究[24-25]認為這兩種方法都是可行的,具體應根據(jù)實際情況選用適宜樹脂采用適宜工藝進行純化。

同時抗氧化活性實驗顯示,枇杷葉多糖具有一定的抗氧化能力,經(jīng)過大孔樹脂純化后活性有自由基清除能力有所提高。說明在枇杷葉提取物中除三萜酸、黃酮等活性物質(zhì)外,多糖也具有一定的潛在的利用價值。

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Purification process and antioxidant activity of loquat polysaccharide

HUANG Su-hua,QIU Feng-yan,DAI Wan-mei,HONG Yan-ping*

(College of Life Science,Longyan University,Longyan 364000,China)

To study the process of purification of loquat polysaccharides by macroporous resin,the effect of deproteinization and polyphenol removal were compared among 6 kinds of macroporous resins,including D-101,AB-8,X-5,ADS-7,ADS-17,DM-130. The best macroporous resin was selected based on the adsorption rate of the protein and polyphenol,and the recovery rate of polysaccharide. The optimization process of loquat polysaccharide purification by the screening resin was studied through static and dynamic adsorption experiments. The antioxidant activity of polysaccharides before and after purified was determined by the method of FRAP and DPPH free radical scavenging. Compared with other 5 resin,ADS-7 resin was the most suitable one for preliminary purification of loquat polysaccharide. At room temperature(25 ℃),the optimization process was as follows:the velocity was 1.2 BV/h,pH was 13,polysaccharide concentration was 24.59 mg/mL,sample volume was 5 BV,eluted by 10% ethanol to recovery of polysaccharide. Based on the optimization process,85% polysaccharide could be recovered,the content of polysaccharides was up to 94.6% from 40.4%,and purification multiple was 2.34 times. The EC50of DPPH free radical of loquat polysaccharides after purified was down to 1.64 mg/g from 4.21 mg/g. Conclusion:the macroprous resin can be used to purify the loquat polysaccharides,and the purified polysaccharides had higher scavenging active of free radical than the crude polysaccharides.

macroporous resin;polysaccharide of loquat;protein;polyphenol;purification process;antioxidant

2016-09-13

黃素華(1968-)，女，碩士，副教授，研究方向：果樹生物技術(shù)，天然產(chǎn)物提取與應用，E-mail:1007388985@qq.com。

*通訊作者:洪燕萍(1970-)，女，博士，教授，研究方向：果樹生物技術(shù)，天然產(chǎn)物提取與應用，E-mail:Kk9096@126.com。

福建省科技計劃重點項目(2012N00190)；福建省自然科學基金項(2012D100)；福建省教育廳項目(JB12204)；福建省大學生創(chuàng)新訓練項目(201511312058)。

TS201.1

B

1002-0306(2017)05-0205-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.030