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      離子液體超聲輔助提取香葉總黃酮及其抗氧化性研究

      2018-04-17 01:13:30鐘方麗金龍哲王曉林谷月
      中國調(diào)味品 2018年4期
      關(guān)鍵詞:香葉丁基咪唑

      鐘方麗,金龍哲,王曉林*,谷月

      (1.吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院,吉林 吉林 132022;2.延邊朝鮮族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院,吉林 延吉 133001)

      香葉為植物香葉天竺葵的莖葉,我國各地均有栽培,全草具有清新芳香氣味,香葉含有芳香揮發(fā)油,其主要成分是芳樟醇、丁香油酚、香茅醇、桉葉素等[1,2]。香葉作為調(diào)味料常用于湯類或肉類烹調(diào)時的調(diào)味,也是西餐常用芳香調(diào)味料之一,香葉除了作為調(diào)味品使用外,尚具有祛風(fēng)除濕、行氣止痛、殺蟲之功效[3]。香葉除含有芳香揮發(fā)油外,還含有大量的黃酮類成分[4],而黃酮類化合物具有清除自由基、提高免疫力、抗衰老等多種生理活性,在藥品、飲料、食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[5-6]。離子液體是由有機(jī)陽離子和有機(jī)或無機(jī)陰離子組成的在室溫下呈液體的有機(jī)離子體系[7]。由于離子液體具有揮發(fā)性小、性質(zhì)穩(wěn)定、溶解能力強(qiáng)等獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),現(xiàn)已在天然產(chǎn)物活性成分提取領(lǐng)域有所應(yīng)用[8-10],與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比,離子液體具有綠色環(huán)保、熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、不易燃燒等特點(diǎn),被認(rèn)為是代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機(jī)溶劑更環(huán)保的溶劑[11]。因此,本研究采用離子液體輔助超聲技術(shù),以香葉總黃酮提取率為評價指標(biāo),通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化了香葉總黃酮的提取工藝條件,并探索了香葉對DPPH·的清除活性,為香葉的深入開發(fā)提供了試驗(yàn)依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      香葉,購于亳州康民中藥材批發(fā)行;蘆丁,中國食品藥品檢定研究院(供含量測定用);溴化-1-丁基-3-甲基咪唑、氯化-1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽,上海成捷化學(xué)有限公司;纖維素酶,北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司;維生素C,天津市永大化學(xué)試劑有限公司;DPPH·,上海如吉生物科技有限公司;硝酸鋁、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、無水乙醇(均為分析純),天津市永大化學(xué)試劑有限公司;水(重蒸餾水);其余所用試劑(均為化學(xué)純)。

      1.2 儀器與設(shè)備

      TU-1950紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上海亞榮生化儀器廠;W5-100SP恒溫水浴鍋上海申生科技有限公司;FA-3204B電子分析天平上海精密科學(xué)儀器有限公司;SHB-ⅢA型循環(huán)水式真空泵鄭州長城科工貿(mào)有限公司;DHG-9076A電熱鼓風(fēng)干燥器上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;KQ118超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司。

      1.3 試驗(yàn)方法

      1.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

      稱取干燥至恒重的蘆丁10 mg,精密稱定,置于50 mL容量瓶中,加入50%乙醇水溶液,超聲使其溶解,定容,搖勻,使之成為每1 mL含0.1856 mg的蘆丁對照品溶液,備用。在7個容量瓶中分別放入蘆丁對照品溶液12.0,10.0,8.0,6.0,4.0,2.0,1.0 mL,于30 ℃水浴條件下,分別加入0.3 mL 的5% NaNO2溶液,輕輕振搖2 min,然后靜置6 min,向每個容量瓶中加入濃度為10%的硝酸鋁溶液0.3 mL,慢慢搖晃2 min,然后靜置6 min,再向每個容量瓶中加入濃度為4%的氫氧化鈉溶液2.0 mL,用50%乙醇定容,搖勻,放置15 min,以相應(yīng)對照品溶液為空白,按照紫外可見分光光度法,于510 nm波長處測吸光度[12]。以濃度C(mg/mL)為橫坐標(biāo),吸光度值A(chǔ)為縱坐標(biāo),進(jìn)行直線回歸,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,蘆丁的線性范圍為0.007424~0.08909 mg/mL,回歸方程:A=10.3088C-0.04484,R=0.9993。

      1.3.2樣品含量測定

      精密吸取香葉提取液適量于25 mL容量瓶中,按1.3.1項下所述方法進(jìn)行測定,以相應(yīng)香葉提取液為空白,在510 nm波長處測吸光度,計算出總黃酮提取率,計算公式如下:

      香葉總黃酮提取率(mg/g)=總黃酮的質(zhì)量/香葉藥粉的質(zhì)量。

      1.3.3離子液體輔助提取香葉總黃酮的試驗(yàn)

      取香葉粗粉適量,放入到燒瓶中,加入適量的提取溶劑及離子液體,超聲波頻率設(shè)定為90 W,在一定的溫度下提取,過濾,然后將濾液定容至容量瓶中,按1.3.2節(jié)方法測定香葉提取液中總黃酮含量,以總黃酮提取率為指標(biāo),分別考察離子液體種類、離子液體濃度、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、料液比、提取時間對總黃酮提取率的影響,并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,對主要影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 單因素提取試驗(yàn)

      2.1.1離子液體種類對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉5份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,加入濃度為0.5 mol/L的不同離子液體的50%乙醇水溶液,離子液體分別為溴化-1-丁基-3-甲基咪唑、氯化-1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽,水浴溫度控制在50 ℃,料液比為1∶20(g/mL),超聲波頻率為90 W,提取30 min,過濾,濾液用50%乙醇水溶液稀釋至適當(dāng)?shù)娜萘科恐?。按“?biāo)準(zhǔn)曲線的制備”中的方法測定提取液的吸光度值,選擇適宜提取香葉總黃酮的離子液體,試驗(yàn)結(jié)果見表1。

      表1 離子液體種類的選擇Table 1 Selection of ionic liquid species

      由表1可知,離子液體為氯化-1-丁基-3-甲基咪唑時,香葉總黃酮的提取率最高,所以使用氯化-1-丁基-3-甲基咪唑進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

      2.1.2提取溶劑乙醇體積分?jǐn)?shù)對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉6份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,加入濃度為0.5 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的乙醇水溶液,乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為0,10%,30%,50%,70%,90%,其他操作同2.1.1節(jié),試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

      圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響Fig.1 The influence of ethanol volume fraction

      由圖1可知,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)小于30%時,隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的上升,香葉總黃酮提取率不斷增加的趨勢非常明顯,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時,總黃酮提取率也達(dá)到了最高值56.23 mg/g。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)高于30%時,隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的持續(xù)上升,香葉總黃酮的提取率卻表現(xiàn)出不斷下降的趨勢。因?yàn)楫?dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時,香葉總黃酮的提取率達(dá)到最高值,所以選擇30%乙醇水溶液為后續(xù)試驗(yàn)的提取溶劑。

      2.1.3離子液體濃度對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉6份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,加入濃度分別為0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的30%乙醇水溶液,其他操作同2.1.1節(jié),試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

      圖2 離子液體濃度的影響Fig.2 The influence of ionic liquid concentration

      由圖2可知,當(dāng)氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的濃度在0.05~0.3 mol/L范圍內(nèi)時,離子液體的濃度越高,香葉總黃酮的提取率越大,在其濃度提高到0.3 mol/L時,香葉總黃酮的提取率達(dá)到了峰值。而其濃度高于0.3 mol/L時,隨著離子液體濃度的增加,香葉總黃酮提取率略有降低的趨勢。由于離子液體濃度為0.3 mol/L時,香葉總黃酮提取率最大,所以選擇離子液體濃度為0.3 mol/L進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

      2.1.4料液比對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉7份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,加入濃度為0.3 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的30%乙醇水溶液,料液比分別為1∶5,1∶10,1∶20,1∶30,1∶40,1∶50,1∶60,然后按照2.1.1節(jié)中的方法進(jìn)行相關(guān)操作,具體試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

      圖3 料液比的選擇Fig.3 The choice of solid-liquid ratio

      由圖3可知,當(dāng)料液比在1∶5~1∶20范圍內(nèi)時,隨著料液比的升高,香葉總黃酮提取率顯著增加,當(dāng)料液比在1∶20~1∶50范圍內(nèi)時,隨著料液比的升高,香葉總黃酮提取率緩慢增加,當(dāng)料液比持續(xù)升高到1∶50時,總黃酮提取率達(dá)到69.11 mg/g,繼續(xù)增加料液比,總黃酮提取率變化很小。分析原因可能是因?yàn)橄闳~的量固定,料液比太小,提取液粘度較大,不利于香葉總黃酮的溶出,難以保證香葉中總黃酮轉(zhuǎn)移到提取液中,提取不完全,總黃酮提取率較低,在一定程度上增加料液比有利于黃酮類物質(zhì)向提取液轉(zhuǎn)移,從而使總黃酮提取率升高,但料液比過高其他非黃酮類物質(zhì)的溶出也就越大,可能干擾總黃酮的含量測定,從而使香葉總黃酮的提取率表現(xiàn)出稍有降低的現(xiàn)象。所以采用1∶50的料液比進(jìn)行后續(xù)的單因素試驗(yàn)。

      2.1.5水浴溫度對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉7份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,加入濃度為0.3 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的30%乙醇水溶液,料液比為1∶50,設(shè)定水浴提取溫度分別控制在30,40,50,60,70,80 ℃,其他操作同2.1.1節(jié),試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

      圖4 提取溫度的選擇Fig.4 The choice of extraction temperature

      由圖4可知,隨著水浴溫度的升高,香葉總黃酮提取率逐漸提高,當(dāng)水浴溫度達(dá)到60 ℃時,香葉總黃酮的提取率也增加到了最大值74.87 mg/g,繼續(xù)升高水浴溫度,總黃酮的提取率卻表現(xiàn)出不斷降低的趨勢。可能是因?yàn)殡S著水浴溫度的不斷上升,使提取溶劑的運(yùn)動速度及頻率不斷增大,使之更容易滲透到香葉組織細(xì)胞中,加速黃酮類物質(zhì)的溶出,從而增加總黃酮的提取率。但溫度過高,可能會導(dǎo)致部分黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)被破壞,從而使提取率下降。所以選擇水浴提取溫度60 ℃進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

      2.1.6提取時間對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉8份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,加入濃度為0.3 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的30%乙醇水溶液,料液比為1∶50,水浴溫度控制在60 ℃,然后按照2.1.1節(jié)中方法分別提取0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0 h,其他處理與2.1.1節(jié)中方法一致,試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

      圖5 提取時間的選擇Fig.5 The choice of extraction time

      由圖5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,隨著提取時間的不斷延長,香葉總黃酮的提取率也隨著時間延長而升高,提取時間3.0 h時可使香葉總黃酮的提取率升高到93.03 mg/g,再延長提取時間,香葉總黃酮的提取率開始逐漸降低。其原因?yàn)檠娱L提取時間可以使香葉中的總黃酮的溶出增加,但如果提取時間過長會使黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)被破壞,從而使提取率下降。所以選擇提取時間為3.0 h進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

      2.2 離子液體輔助提取香葉總黃酮的正交試驗(yàn)

      2.2.1因素及水平的考察

      在上述單因素試驗(yàn)中,料液比達(dá)到1∶50后對香葉總黃酮提取率影響很小,所以在正交試驗(yàn)中將料液比固定為1∶50,選擇氯化-1-丁基-3-甲基咪唑離子液體的濃度、提取溶劑乙醇的體積分?jǐn)?shù)及提取時間和提取溫度作為因素進(jìn)行考察,以香葉總黃酮提取率為考察指標(biāo),進(jìn)行正交試驗(yàn),進(jìn)一步優(yōu)化香葉總黃酮的提取工藝。按4因素3水平進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計L9(34),見表2,在此條件下對香葉總黃酮進(jìn)行提取,按1.3.2節(jié)方法測定提取液的吸光度,計算總黃酮提取率。

      表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

      2.2.2正交試驗(yàn)結(jié)果

      取香葉粗粉9份,每份2 g,放入圓底燒瓶中,按正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn),每組試驗(yàn)的料液比為1∶50,結(jié)果見表3。

      表3 正交試驗(yàn)設(shè)計及試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal array design arrangement and the experimental data

      正交試驗(yàn)結(jié)果表明:離子液體超聲輔助提取香葉總黃酮各因素的影響大小為:提取時間影響最大,其次是提取溫度,然后為離子液體濃度,影響最小的是提取溶劑的乙醇體積分?jǐn)?shù),最佳離子液體超聲輔助提取香葉總黃酮的最佳工藝條件為A3B3C2D3,即離子液體為氯化-1-丁基-3-甲基咪唑,離子液體濃度為0.35 mol/L,料液比為1∶50,提取溶劑為40%乙醇水溶液,提取時間為3 h,提取溫度為65 ℃。

      2.3 離子液體輔助提取香葉總黃酮的工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證試驗(yàn)

      取香葉粗粉3份,每份4 g,放入圓底燒瓶中,加入200 mL濃度為0.35 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的40%乙醇水溶液,水浴溫度控制在65 ℃,提取時間為3.0 h,其他操作同2.1.1節(jié)。結(jié)果香葉總黃酮提取率分別為109.37,111.77,108.23 mg/g,平均為109.79 mg/g,結(jié)果表明優(yōu)選的香葉總黃酮離子液體超聲輔助提取工藝比較穩(wěn)定。

      2.4 香葉總黃酮提取的對比試驗(yàn)

      2.4.1離子液體對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉3份,每份4 g,放入圓底燒瓶中,加入200 mL的40%乙醇水溶液,水浴溫度控制在65 ℃,提取時間為3.0 h,其他操作同2.1.1節(jié)。結(jié)果香葉總黃酮提取率分別為80.61,81.54,80.17 mg/g,平均為80.77 mg/g。根據(jù)2.3節(jié)試驗(yàn)結(jié)果可知,離子液體的加入使香葉總黃酮提取率提高了35.93%。

      2.4.2酶對總黃酮提取率的影響

      取香葉粗粉3份,每份4 g,放入圓底燒瓶中,加入200 mL濃度為0.35 mol/L的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑的40%乙醇水溶液,然后再加入纖維素酶0.02 g,水浴溫度控制在65 ℃,提取時間為3.0 h,其他操作同2.1.1節(jié),提取結(jié)束后在90 ℃水浴中30 s滅酶。結(jié)果香葉總黃酮提取率分別為116.52,117.63,118.31 mg/g,平均為117.49 mg/g。由試驗(yàn)結(jié)果可知,體系中加入了纖維素酶使香葉總黃酮提取率進(jìn)一步提高,可能是因?yàn)槔w維素酶破壞了香葉的細(xì)胞壁,從而使細(xì)胞內(nèi)的香葉總黃酮溶出增加,從而提高了總黃酮提取率。

      2.4.3脫脂對總黃酮提取率的影響

      取干燥的香葉粉10 g,加入50 mL石油醚回流脫脂2次,每次1 h,過濾,濾渣于60 ℃以下干燥至干,取脫脂后的香葉粗粉3份,每份4 g,放入圓底燒瓶中,然后按2.3節(jié)方法進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果香葉總黃酮提取率分別為114.66,113.95,114.08 mg/g,平均為114.23 mg/g。由試驗(yàn)結(jié)果可知,脫脂后除去了香葉中的葉綠素、胡蘿卜素等脂溶性物質(zhì),結(jié)果使香葉總黃酮提取率有所提高,但提高幅度低于纖維素酶。

      2.5 體外抗氧化性研究

      稱取香葉干浸膏適量,用50%乙醇水溶液制備成不同質(zhì)量濃度的一系列樣品溶液。在10個10 mL比色管中分別加入2.0 mL上述一系列樣品溶液,然后再加入濃度為0.2 mmol/L 的DPPH·溶液2.0 mL,混合均勻,在室溫條件下暗處放置30 min,用50%的乙醇水溶液為空白對照,于517 nm波長處測定吸光度A樣品。其他條件不變,用2.0 mL蒸餾水代替測定A樣品中的香葉樣品液,其他操作同上,在517 nm處測定吸光度A空白。在10個10 mL比色管中分別加入2.0 mL上述一系列樣品溶液,然后再加入無水乙醇2.0 mL,混合均勻,其他操作同上,在517 nm處測定吸光度A對照。

      稱取維生素C適量,制備成一系列與樣品溶液質(zhì)量濃度相同的對照溶液,按照上述方法同樣操作。通過下式分別計算香葉樣品溶液、維生素C對照溶液對DPPH·的清除率[13]。

      DPPH·清除率(%)=[(A空白-A樣品+A對照)/A空白]×100。

      圖6 樣品溶液和對照溶液對DPPH·的清除活性Fig.6 The scavenging activity of sample solution and reference solution to DPPH·

      由圖6可知,隨著香葉提取物與維生素C溶液質(zhì)量濃度的增加,其對DPPH·的清除率均逐漸升高,二者對DPPH·的清除能力均呈現(xiàn)一定的濃度依賴性,在質(zhì)量濃度小于0.4 mg/mL時香葉提取物的清除能力低于維生素C;當(dāng)質(zhì)量濃度高于0.4 mg/mL時香葉提取物的清除能力與維生素C接近;當(dāng)質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL時二者對DPPH·的清除率分別為98.92%,99.07%。香葉提取物對DPPH·的清除率與質(zhì)量濃度的線性回歸方程為Y=2.9413+199.4206X,R=0.9903,香葉提取物對DPPH·的清除率的IC50值為0.2360 mg/mL;而維生素C的質(zhì)量濃度與對DPPH·的清除率的線性回歸方程為Y=21.6433+166.5879X,R=0.9861,其IC50值為0.1702 mg/mL。結(jié)果表明香葉提取物對DPPH·的清除能力弱于陽性對照維生素C,但其清除率與質(zhì)量濃度的線性回歸性強(qiáng)于陽性對照維生素C。

      3 結(jié)論

      本試驗(yàn)對離子液體超聲輔助提取香葉總黃酮的工藝條件進(jìn)行了探索,并采用單因素及正交試驗(yàn)對其進(jìn)行了優(yōu)化。比較適宜的提取工藝條件為:提取溶劑為40%乙醇,料液比為1∶50,水浴溫度控制在65 ℃,提取時間為3.0 h,最佳離子液體為氯化-1-丁基-3-甲基咪唑,離子液體濃度為0.35 mol/L,超聲波頻率設(shè)定為90 W,在此工藝條件下,香葉總黃酮提取率為109.79 mg/g。本文采用的離子液體超聲輔助提取法,其提取率高,與傳統(tǒng)超聲輔助醇提工藝相比,總黃酮提取率提高了35.93%,說明離子液體超聲輔助提取法是一種高效的提取方法??赡苁且?yàn)閷㈦x子液體用作溶劑時,超聲的空化效應(yīng)能加速離子液體穿透香葉組織細(xì)胞,促進(jìn)香葉組織內(nèi)的黃酮類物質(zhì)溶出,而且離子液體可能對香葉總黃酮具有一定的增溶作用,同時離子液體可能作為一種轉(zhuǎn)運(yùn)載體將黃酮類物質(zhì)從香葉細(xì)胞內(nèi)運(yùn)出,增大了其溶出率,從而提高了香葉總黃酮提取率。本文進(jìn)一步探索了在提取體系中加入纖維素酶對提取率的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明由于纖維素酶破壞了香葉的細(xì)胞壁,從而使細(xì)胞內(nèi)的黃酮類物質(zhì)最大限度地溶出,因此可進(jìn)一步地提高總黃酮提取率,與傳統(tǒng)超聲輔助醇提工藝相比,總黃酮提取率提高了45.46%。體外抗氧化活性的試驗(yàn)結(jié)果表明:香葉提取物對DPPH·具有顯著的清除活性,而且隨著其質(zhì)量濃度的增加,清除活性明顯增強(qiáng),其IC50值為0.2360 mg/mL。上述試驗(yàn)結(jié)果為香葉在食品、飲料、制藥等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

      參考文獻(xiàn):

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