高良姜莖葉總黃酮超聲提取工藝優(yōu)化及生物活性研究

赫金鳳 吳翠平

摘要：高良姜莖葉總黃酮是高良姜莖和葉子中所含的一類天然化合物，具有多種生物活性和藥理作用。該研究通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化了高良姜莖葉總黃酮微波提取工藝，研究結(jié)果表明，高良姜莖葉總黃酮提取的最佳加工工藝為超聲時間40 min、超聲功率750 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶40和提取溫度50 ℃，此時高良姜莖葉總黃酮提取量為107.23 mg/g；另外，對提純前后的高良姜莖葉總黃酮還原能力和降血糖能力進(jìn)行了測定，研究結(jié)果表明，高良姜莖葉總黃酮具有一定程度的還原能力和降血糖功效，且純化后的高良姜莖葉總黃酮還原能力和降血糖功效明顯強于純化前。

關(guān)鍵詞：高良姜；總黃酮；提取工藝；生物活性

中圖分類號：TS201.1????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）12-0079-04

Optimization of Ultrasonic Extraction Process and Research on Biological

Activity of Total Flavonoids from the Stems and Leaves

of Alpinia officinarum Hance

HE Jin-feng1， WU Cui-ping2

（1.Shangqiu Medical College， Shangqiu 476006， China; 2.School of Public Health，

Zhengzhou University， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： Total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance are a kind of natural compounds contained in the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance， which have various biological activities and pharmacological effects. In this study， the microwave extraction process of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal processing technology for the extraction of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is the ultrasonic time of 40 min， the ultrasonic power of 750 W， the ethanol volume fraction of 60%， the ratio of solid to liquid of 1∶40 and the extraction temperature of 50 ℃. At this time， the extraction amount of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance is 107.23 mg/g. In addition， the reducing ability and hypoglycemic ability of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance before and after purification are measured. The research results show that the total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance have a certain degree of reducing ability and hypoglycemic effect， and the reducing ability and hypoglycemic effect of total flavonoids from the stems and leaves of Alpinia officinarum Hance after purification are significantly stronger than those before purification.

Key words： Alpinia officinarum Hance; total flavonoids; extraction process; biological activity

收稿日期：2023-06-13

基金項目：河南省教育廳重點科研項目（19B320011）

作者簡介：赫金鳳（1984－），女，講師，碩士，研究方向：食藥品功能活性成分。

高良姜是一種生長在亞熱帶和熱帶地區(qū)的植物[1]，主要分布在中國、印度、印度尼西亞、泰國和尼泊爾等地[2]，其中，中國是世界上高良姜生產(chǎn)大國[3]。中國的高良姜主要分布在云南、貴州、廣西、廣東、福建、江西、湖南等地，云南是中國高良姜的主要產(chǎn)區(qū)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國的高良姜產(chǎn)量一直保持在世界前列[4-5]。近年來，隨著高良姜的醫(yī)學(xué)價值不斷被發(fā)掘和應(yīng)用，高良姜的種植面積和產(chǎn)量也有所增加。目前，我國的高良姜產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬噸，其中一部分出口到海外市場[6-7]。

高良姜具有濃郁的姜味，被用于制作各種料理和食品，主要應(yīng)用在姜汁飲料、腌制食品、焙烤食品（姜餅和蛋糕）和烹飪料理（姜汁豬肉、姜汁蝦和姜汁雞）方面[8]。高良姜在食品方面的應(yīng)用廣泛，能夠增加食品的口感、風(fēng)味和營養(yǎng)，同時有助于提高人體免疫能力和消化功能[9]。

高良姜莖葉總黃酮是指高良姜莖和葉子中所含的一類天然化合物，具有多種生物活性和藥理作用[10]。它們是一類黃色的苷類化合物，包括高良姜黃素、蕓香素、芹菜素、鹽藻素等成分。研究表明[11-12]，高良姜莖葉總黃酮可以抑制癌細(xì)胞的生長和擴(kuò)散，對預(yù)防心血管疾病、防治糖尿病等具有一定的效果。因此，高良姜莖葉總黃酮在醫(yī)學(xué)、保健品、食品、化妝品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[13-14]。通過對高良姜莖葉總黃酮進(jìn)行提取、分離和純化，可以發(fā)現(xiàn)和篩選出新的藥物和保健品成分[15-16]，為新藥和保健品的研發(fā)提供了有力的支持[17]。

總之，研究高良姜莖葉總黃酮的提取、分離、純化及生物活性，可以為新藥和保健品的研發(fā)提供支持，提高產(chǎn)品質(zhì)量，深入了解其生物活性和藥理作用機制，探索其應(yīng)用價值，具有重要的意義和價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

選擇新鮮無霉變的高良姜莖葉備用；α-淀粉酶、無水乙醇、硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、過硫酸鉀、磷酸氫二鉀、三氯化鐵、可溶性淀粉、苯酚、二硝基水楊酸、硫酸：均為分析純。

1.2 試驗儀器

蒸發(fā)儀、真空泵、培養(yǎng)箱、分析天平、清洗儀、水浴鍋、分光光度計、離心機、冷凍干燥機和粉碎機。

1.3 試驗方法

1.3.1 高良姜莖葉總黃酮含量的測定

量取5 mL待測液于10 mL容量瓶中，加入0.7 mL濃度為5%的NaNO2混勻，靜置6 min，加入0.7 mL濃度為10%的Al（NO3）3，靜置6 min后，加入25 mL濃度為4%的NaOH，搖勻，最后加入濃度為60%的乙醇定容至10 mL，放置15 min后在波長為510 nm的條件下測定吸光度。高良姜莖葉總黃酮含量計算公式如下：

總黃酮含量（mg/g）=C×V×tm。

式中：C為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方程計算出的總黃酮質(zhì)量濃度（mg/mL）；V為體積（mL）；t表示稀釋倍數(shù)；m為高良姜莖葉質(zhì)量（mg）。

1.3.2 單因素試驗

當(dāng)研究其中一個單因素對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響時，控制其他變量因素不變，即料液比為1∶40，提取溫度為50 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%，超聲功率為900 W和超聲時間為30 min；分別研究不同超聲時間（10，20，30，40，50，60 min）、不同料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50）、不同提取溫度（30，40，50，60，70 ℃）、不同乙醇體積分?jǐn)?shù)（30%、40%、50%、60%、70%）和不同超聲功率（450，600，750，900，1 050 W）對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響。

1.3.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以超聲時間、超聲功率、乙醇體積分?jǐn)?shù)和提取溫度作為變量因素，高良姜莖葉總黃酮提取量為指標(biāo)，進(jìn)行四因素三水平正交試驗，正交試驗表見表1。

1.3.4 高良姜莖葉生物活性的測定

1.3.4.1 高良姜莖葉總黃酮還原能力的測定

參照李洪德等[18]的方法對高良姜莖葉總黃酮的還原能力進(jìn)行測定。

1.3.4.2 高良姜莖葉總黃酮體外降血糖功能的測定

參照曹旅等[19]的方法對高良姜莖葉總黃酮的降血糖功能進(jìn)行測定。

2 結(jié)果和討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 超聲時間對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

超聲時間對高良姜莖葉總黃酮的提取量有一定影響。超聲時間過短會使物質(zhì)釋放不充分，提取量少；而超聲時間過長則容易造成化合物降解，從而影響提取量。由圖1可知，隨著超聲時間的增加（10～50 min），高良姜莖葉總黃酮提取量為73～80 mg/g。當(dāng)超聲時間為30 min時，高良姜莖葉總黃酮提取量最高，為80 mg/g。

2.1.2 超聲功率對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

超聲功率是超聲提取中一個非常重要的參數(shù)，它對高良姜莖葉總黃酮的提取量有明顯的影響。超聲提取過程中，超聲波的作用可以使細(xì)胞壁破裂，有利于黃酮類化合物的釋放。提高超聲功率可以增強超聲波的能量密度，加速細(xì)胞壁的破裂，從而增加總黃酮的提取量。但是過高的超聲功率可能會造成物質(zhì)的降解，從而影響高良姜莖葉總黃酮的提取效果。高良姜莖葉總黃酮的提取量隨著超聲功率的增加先升高后降低，當(dāng)超聲功率為900 W時，高良姜莖葉總黃酮提取量最高，為92 mg/g。

2.1.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

乙醇可以改變細(xì)胞膜的滲透性，促進(jìn)黃酮的釋放。乙醇體積分?jǐn)?shù)越高，黃酮的溶解度越高，從而有利于提高總黃酮的提取量。但是，過高的乙醇體積分?jǐn)?shù)也會影響黃酮的穩(wěn)定性和純度。由圖3可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，高良姜莖葉總黃酮提取量先升高后降低。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%時，高良姜莖葉總黃酮提取量最高，為93 mg/g。

2.1.4 提取溫度對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

溫度對細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和液相黏度都有一定的影響。過低或過高的溫度都可能導(dǎo)致黃酮降解或失活，從而影響高良姜莖葉總黃酮的提取效果。由圖4可知，隨著提取溫度的升高，總黃酮提取量先升高后降低。當(dāng)提取溫度為50 ℃時，高良姜總黃酮提取量最高，當(dāng)溫度高于或者低于50 ℃時，高良姜總黃酮提取量均呈現(xiàn)下降趨勢。

2.1.5 料液比對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響

液體中的黃酮類化合物需要通過滲透擴(kuò)散的方式從植物細(xì)胞中釋放出來。較低的料液比會導(dǎo)致黃酮化合物和細(xì)胞的接觸面積不足，從而影響黃酮的釋放。而較高的料液比則可能導(dǎo)致液體中的黃酮類化合物過度稀釋。由圖5可知，隨著料液比的增加，高良姜莖葉總黃酮提取量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，但當(dāng)料液比超過1∶40時，對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響不明顯，所以選擇最佳的料液比為1∶40。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

以超聲時間（A）、超聲功率（B）、乙醇體積分?jǐn)?shù)（C）和提取溫度（D）作為變量因素，高良姜莖葉總黃酮提取量（mg/g）為指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗，超聲波提取高良姜總黃酮的正交試驗表見表2。

由表2和表3可知，A、B、C和D 4個影響因素對高良姜莖葉總黃酮提取量的影響順序為A>B>C>D，即超聲時間>超聲功率>乙醇體積分?jǐn)?shù)>提取溫度。最佳的高良姜莖葉總黃酮提取工藝為超聲時間40 min、超聲功率750 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、提取溫度50 ℃、料液比1∶40，此時高良姜莖葉總黃酮提取量為107.23 mg/g。

2.3 高良姜莖葉總黃酮生物活性的測定

2.3.1 高良姜莖葉總黃酮還原能力的測定

抗氧化活性和還原能力密切相關(guān)，在還原能力測定的試驗中，可以通過吸光度的高低來表示高良姜莖葉總黃酮的還原能力，吸光度越大，表明樣品的還原能力越強，也表明抗氧化活性越強。高良姜莖葉總黃酮還原能力的測定見圖6。

由圖6可知，隨著各種物質(zhì)質(zhì)量濃度的不斷增加，吸光度也不斷增大，說明各樣品的還原能力不斷增強。當(dāng)濃度為0.05 mg/mL時，純化后的黃酮吸光度最高，為0.73；純化前的黃酮吸光度最低，為0.58。說明高良姜莖葉總黃酮具有一定還原能力，且純化后的黃酮還原能力更強。

2.3.2 高良姜莖葉總黃酮降血糖活性的測定

α-淀粉酶是一種消化酶，能夠?qū)⒌矸鄯纸獬善咸烟恰Ｒ种痞?淀粉酶的活性，就能夠降低淀粉的消化速度，減緩糖分子的釋放，從而使血糖水平上升的速度變慢，降低血糖水平的峰值和總體上升的幅度。由圖7可知，隨著濃度的增加，高良姜莖葉總黃酮對α-淀粉酶的抑制率不斷增加，當(dāng)濃度小于1.5 mg/mL時，對α-淀粉酶的抑制率增長速度較快；當(dāng)濃度為1.5～2.5 mg/mL時，對α-淀粉酶的抑制率仍然呈現(xiàn)上升趨勢，但是增長速度有所減緩。當(dāng)濃度為2.5 mg/mL時，對α-淀粉酶的抑制率最高，阿卡波糖、純化后的黃酮和純化前的黃酮的抑制率分別為90%、79%和52%，純化后的黃酮對α-淀粉酶的抑制率明顯高于純化前的黃酮。

3 小結(jié)

本研究通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化了高良姜超聲波提取工藝，研究結(jié)果表明，高良姜總黃酮提取的最佳加工工藝為超聲時間40 min、超聲功率750 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶40和提取溫度50 ℃，此時高良姜莖葉總黃酮提取量為107.23 mg/g；另外，對提純前后的高良姜莖葉總黃酮還原能力和降血糖能力進(jìn)行了測定，研究結(jié)果表明，高良姜莖葉總黃酮具有一定的還原能力和降血糖功效，且純化后的高良姜莖葉總黃酮的還原能力和降血糖功效明顯強于純化前。一些相關(guān)研究也表明，高良姜黃酮具有一定的抗氧化活性，能夠作為食品添加劑，延長食品的保質(zhì)期，并改善食品的品質(zhì)。通過提取高良姜黃酮，能夠帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高農(nóng)戶的收入。

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