Process and Antioxidant Activity of Flavonoid Extract from Abelmoschus esculentus
-
摘要: 采用微波辅助提取法提取黄秋葵中的黄酮类化合物,通过单因素和正交试验确定最佳条件:体积分数70%乙醇为提取溶剂,温度70℃,料液比1:40(g·mL-1),时间40 min,黄酮提取率2.78%,相对标准偏差RSD为0.635%,该方法提取率较高、稳定可行;采用DPPH和ABTS自由基法测定提取的黄酮类化合物抗氧化活性,IC50分别为1.21、1.06 mg·mL-1,表现为较强的抗氧化活性。Abstract: A microwave-assisted processes to extract flavonoids from Abelmoschus esculentus was optimized by a single factor and orthogonal experiment. By using 70% ethanol as the solvent, A. esculentus in a solid-liquid ratio of 1:40 (g·mL-1)was extracted at 70℃ for 40 minutes. The yield of flavonoids was 2.78% with a relative standard deviation of 0.635%. The resulting extract was tested for its antioxidant activity by means of DPPH and ABTS radical scavenging capabilities to show IC50at 1.21 mg·mL-1 and 1.06 mg·mL-1, respectively. It appeared that the current method could render a high yield on flavonoids that showed a substantial antioxidative activity.
-
Keywords:
- microwave /
- Abelmoschus esculeutus /
- flavonoids /
- extraction /
- antioxidant activity
-
黄秋葵Abelmoschus esculeutus,又名秋葵,羊角豆等,原产于非洲热带地区,现广泛在热带和亚热带地区种植,欧美等国都把它列入21世纪最佳绿色食品名录之中[1],享有“植物伟哥”和“绿色人参”的美誉[2]。黄秋葵富含锌和硒等微量元素,具有防癌抗癌的功效[3],市场价值高、营养丰富,被视为运动员的首选蔬菜。医学研究表明黄酮类化合物有较高的药用价值,如抗氧化[4]、抗皮肤老化[5]、预防血管性痴呆[6]等重要功效。
黄秋葵中黄酮类化合物的提取的方法主要有:溶剂提取法、超声波辅助法、微波辅助法等。王博等[7]采用有机溶剂提取黄秋葵中的黄酮化合物,提取率为3.30%;张泽生等[8]采用响应面实验优化黄秋葵中总黄酮的超声提取工艺,提取率为2.49%,陈宝宏等[9]利用超声波浸提法对黄秋葵花中黄酮类物质进行提取,得率为2.52%。目前,使用波辅助提取法提取黄秋葵中黄酮类化合物报道较少,并缺少较全面的抗氧化活性对比分析。本研究旨在更加高效、更节省成本地提取黄秋葵中黄酮类化合物,并开展其抗氧化活性对比研究,以期为黄酮化合物的综合开发奠定基础。
1. 材料与方法
1.1 材料与试剂
黄秋葵:儋州宝根农业有限公司提供;无水乙醇、芦丁、石油醚、乙醚、亚硝酸钠、无水氯化铝、氢氧化钠、乙醇、碳酸钠、维生素C、DPPH、ABTS:均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
MD6CN-H型微波消解仪:APL奥普乐公司;UV-2450紫外分光光度计:日本岛津公司;HHS-4S水浴锅:上海市南阳仪器有限公司;CPA225D电子分析天平:德国Sartorius公司。
1.3 试验方法
1.3.1 黄酮类化合物的提取及测定
提取流程:黄秋葵→蒸馏水清洗→冷冻干燥→粉碎过筛→微波辅助提取→滤液定容→离心→测定;使用NaNO2-Al(NO3)3比色法[8]测定黄酮类化合物:以芦丁为标准品,绘制准线性方程:y=15.313x+0.00007,R2=0.999 9,按下列公式计算:
黄秋葵黄酮类化合物提取率/%=Y⋅V⋅V0v⋅W⋅1000×100% 式中:Y为通过标准线性方程计算出的质量浓度(mg·mL-1);V为反应体积(mL);V0为配制的溶液体积(mL);v为取样量(mL);W为提取物质量(g)。
1.3.2 黄酮类化合物最佳提取条件的确定
采用微波提取功率600 W,以温度、提取时间、乙醇体积分数、料液比进行单因素试验。以温度为例,黄秋葵分别在30、40、50、60、70、80℃条件下,以体积分数70%乙醇为提取液,料液比1: 40(g·mL-1),提取时间30 min,采用1.3.1方法测定黄酮类化合物提取率。确定水平范围后,采用L9(34)正交试验,确定黄秋葵中黄酮化合物的最佳提取条件(表 1)。
表 1 正交试验因素水平Table 1. Factors and levels of orthogonal design水平 温度/℃ 提取时间/min 乙醇体积分数/% 料液比/(g·mL-1) 1 60 20 60 1: 30 2 70 30 70 1: 40 3 80 40 80 1: 50 1.3.3 黄酮提取物抗氧化活性的测定
将黄秋葵中黄酮提取物配成系列浓度的样液,采用DPPH自由基法[10]、ABTS自由基法[11-12]与维生素C进行抗氧化性活性的对比分析。
1.4 数据分析
数据采用OriginPro 8.5软件和Microsoft Excel 2013软件进行统计分析。
2. 结果与分析
2.1 微波提取功率的确定
如图 1所示,当提取功率为600 W时,黄酮类化合物提取率达到最高值2.23%,继续增加微波功率,黄酮化合物提取率下降。王广慧[13]也发现使用微波法提取金针菇黄酮,当功率过高时,黄铜提取率反而下降。可能是微波过高功率引起黄秋葵原料凝聚,影响黄酮类化合物溶解所致。因而后续单因素试验选取微波功率为600 W。
2.2 单因素试验
2.2.1 乙醇体积分数的确定
如图 2所示,当乙醇为70%时,黄酮类化合物提取率达到最高值2.02%。陈婷等[14]也发现使用乙醇提取甜叶菊残渣中总黄酮,当乙醇超过70%,提取率明显下降。可能是黄酮化合物在乙醇为70%时有最大的溶解度。因而后续单因素试验选取的乙醇体积分数为70%。
2.2.2 提取温度的确定
如图 3所示,当提取温度为70℃时,黄酮类化合物提取率达到最高值2.38%。清源等[15]也发现苦荞茶中黄酮提取率在温度为70℃时达到最高。温度继续升高,黄酮化合物提取率下降,可能是高温破坏了黄酮化合物的稳定性,因而后续单因素试验选取的提取温度为70℃。
2.2.3 料液比的确定
如图 4所示,当液料比为1: 40(g·mL-1)时,黄酮类化合物提取率达到最高值2.46%。继续减少液料比对黄酮提取效果影响不大,因而后续单因素试验选取的料液比为1: 40(g·mL-1)。
2.2.4 提取时间的确定
如图 5所示,在30 min之前,黄酮类化合物提取率随着提取时间增长而增大,当提取时间为30 min时,达到最高值2.64%。赵晨晨等[16]也发现微波辅助提取络石藤总黄酮时,最佳提取时间为30 min。继续增加提取时间,提取率逐渐下降,可能是由于黄酮化合物在长时间提取过程中逐渐分解所致,因而后续单因素试验选取的提取时间为30 min。
2.3 正交试验
选取微波功率为600 W,在单因素试验的基础上,通过L9(34)正交试验来进一步优化黄酮的提取工艺参数。结果如表 2如示:4个因素对黄酮提取效果影响次序为:A>D>C>B,即温度>料液比>乙醇体积分数>提取时间。最佳优化组合为A2B3C2D2,即温度70℃、提取时间为40 min、乙醇体积分数为70%、料液比1: 40(g·mL-1)。按上述最佳提取工艺进行试验验证,黄秋葵黄酮的平均得率为2.78%,相对标准偏差RSD为0.635%,表明该提取工艺得率较高、稳定可行。
表 2 正交试验方案及其结果Table 2. Designs and results of orthogonal experiment因素 温度/℃ 提取时间/min 乙醇体积分数/% 料液比/(g·mL-1) 黄酮类化合物提取率/% 1 60 20 60 1: 30 1.9957 2 60 30 70 1: 40 2.4719 3 60 40 80 1: 50 2.1644 4 70 20 70 1: 50 2.5851 5 70 30 80 1: 30 2.4683 6 70 40 60 1: 40 2.7201 7 80 20 80 1: 40 2.3788 8 80 30 60 1: 50 2.0325 9 80 40 70 1: 30 2.2571 k1 2.211 2.320 2.249 2.240 k2 2.591 2.324 2.438 2.524 k3 2.223 2.381 2.337 2.261 R 0.380 0.061 0.189 0.284 2.4 黄酮提取物抗氧化活性的测定
2.4.1 DPPH自由基清除率的测定
如图 6如示,黄秋葵中黄酮提取物对DPPH自由基有较强清除能力,且随质量浓度的增加而逐渐增强。在0.8~1.6 mg·mL-1呈现良好线性关系,线性方程y=71.5x-36.2,IC50为1.21 mg·mL-1。1.1 mg·mL-1黄秋葵黄酮提取物与0.46 mg·mL-1维生素C的DPPH自由基清除率为45%,表现出相当的还原力。
2.4.2 ABTS自由基清除率的测定
如图 7如示,黄秋葵中黄酮提取物对ABTS自由基也有较强清除能力,在0.1~0.6 mg·mL-1呈现良好线性关系,线性方程y=48.857x-1.9333,IC50为1.06 mg·mL-1。0.4 mg·mL-1黄秋葵黄酮提取物和维生素C的ABTS自由基清除率分别为18%、51%。
3. 讨论与结论
迄今已有许多有关农产品中黄酮的提取及活性研究。王秋实等[17]研究玉米须黄酮时发现,它能对葡萄糖激酶分解葡萄糖起到促进而达到降糖作用。徐天姿等[18]研究发现黄秋葵黄酮具有抗小鼠运动性疲劳的作用。目前黄酮类化合物的提取以醇法提取研究居多,常用的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮[19]。存在提取工艺时间长、提取成本高、提取率不稳定的问题,有待于进一步优化提取工艺。
本研究以黄秋葵为原料,黄酮类化合物提取率为评价指标,利用微波辅助乙醇提取黄酮化合物,在单因素试验基础上,运用L9(34)正交试验获得黄酮提取最佳工艺:温度70℃、提取时间为40 min、乙醇体积分数为70%、料液比1: 40(g·mL-1),黄酮化合物提取率为2.78%,黄酮提取效果影响次序为:温度>料液比>乙醇体积分数>提取时间。整个提取工艺较稳定、快速。采用DPPH和ABTS自由基法测定提取的黄酮类提取物抗氧化活性,IC50分别为1.21 mg·mL-1和1.06 mg·mL-1,表现为较强的抗氧化活性,能为黄秋葵功能性食品开发提供借鉴参考。
-
表 1 正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal design
水平 温度/℃ 提取时间/min 乙醇体积分数/% 料液比/(g·mL-1) 1 60 20 60 1: 30 2 70 30 70 1: 40 3 80 40 80 1: 50 表 2 正交试验方案及其结果
Table 2 Designs and results of orthogonal experiment
因素 温度/℃ 提取时间/min 乙醇体积分数/% 料液比/(g·mL-1) 黄酮类化合物提取率/% 1 60 20 60 1: 30 1.9957 2 60 30 70 1: 40 2.4719 3 60 40 80 1: 50 2.1644 4 70 20 70 1: 50 2.5851 5 70 30 80 1: 30 2.4683 6 70 40 60 1: 40 2.7201 7 80 20 80 1: 40 2.3788 8 80 30 60 1: 50 2.0325 9 80 40 70 1: 30 2.2571 k1 2.211 2.320 2.249 2.240 k2 2.591 2.324 2.438 2.524 k3 2.223 2.381 2.337 2.261 R 0.380 0.061 0.189 0.284 -
[1] 单承莺, 马世宏, 张卫明.保健蔬菜黄秋葵的应用价值与前景[J].中国野生植物资源, 2012, 31(2):68-71. http://www.cqvip.com/QK/95115A/201202/41733180.html [2] 许俊齐. 黄秋葵净菜加工及MAP保鲜关键工艺研究[D]. 福州: 福建农林大学, 2013. [3] 薛志忠, 刘思雨, 杨雅华.黄秋葵的应用价值与开发利用研究进展[J].保鲜与加工, 2013, 13(2):58-60. http://www.doc88.com/p-0972026293031.html [4] CHENG J, CHEN X, SHENG Z, et al. Antioxidant-capacity-based models for the prediction of acrylamide reduction by flavonoids[J].Food Chemistry, 2015, 168:90-99. DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.07.008
[5] 白阳, 孙正旺, 刘春莹, 等.甘草总黄酮的制备及其抗皮肤老化功能[J].大连工业大学学报, 2015, (5):317-319. http://www.cqvip.com/QK/92018A/201505/667003451.html [6] 吴晓光, 李玲, 苗光新, 等.山楂叶总黄酮对血管性痴呆大鼠学习记忆的干预作用及机制[J].中国老年学杂志, 2015, (14):3819-3822. DOI: 10.3969/j.issn.1005-9202.2015.14.010 [7] 王博, 黄翊鹏, 曲静然.黄秋葵中黄酮的提取工艺研究[J].齐鲁工业大学学报, 2015, 29(3):61-64. https://www.cnki.com.cn/qikan-SPKX200904004.html [8] 张泽生, 董晓朦, 王田心, 等.黄秋葵中多酚和黄酮提取工艺的研究[J].中国食品添加剂, 2017, (1):91-99. http://www.oalib.com/paper/5039618 [9] 陈宝宏, 马震雷, 孙莹莹.黄秋葵花中黄酮类物质的提取及抗氧化性分析[J].江苏调味副食品, 2017, (3):20-23. http://www.oalib.com/paper/4598046 [10] SUN T, HO C T. Antioxidant activities of buckwheat extracts[J].Food Chemistry, 2005, 90(4):743-749. DOI: 10.1016/j.foodchem.2004.04.035
[11] DUDONNÉ S, VITRAC X, COUTIẼRE P, et al. Comparative study of antioxidant properties and total phenolic content of 30 plant extracts of industrial interest using DPPH, ABTS, FRAP, SOD, and ORAC assays.[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2009, 57(5):1768-74. http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=21246749
[12] FANG Z, ZHANG Y, YUAN L, et al. Phenolic compounds and antioxidant capacities of bayberry juices[J]. Food Chemistry, 2009, 113(4):884-888. DOI: 10.1016/j.foodchem.2008.07.102
[13] 王广慧.微波辅助高压法提取金针菇黄酮条件的优化[J].食品研究与开发, 2017, 38(8):46-49. http://mall.cnki.net/magazine/Article/SPKJ201208078.htm [14] 陈婷, 徐文斌, 洪怡蓝, 等.响应面法优化甜叶菊残渣中总黄酮提取工艺及抗氧化活性[J].食品科学, 2016, 37(18):52-57. DOI: 10.7506/spkx1002-6630-201618009 [15] 清源.苦荞茶中黄酮提取工艺优化及不同品牌苦荞茶黄酮含量比较[J].南方农业, 2016, 10(3):1-5. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-NFNY201603002.htm [16] 赵晨晨, 承伟, 王立冬.微波辅助提取络石藤总黄酮的工艺研究[J].中草药, 2012, 43(4):718-720. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zcy201204023 [17] 王秋实, 李凤林.玉米须黄酮利用肝癌细胞降糖实验研究[J].吉林农业科技学院学报, 2017(3):10-13. http://www.cqvip.com/QK/88361X/201202/42660352.html [18] 徐天姿, 单雪峰, 孙炜, 等.黄秋葵黄酮抗小鼠运动性疲劳的作用及其机理研究[J].中华中医药学刊, 2014, 32(4):880-882. http://med.wanfangdata.com.cn/Paper/Detail/PeriodicalPaper_zjzyxyxb201307024 [19] 李筱玲, 邓寒霜.黄酮类化合物提取分离方法研究进展[J].陕西农业科学, 2015, 61(1):77-79. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgyy201007061 -
期刊类型引用(5)
1. 阎莹莹,张陈,张文会. 西藏蕨麻黄酮组成鉴定及抗氧化能力的研究. 食品安全质量检测学报. 2023(20): 86-95 . 百度学术
2. 陈晓琪,李瑶晨,李璐瑶,杨静,饶帅琦,祝彪,臧运祥,周根. 黄秋葵中黄酮类化合物提取方法优化及总黄酮抑菌效果研究. 核农学报. 2022(03): 669-679 . 百度学术
3. 樊志强. 黄秋葵中有效成分提取工艺研究进展. 当代农机. 2021(08): 63-65 . 百度学术
4. 闫旭宇,李娟,李玲. 响应面优化超声辅助提取黄秋葵嫩果黄酮工艺及其清除羟自由基能力. 中国调味品. 2021(10): 164-168+172 . 百度学术
5. 张文婷,王洪云,孙健,朱红,岳瑞雪,张毅,徐飞,钮福祥. 不同品种及生长期甘薯叶片多酚和黄酮含量动态分析. 江西农业学报. 2019(11): 17-22+28 . 百度学术
其他类型引用(0)