蹄叶橐吾黄酮提取工艺优化及其抗氧化活性分析

王蒙蒙,崔敬爱*

(吉林农业大学 食品科学与工程学院,吉林 长春 130118)

摘 要:该文探究蹄叶橐吾黄酮(flavonoids from Ligularia fischeri,FLF)的最佳提取工艺并分析其抗氧化能力。以超声波辅助纤维素酶酶解法提取FLF,通过单因素试验、Plackett-Burman 和响应面优化试验得出FLF 最佳提取工艺,并对还原力、DPPH·清除率和ABTS+·清除率进行测定,探究FLF 体外抗氧化活性。结果表明,最佳提取工艺为纤维素酶添加量168 mg、酶解温度50 ℃、酶解时间51 min、料液比1∶25(g/mL)、超声功率190 W、提取时间74 min,此工艺下FLF得率为2.05%。FLF 具有一定的抗氧化能力,但弱于维生素C。超声波辅助纤维素酶酶解法可以有效提高FLF 的得率,得到的FLF 具有较优的抗氧化活性。

关键词:蹄叶橐吾;黄酮;提取;工艺优化;抗氧化

蹄叶橐吾[Ligularia fischeri(Ledeb.)Turcz.]为橐吾属多年生草本植物,又名肾叶橐吾、马蹄叶[1],广泛生长于吉林省延边朝鲜族自治州,根部肥厚呈肉质,具有止咳祛痰、理气活血之效[2],叶片呈肾形,可做野菜或包饭食用,深受人们喜爱。研究表明,蹄叶橐吾中含有丰富的挥发油、微量元素、多酚类物质以及蹄叶橐吾特有的蹄橐内酯、橐吾烯酮等物质[3-4],兼具食用与药用价值。

黄酮是植物中重要的次级代谢产物,具有抗氧化[5]、降糖、降脂[6]、抗炎、消瘤[7-8]等多种生理活性作用,一直备受人们关注。据报道,黄酮的提取方法有浸提法、酶解法、超声波或微波辅助制备、超临界流体萃取法等[9-11],然而目前关于蹄叶橐吾黄酮的提取工艺少有报道。超声波辅助提取的原理是利用超声波辐射压力产生多种作用力共同作用于待提取物,从而使目标成分快速且充分地进入溶剂,提高提取效率。酶解法具有高效、安全和专一的优点,且操作条件温和,对目标成分无破坏性影响。近年来,研究人员常将两种方法相结合,以进一步提高目标物得率[12-13]

本试验以蹄叶橐吾叶片为原材料,采用超声波辅助纤维素酶提取黄酮,以单因素试验、Plackett-Burman试验和响应面试验得到最佳提取工艺,并测定其体外抗氧化活性,为蹄叶橐吾的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蹄叶橐吾:市售;纤维素酶(200 U/mg)、芦丁标准品、槲皮素标准品、二氢槲皮素标准品、金丝桃苷标准品、槲皮苷标准品、山奈酚标准品、儿茶素标准品、表儿茶素标准品、木犀草素标准品(纯度≥99%):北京索莱宝科技有限公司;无水乙醇、三水醋酸钠(均为分析纯):广州化学试剂厂;三氯化铝(分析纯):美国Sigma-aldrich 公司;冰醋酸(分析纯):美国Aladdin 公司;活性炭(优级纯):兴华炭业科技南京有限公司。

1.2 仪器与设备

万能粉碎机(FDV):佑崎有限公司;紫外分光光度计(T6 新世纪):北京普析仪器有限公司;恒温水浴锅(DK-98-ⅡA):天津市泰斯特仪器有限公司;超声波细胞粉碎机(JY88-Ⅱ):宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 试剂配制

1.3.1.1 0.1 mol/L AlCl3 溶液制备

称取1.33 g AlCl3 溶于100 mL 70%乙醇溶液中。

1.3.1.2 醋酸盐缓冲溶液制备

甲液:2.72 g CH3COONa·3H2O 溶于100 mL 蒸馏水;乙液:1.15 mL CH3COOH 溶于100 mL 蒸馏水;将39.5 mL 甲液与10.5 mL 乙液混合,加入50 mL 蒸馏水,制成pH5.2 的缓冲溶液。

1.3.1.3 磷酸盐缓冲溶液制备

A 液:7.16 g Na2HPO4 溶于100 mL 蒸馏水;B 液:3.12 g NaH2PO4 溶于100 mL 蒸馏水;取38 mL A 液与62 mL B 液混合,得到pH6.6 的缓冲溶液。

1.3.2 芦丁标准曲线的绘制

参考杨雅欣等[14]的试验方法并进行改进,配制0.2 mg/mL 芦丁标准品溶液,分别取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL 于锥形瓶中,采用AlCl3[15]进行显色,418 nm 处测定吸光度,绘制标准曲线。

1.3.3 蹄叶橐吾黄酮得率的测定

蹄叶橐吾叶片置于50 ℃烘箱中,干燥后使用万能粉碎机进行粉碎,过80 目筛,收集后密封干燥保存,备用。

精确称取2 g 橐吾粉末于50 mL 锥形瓶中,加入纤维素酶,混匀,按照一定的料液比添加70%乙醇溶液,进行酶解与超声处理。收集提取液,3 000 r/min 离心10 min,留取上清液。取1 mL 上清液,显色后在波长418 nm 处检测吸光度,通过标准曲线回归方程计算黄酮的浓度,根据下列公式计算黄酮得率。

式中:A 为黄酮得率,%;C 为橐吾提取液中总黄酮浓度,mg/mL;V 为提取液体积,mL;N 为稀释倍数;M 为蹄叶橐吾的质量,g。

1.3.4 单因素试验

1.3.4.1 纤维素酶添加量

纤维素酶酶活经前期试验验证与试剂厂家所标规格一致,因此可进行后续试验。准确称取2 g 蹄叶橐吾粉末于50 mL 锥形瓶中,以张丽静等[16]的方法为基础进行改进,30 ℃水浴酶解30 min,按料液比1∶25(g/mL)加入70%乙醇,在功率130 W 下超声30 min,设置纤维素酶添加量为40、80、120、160、200 mg,考察不同纤维素酶添加量对蹄叶橐吾黄酮得率的影响。

1.3.4.2 酶解温度

基于1.3.4.1 试验结果,选取纤维素酶添加量的最佳水平,设定酶解时间30 min,料液比为1∶25(g/mL),超声功率130 W 下超声30 min,设置酶解温度为30、40、50、60、70 ℃,考察酶解温度对蹄叶橐吾黄酮得率的影响。

1.3.4.3 酶解时间

基于上述试验结果,选取纤维素酶添加量和酶解温度的最佳水平,设定料液比为1∶25(g/mL),超声功率130 W 下超声30 min,设置酶解时间为30、40、50、60、70 min,考察酶解时间对FLF 得率的影响。

1.3.4.4 料液比

选取纤维素酶添加量、酶解温度和酶解时间的最佳水平,设定提取时间30 min,超声功率130 W,设置料液比为1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35(g/mL),考察不同料液比对FLF 得率的影响。

1.3.4.5 提取时间

选取纤维素酶添加量、酶解温度、酶解时间和料液比的最佳水平,超声功率固定为130 W,设置提取时间为30、45、60、75、90 min,考察不同提取时间对FLF得率的影响。

1.3.4.6 超声功率

选取纤维素酶添加量、酶解温度、酶解时间、料液比和提取时间的最佳水平,设置超声功率为130、160、190、220、250 W,考察超声功率对FLF 得率的影响。

1.3.5 Plackett-Burman 试验

影响FLF 得率的因素较多,但各因素对其影响程度不同。因此,为最大效率优化提取工艺,通过Plackett-Burman 试验筛选出对黄酮得率影响显著的重要因子,作为后续提取工艺优化试验的影响因子,试验因素及水平设计见表1。

表1 Plackett-Burman 试验因素及水平设计
Table 1 Factors and levels of Plackett-Burman

水平因素A 酶解温度/℃F 超声功率/W-1 40 160 1 60 220 B 酶解时间/min E 提取时间/min 40 120 1∶20 60 60 200 1∶30 90 C 纤维素酶添加量/mg D 料液比/(g/mL)

1.3.6 响应面优化试验

基于1.3.4 与1.3.5 的试验结果,选取对FLF 得率影响较大的显著因子的较优水平,设计Box-Behnken响应面试验方案,试验设计见表2。

表2 Box-Behnken 响应面试验因素及水平设计
Table 2 Factors and levels of Box-Behnken

水平 因素A' 纤维素酶添加量/mg B' 提取时间/min C' 酶解时间/min-1 120 60 40 0 160 75 50 1 200 90 60

1.3.7 蹄叶橐吾黄酮成分鉴定

根据1.3.6 的优化结果提取FLF,收集提取液,以D101 大孔树脂纯化,冷冻干燥后得到FLF 纯提物,保存备用。使用芦丁、槲皮素、二氢槲皮素、金丝桃苷、槲皮苷、山奈酚、儿茶素、表儿茶素、木犀草素标准品制作混合标准液,并以此为对照,使用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC) 分析FLF 纯提物中主要的黄酮成分。

参考张元梅等[17]的方法,HPLC 条件为色谱柱:Waters C18 柱;检测波长:283 nm;流速:1 mL/min;柱温:25 ℃;流动相为甲醇(A)、0.1%(体积分数)甲酸溶液(B)。洗脱程序:0~10 min,10%~20%A;10~20 min,20%~50%A;20~30 min,50%~100%A;30~40 min,100%A;40~45 min,100%~10%A;45~55 min,10%A。

1.3.8 蹄叶橐吾黄酮抗氧化活性测定

1.3.8.1 还原能力测定

参考李东香等[18]的方法,以VC 为阳性对照,分别配制不同浓度(0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 mg/mL)的VC 溶液与FLF 溶液。分别取1 mL 待测溶液于试管中,加入2.5 mL 磷酸盐缓冲液,混匀,加入2.5 mL 1%K3[Fe(CN)6],50 ℃水浴20 min,加入2.5 mL 10%三氯乙酸溶液,混匀,3 000 r/min 离心10 min。取1 mL 上清液,加入0.5 mL FeCl3 后,加5 mL 蒸馏水,摇匀,700 nm处测吸光度。

1.3.8.2 DPPH·清除能力的测定

待测溶液与1.3.8.1 相同,参照Jo 等[19]和金伟嘉等[20]的方法,以无水乙醇溶解1,1-二苯基-2-苦肼基(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)配制0.2 mmol/L DPPH溶液。取3 mL 待测溶液与同体积DPPH 溶液混合,摇匀,避光孵育30 min,于517 nm 处测定吸光度,DPPH·清除率(X1,%)计算公式如下。

式中:A0 为DPPH 溶液的吸光度;A1 为加入待测液后的吸光度。

1.3.8.3 ABTS+·清除能力的测定

待测溶液与1.3.8.1 相同,依照Wang 等[21]和何兰香等[22]的方法,称取192 mg 溶于50 mL 蒸馏水中,66.2 mg K2S2O8 溶于100 mL 蒸馏水,两者取相同体积,混匀,避光孵育12 h,得到母液。以无水乙醇按1∶50(体积比)稀释母液,得到工作液。取200 μL 待测液与4 mL 工作液混合,室温静置6 min,于734 nm 处测定吸光度,ABTS+·清除率(X2,%)计算公式如下。

式中:A0 为ABTS 溶液的吸光度;A1 为加入待测液后的吸光度。

1.4 数据处理

所有试验重复3 次,数据结果均以平均值±标准差表示。使用Origin 2018 软件作图,Minitab 17 软件设计及分析Plackett-Burman 试验,Design Expert 12 软件设计及分析响应面试验。

2 结果与分析

2.1 芦丁标准曲线绘制

在418 nm 处测定芦丁标准溶液吸光度,建立芦丁浓度和相应吸光度的线性关系,结果见图1。线性方程为y=22.842x+0.010 2,R2=0.999 4。

图1 芦丁标准曲线
Fig.1 Rutin standard curve

2.2 单因素试验结果

2.2.1 纤维素酶添加量对黄酮得率的影响

纤维素酶添加量对黄酮得率的影响见图2。

图2 纤维素酶添加量对FLF 得率的影响
Fig.2 Effect of cellulase enzyme quantity on FLF yield

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

由图2 可知,随着纤维素酶添加量的增加,黄酮得率呈现出先增加后减少的趋势。原因可能是酶量较少时,底物未被结合完全。酶量增多后,底物与酶充分作用,胞内物质溶出充分,黄酮得率也达到峰值。酶与底物结合完全,反应速率达到最大值,继续增加酶量不利于质量传递且造成物质的浪费,影响黄酮溶出,导致黄酮得率下降[23]。因此选择纤维素酶添加量为120、200 mg 进行Plackett-Burman 试验。

2.2.2 酶解温度对黄酮得率的影响

酶解温度对黄酮得率的影响见图3。

图3 酶解温度对FLF 得率的影响
Fig.3 Effect of enzymatic hydrolysis temperature on FLF

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

由图3 可知,酶解温度在30~50 ℃之间,黄酮得率与酶解温度呈正相关关系。在此范围内,温度升高增加了活化分子百分比,酶与底物的有效碰撞次数增多使得反应速率增高。若继续升高温度,酶的结构可能会发生变化,活性酶的浓度降低导致反应速率下降[24]。因此选择酶解温度为40、60 ℃进行Plackett-Burman试验。

2.2.3 酶解时间对黄酮得率的影响

酶解时间对黄酮得率的影响见图4。

图4 酶解时间对FLF 得率的影响
Fig.4 Effect of enzymatic hydrolysis time on FLF yield

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

由图4 可知,酶解时间为50 min 时黄酮得率达到最大值,而后逐渐下降。酶解时间较短导致酶解不充分,黄酮浸出率低;酶解时间过长,部分目标成分的结构可能遭到破坏,导致得率下降[25]。因此选择酶解时间40、60 min 进行Plackett-Burman 试验。

2.2.4 料液比对黄酮得率的影响

料液比对黄酮得率的影响见图5。

图5 料液比对FLF 得率的影响
Fig.5 Effect of solid-liquid ratio on FLF yield

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

由图5 可知,当料液比为1∶25(g/mL)时,黄酮得率最大,为1.78%,表明溶剂体积增大,溶剂与目标成分载体接触更加充分,利于黄酮溶出;持续增加溶剂体积,底物与酶的浓度降低,导致酶解效率降低[26]。因此选择料液比1∶20、1∶30(g/mL)进行Plackett-Burman 试验。

2.2.5 提取时间对黄酮得率的影响

提取时间对黄酮得率的影响见图6。

图6 提取时间对FLF 得率的影响
Fig.6 Effect of extraction time on FLF yield

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

如图6 所示,随着提取时间延长,FLF 得率呈现先升高后降低的趋势。提取时间较短无法完全破坏植物的细胞壁,黄酮溶出较困难。提取时间为75 min 时,黄酮得率达到峰值1.80%。提取时间过长,超声波产生的各种作用力可能会对部分黄酮造成破坏[27]。因此选择提取时间60、90 min 进行Plackett-Burman 试验。

2.2.6 超声功率对黄酮得率的影响

超声功率对黄酮得率的影响见图7。

图7 超声功率对FLF 得率的影响
Fig.7 Effect of ultrasonic power on FLF yield

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

由图7 可知,超声功率逐渐增强,黄酮得率逐渐升高至峰值而后渐渐降低,表明过低的功率所产生超声作用力较小,细胞壁破坏不完全,黄酮溶出率较低;超声功率过高,过强的空化作用产生大量空泡,使得超声波散射衰减增加,黄酮得率下降[28]。因此选择超声功率160、220 W 进行Plackett-Burman 试验。

2.3 Plackett-Burman 试验结果

Plackett-Burman 试验设计及响应值结果见表3。

表3 Plackett-Burman 试验各因素水平及响应值
Table 3 Levels of various factors and response results of Plackett-Burman

试验号 A B C D E F 得率/%1 -1 1 1 1 1 1 1.92 2 -1-1-1 -1 -1 1 1 1.85 3 -1 -1 -1 1 -1 1.56 4 1 1 -1 1 -1 -1 2.06 5 1 -1 -1 -1 1 1 2.14 6 1 -1 1 -1 -1 -1 2.11 7 -1 -1 -1 1 1 1 1.84 8 -1 -1 1 1 1 -1 1.81 9 1 1 1 -1 1 1 1.81 10 1 1 -1 1 1 -1 1.83 11 -1 1 1 -1 1 -1 1.86 12 1 -1 1 1 -1 1 1.93

使用Minitab 17 软件对试验数据进行回归分析和显著性检验。根据多元回归拟合结果,得到蹄叶橐吾黄酮得率(Y)与酶解温度(A)、酶解时间(B)、纤维素酶添加量(C)、料液比(D)、提取时间(E)、超声功率(F)的回归方程为Y=0.964+0.000 75A+0.005 42B+1.854C-0.001 83D+0.004 72E+0.000 028F。

各因素的显著性检验见表4。

表4 各因素的显著性检验
Table 4 Significance test of each factor

注:* 表示影响显著(P<0.05)。

来源 自由度 调整平方和 调整均方误 F 值 P 值模型 6 0.163 1 0.027 2 4.44 0.046*A 酶解温度 1 0.000 7 0.000 7 0.13 0.735 B 酶解时间 1 0.035 2 0.035 2 6.69 0.049*C 纤维素酶添加量 1 0.066 0 0.066 0 12.55 0.017*D 料液比 1 0.001 0 0.001 0 0.19 0.680 E 提取时间 1 0.060 2 0.060 2 11.44 0.020*F 超声功率 1 <0.000 1 <0.000 1 0.00 0.970

由表4 可知,模型回归方程显著(P<0.05),认为此模型适于该试验进行分析。B(酶解时间)、C(纤维素酶添加量)、E (提取时间) 对FLF 得率影响显著(P<0.05),显著程度依次为C>E>B,以这3 个因素进行响应面试验的设计。而A(酶解温度)、D(料液比)、F(超声功率)对FLF 得率影响不显著,因此在后续优化试验中将这3 个因素水平设定为单因素试验确定的最佳水平,即酶解温度50 ℃、料液比1∶25(g/mL)、超声功率190 W。

2.4 Box-Behnken 响应面试验结果

响应面设计及试验结果见表5,建立FLF 得率对自变量纤维素酶添加量(A')、酶解时间(B')和提取时间(C')的二次多项回归模型。

表5 Box-Behnken 响应面试验设计与结果
Table 5 Design and results of Box-Behnken response surface analysis

试验号 A' B' C' 得率/%1 1-1 0 1.77 2 0 1-1 1.71 3 0 1 1 1.76 4 2.06 5 0 0 0 2.14 0 0 0 2.11 7-1 0 -1 1.84 8 1 1 0 1.81 6 0 0 0-1 -1 1.81 10 0 -1 1 1.83 11 1 0 -1 1.86 12 1 0 1 1.93 13 -1 -1 0 1.74 14 0 0 0 1.99 15 0 0 0 2.07 16 -1 0 1 1.83 17 -1 1 0 1.54 9 0

利用Design Expert 12 软件对试验数据进行二次多元回归拟合,结果如表6 所示。FLF 得率(R)与纤维素酶添加量(A')、酶解时间(B')、提取时间(C')的回归方程为R=2.07+0.052 5A'-0.041 3B'+0.016 3C'+0.060 0A'B'+0.0200A'C'+0.0075B'C'-0.1357A'2-0.2232B'2-0.0733C'2

表6 回归方程方差分析结果
Table 6 Variance analysis of regression equation

注:* 表示影响显著(P<0.05),** 表示影响极显著(P<0.01)。

来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值模型 0.392 5 9 0.043 6 17.96 0.000 5**A'纤维素酶添加量 0.022 0 1 0.022 0 9.88 0.019 6*B'提取时间 0.013 6 1 0.013 6 5.61 0.049 8*C'酶解时间 0.002 1 1 0.002 1 0.870 1 0.382 0 A'B' 0.014 4 1 0.014 4 5.93 0.0451*A'C' 0.001 6 1 0.001 6 0.659 0 0.443 6 B'C' 0.000 2 1 0.000 2 0.092 7 0.769 7 A'2 0.077 6 1 0.077 6 31.96 0.000 8**B'2 0.209 9 1 0.209 9 86.44 <0.000 1**C'2 0.022 6 1 0.022 6 9.31 0.018 6*残差 0.017 0 7 0.002 4失拟项 0.004 1 3 0.001 4 0.420 5 0.748 7纯误差 0.012 9 4 0.003 2总和 0.409 5 16

如表6 所示,模型回归方程极显著(P<0.01),失拟项不显著(P>0.05),因此认为此模型适于该试验进行分析。该模型确定系数R2=0.958 5,表明模型与实际拟合良好,可据此设计对FLF 的提取进行优化。由表6可知,A'(纤维素酶添加量)、B'(提取时间)、交互项A'B'和二次项C'2 对蹄叶橐吾黄酮得率影响显著(P<0.05),C'(酶解时间)、交互项A'C'、B'C'对其影响不显著;而A'2、B'2 对其影响极显著(P<0.01)。各因素影响显著程度为A'>B'>C'。

由回归方程可知,纤维素酶添加量168.01 mg、酶解时间51.32 min、提取时间74.02 min 时,提取工艺得到最优解,此时蹄叶橐吾黄酮得率为2.08%。将工艺参数修改为纤维素酶添加量168 mg、酶解温度50 ℃、酶解时间51 min、料液比1∶25(g/mL)、超声功率190 W、提取时间74 min 后进行试验,FLF 得率为2.05%,与理论值相对误差为1.44%,所以认为该优化方案合理。仅以超声波辅助法[料液比1∶25(g/mL)、超声功率190 W、提取时间74 min]对FLF 进行提取,FLF 得率为1.62%,为工艺优化后FLF 得率的79.02%,因此,认为该优化方案有效提高了FLF 得率。

图8~图10 为两因素交互作用的三维响应图,图中曲面坡度越大说明两因素交互作用对FLF 的影响越显著。

图8 纤维素酶添加量和提取时间的交互作用效果图
Fig.8 Interaction effect of cellulase amount and extraction time

图9 纤维素酶添加量和酶解时间的交互作用效果图
Fig.9 Interaction effect of cellulase amount and enzymatic hydrolysis time

图10 提取时间和酶解时间的交互作用效果图
Fig.10 Interaction effect of extraction time and enzymatic hydrolysis time

由图8~图10 可知,纤维素酶添加量与提取时间的交互作用对FLF 得率的影响最为显著,而其他两因素的交互作用对FLF 得率影响不显著,与表6 中结果一致。

2.5 蹄叶橐吾黄酮成分鉴定

使用HPLC 对FLF 中黄酮成分进行定性分析,结果见图11 和图12。

图11 黄酮标品的HPLC 图谱
Fig.11 HPLC chromatogram of flavonoid standard

1.儿茶素;2.表儿茶素;3.二氢槲皮素;4.芦丁;5.金丝桃苷;6.槲皮苷;7.槲皮素;8.木犀草素;9.山奈酚。

图12 FLF 的HPLC 图谱
Fig.12 HPLC chromatogram of FLF

Ⅰ.芦丁;Ⅱ.金丝桃苷;Ⅲ.槲皮苷;Ⅳ.山奈酚。

由图12 可知,FLF 中主要黄酮成分为金丝桃苷、芦丁、槲皮苷、山奈酚,含量分别为33.86%、12.41%、8.03%、3.22%。

2.6 蹄叶橐吾黄酮体外抗氧化活性的测定

物质对DPPH·和ABTS+·的清除率以及还原能力可以很好地反映其体外抗氧化能力[18]。蹄叶橐吾黄酮体外抗氧化活性如图13~图15 所示。

图13 FLF 与VC 还原能力的比较
Fig.13 Comparison of reducing power between FLF and VC

由图13 可知,待测液浓度在0.25~1.25 mg/mL 内,溶液浓度与吸光度呈正相关,二者表现出良好的量效关系;且VC 溶液的吸光度始终高于FLF 溶液,说明FLF 的还原能力相对VC 较弱。由图14 可知,FLF 浓度与对DPPH·的清除率呈正相关,存在明显的剂量效应,但在测定范围内,其对DPPH·的清除效果弱于VC;由图15 可知,FLF 浓度与ABTS+自由基清除率呈现明显的量效关系,但在测试范围内,整体弱于VC 溶液。

图14 FLF 与VC 清除DPPH·能力的比较
Fig.14 Comparison of DPPH·scavenging ability of FLF and VC

图15 FLF 与VC 清除ABTS+·能力的比较
Fig.15 Comparison of FLF and VC scavenging ability of ABTS+·

综上所述,FLF 具有一定的体外抗氧化能力,但整体弱于VC

3 结论

本研究采用超声波辅助纤维素酶酶解法提取蹄叶橐吾中黄酮,考察6 个因素对黄酮得率的影响,利用Plackett-Burman 试验筛选出影响较大因子为纤维素酶添加量、酶解时间、提取时间,以此设计Box-Behnken响应面优化试验,得到黄酮提取最佳工艺为纤维素酶添加量168 mg,酶解温度50 ℃,酶解时间51 min,料液比为1∶25(g/mL),超声功率190 W,提取时间74 min,以此工艺提取FLF 的得率为2.05%。经HPLC 分析知FLF 中主要的黄酮成分为金丝桃苷、芦丁、槲皮苷、山奈酚,含量分别为33.86%、12.41%、8.03%、3.22%。体外抗氧化活性试验结果表明FLF 具有一定的还原力,对DPPH·和ABTS+·有较好的清除能力,但体外抗氧化活性相对弱于VC。本研究为蹄叶橐吾黄酮的开发利用提供了试验依据和理论基础。

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Optimization of Extraction Process of Flavonoids from Ligularia fischeri and Analysis of Antioxidant Activity

WANG Mengmeng,CUI Jing'ai*
(College of Food Science and Engineering,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,Jilin,China)

Abstract:To explore the optimal extraction process of flavonoids from Ligularia fischeri (FLF)and analyze its antioxidant capacity,FLF was extracted by ultrasound-assisted cellulase enzymatic hydrolysis.The optimal extraction process was obtained by single factor test,Plackett-Burman test and response surface optimization test.The antioxidant activity of FLF in vitro was investigated by the determination of reducing power,DPPH·and ABTS+·scavenging ability.The optimum extraction conditions were cellulase dosage of 168 mg,hydrolysis temperature of 50 ℃,hydrolysis time of 51 min,solid-liquid ratio of 1∶25 (g/mL),ultrasonic power of 190 W,and extraction time of 74 min to yield 2.05% FLF.FLF had antioxidant capacity which was worse than VC.Ultrasound-assisted cellulase enzymatic hydrolysis can effectively improve the yield of FLF and the extracted FLF has better antioxidant activity.

Key words:Ligularia fischeri;flavonoids;extraction;process optimization;antioxidation

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.20.020

基金项目:吉林省科技发展计划项目(20200708054YY)

作者简介:王蒙蒙(1998—),女(汉),硕士,研究方向:食品微生物与功能性食品。

* 通信作者:崔敬爱(1964—),女(朝鲜),副教授,硕士,研究方向:食品微生物学与功能食品、食品分析检测与食品安全。

引文格式:

王蒙蒙,崔敬爱.蹄叶橐吾黄酮提取工艺优化及其抗氧化活性分析[J].食品研究与开发,2023,44(20):144-152.

WANG Mengmeng,CUI Jing'ai.Optimization of Extraction Process of Flavonoids from Ligularia fischeri and Analysis of Antioxidant Activity[J].Food Research and Development,2023,44(20):144-152.

加工编辑:张璐

收稿日期:2023-04-28