隔山消不定根多糖提取工艺优化及提取物的抗氧化活性研究.pdf
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1、第4 5卷 第3期2 0 2 3年9月 延 边 大 学 农 学 学 报A g r i c u l t u r a lS c i e n c eJ o u r n a l o fY a n b i a nU n i v e r s i t y V o l.4 5 N o.3 S e p.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 0 基金项目:国家自然科学基金(8 1 9 6 0 6 8 5)作者简介:叶玮琦(1 9 9 9),女,吉林吉林人,硕士研究生,研究方向为植物组织培养及生物反应器应用。通信作者:廉美兰(1 9 6 3),女(朝鲜族),吉林延吉人,教授,博士,E-m a i l:
2、m l l i a n y b u.e d u.c n文章编号:1 0 0 4-7 9 9 9(2 0 2 3)0 3-0 0 0 1-0 8 D O I:1 0.1 3 4 7 8/j.c n k i.j a s y u.2 0 2 3.0 3.0 0 1隔山消不定根多糖提取工艺优化及提取物的抗氧化活性研究叶玮琦,于 硕,刘亮亮,王 淼,廉美兰*(延边大学 农学院,吉林 延吉1 3 3 0 0 2)摘要:为优化隔山消多糖提取工艺,该研究以生物反应器培养的隔山消不定根为实验材料进行闪式提取,并以多糖得率为指标,利用正交设计法对提取温度、料液比、提取时间进行了优化。结果表明:提取温度为6 0、料
3、液比为14 0(g m L)、提取时间为7 0s时,多糖得率最高,达到7.2 4%。为了将隔山消不定根应用于产品生产中,开展了抗氧化活性评价研究。结果表明:D P P H和A B T S+清除力和铁离子螯合力随提取物浓度的增加而增加,清除D P P H和A B T S+自由基的半数效应浓度分别为0.3 9和1 6m g/m L。该研究结果表明隔山消不定根在抗氧化产品的开发及生产中具有很好的应用价值。关键词:隔山消;多糖;提取工艺;抗氧化中图分类号:R 2 8 4 文献标志码:A O p t i m i z a t i o no f e x t r a c t i o np r o c e s
4、so fC y n a n c h u mw i l f o r d i ip o l y s a c c h a r i d e sa n da n t i o x i d a n t a c t i v i t yo f t h ee x t r a c tY E W e i q i,YUS h u o,L I UL i a n g l i a n g,WANG M i a o,L I AN M e i l a n*(A g r i c u l t u r a lC o l l e g eo fY a n b i a nU n i v e r s i t y,Y a n j iJ i l
5、i n1 3 3 0 0 2,C h i n a)A b s t r a c t:T oo p t i m i z e e x t r a c t i o np r o c e s so fC y n a n c h u mw i l f o r d i ip o l y s a c c h a r i d e s,t h i s s t u d yu s e db i o r e a c-t o r-c u l t u r e da d v e n t i t i o u s r o o t so fC.w i l f o r d i ia s t h ee x p e r i m e n
6、t a lm a t e r i a l t o i n v e s t i g a t et h eo p t i m a l e x-t r a c t i o nc o n d i t i o n s(i.e.,e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e,m a t e r i a l-l i q u i dr a t i o,a n de x t r a c t i o nt i m e)o f f l a s he x-t r a c t i o nu s i n go r t h o g o n a ld e s i g n m e t h o
7、 dw i t hp o l y s a c c h a r i d ey i e l da st h ee v a l u a t i o ni n d e x.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h eh i g h e s tp o l y s a c c h a r i d ey i e l d(7.2 4%)w a so b t a i n e da te x t r a c t i o nt e m p e r a t u r eo f6 0,m a t e r i a l-l i q u i dr a t i oo f 14 0(g m
8、L),a n de x t r a c t i o n t i m eo f 7 0s.T h e a n t i o x i d a n t a c t i v i t yo f t h e a d v e n-t i t i o u s r o o t sw a s t h e ne v a l u a t e d f o r f u t u r e a p p l i c a t i o n.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a tD P P Ha n dA B T S+s c a v e n-g i n gr a t e s a n dF e2+c
9、 h e l a t i n gr a t e i n c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n ge x t r a c t c o n c e n t r a t i o n s,w i t ham e d i a ne f f e c t i v ec o n c e n t r a t i o no f 0.3 9m g/m Lf o rD P P Hs c a v e n g i n ga n d1 6m g/m Lf o rA B T S+s c a v e n g i n g.T h i sf i n d i n gi n d i c a t
10、e dt h a tC.w i f o r d i ia d v e n t i t i o u s r o o t sh a v ea na p p l i c a t i o nv a l u e i nt h ed e v e l o p m e n ta n dp r o d u c t i o no f a n t i o x i d a n tp r o d u c t s.K e y w o r d s:C y n a n c h u mw i l f o r d i i;p o l y s a c c h a r i d e;e x t r a c t i o np r o c
11、 e s s;a n t i o x i d a n t 隔 山 消(C y n a n c h u m w i l f o r d i i(M a x i m.)H e m s l.)又名过山飘、无梁藤、隔山撬,为萝藦科鹅延 边 大 学 农 学 学 报第4 5卷 绒藤属多年生草质藤本植物,是中国传统名药白首乌的3种基源植物之一1。隔山消在我国资源丰富,多分布在我国吉林、辽宁、河南、山东等省区,韩国和日本也有分布2。迄今为止,已从隔山消中分离出3 0 0多种化合物,主要成分包括C2 1甾苷类、苯乙酮类、多糖、多酚、磷脂、生物碱等多种生物活性物质3-4。现代研究表明,其具有促进胃肠运动、增强免疫
12、功能、清除氧自由基、抑制肿瘤和保护肝脏等多种药理作用5-8。近年来,由于人们逐渐认识到隔山消具有相当大的药用和营养价值,所以开始无节制地采挖,隔山消野生资源遭到严重破坏9;虽然隔山消已被人工培育并用于商业用途,但因为隔山消生育周期长、栽培效率低,导致其产量低、品质不稳定,还不能满足快速增长的市场需求1 0。因此,急需一种能够大量获取植物资源的替代途径,以有效地提高隔山消原材料和特定生物活性化合物的产量。药用植物运用不定根培养技术进行培养,可以在短期内获得大量的植物不定根材料及代谢产物,从而有效的解决资源短缺、生物活性物质的含量不稳定等问题。目前,该实验室已经建立起隔山消不定根生物反应器培养体系
13、,并在前期研究中发现隔山消不定根中富含多种活性物质,其中,多糖的含量较高,存在潜在的研究价值。研究表明,植物多糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗辐射和降血糖作用等多种功能1 1-1 3。且目前关于隔山消不定根多糖提取工艺的研究还未见报道。闪式提取法的首次应用是在2 0世纪末,日本的药剂师将其应用于提取草药中的单宁,在短时间内以更少的样品获得了大量的单宁1 4。闪式提取法通过在短时间内对提取物进行高速搅拌和超强振动,使提取物迅速在溶剂中破碎至一定程度,细胞内的有效成分快速析出,以达到提取目的。这种提取方法能最大限度保留植物有效成分,不会受热破坏、溶剂用量少、提取时间短、效率高,且刀具耐磨,
14、结构紧凑,使用安全可靠1 5。闪式提取技术的应用加速了中药现代化的进程,目前已应用于许多植物的提取上,如徐亚男等1 6对狼毒大戟愈伤组织中的粗多糖进行闪式提取工艺优化,并研究了其抗氧化能力;刘建文等1 7采用正交试验法对嘉兰种子中的秋水仙碱进行闪式提取工艺优化。齐善后等1 8过对杜仲叶多糖闪式提取的工艺过程进行研究,发现提取次数、时间、电压和料液比例对提取率均有不同程度的影响。研究发现,在闪式提取过程中可以通过几个因素提高提取效率1 9,例如,提取溶剂、提取溶剂浓度、提取温度、提取料液比、提取电压、提取时间、提取次数等,都会在不同程度上对不同植物的提取结果产生不同的影响,哪怕是同样的提取因素对
15、不同的植物进行提取,提取的结果也会有所不同。正交试验设计常常应用于提取工艺优化中,正交试验设计可以在有限条件下得出最优提取工艺方案,且 具 有 试 验 次 数 少,数 据 点 均 匀 分 布 的 优点2 0-2 1。因此,该试验以生物反应器培养的隔山消不定根为材料,以多糖得率为指标,采用闪式提取法结合正交设计,对隔山消不定根多糖提取工艺进行优化,并对优化后得到的隔山消不定根多糖提取物进行了抗氧化活性方面的研究,为今后隔山消不定根多糖抗氧化方面的研究和后续产品的开发利用提供理论依据。1 材料与方法1.1 试剂所用试剂苯酚、硫酸、无水甲醇、柠檬酸、氯化亚铁(天津市科密欧化学试剂有限公司,中国);葡
16、萄糖、菲洛嗪(上海源叶生物科技有限公司,中国);抗坏血酸(V C,S i g m a公司,美国);D P P H粉末(北京市索莱宝科技有限公司,中国);过硫酸钾(K2S2O8,上海麦克林生化科技股份有限公司,中国);2 -联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(A B T S,北京市索莱宝科技有限公司,中国)1.2 仪器J H B E-5 0 T闪式提取仪(上海钒帜精密设备有限公司,中国);J A 2 0 0 2电子天平(上海精天电子仪器有限公司,中国);YHW-1 1 0 3远红外鼓风干燥箱(天津市华北实验仪器有限公司,中国);UV 1 1 0 2紫外分光光度计(上海天美科学仪器有限公司,中
17、国);循环水式多用真空泵(上海豫康科教仪器设备有限公司,中国);M u l t i s k a nF C型酶标仪(上海赛默飞世尔仪器有限公司,中国)。1.3 方法1.3.1 植物材料培养方法参照W a n g等2 2方法对隔山消不定根进行生物反应器培养,将2.5g/L新鲜的隔山消不定根接种于5L生物反应器中,培养基为:M S+1m g/m LI B A+3 0g/L糖,p H值为5.8,通气量为0.1v v m,2 5黑暗条件下培养2 5d,收获的不定根用流水充分冲洗23次,以去除表面的培养基,甩干表面水2 第3期叶玮琦,等:隔山消不定根多糖提取工艺优化及提取物的抗氧化活性研究分后,将其放入恒
18、温烘干箱中,在4 5 条件下烘干到不定根重量不再改变,隔山消不定根干品作为后续的试验材料。1.3.2 闪式提取法闪式提取仪(上海钒帜精密设备有限公司)的电压设定为2 2 0V,转速为50 0 0r/m i n对不定根干品进行提取。将提取得到的液体用循环水式多用真空泵(上海豫康科教仪器设备有限公司)进行过滤,收集滤液,烘干至恒重,得到不定根提取物。1.3.3 隔山消不定根提取物提取工艺优化1.3.3.1 单因素试验1)提取温度筛选:取隔山消不定根干品5g于闪式提取仪中,以水作为提取溶剂,设定液料比为13 0(g m L),提取时间6 0s,分别设置提取温度为4 0、5 0、6 0、7 0和8 0
19、,提取所得液体,经循环水式多用真空泵过滤,滤液于烘干箱中烘干,以多糖得率为评价指标筛选出最佳提取温度。2)提取液料比筛选:取隔山消不定根干品5g于闪式提取仪中,根据提取温度筛选结果提取温度设定为5 0,提取时间6 0s,分别设置液料比为12 0、13 0、14 0、15 0、16 0(gm L),提取得到的液体,经循环水式多用真空泵过滤,滤液于烘干箱中烘干,以多糖得率为评价指标筛选出最佳提取料液比。3)提取时间筛选:取隔山消不定根干品5g于闪式提取仪中,根据提取料液比筛选结果,提取温度设定为5 0,提取料液比为15 0(gm L),分别设置提取时间为4 0、5 0、6 0、7 0、8 0s,提
20、取得到的液体,经循环水式多用真空泵过滤,滤液于烘干箱中烘干,以多糖得率为评价指标筛选出最佳提取时间。1.3.3.2 正交试验设计根据单因素试验结果,选择提取温度、料液比、时间3个单因素,以不定根多糖得率为指标,设定3因素3水平L(33)正交试验(表1),确定最佳提取工艺。根据最佳提取工艺的提取条件,进行3次重复验证试验,以确定该条件是否具有稳定性。表1 正交试验因素水平T a b l e1 F a c t o r sa n d l e v e l so fL 9(33)i no r t h o g o n a l d e s i g n水平提取温度/料液比/(g m L)提取时间/s14 01
21、4 05 025 015 06 036 016 07 01.4 测定方法1.4.1 多糖得率测定隔山消不定根多糖含量采用苯酚-硫酸法进行测定,参照D u b o i s等2 3方法。葡萄糖在烘干箱中烘干至恒重,称取干燥后的葡萄糖1 0 0m g,加蒸馏水定容至1 0 0m L,配制成1.0m g/m L的葡萄糖标准液。将葡萄糖标准液分别稀释至0.0 1、0.0 2 5、0.0 5、0.0 7 5、0.1、0.1 2 5和0.1 5m g/m L,吸取1m L不同浓度的葡萄糖溶液于试管中,加入1m L5%苯酚溶液与5m L浓硫酸溶液,均匀混合后,室温下静置反应3 0m i n。蒸馏水作为零点对照
22、。4 9 0n m下用分光光度计测定吸光值,制作标准曲线。称取1 0m g不定根提取物,加蒸馏水溶解并定容至1 0 0m L,取1m L待测液于试管中,参考标准曲线进行操作,在4 9 0n m处测定吸光值。多糖含量/(m gg-1)=CD/m,式中,C为样品中的葡萄糖浓度/(m gg-1);D为样品的稀释倍数;m为样品的质量/g。多糖得率依据以下公式进行计算:多糖提取率/%=提取物干重/g不定根干重/g1 0 0.多糖得率/%=多糖含量/(m gg-1)提取率/%10 0 0.1.4.2 清除D P P H自由基能力测定参照B r a n d-W i l l i a m s和Z i mm e
23、r2 4-2 5的方法对清除D P P H自由基进行测定。称取1 0m g优化后的不定根提取物,并溶于5m L无水甲醇,配制成2m g/m L待 测 液。依 次 将 待 测 液 稀 释 至0.2 5、0.3 7 5、0.5、0.7 5、1、1.5、2m g/m L,在9 6孔板中每孔加入1 0 0L待测液,称取0.0 0 39gD P P H,无水甲醇定容至1 0 0m L,每孔加入1 0 0LD P P H,混匀后,暗处反应3 0m i n,酶标仪5 1 7n m下测定吸光值。对照组加入1 0 0L无水甲醇,阳性对照组V C浓度设定和操作方法同上述操作。D P P H清除率/%=A0-AsA
24、01 0 0,式中,A0为对照组吸光值;As为样品吸光值。1.4.3 清除A B T S+自由基能力测定参照G a r z o n等2 6的测定方法对清除A B T S+自由基能力进行测定。将2.4 5mm o l/L过硫酸钾(K2S2O8)溶液和7mm o l/L2 -联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(A B T S)等体积混匀后,避光静置反应1 6h,制成A B T S+储备液。A B T S+储备液使用前用 去 离 子 水 在7 3 4 n m下 稀 释 至 吸 光 值 为3延 边 大 学 农 学 学 报第4 5卷(0.7 00.0 2)。称 取6 4 m g不 定 根 提 取 物
25、 溶 于4m L去离子水中,配制成1 6m g/m L待测液,依次稀释至2、4、6、8、1 0、1 2、1 4、1 6m g/m L,分别于试管中加入0.1m L的待测液和3.9m L的A B T S+溶液,对照组加入0.1m L待测液和3.9m L去离子水,空 白 对 照 组 加 入0.1 m L甲 醇 和3.9 m LA B T S+溶液,避光静置反应6m i n后,分光光度计于7 3 4n m下测定吸光值。阳性对照组V C浓度设定和操作方法同上述操作。A B T S+清除率/%=(1-A样品-A对照A空白)1 0 0.1.4.4 铁离子螯合能力测定参照刘懿萱等2 7的方法对铁离子螯合能力
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