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【热点文章推荐】响应面分析法优化啤酒花总多酚的提取工艺及抗氧化活性的研究

发布时间: 2021-12-24 14:18:37   试剂信息网

响应面分析法优化啤酒花总多酚的提取工艺及抗氧化性的研究




王诗瑶,吴欣恬,曹星星,王庆林,何文静*

(新疆医科大学 中医学院,新疆 乌鲁木齐  830017)



摘要
以新疆、云南、广西、安徽4种产地的啤酒花为研究对象,选择料液比、乙醇浓度、提取时间进行单因素试验,参照单因素试验结果,结合响应面法优化超声波提取啤酒花总多酚的提取工艺,通过测定啤酒花总多酚对DPPH自由基的清除率以及对Fe3+的还原能力,来评价其体外抗氧化活性。得到最佳提取工艺为:料液比1:30g/mL),乙醇浓度60%,提取时间40 min,得出啤酒花总多酚提取率为62.86%,与理论值61.522%相近;啤酒花总多酚对DPPH自由基清除率以及对Fe3+的还原能力均与样品浓度呈正比,说明其有一定的抗氧化活性。4个产地的啤酒花中,以新疆啤酒花的总多酚含量和抗氧化活性最高。响应面法优化超声提取啤酒花总多酚的工艺研究准确可靠,为啤酒花的深入开发提供了理论依据。

引言


啤酒花Humulus lupulus L.)为桑科葎草属植物啤酒花的干燥雌花序,学名蛇麻,又忽布、啤瓦古丽、蛇麻草等。主要分布在新疆北部,在我国云南、4等地也有分布[1]。啤酒花味苦、性平,安神、利尿、止咳化痰、健胃消食,治疗失眠、肺结核、食欲不振等病,含有多酚、黄酮、多糖等多种化合物[2]。多酚类化合物有抗氧化[3]、抗肿瘤[4]、抗菌[5]等多种生物活性,主要应用在保健品[6]、化妆品及医药领域中[7]

多酚类化合物的提取方法有溶剂浸提法、离子沉淀法酶解法,但它们的提取率低提取时间长;而超声波提取法具有提取率高,提取时间短,影响因素可控的优点,被广泛用于多酚类化合物的提取中[8]。多酚类成分具有抗氧化作用,其化学结构是其抗氧化作用的物质基础,而化学合成的抗氧化剂有一定的毒副作用,因此寻找中药抗氧化剂成了一大研究热点[9],多酚类成为天然抗氧化剂的研究焦点。本试验以啤酒花为原料,用超声波提取啤酒花中的多酚类化合物,结合响应面法优化提取工艺,对比4个产地(新疆、云南、广西、安徽)啤酒花总多酚含量的差异,并对其进行抗氧化活性的研究,为进一步开发及深化啤酒花的资源优势提供数据支持。
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正文部分

实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.2  实验方法

1.2.1  啤酒花总多酚的提取

将干燥啤酒花粉碎,过60目筛,精密称取适量粉末于锥形瓶中,按料液比、乙醇浓度、提取时间等因素超声提取,离心备用[10]

1.2.2  啤酒花总多酚的含量测定

1.2.3  啤酒花总多酚的响应面试验

1.2.3.1  单因素试验

根据课题组的前期研究[11],将提取温度定为40 ℃,超声功率设置为100 W,以啤酒花总多酚提取率为参照,研究乙醇浓度、提取时间、料液比对啤酒花总多酚的影响。

1.2.3.1.1  乙醇浓度的筛选

精密称取啤酒花粉末,固定料液比为1:20,提取时间为40 min,乙醇浓度设为50%60%70%80%90%进行超声提取。按总多酚含量测定及提取率公式,计算啤酒花总多酚的提取率。

1.2.3.1.2  提取时间的筛选

称取适量啤酒花粉末,按料液比1:20g/mL,乙醇浓度60%,提取时间1020304050 min超声提取,并计算提取率。

1.2.3.1.3  料液比的筛选

精密称取适量啤酒花粉末,按乙醇浓度60%,提取时间40 min,料液比1:101:201:301:401:50g/mL条件进行超声提取,测定总多酚含量并计算提取率。

1.2.3.2  响应面优化设计

参考单因素试验的结果,将乙醇浓度、提取时间、料液比定为因变量,啤酒花总多酚提取率定为响应值,设计因素水平表,如表1所示。

1.2.4  啤酒花总多酚抗氧化活性的测定

1.2.4.1  DPPH自由基清除能力的测定

1.2.4.2  还原能力的测定

2  结果与讨论

2.1  总多酚的标准曲线

1.2.2中的方法绘制标准曲线:y = 4.3372x-0.0414R= 0.9991,如图1所示。

2.2  单因素实验结果

2.2.1  乙醇浓度对啤酒花总多酚提取率的影响

2.2.2  提取时间对啤酒花总多酚提取率的影响

2.2.3  料液比对啤酒花总多酚提取率的影响

2.3  响应面实验的结果与分析

通过Design-Expert 11软件的分析,得到响应面实验设计结果,如表2所示。

2.4  不同产地啤酒花总多酚提取率的对比

用最佳工艺提取4种产地的啤酒花总多酚,计算提取率,如图6。其中,新疆啤酒花总多酚的提取率最高为(62.86%±1.0),云南的提取率为(60.09%±1.0%),广西的提取率为(55.25%±2.0%),安徽的提取率仅有(45.43%±1.5%)。这种差异可能与生长环境及气候的不同有关,啤酒花对光照的要求较高,新疆属于温带大陆性气候,昼夜温差大、光照时间长,更适宜啤酒花的生长,因此总多酚的提取率也会相对较高。

2.5  抗氧化性分析

2.5.1  DPPH自由基清除能力的测定

本试验考察了4个产地的啤酒花对DPPH自由基的清除能力,如图7所示,维生素C和啤酒花总多酚对DPPH自由基的清除能力与样品浓度呈正比。当浓度为1.0 mg/mL时,VC的清除率为89.58%4个产地的啤酒花清除率均低于VC,其中新疆>云南>广西>安徽;研究认为,DPPH自由基的清除率与总多酚含量有关,而总多酚含量又受生长环境的影响,新疆啤酒花中总多酚含量最高,因此清除DPPH自由基的能力最强。虽然啤酒花总多酚的清除率低于VC,但仍具有一定的抗氧化能力。

2.5.2  还原能力的测定

本试验考察了不同产地啤酒花对Fe3+的还原能力,如图8所示,随着样品浓度的升高,VC和啤酒花总多酚对Fe3+的还原能力也在升高。不同产地啤酒花总多酚的还原能力均低于相同浓度的VC,新疆啤酒花的还原能力最强,安徽的最弱,不同产地啤酒花总多酚的还原能力存在一定的差异,此差异与啤酒花总多酚含量呈正比,说明总多酚含量越高,还原能力越强。 

 结论



结论

本试验以来自新疆、云南、广西、安徽等4个不同产地啤酒花为原料,用超声波法提取啤酒花总多酚,将单因素试验和响应面法结合,得出:料液比1:30g/mL),乙醇浓度60%,提取时间40 min为最佳提取工艺。在此条件下,得到啤酒花总多酚提取率为62.86%,与理论值61.522%相近,说明该模型准确度较高;分别用最佳工艺提取不同产地啤酒花总多酚,结果发现这4个产地中,新疆啤酒花总多酚提取率最高,为(62.86%±1.0%),安徽的提取率最低(45.43%±1.5%)。在抗氧化活性的研究中发现,啤酒花总多酚和维生素CDPPH自由基的清除率及对Fe3+的还原能力与样品浓度呈正比,啤酒花总多酚的抗氧化活性虽低于VC,但仍有一定的抗氧化活性,并能为其抗氧化活性的应用提供数据参考。通过对比4个产地的啤酒花发现,啤酒花受生长环境、地域及气候等因素的影响,其总多酚含量及抗氧化活性存在一定的差异,其中新疆啤酒花的总多酚含量及抗氧化活性最好,安徽啤酒花的总多酚含量及抗氧化活性最弱,同时还发现了多酚类成分的含量高低与其抗氧化活性的强弱之间存在一定的相关性。本实验仅对4个啤酒花产区的总多酚和抗氧化活性的结果进行了考察,未能进行大样本的研究工作,这也是今后继续研究的方向。新疆作为全国啤酒花的最大产区,地处高纬,昼夜温差大,这与啤酒花总多酚成分含量较高之间存在一定关系,希望本文的结果为深度开发新疆啤酒花资源提供数据支持。


引用本文王诗瑶,吴欣恬,曹星星,等响应面分析法优化啤酒花总多酚的提取工艺及抗氧化活性的研究[J].化学试剂, 2021, 43(12): 1743-1748.

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