研究了超声波辅助提取玉米秆多糖的最佳工艺及其抗氧化性。结果表明,超声波辅助提取玉米秆多糖的最佳提取工艺参数为:料液比1:50、超声波温度50℃、超声波功率250 W、超声波时间15 min。玉米秆多糖对□OH和O2□清除作用明显,具有较好的还原力,表明玉米秆多糖具有较好的抗氧化活性。<br/>Optimum ultrasonic-assisted extraction technology of polysaccharides from maize straw and an-tioxidant activity of the extract were studied. According to orthogonal design, the optimum condi-tions for the extraction of polysaccharides were as follows: solid-solvent ratio of 1:50, ultrasonic temperature of 50˚C, ultrasonic power of 250 W, and ultrasonic time of 15 min. The fact that maize straw polysaccharides exhibited strong scavenging effects against □OH and O2□ and excellent reducing power demonstrates good in-vitro antioxidant activity of maize straw polysaccharides.
李粉玲,蔡汉权,陈秀萍
韩山师范学院,广东 潮州
Email: lfl8832@126.com
收稿日期:2015年2月17日;录用日期:2015年2月28日;发布日期:2015年3月5日
研究了超声波辅助提取玉米秆多糖的最佳工艺及其抗氧化性。结果表明,超声波辅助提取玉米秆多糖的最佳提取工艺参数为:料液比1:50、超声波温度50℃、超声波功率250 W、超声波时间15 min。玉米秆多糖对和清除作用明显,具有较好的还原力,表明玉米秆多糖具有较好的抗氧化活性。
关键词 :玉米秆,多糖,超声波辅助法,抗氧化性
玉米(Zea mays)是我国的主要农作物之一,玉米多糖具有减肥降脂[
本试验采用的是超声波辅助提取法,超声波辅助提取法是应用超声波强化提取植物中的有效成分,是一种物理破碎过程。浸提过程中无化学反应,被浸提的化学成分结构和性质不会发生变化,具有提取时间短、提取率高、低能耗等优点,可极大地提高提取效率[
本实验采用苯酚–硫酸法测定多糖的含量,苯酚–硫酸法简单、快速、灵敏、重现性好,且生成的颜色持久。用苯酚–硫酸法测定多糖含量时需注意苯酚浓度不宜太高[
自由基是指能独立存在的,含有一个或一个以上不配对电子的任何原子或原子团。只有少数的自由基由于一些空间效应和共振效应化学反应活性很低,绝大多数的自由基由于不配对电子而很不稳定,具有很高的化学反应活性。若反应中产生的不配对电子位于氧,则称为氧自由基,氧自由基是一类与医学关系最为密切的自由基[
自由基主要包括:超氧阴离子自由基(
收获玉米后的玉米秆,烘干粉碎后备用。
葡萄糖,碳酸氢钠,苯酚,浓硫酸,浓盐酸,双氧水,焦性没食子酸,氯化铁,三羟甲基氨基甲烷,铁氰化钾,水杨酸,硫酸亚铁,石油醚,无水乙醇等。
(1) 玉米秆的预处理
将玉米秆于电热鼓风干燥箱内以70℃左右烘干,经粉碎机粉碎后,过40目筛得到玉米秆样品粉末。称取粉碎后的玉米秆样品5.00 g于索氏提取器中用石油醚(60℃~90℃)回流脱脂两次,再用无水乙醇回流脱脂两次。1 h/次,每次试剂用量为60 mL,脱脂后烘干[
(2) 玉米秆多糖的提取
采用超声波辅助提取玉米秆多糖,根据试验设计,准确称取1.00 g处理后的玉米秆样品(平行2份)放入碘量瓶中,按一定比例加入蒸馏水(料液比),在合适温度(浸提温度)和合适功率(超声波功率)下超声波浸提数小时(浸提时间),浸提结束后趁热减压抽滤,收集滤液。
相同条件下,再将滤渣洗入三角瓶中二次浸提,浸提数次(浸提次数)后,合并滤液,减压浓缩至2~3 mL。
滤液加4倍量95%乙醇,充分搅拌后,在低温(4摄氏度)静置过夜。冷冻后,在3000 r/min下,离心20 min,收集沉淀。沉淀物用无水乙醇洗涤两次,并真空干燥至恒重,得到的沉淀即为粗多糖。
(1) 葡萄糖标准溶液的配制[
精确称取葡萄糖标准品0.1049 g,置于100 mL容量瓶中,加去离子水溶解后稀释至刻度,配成浓度为1.049 mg/mL标准葡萄糖溶液备用,在使用前稀释至葡萄糖浓度为0.1049 mg/mL。
(2) 5%苯酚溶液的制备[
取苯酚100 g,加铝片0.1 g,碳酸氢钠0.05 g,蒸馏收集182℃馏分,称取此馏分7.5 g,加去离子水定容至150 mL混匀,置棕色瓶中放冰箱备用。
(3) 标准曲线的制备[
吸取葡萄糖标准溶液(0.1049 mg/mL) 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL,分别置于具塞试管中.各加去离子水使体积为2.0 mL,再加5%苯酚溶液1.0 mL摇匀,迅速滴加浓硫酸5.0 mL,摇匀后放置5 min,置沸水浴加热15 min,取出冷却至室温;以去离子水为空白,于490 nm处测吸光度(图1)。根据所得吸光度和相应葡萄糖浓度得标准曲线回归方程。
以葡萄糖标准溶液系列浓度(C)为横坐标,对应吸光度(A)为纵坐标作图,结果如图1。所得回归方程为A = 12.727X + 0.1449,相关系数R² = 0.9973。式中X为葡萄糖溶液的浓度(mg/mL),A为吸光度。
(4) 玉米秆多糖含量测定
取玉米秆多糖浸提液溶于适量去离子水中,转移到100 mL容量瓶中,定容。精密吸取上述溶液1.0 mL,按“标准曲线制作”项下操作,测定吸光度,根据回归方程求出含量。
计算公式:
(1) 羟自由基(
准确地将玉米秆多糖配成1.0 mg/mL,用蒸馏水将该溶液稀释成7种浓度:0.1 mg/mL、0.15 mg/mL、0.2 mg/mL、0.25 mg/mL、0.3 mg/mL、0.34 mg/mL、0.4 mg/mL。利用H2O2与Fe2+混合产生
式中:A0为空白对照液吸光度值,只加入硫酸亚铁、水杨酸–乙醇、过氧化氢,不加入玉米秆多糖溶液的吸光度值;AX为加入硫酸亚铁、水杨酸–乙醇、过氧化氢、玉米秆多糖的吸光度值;AX0为加入硫酸亚铁、水杨酸–乙醇、玉米秆多糖溶液,不加过氧化氢引发反应的吸光度值。
(2) 超氧阴离子自由基(
将50 mmol/L Tris-HC1缓冲溶液(pH 8.2) 4.5 mL与4.2 mL蒸馏水混匀,于25℃水浴中保持20 min后立即加入5 mmol/L邻苯三酚(25℃预热) 0.3 mL,混匀,在4 min内,每隔30 s测定OD325,计算邻苯三酚溶液的吸光值随时间的变化率。将1.0 mL不同浓度的玉米秆多糖与3.2 mL蒸馏水混匀,按上述步骤和条件测定添加样品的邻苯三酚溶液在325 nm处吸光值,计算其吸光值(AX)。超氧阴离子自由基清除率的计算公式为:
其中A0为空白的平均吸光值,AX为试样的平均吸光值。
(3) 还原能力测定
取一定浓度的多糖样品溶液1 mL加入pH 6.6的磷酸缓冲溶液和1% K3Fe(CN)6溶液各2.5 mL并混合均匀,混合液在50℃下保温20 min之后加入2.5 mL 10%的三氯乙酸溶液,吸取此溶液2.5 mL,加入2.5 mL蒸馏水和0.5 mL 0.1% FeCl3,混合均匀,30 min后于700 nm波长处测定吸光度。
影响超声波辅助提取法的主要因素有超声波功率、超声波时间、超声波温度、浸提次数、料液比等因素,通过单因素试验结果分析得出:浸提次数虽然会对多糖含量有所影响,随着浸提次数的增加,多糖含量增大,但考虑到回收转移较困难,加之浓缩的成本较高,操作时间过久,所以在单因素试验的基础上,选择超声波功率、料液比、超声波温度、超声波时间这四个因素作为考察对象,并结合生产实际,每因素又选取三个水平见表1,选用L9 (34)正交表安排试验,以多糖含量为指标,优选最佳工艺。
从表2可看出,9号试验结果最好。由极差R分析可知,多糖提取条件因素的主次顺序为B > A > D > C,即料液比 > 超声波温度 > 超声波时间 > 超声波功率。根据最优水平确定最佳的超声波萃取玉米秆水溶性多糖工艺为A3B2C1D1,即超声波温度50℃、料液比1:50、超声波功率250 W、超声波时间15 min。由于该组合未出现在试验中,需要测定该条件下玉米秆多糖的提取率,经测定,玉米秆在该条件下的提取量达到7.841 mg/g,高于正交试验中出现的最高提取率,说明正交试验确定的最佳超声波萃取条件是合理的。
水平 | A超声波温度(℃) | B料液比(g/mL) | C超声波功率(W) | D超声波时间(min) |
---|---|---|---|---|
1 | 30 | 1:40 | 250 | 15 |
2 | 40 | 1:50 | 300 | 20 |
3 | 50 | 1:60 | 350 | 25 |
表1. 正交设计因素水平
因素 | 温度(℃) | 料液比(g/ml) | 功率(w) | 时间(min) | 多糖含量(mg/g) |
---|---|---|---|---|---|
实验1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 4.506 |
实验2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 4.680 |
实验3 | 1 | 3 | 3 | 3 | 3.685 |
实验4 | 2 | 1 | 2 | 3 | 2.151 |
实验5 | 2 | 2 | 3 | 1 | 2.111 |
实验6 | 2 | 3 | 1 | 2 | 2.687 |
实验7 | 3 | 1 | 3 | 2 | 4.090 |
实验8 | 3 | 2 | 1 | 3 | 7.529 |
实验9 | 3 | 3 | 2 | 1 | 7.649 |
K 1 | 4.290 | 3.582 | 4.907 | 4.755 | |
K 2 | 2.316 | 4.773 | 4.827 | 3.819 | |
K 3 | 6.423 | 4.674 | 3.295 | 4.455 | |
极差 | 4.107 | 1.191 | 1.612 | 0.936 | |
最优条件 | A3 | B2 | C1 | D1 |
表2. L9 (34)正交试验设计及试验结果
羟自由基是已知的最强的氧化剂,反应性极强,寿命极短,它几乎可以和所有细胞成分发生反应,对机体危害极大[
由图3可以看出玉米秆多糖清除超氧自由基(
具有还原力的物质是通过提供氢原子来破坏自由基反应链,从而达到抗氧化的目的。根据1.2.3 (3)的测定方法,在波长700 nm处测定的吸光度越大,则表明样品的还原能力越强。由图4可以看出在0.1到0.3 mg/mL的范围内玉米秆多糖的还原能力并不强,并且随着多糖浓度的增加,其还原能力逐步增强。
以水作为浸提剂,采用超声波萃取玉米秆中可溶性多糖具有安全快速的特点。本实验从玉米秆中提取玉米秆多糖,并确定了玉米秆多糖的最优提取工艺条件。研究结果表明,影响玉米秆多糖提取的主要因素分别是超声波温度、超声波时间、超声波功率、料液比,其主要次序为:料液比 > 超声波温度 > 超声波时间 > 超声波功率。超声波萃取玉米秆多糖的最佳条件为:超声波温度70℃、料液比1:50、超声波功率250 W、超声波时间15 min。在这组工艺条件下,玉米秆多糖的提取量高达每1 g玉米秆样品可得多糖7.841 mg。
玉米秆多糖的抗氧化实验结果表明,玉米秆多糖对
图2. 不同多糖浓度对羟自由基清除率的影响
图3. 不同多糖浓度对超氧自由基清除率的影响
图4. 不同多糖浓度对超氧自由基清除率的影响
表明玉米秆多糖具有较好的抗氧化活性,但是目前对于其抗氧化性能的研究还停留在表面阶段,有待进一步的深入研究,为玉米秆的开发利用和产业化发展提供技术支持。
李粉玲,蔡汉权,陈秀萍, (2015) 玉米秆多糖的提取及抗氧化性研究 Study on the Extraction and Antioxidant Activity of Polysaccharides from Maize Straw. 有机化学研究,01,58-65. doi: 10.12677/JOCR.2015.31009