醇沉分級粗茶多糖的抗氧化活性比較及變化機制

楊軍國,陳　鍵,王麗麗,宋振碩,陳　林

(福建省農業科學院茶葉研究所,福建福安 355015)

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醇沉分級粗茶多糖的抗氧化活性比較及變化機制

楊軍國,陳鍵,王麗麗,宋振碩,陳林*

(福建省農業科學院茶葉研究所,福建福安 355015)

以粗茶多糖提取物為原料,設置50%、60%、70%、80%、90%等5個濃度梯度乙醇沉淀分級制得茶多糖樣品TPs-50、TPs-60、TPs-70、TPs-80和TPs-90,探明其沉淀分級特性、抗氧化活性表達及變化機制。結果表明,TPs-50和TPs-80得率可達到9%以上,茶多糖含量變化趨勢為TPs-60>TPs-50>TPs-70>TPs-90>TPs-80。TPs-80中茶多糖含量為8.06%,占總析出量的14.76%,而可溶性蛋白含量占總析出量的43.82%?？寡趸钚詫嶒灡砻?DPPH自由基清除率變化趨勢為TPs-50>TPs-60>TPs-70>TPs-80>TPs-90,還原力亦呈降低趨勢,與茶多糖含量變化趨勢不一致。檢測分析茶多糖樣品中抗氧化組分含量發現,茶多糖、茶多酚、兒茶素類、總黃酮、咖啡因等組分皆有析出,析出量以TPs-50中最高。除茶多糖外,其他抗氧化組分析出量TPs-60、TPs-70和TPs-80之間逐漸變大,TPs-90中驟減至最低。相關性分析表明,茶多酚、總黃酮和咖啡因與茶多糖樣品抗氧化活性表達呈顯著性正相關,而茶多糖亦有正相關性,卻未呈顯著性相關,表明其抗氧化活性的表達更多依賴于其他活性組分的協同作用。

茶多糖,乙醇,組成成分,抗氧化

茶多糖(Tea Polysaccharides,TPs)系茶葉中具有生物活性復合多糖的簡稱,同類茶葉中原料粗老者居多。研究證實,茶多糖具有多種保健功效,如抗氧化、降血糖、降血脂、抗血栓、抗癌、抗輻射、增強機體免疫力等[1-2],其抗氧化和降血糖功效尤為突出,成為眾多學者關注的焦點。茶多糖具有抗氧化活性,能清除包括1,1-二苯基苦基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)在內的多種自由基[3-5]。然而針對茶多糖的抗氧化性,尚存有爭議。有研究表明[6-7],純度高的茶多糖清除自由基能力遠弱于粗茶多糖,揭示茶多糖的抗氧化活性表達可能依賴于其他成分的協同作用,如茶多酚、黃酮類,這還需要進一步研究。

茶多糖是一類雜多糖復合物,構象復雜,不同工藝制得的茶多糖特性也有所不同?，F階段其加工制備僅限于實驗室階段,其中純化分級為核心技術,常采用纖維素陰離子交換柱層析法和凝膠柱層析法[8-10],限于成本和得率,尚難以應用于工業化生產。乙醇可用于植物多糖的分級純化,如黃花菜[11]、馬齒莧[12]、香薷[13],具有廣闊的發展應用前景。然而有關乙醇分級純化茶多糖的報道較少,同時過多關注于茶多糖得率的提高、提取時間的縮短和成本的節約,而對其藥理活性的保留或增強研究較少[14]。鑒于此,本實驗以熱水浸提法得到粗茶多糖提取物,采用乙醇分級沉淀法進行純化制得不同級數的茶多糖產品,測定茶多糖、茶多酚、兒茶素類、咖啡因、總黃酮類以及可溶性蛋白含量,結合清除DPPH活性檢測和還原力檢測,從而探明乙醇分級純化過程中茶多糖的抗氧化活性變化。

1　材料與方法

1.1材料與設備

黃旦烏龍茶購自閩東茶區;黃旦烏龍茶多糖粗提物系由大閩食品(漳州)有限公司制備完成(茶葉提取罐、碟式離心機、超濾膜、反滲透膜、冷凍干燥機);兒茶素品系及咖啡堿購自阿拉丁(試劑)上海有限公司,純度均>98%;蘆丁購自成都曼思特生物科技有限公司,純度≥98%(UV);DPPH(純度>97.0%)購自于東京化成工業株式會社;其余均為色譜純或分析純試劑。

T6新世紀紫外可見分光光度計北京普析;BioSpec-nano超微量分光光度計島津公司;美國Agilent1260型液相色譜系統,包括四元泵(G1311C VL)、標準自動進樣器(G1329B)、柱溫箱(G1316A)和二極管陣列檢測器(G1315D VL);色譜柱Zorbax SB-C18(4.6 mm×150 mm,5 μm,美國Agilent);ACD-0502-U實驗室超純水系統重慶頤洋;DK-8D型電熱恒溫水浴槽上海一恒;DHC-9246A電熱恒溫鼓風干燥箱上海精宏等。

1.2實驗方法

1.2.1茶多糖樣品制備以黃旦烏龍茶為原料,按料液比1∶15、溫度90 ℃、時間25 min等參數浸提,經粗分、超濾、反滲透濃縮、冷凍干燥后制得茶多糖粗提物。稱取該茶多糖粗提物10.00 g,溶解后超純水定容至100 mL,分別依次用不同濃度的乙醇沉淀制得不同級數的茶多糖樣品,具體方法見圖1。茶多糖樣品得率和含量計算公式為:

式中:M樣品為制得的不同級數茶多糖樣品質量;M原料為原料質量(粗茶多糖提取物)。

式中:M醇析為該濃度乙醇沉淀析出的總質量;TPs醇析為該濃度乙醇沉淀是茶多糖析出質量。

圖1　乙醇沉淀分級茶多糖樣品的制備路線Fig.1　Preparation method of different purified classification on tea polysaccharides with ethanol

1.2.2茶多糖含量的測定采用蒽酮-硫酸法,以無水葡萄糖作為標準對照。吸取蒽酮試劑8.0 mL于25 mL容量瓶中,分別滴入1.0 mL不同濃度標準葡萄糖溶液(0、25、50、100、150、200 μg/mL),邊滴邊搖勻,沸水加熱3 min,快速冷卻,于600 nm處比色測定,以吸光度值為縱坐標,以葡萄糖含量(μg/mL)為橫坐標,繪制標準曲線并計算線性回歸方程。吸取蒽酮試劑8.0 mL于25 mL容量瓶中,分別滴加不同級數茶多糖樣品1.0 mL,搖勻后沸水加熱3 min,快速冷卻,600 nm處比色測定,并根據葡萄糖線性標準回歸方程計算樣品中多糖含量。

1.2.3可溶性蛋白含量的檢測BioSpec-nano超微量分光光度計以Cy3標記蛋白,可在波長280 nm時測量蛋白質的濃度。準確移取不同級數茶多糖樣品溶液4 μL于超微量分光光度計目標位置,以光程0.7 mm、波長280 nm處檢測可溶性蛋白質含量。

式中:M醇析為該濃度乙醇沉淀析出的總質量;SP醇析為該濃度乙醇沉淀時可溶性蛋白析出質量。

1.2.4DPPH自由基清除率測定參閱文獻[15],準確移取0.1 mmol/L的DPPH溶液3.0 mL于試管中,加入不同級數不同濃度的茶多糖樣品液0.5 mL,再用無水乙醇添加至3.0 mL,靜置反應30 min,于517 nm處比色測定吸光度數值。DPPH自由基清除率計算公式為:

式中:A對照為未加樣品的DPPH自由基吸光度;A樣品為加入樣品反應后的DPPH自由基吸光度。

1.2.5還原力測定采用普魯士藍法,具體步驟如下:取不同級數不同濃度的茶多糖水溶液樣品5.0 mL于試管中,依次加入2.0 mL磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L,pH6.6)和2.0 mL的1%的鐵氰化鉀溶液,50 ℃水浴保溫反應20 min,快速冷卻,加入10%的三氯乙酸溶液2.0 mL,3000 r/min離心10 min,取上清液,加入0.1 mL的0.1%氯化鐵溶液,混勻靜置10 min,于700 nm處測定吸光度值,以重蒸水作陰性對照。

表1　乙醇對茶多糖的分級純化特性

注：同列中標有不同字母表示差異顯著(p<0.05)，圖3、圖4、表2同。

1.2.6茶多酚含量的檢測不同級數茶多糖樣品TPs-50、TPs-60、TPs-70、TPs-80和 TPs-90的茶多酚含量檢測采用GB/T 8313-2008 福林酚法。

1.2.7兒茶素及咖啡因的測定兒茶素及咖啡因的測定采用文獻[16]HPLC法。

1.2.8總黃酮含量的檢測采用三氯化鋁法,分別吸取0.1 mg/mL蘆丁標準液(50%乙醇配制)0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 mL于25 mL容量瓶中,加50%乙醇至總體積10.0 mL,依次加入1.5%的AlCl3溶液8.0 mL和醋酸-醋酸鈉的緩沖液(0.1 mol/L,pH5.5)4.0 mL,并用50%乙醇水溶液定容至25 mL,搖勻,靜置30 min后,于415 nm比色測定吸光度值。以吸光度值為縱坐標,以顯色液中的蘆丁質量(mg)為橫坐標,繪制標準曲線并計算線性回歸方程。準確移取不同級數茶多糖樣品液1.0 mL于25 mL容量瓶中,其余步驟按照上述程序添加反應后,415 nm處比色測定。

1.3數據統計與分析

數據分析采用Origin 7.5和Spss 19.0軟件。數值表示為平均值±S.E.。

2　結果與分析

2.1乙醇分級純化茶多糖的特性

乙醇可用于提取純化茶多糖[17-18]。本文以制備的水提茶多糖粗提物為原料,考察了不同濃度乙醇對茶多糖的沉淀分級效果,結果見表1。50%和80%濃度乙醇對茶多糖的沉淀得率最高,分別為9.11%和9.90%。茶多糖析出量TPs-50最高,為261.87 mg,而TPs-60、TPs-70和TPs-90則顯著性降低;而茶多糖含量則以TPs-60最高,為39.56%,TPS-80最低至8.06%。醇沉過程中,可溶性蛋白也相應析出。結果表明,可溶性蛋白析出量與乙醇沉淀濃度相關,80%濃度乙醇分級沉淀時(TPs-80)可溶性蛋白析出量最大至173.40 mg(表1)。

為了進一步優化乙醇沉淀分級茶多糖,研究分析了不同濃度乙醇對茶多糖和可溶性蛋白的沉淀析出比(該級析出量占總析出量的百分比)。如圖2所示茶多糖可再析出率依次降低,50%濃度乙醇可沉淀得到總茶多糖量(TPs-50、TPs-60、TPs-70、TPs-80和TPs-90等多糖質量之和)的44.98%,濃度60%、70%和80%時依次降低,而濃度90%時僅沉淀制得茶多糖總量的3.15%。而可溶性蛋白的沉淀析出呈相反的趨勢,低濃度乙醇沉淀析出的可溶性蛋白占總量的15%～20%,而80%濃度乙醇沉淀析出可溶性蛋白量最大,為總量的43.82%。綜合來看,50%、60%和70%濃度乙醇沉淀分級茶多糖后,80%濃度乙醇再沉淀析出茶多糖效率低,而可溶性蛋白再析出量卻占整個析出量的將近一半,證明80%濃度乙醇的再沉淀析出物茶多糖非主要物質。因此,研究認為乙醇沉淀制備茶多糖以70%濃度為宜,茶多糖析出含量高,而可溶性蛋白可析出量較低,這更利于茶多糖后續蛋白質的脫除。

圖2　乙醇沉淀茶多糖和可溶性蛋白的濃度效率Fig.2　Concentration efficiency of ethanol in the precipitation of tea polysaccharides and soluble proteins

2.2茶多糖樣品的抗氧化活性比較

2.2.1DPPH自由基清除率的變化DPPH自由基因其穩定性好、靈敏度高、操作簡便等優點,已廣泛應用于自由基清除能力的定量分析。DPPH溶于甲醇或乙醇溶液呈深紫紅色,當加入自由基清除劑后,孤對電子被配對,深紫色的DPPH自由基溶液被還原成黃色的非自由基溶液,其褪色程度與所接受的電子數量成定量關系,因而可以通過吸光度的變化反映樣品對DPPH自由基的清除率。圖3為不同濃度不同級數茶多糖對DPPH自由基的清除率。由圖可見,劑量為10 μg/mL和20 μg/mL時,不同級數茶多糖樣品DPPH自由基清除率趨勢為TPs-50>TPs-60>TPs-70>TPs-80>TPs-90,TPs-50清除DPPH活性最強,TPs-90最弱。同一級數茶多糖樣品清除DPPH活性比較來看,高濃度劑量20 μg/mL 高于低劑量10 μg/mL,呈濃度依賴效應。

表2　乙醇沉淀分級茶多糖產品中的抗氧化組分

圖3　茶多糖對DPPH自由基的清除率變化Fig.3　Effects of tea polysaccharides on the scavenging of DPPH·

注:ND:表示未檢測到;兒茶素類指總量,以EGC+C+EGCG+EC+ECG計。2.2.2茶多糖樣品的還原力比較抗氧化劑的還原力與其抗氧化性之間呈正相關性,還原力越強,則抗氧化性越強。多采用普魯士藍法檢測樣品的還原力,原理為鐵氰化鉀[K3Fe(CN)6]在抗氧化劑存在時被還原為黃血鹽[K4Fe(CN)6],該鹽與Fe3+發生反應生成普魯士藍,于700 nm處可見最大吸收峰,其吸光度數值的高低變化可用于反映樣品還原力的大小。如圖4所示,為不同濃度乙醇沉淀分級的茶多糖樣品吸光度數值。結果可知,TPs-50的吸光度值最高,還原力最大,其抗氧化性最強。同時,不同級數的茶多糖樣品,還原力呈減弱的態勢(TPs-70略高于TPs-60,兩者之間未有差異顯著性),表明抗氧化性逐步減弱。研究還發現,同一級數的茶多糖樣品呈濃度依賴效應,濃度越高,抗氧化性越強。

圖4　茶多糖樣品的還原力變化Fig.4　Reducibility of tea polysaccharides

2.3抗氧化組分分析

如表2所示為乙醇沉淀分級制得茶多糖樣品中的其他抗氧化組分變化,包括茶多酚、兒茶素類及單體、總黃酮和咖啡因。結果表明,TPs-50中抗氧化組分析出量最高,與其他組別有顯著性差異。比較TPs-60、TPs-70和TPs-80之間,隨著乙醇濃度的升高中抗氧化組分析出量逐漸升高,而經過不同濃度乙醇沉淀分級后,TPs-90再沉淀析出抗氧化組分含量顯著降低,如茶多酚僅為7.85 mg。分析認為,可能在考慮等同沉淀時間的基礎上,影響沉淀析出效果的主要因素為粗茶多糖溶液濃度和乙醇濃度。起始時,50%乙醇沉淀粗茶多糖時溶液中成分處于原始濃度(相當于整個實驗的最高水平),導致相應的TPs-50中抗氧化組分析出量最高。隨后50%沉淀上清液再次經60%乙醇分級沉淀,依次類推70%和80%濃度的乙醇,抗氧化組分含量逐步降低,乙醇濃度發展為主要影響因素,體現為TPs-60、TPs-70和TPs-80之間抗氧化組分析出量呈遞增趨勢,至90%乙醇再沉淀80%上清液時,抗氧化組分含量為最低,從而析出量亦顯著降低或未析出(簡單兒茶素單體)。

乙醇沉淀分級制得茶多糖樣品的抗氧化活性表達與其組分息息相關。為此,采用Spss軟件就抗氧化組分含量和抗氧化活性表達之間做了相關性分析,結果見表3。結果表明,所有抗氧化組分與其DPPH自由基清除活性和還原力大小之間都具有正相關,不同組分之間體現出差異性。具體為茶多酚、兒茶素單體EC及EGCG、總黃酮和咖啡因呈顯著性正相關,而茶多糖、兒茶素總量及其單體EGC、C和ECG則未呈顯著性正相關。分析認為,乙醇沉淀分級制得的茶多糖樣品抗氧化活性表達并非源于茶多糖的單獨作用,而是一種茶多酚、總黃酮、咖啡因和茶多糖的協同效應,這里主要的作用成分為茶多酚(尤其兒茶素單體EC和EGCG)、總黃酮和咖啡因。

表3　抗氧化組分的相關性分析

注：“*”顯著相關，**極顯著相關。

3　結論與討論

茶多糖具有多種保健功效,極具開發應用前景。然而,限于其提取純化工藝繁雜及生物學活性不一,猶待進一步研究。目前,茶多糖提取純化技術多采用實驗室可行的高效液相色譜法和柱層析法實現其純化分級,難以用于工業化生產,而利用廉價的乙醇有效提取純化多糖技術更易實現規?；a。本文以粗茶多糖提取物為原料,采用不同濃度乙醇進一步分級沉淀純化,制得不同級數的茶多糖樣品TPs-50、TPs-60、TPs-70、TPs-80和TPs-90。如表1所示,TPs-80得率最高,然而茶多糖含量最低且可溶性蛋白析出量最大,進一步分析認為70%濃度乙醇沉淀純化茶多糖更為適宜。這與學者[17-18]給出的乙醇沉淀茶多糖最佳濃度為80%有所不同,原因在于評價指標的不同,本文在評價產品得率的基礎上,注重了茶多糖含量和可溶性蛋白含量的考察,從而更便于茶多糖的后續純化工作,尤其是茶多糖中蛋白質的脫除。

茶多糖糖鏈龐大,構象繁雜,生物學活性表現不一。比如,針對其抗氧化性尚存有爭議。茶多糖純度越高,清除自由基能力表現越弱[6-7]。Wang YL等[6]分析比較了粗茶青多糖和純化茶多糖片段(NTPS、ATPS1、ATPS2和ATPS3)的抗氧化能力,研究表明,25～400 μg/mL濃度范圍內粗茶多糖對DPPH自由基清除率為36.58%～86.88%,且呈濃度依賴效應;而同樣濃度范圍內的純茶多糖片段DPPH自由基清除率極低,且基本無變化。即使最高劑量400μg/mL處理下NTPS、ATPS1、ATPS2和ATPS3相應的DPPH清除率,也僅為25.51%、23.93%、22.28%和30.60%。從對羥基自由基作用效果來看,亦表明了同樣的趨勢,純化茶多糖ATPS1清除羥基自由基能力遠弱于粗茶多糖(和維生素C相當)。進一步研究揭示,EGCG可協同增強純茶多糖的抗氧化能力,400 μg/mL的純化茶多糖NTPS、ATPS1、ATPS2和ATPS3添加1.51%EGCG后,DPPH自由基清除率提高至76.68%、78.16%、72.13%和74.32%。本文研究結果表明,適宜濃度劑量范圍內,不同級數茶多糖抗氧化性表達趨勢為逐級降低(圖3和圖4),這與茶多糖純度趨勢不一致。茶葉富含多種生物學活性成分,諸如茶多酚、黃酮類和咖啡因都具有清除自由基活性[19-20]。本文結果表明,不同濃度的乙醇沉淀分級的茶多糖樣品仍為粗茶多糖,含量最高為TPs-60,達39.56%(表1)。茶多糖樣品中,其他抗氧化活性成分如茶多酚、兒茶素類、總黃酮和咖啡堿皆有析出,以TPs-50中析出量和含量最高(表2)。相關性分析表明(表3),各抗氧化組分與茶多糖樣品抗氧化活性表達之間Pearson系數呈正相關性,變化趨勢為茶多酚>總黃酮和咖啡因>茶多糖,顯著性正相關的抗氧化組分為茶多酚(尤其是兒茶素單體EC和EGCG)、總黃酮和咖啡因,揭示該類粗茶多糖樣品中抗氧化活性表達,茶多糖作用效果弱于其他抗氧化組分,這也證實了Wang YL等[6]人的研究結果。通過相關性分析還表明,茶多酚與茶多糖樣品的抗氧化活性表達之間呈極顯著正相關(p<0.01),而兒茶素類作為茶多酚的主體活性成分,卻未體現出顯著性正相關。進一步分析主要兒茶素類單體發現,EGCG和EC呈顯著正相關性,揭示不同兒茶素類單體作用效果不同。結合Wang YL等[6]人揭示EGCG可協同增強純茶多糖的抗氧化能力,是否不同兒茶素類單體都存在不同的協同增強效果,如EC作用效果如何,還猶待進一步研究證實。

綜上所述,不同濃度乙醇分級沉淀的茶多糖樣品抗氧化性表達趨勢為TPs-50>TPs-60>TPs-70>TPs-80>TPs-90,逐級降低,其抗氧化性表達源于茶多糖、茶多酚/兒茶素類和黃酮類的協同作用。從茶多糖和可溶性蛋白含量分析,70%濃度乙醇更適宜于沉淀制備茶多糖,可溶性蛋白等大分子物質含量低且抗氧化性強。

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Comparison of the antioxidant activity of tea polysaccharide samples by precipitation fractionation with ethanol and the related mechanism analysis

YANG Jun-guo,CHEN Jian,WANG Li-li,SONG Zhen-shuo,CHEN Lin*

(Tea Research Institute,Fujian Academy of Agricultural Science,Fu’an 355015,China)

Setting five different concentrations of ethanol(50%,60%,70%,80% and 90%)to obtain the precipitation fractionation of crude tea polysaccharide(TPs)extracts,namely TPs-50,TPs-60,TPs-70,TPs-80 and TPs-90,then the characteristics of precipitation fractionation with ethanol for tea polysaccharides and the expression of antioxidant activity were investigated. The results showed that the yields of TPs-50 and TPs-80 were higher than 9%,and TPs content trend was TPs-60>TPs-50>TPs-70>TPs-90>TPs-80. In TPs-80,TPs content was 8.06%,14.76% of all TPs precipitation. Furthermore,TPs-80 contained the soluble protein 43.82% of all precipitation. Antioxidant activity results showed the order of DPPH· scavenging ability were TPs-50>TPs-60>TPs-70>TPs-80>TPs-90 and so was the reducing power,which were different from the results of TPs content. Antioxidant components,including TPs,tea polyphenols,catechins,total flavone and caffeine,were precipitated in TPs samples,and highest in TPs-50. Besides TPs,the precipitation of other antioxidant components were increased gradually among TPs-60,TPs-70 and TPs-80,and lowest in TPs-90. The correlation to the antioxidant activity of tea polyphenols,total flavone and caffeine were significantly positive,and stronger than TPs,which indicated the synergy effects of TPs and other antioxidant compositions in TPs samples.

tea polysaccharides;ethanol;components;antioxidation

2016-02-26

楊軍國(1980-)，男，博士，主要從事茶葉生物化學與綜合利用，E-mail:95711139@qq.com。

陳林(1975-)，男，博士，副研究員，主要從事茶葉加工、茶葉生物化學與綜合利用，E-mail:82785676@qq.com。

福建省農業科學院科技創新團隊項目(CXTD-1-1302)；福建省自然科學基金項目(2015J05057)；福建省農業科學院“青年科技英才百人計劃”項目(YC2015-8)；福建省農業科學院茶葉研究所重點項目(2014-cys-03)。

TS272.4

A

1002-0306(2016)17-0096-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.010