大孔樹脂純化白背天葵多酚及其體外抗氧化研究

馬景蕃 謝曉倩 楊昊坤 劉喜明 陳雪梅

摘 ?要：為了分離純化白背天葵多酚，并探討其體外抗氧化活性，本研究比較了8種大孔樹脂對白背天葵多酚的靜態吸附和解吸能力，優選出D101為最適宜純化白背天葵多酚的樹脂，并對其分離純化的工藝進行了優化。采用DPPH和ABTS法評價其抗氧化活性。結果表明，D101樹脂最佳純化工藝為上樣液濃度1 mg/mL、pH 3.1、上樣液流速2 mL/min，解吸的乙醇體積分數70%、體積60 mL、流速2 mL/min;白背天葵多酚的含量由14.73%提高到45.21%;其清除DPPH及ABTS自由基的能力為 Vc>純化物>粗提物。研究結果為進一步開發利用白背天葵多酚提供了數據支持。

關鍵詞：白背天葵;多酚;純化;DPPH;ABTS

Abstract： Eight macroporous resins were compared to separate and purify Gynura formosana Kitam polyphenols and its antioxidant activity in vitro was determined. The optimal purify technology was optimized through static absorption and desorption experiments. Furthermore， the antioxidant activity of the polyphenols from G. formosana Kitam was analyzed by DPPH and ABTS methods. The results showed that D101 was the most optimal resin. The optimal purification process parameters were as follows： the concentration of polyphenols 1 mg/mL with pH 3.1， the loading flow rate 2 mL/min. The eluting solvent was 70% alcohol， the volume and flow rate was 60 mL and 2 mL/min respectively. Under the condition， the concentration of polyphenols increased from 14.73% to 45.21%. The DPPH and ABTS radicals scavenging activity was as follows： Vc>purified polyphenols>crude polyphenols. The result would provide a basis for the further utilization of polyphenols from G. formosana Kitam.

Keywords： Gynura formosana Kitam; polyphenols; purification; DPPH; ABTS

白背天葵（Gynura formosana Kitam）又名白背三七、白鳳菜，是菊科（Compositae）菊三七屬（Gynura）多年生草本植物[1]。在福建、海南、廣東等地多有分布。它是一種保健藥膳和珍稀蔬菜，有“最佳保健藥膳蔬菜”之稱[2]。白背天葵營養豐富，味道鮮美，且根、莖、葉均可入藥，主入肝、肺、腎、大小腸諸經，具有抗炎[3]、解熱、抗氧化、利尿、抗癌等作用，主治肝炎、肝硬化、肺癌、高血壓、發燒及防治心腦血管等疾病[4]。目前白背天葵在利用上主要作為一種理想的無公害特色蔬菜鮮食，尚未見對其天然有效成分開發利用的研究報道。

植物中的多酚類化合物具有多種生物活性，如具有抗氧化、降血脂、增強身體抵抗力以及防止動脈硬化、血栓形成等作用，還具有抑制細菌與癌細胞生長等功效，因此近年來很多學者對多酚類化合物的研究引起了廣泛的興趣。前期我們應用超臨界CO2萃取法提取白背天葵粗多酚，提取得率為5.32%，但該法提取獲得的粗多酚含有較多雜質，影響多酚純度及后續抗氧化效果的研究，因此有必要對白背天葵粗多酚進行純化。大孔樹脂純化法是依靠大孔樹脂和被吸附的分子（吸附質）之間的范德華引力，通過其巨大的比表面進行物理吸附，再通過合適的溶劑洗脫，從而達到目標物質分離、純化的目的，近些年來，大孔樹脂純化法在天然多酚等功能性活性成分的分離純化中得到廣泛應用。白背天葵資源豐富，且含有豐富的多酚類物質，將白背天葵多酚類物質作為功能性活性物質進行開發利用對于其高值化產業鏈延伸具有重要意義。目前，利用大孔樹脂純化白背天葵多酚及其活性的研究尚未見報道，因此本文通過比較8種不同型號大孔吸附樹脂的吸附和解吸能力，篩選出最適宜純化白背天葵多酚的大孔樹脂，并確定吸附與解吸的最佳純化工藝參數。以Vc為陽性對照，比較純化前后白背天葵多酚的體外抗氧化活性，旨在為進一步開發利用白背天葵多酚提供依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料與試劑 ?白背天葵種植于龍巖學院植物房內。沒食子酸標準品（≥98%）、1，1-二苯基-2-三硝基本肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl， DPPH）、2，2-聯氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽[2，2'-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate）， ABTS]、Vc對照品（≥98%）購自美國Fluka公司;大孔樹脂D-101、HPD-300、HP-750、ADS-17、AB-8、DM130、NKA-9、XDA-9購自天津鴻博美化工科技有限公司，其他試劑均為國產分析純。

1.1.2 ?儀器與設備 ?UV-1800紫外可見分光光度計，日本Shimadzu公司;Bio-TekELX800酶標儀，美國寶特公司;Re-52A旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 ?方法

1.2.1 ?白背天葵多酚粗提物的制備 ?在前期工作的基礎上，采用超臨界CO2萃取法提取白背天葵多酚。取白背天葵莖葉部分于60?℃烘干、粉碎后，在萃取壓力為35 MPa，時間為2 h，溫度為40?℃、CO2流量20 L/h的條件下進行超臨界CO2提取多酚，經真空冷凍干燥機干燥24 h，得到多酚粗提物備用。

1.2.2 ?白背天葵多酚含量的測定 ?參照文獻[5-7]的方法，以沒食子酸為標準品，在765 nm波長下，以吸光度（A）為縱坐標，沒食子酸質量濃度（C）為橫坐標繪制標準曲線，得回歸方程為A=0.3527C+0.0316， R2=0.9985，對照沒食子酸標準曲線計算樣品中多酚的含量。

1.2.3 ?大孔樹脂預處理 ?將大孔樹脂D-101、HPD-300、HP-750、ADS-17、AB-8、DM130、NKA-9、XDA-9用95%乙醇浸泡24 h后，用蒸餾水洗滌至無醇味。用5% HCl溶液浸泡12 h，蒸餾水洗至中性，再用5% NaOH溶液浸泡12 h，蒸餾水洗至中性，將樹脂濾干備用。

1.2.4 ?大孔樹脂的靜態吸附與解吸性能 ?分別稱取上述8種型號的大孔樹脂各1 g，放入100 mL三角瓶中，加入30 mL濃度為1.058 mg/mL的白背天葵多酚溶液，置于25?℃恒溫搖床中，100?r/min振蕩12 h，將吸附飽和的大孔樹脂用150?mL蒸餾水洗滌，抽濾后，用30 mL 75%的乙醇解吸附12 h。按下式計算各樹脂的吸附率與吸附率：

式中，C0為吸附前多酚的質量濃度（mg/mL）;C1為吸附后多酚的質量濃度（mg/mL）;C2為解吸后多酚的質量濃度（mg/mL）。

1.2.5 ?大孔樹脂的靜態吸附動力學曲線 ?選取上述樹脂中吸附和解吸效果最好的3種樹脂，按上述操作，進行恒溫振蕩吸附，分別于0.5、1、2、4、8、16 h吸取上清液，在波長765 nm處測定吸光度值，計算吸附率并繪制大孔樹脂的靜態吸附曲線。

1.2.6 ?多酚樹脂吸附單因素試驗 ?采用濕法裝柱，選取16 mm×20 cm（柱體積約為20 mL）的玻璃層析柱，分別對上樣液質量濃度、上樣量、上樣液pH、上樣液流速進行單因素試驗，確定各因素的最佳選擇范圍。

1.2.7 ?響應面優化 ?在單因素試驗的基礎上，采用Design Expert 8.0.6軟件設計響應面優化試驗，選擇上樣液質量濃度（X1）、上樣液pH（X2）、上樣液流速（X3）3個因素作為自變量，以多酚吸附率為響應值，設計三因素三水平的響應面試驗。

1.2.8 ?體外抗氧化活性測定 ?白背天葵多酚清除DPPH及ABTS自由基的測定分別參照文獻[8]及文獻[9]的方法，以抗壞血酸為對照。

1.3 ?數據處理

每項試驗至少重復3次，試驗結果以平均數±標準差（）表示。單因素方差分析及自由基清除率IC50計算使用SPSS 22.0統計軟件包。采用Design Expert 8.0.6軟件進行數據分析，Origin 8.0軟件制圖。

2 ?結果與分析

2.1 ?樹脂的篩選

2.1.1 ?大孔樹脂的靜態吸附與解吸 ?為了選擇合適的白背天葵多酚純化樹脂，本文結合文獻[10-11]純化多酚的基礎上分別選擇了2種極性樹脂、1種中極性樹脂、2種弱極性樹脂和3種非極性樹脂。由表1可知，吸附效果較好的3種樹脂分別為AB-8、DM130、D-101，其中DM130的吸附率最高為（87.42±0.58）%;解吸效果較好的4種樹脂分別是XDA-9、AB-8、DM130和D-101，其中AB-8的解吸率最高為（86.34±0.81）%。綜合考慮吸附率和解吸率這2個指標，我們選擇AB-8、DM130和D-101這3種樹脂做靜態吸附動力學曲線來進一步篩選。

2.1.2 ?大孔樹脂靜態吸附動力學曲線 ?由圖1可見，3種樹脂對白背天葵多酚的吸附均為快速平衡型。DM130和AB-8樹脂在2 h達到吸附平衡，D-101樹脂在4 h達到吸附平衡，平衡后3種樹脂的吸附動力學曲線均隨著時間的延長逐漸趨于平緩。DM130樹脂對白背天葵多酚的最大吸附率大于AB-8和D-101樹脂的最大吸附率。從節約時間和吸附效果考慮，DM130樹脂更適合富集純化白背天葵多酚類化合物，因此，后續試驗采用DM130樹脂作為純化樹脂。

2.2 ?大孔樹脂吸附單因素試驗結果

2.2.1 ?上樣液體積的確定 ?設定上樣液濃度1?mg/mL、pH 5.0、流速為1.0 mL/min，分段收集流出液，每10 mL收集1管，測定白背天葵多酚濃度，并繪制動態吸附滲透曲線。如圖2所示，開始階段，多酚濃度很低，說明多酚幾乎被大孔樹脂全部吸附，無滲透;但當流出液體積大于70?mL時，大孔樹脂吸附有泄漏，說明多酚吸附量已基本達到飽和;當流出液體積為130 mL時，流出液多酚濃度約是上樣液濃度的10%時，此時已達到樹脂的滲透點，故選擇上樣液體積為130?mL。

2.2.2 ?上樣液質量濃度對白背天葵多酚吸附的影響 ?設定上樣液pH 5、流速為1.0 mL/min、體積為150 mL，考查當上樣液質量濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mg/mL時DM130樹脂對白背天葵多酚吸附率的影響。由圖3可知，隨著上樣液質量濃度的提高，吸附率呈現先升高后下降的趨勢。濃度低時吸附率低，可能是由于樹脂的表面與多酚分子的接觸面積小，樹脂未達到飽和吸附;而當濃度增加到一定值后吸附率下降，可能是由于多酚分子含有的羰基和羥基通過氫鍵而聚合成大分子，不容易被樹脂吸附基團所吸附[12]。本研究選擇上樣液質量濃度范圍為0.5～1.5?mg/mL。

2.2.3 ?上樣液pH對白背天葵多酚吸附的影響 ?上樣液質量濃度為1 mg/mL、流速為1.0?mL/min、體積為150 mL，考查當上樣液pH分別為1、2、3、4、5、6 時DM130樹脂對白背天葵多酚吸附率的影響。由圖4可知，隨著pH的增加，多酚吸附率先增加后下降，當pH為3時，吸附率達到最大。其原因可能是當溶液pH較小時，多酚類化合物的溶解度在酸性條件下降低，呈現分子形式，可通過范德華力被樹脂吸附，但當pH過小時，因溶液酸性過強而導致多酚類化合物發生沉淀，所以吸附率不高;當pH過高時，多酚類化合物中的酚羥基容易失去H+，削弱了與溶液中水分子的相互作用力，從而不易被樹脂吸附[13]。另外，當pH過高時，大孔樹脂容易結塊，不利于多酚的吸附。本研究選擇上樣液pH范圍為2～4。

2.2.4 ?上樣液流速對白背天葵多酚吸附的影響 ?設定上樣液質量濃度為1 mg/mL、pH為5、體積為150 mL，考查當上樣液流速分別為1、2、3、4、5、6 mL/min時DM130樹脂對白背天葵多酚吸附率的影響。由圖5可知，隨著上樣液流速的增加，多酚吸附率逐漸下降，其原因可能為流速較小時，白背天葵多酚類化合物可與樹脂充分接觸使得吸附率較高[14]。本研究選擇上樣液流速范圍為1～3 mL/min。

2.3 ?響應面優化試驗結果

2.3.1 ?試驗設計與結果 ?通過三因素三水平的Box-Benhnken 中心組合試驗設計，考察上樣液質量濃度（A）、上樣液pH（B）、上樣液流速（C）對白背天葵多酚吸附率（R）的影響，試驗設計及結果見表2。

對回歸方程進行顯著性檢驗分析，結果如表3所示，該模型極顯著（P<0.0001），相關系數R2=0.9950， 校正決定系數R2adj=0.9886，其失擬項不顯著（P= 0.1575>0.05），說明回歸方程擬合度較好，模型試驗誤差小，可以用該方程對白背天葵多酚吸附率進行準確預測和分析。模型的A、A2、B2為極顯著，B、AB、C2為顯著。由F值可知，各單因素對白背天葵多酚吸附率影響的大小順序為：A>B>C;交互項對吸附率影響的大小順序為：AB>BC>AC。

2.3.2 ?響應面分析 ?由圖6可知，上樣液濃度和上樣液pH交互作用最為顯著，上樣液濃度和上樣液流速、上樣液pH和上樣液流速作用均不顯著，這與模型中F值分析結果相一致。

2.3.3 ?驗證試驗 ?通過響應面回歸方程，得到大孔樹脂吸附白背天葵多酚的最佳條件為上樣液濃度為1.07 mg/mL，上樣液pH為3.12、上樣液流速2.06 mL/min，在此條件下模型預測白背天葵多酚吸附率為90.49%。為方便實際操作，修正后的條件為上樣液濃度為1 mg/mL，上樣液pH?3.1、上樣液流速2 mL/min，此條件下多酚吸附率為90.38%，與理論值接近，RSD為0.37%。證明該回歸模型是可靠的。

2.4 ?大孔樹脂解吸單因素試驗結果

2.4.1 ?乙醇體積分數對白背天葵多酚解吸的影響 ?設定乙醇洗脫流速為1 mL/min，體積為60 mL，考查當乙醇體積分數分別為 50%、60%、70%、80%、90%、100%對白背天葵多酚解吸率的影響。由圖7可以看出，隨著乙醇體積分數的增加，解吸率先升高后下降，當體積分數為70%時，解吸率達到最大（88.21%）。因此選擇乙醇體積分數為70%。

2.4.2 ?洗脫流速對白背天葵多酚解吸的影響 ?設定乙醇體積分數為70%，體積為60 mL，考查當流速分別為 1、2、3、4、5、6 mL/min對白背天葵多酚解吸率的影響。由圖8可以看出，隨著流速的增加，解吸率逐漸減小，但太低的流速不利于工業化生產，因此，選擇乙醇洗脫流速為2 mL/min。

2.5 ?白背天葵多酚的純化結果

按上述最佳工藝條件對白背天葵多酚粗提物進行上樣、吸附和洗脫，測定多酚的含量，再經濃縮，真空冷凍干燥。純化結果表明，白背天葵多酚粗提物中多酚的含量為14.73%，經DM101樹脂純化后多酚的含量為45.21%，約為純化前的3.07倍。

2.6 ?白背天葵多酚體外抗抗氧化活性

2.6.1 ?DPPH方法測定白背天葵多酚的抗氧化能力 ?如圖9顯示，隨著白背天葵多酚濃度的增加，DPPH自由基清除率呈現上升趨勢，白背天葵多酚粗提物、純化物及Vc清除DPPH自由基的IC50值分別為131.786、16.574、0.021 mg/mL，說明Vc的清除能力強于白背天葵多酚粗提物和純化物，清除率大小順序為Vc>純化物>粗提物。當濃度達200 mg/mL時，白背天葵多酚粗提物和純化物對DPPH自由基的清除率分別為72.19%和88.49%。

2.6.2 ?ABTS方法測定白背天葵多酚的抗氧化能力 ?對ABTS自由基的清除效果見圖10，與清除DPPH自由基相似，其清除ABTS自由基的作用也隨著濃度的增加而增加，白背天葵多酚粗提物、純化物及Vc清除ABTS自由基的IC50值分別為74.375、27.456、0.015 mg/mL，當濃度達到200?mg/mL時，白背天葵多酚粗提物和純化物對ABTS自由基的清除率分別為81.22%和92.36%。

3 ?討論

大孔樹脂是一種有機高聚物吸附劑，因其具有選擇吸附性強、物理化學穩定性高、分離效果好等優點被廣泛應用于中草藥活性物質成分的分離純化，韋琴等[15]利用AB-8型大孔樹脂富集金雞毛草葉總黃酮，純化后的樣液純度提高了5.24倍;羅磊等[16]利用NKA-9大孔樹脂對綠豆皮黃酮進行純化，綠豆皮黃酮的純度由28.26%上升到 75.74%;本研究使用DM101大孔樹脂純化白背天葵多酚，其純度提高了3.07倍，可見使用大孔樹脂純化中草藥活性物質效果明顯。且該方法所用的設備簡單、成本低、操作方便[17]，適于白背天葵多酚的富集與純化。

中草藥具有的獨特療效，可能與其高效清除體內自由基密切相關，植物多酚類物質現己被證明是一種天然的抗氧化活性劑，具有較強的清除自由基能力[18]。Sakihama等[19]研究表明，植物多酚能夠清除有害的活性氧種類，如O2·–，H2O2，·OH等。本研究表明，白背天葵多酚具有顯著的清除DPPH和ABTS自由基的能力，且純化物的清除能力強于粗提物。植物多酚的抗氧化活性與其含量、結構、種類、分子量等有密切的關系，因此，今后還要對白背天葵多酚的抗氧化物質基礎做進一步的研究。

本研究所用的白背天葵多酚純化方法簡單、快速，且純化效果明顯，白背天葵多酚具有顯著的清除自由基作用，說明其具有較強的生物學活性，具備進一步開發成為保健產品的潛力，同時本研究也為進一步開發利用白背天葵多酚提供了一定的技術支持。

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責任編輯：崔麗虹