虎杖中白藜蘆醇提取工藝的優化及其抗氧化性

蘇 東 海, 張 虎 成, 彭 堅, 楊 國 偉, 辛 秀 蘭

( 1.北京電子科技職業學院 生物工程學院, 北京 100176;2.北京市經濟管理學校 食品工程系, 北京 100036 )

0 引 言

過多接觸紫外線輻射可引起皮膚曬傷、曬黑、皮膚光敏反應、皮膚光老化甚至皮膚癌等。研究表明,白藜蘆醇具有抗氧化、抗腫瘤、保護心血管等功效[1],對黑色素瘤增殖具有較好的抑制作用。白藜蘆醇存在于花生、葡萄、虎杖等許多植物中,是植物受到生物或非生物脅迫時產生的一種植物抗毒素[2]。目前,從虎杖中提取白藜蘆醇的方法包括超聲提取法[3]、超臨界CO2萃取法[4]、酶解法[5-6]、有機溶劑提取法[7]和微波萃取法[8]等,提取效率還有待進一步提升。本研究在單因素試驗基礎上,應用響應面法對虎杖中白藜蘆醇的提取工藝條件進行優化,通過對DPPH、羥自由基清除能力的測定,以及提取物對紫外照射后成纖維細胞的SOD、CAT、GSH和MDA水平的影響,檢驗白藜蘆醇的生物活性。

1 材 料

1.1 材料與儀器

虎杖;黑色素癌細胞A375,中國科學院細胞庫;白藜蘆醇標準品,上海金穗生物科技有限公司;DPPH,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;超氧自由基清除率檢測試劑盒,北京盒子生工科技有限公司;噻唑藍、二甲亞砜、PI碘化丙啶,北京默克有限公司;MDA、SOD、CAT、GSH檢測試劑盒,南京建成生物工程研究所;細胞凋亡-Hoechst染色試劑盒,碧云天生物技術有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 虎杖中提取白藜蘆醇的單因素試驗

分別采用不同超聲功率、提取時間、乙醇體積分數、料液比進行單因素試驗,研究不同因素對白藜蘆醇提取率的影響。稱取1.0 g虎杖粉末,乙醇體積分數75%,料液比1∶30,分別在超聲功率120、210、300、390、480、570 W提取30 min。稱取1.0 g虎杖粉末,乙醇體積分數75%,料液比1∶30,超聲功率480 W,提取時間分別為10、20、30、40、50、60 min。稱取1.0 g虎杖粉末,料液比1∶30,超聲功率480 W,提取時間30 min,分別配置45%、55%、65%、75%、85%、95%乙醇溶液。稱取1.0 g虎杖粉末,乙醇體積分數75%,料液比分別為1∶5、1∶15、1∶25、1∶35、1∶45、1∶55,超聲功率480 W,提取時間30 min。5 000 r/min離心5 min,取50.0 μL樣品,用體積分數70%乙醇定容至10 mL,HPLC檢測白藜蘆醇含量。

1.2.2 白藜蘆醇的分離提取

根據響應面得到的最佳條件提取白藜蘆醇。稱取100.0 g虎杖磨碎加入乙醇超聲萃取,濾液通過減壓蒸發濃縮得到白藜蘆醇粗提物。分離提取方法根據文獻[9]稍做修改。采用紫外分光光度計檢測白藜蘆醇,檢測波長306 nm。

1.2.3 白藜蘆醇提取率的測定

準確稱取5.000 mg白藜蘆醇標準品,用甲醇溶解并定容至100 mL,得50.0 μg/mL的標準品貯備液。用HPLC測定白藜蘆醇含量,色譜柱C18(150 mm×3.9 mm,4 μm),流動相為體積比25∶75∶0.09的乙腈-水-乙酸,體積流量0.7 mL/min,檢測波長306 nm,柱溫30 ℃,進樣量10.0 μL。計算白藜蘆醇得率:

w=nρV/m×100%

式中:w為白藜蘆醇得率,%;ρ為根據HPLC峰面積計算出的溶液質量濃度,mg/mL;n為溶液稀釋倍數;V為供試品溶液體積,mL;m為虎杖取樣量,mg。

1.2.4 白藜蘆醇活性測定

DPPH自由基清除率:參照文獻[10]、[11]稍做修改。在10 mL比色管中依次加入4.0 mL DPPH溶液和白藜蘆醇提取液,再加入無水乙醇定容,混勻立即用1 cm比色皿在517 nm處測吸光度(A1),再在溫室避光保存30 min后測吸光度(A2)。對照組為只加DPPH的乙醇溶液,吸光度記為A3。試驗重復3次取平均值。

DPPH清除率=[1-(A1-A2)/A3]×100%

羥自由基清除率:按照超氧自由基清除率檢測試劑盒(Fenton比色法)說明書進行測定。測定536 nm處吸光度,對照管吸光度記為A′1,測定管吸光度記為A′2,空白管吸光度記為A′3,各管測定吸光度3次取平均值。

羥自由基清除率=[1-(A′1-A′2)/A′3]×100%

對成纖維細胞增殖的影響:成纖維細胞以DMEM為培養基(含青霉素50 μg/mL,鏈霉素50 μg/mL,10%胎牛血清),于37 ℃、5% CO2飽和濕度的培養箱中培養。取對數生長期的成纖維細胞,胰蛋白酶消化后,制備細胞懸液,調整濃度為105個/mL,加入96孔培養板中,同時加入適量1 000.0 μmol/L用DMSO配制的白藜蘆醇母液,補加培養液,使每孔終體積100 μL,每組白藜蘆醇終濃度分別為12.5、25.0、50.0、100.0、200.0、400.0、800.0 μmol/L,每個濃度6個復孔,同時設置未加白藜蘆醇組為對照。培養24 h,加入20 μL MTT(5.0 mg/mL),4 h后加入100 μL DMSO,搖勻,在酶標儀測定OD490。

對UVB照射后成纖維細胞抗氧化指標的影響:試驗分5組。對照組,不照射UVB,不加白藜蘆醇;1、2、3、4組,分別為加入0、12.5、100.0、800.0 μmol/L白藜蘆醇,照射UVB。取對數生長期的成纖維細胞,加入96孔培養板和培養皿中,各組加入相應的白藜蘆醇,培養24 h后,給予UVB特殊光源輻射(強度30 mJ/cm2),照光結束后分組加入白藜蘆醇,培養24 h后進行MTT試驗,同時取培養皿中細胞制備細胞勻漿,參照試劑盒說明測定SOD、CAT、GSH、MDA水平。

1.2.5 數據處理

試驗數據以平均值表示,制圖采用Origin8.5繪制,響應面分析采用Design-Expert 8.0.6.1進行,使用SPSS25.0軟件統計分析。

2 結果與討論

2.1 白藜蘆醇的HPLC檢測分析

在選定的色譜條件下,標準品白藜蘆醇的保留時間為(4.504±0.056) min。白藜蘆醇標準品質量濃度與峰面積標準曲線回歸方程為y=0.129 4x-0.007,R2=0.999 9,線性范圍0～10.0 μg/mL,在此范圍內線性關系良好。

2.2 白藜蘆醇的分離提取與鑒定

2.2.1 單因素對白藜蘆醇得率的影響

由圖1可知,隨著超聲功率的增大,白藜蘆醇得率逐漸增大,功率為480 W時白藜蘆醇得率達到最大(圖1(a))。提取時間在40 min時,白藜蘆醇得率最高(圖1(b))。乙醇體積分數為65%時,白藜蘆醇得率最高,之后逐漸降低(圖1(c))。料液比在1∶15時白藜蘆醇得率最大(圖1(d))。

(a) 超聲功率

2.2.2 響應面試驗分析

響應面設計見表1。以提取率(Y)為響應值,在單因素試驗的基礎上進行四因素三水平的工藝優化試驗,試驗設計因素水平見表2。

表1 響應面因素水平表

表2 響應面試驗設計方案及結果

采用Design-Expert 8.06軟件對結果進行回歸分析擬合?；貧w方程:Y=4.75+0.22A+0.28B+0.11C+0.22D+0.18AB-0.27AC-0.037AD-0.35BC+0.080BD+0.11CD-0.61A2-0.52B2-0.35C2-0.68D2,試驗結果的方差分析見表3?；貧w方程模型P<0.000 1,表明二次多項回歸模型極度顯著;失擬項不顯著(P=0.189 6>0.05),說明模型與實際情況擬合程度較好。各因素對虎杖中白藜蘆醇提取率的影響由大至小順序為提取時間、料液比、提取功率、乙醇體積分數。

表3 回歸模型的方差分析

由圖2可以看出,A與C、B與C響應面相對較陡,等高線扁,說明交互作用較強。其他響應面較為平緩,等高線較圓,交互作用則相對較弱。采用軟件對提取工藝進行參數優化,得到的最佳條件為超聲功率495.53 W、提取時間33.0 min、乙醇體積分數63.67%、料液比1∶17.13,白藜蘆醇提取率預測值為4.83 mg/g。為驗證響應面預測的最佳工藝參數,實際參數設定為超聲功率496 W、提取時間33 min、乙醇體積分數64%、料液比1∶17,按修正后條件進行3次平行試驗得到的白藜蘆醇得率為4.80 mg/g,接近預測值,說明優化后的工藝參數可靠。

(a) 提取時間和超聲功率

2.2.3 白藜蘆醇的分離與鑒定

選用NKA-9大孔吸附樹脂初步分離白藜蘆醇,HPLC檢測分離結果,白藜蘆醇質量分數由純化前的15.6%提升至58.4%。白藜蘆醇經ODS柱層析分離,HPLC鑒定結果為白藜蘆醇。

2.3 白藜蘆醇的抗氧化性

由圖3(a)可知,隨著白藜蘆醇質量濃度的增加,DPPH自由基的清除率升高,當白藜蘆醇質量濃度達到2.5 mg/mL時,清除率為94.92%,繼續增大質量濃度,清除率基本不變。采用SPSS25.0軟件計算,得到IC50為0.926 mg/mL,表明虎杖中的白藜蘆醇具有較好的抗氧化能力。

(a) DPPH自由基

由圖3(b)可知,羥自由基的清除率隨著濃度的升高而增大,當白藜蘆醇質量濃度達到0.5 mg/mL時,清除率達到94.65%。采用SPSS25.0計算,得到IC50為0.165 mg/mL,表明虎杖中白藜蘆醇對羥自由基的清除效果顯著。

2.4 白藜蘆醇對紫外照射成纖維細胞的保護作用

如圖4所示,與對照組相比,1組SOD酶活力下降最大,下降了72.6%,2組、3組、4組SOD酶活力分別下降了65.8%、42.3%和12.4%(P<0.01)。紫外照射導致皮膚成纖維細胞中MDA含量增加,但經白藜蘆醇處理后,皮膚成纖維細胞中的MDA含量明顯下降,白藜蘆醇添加量越大,MDA含量下降越明顯。白藜蘆醇處理皮膚成纖維細胞后,SOD、CAT酶活力和GSH含量均明顯增加。SOD催化氧自由基轉變成低活性氧,減少對皮膚成纖維細胞的傷害;CAT自由基清除能力提高。因此,白藜蘆醇可以有效減緩紫外引起的皮膚成纖維細胞損傷。

*表示P<0.01,與對照組相比,具有統計學意義;#表示P<0.05,與對照組相比,具有統計學意義(n=6)

3 結 論

以虎杖為原料,白藜蘆醇提取工藝的優化條件:超聲功率496 W,提取時間33 min,乙醇體積分數64%,料液比1∶17。在最優條件下,白藜蘆醇的提取率達到4.80 mg/g,與模型預測值(4.83 mg/g)基本相符合。通過大孔吸附樹脂和碳十八鍵合硅膠樹脂分離得到提取物,經HPLC和紅外線鑒定為白藜蘆醇,且白藜蘆醇純度高,達到99.90%?？寡趸栽囼灲Y果表明,虎杖粗提物中的白藜蘆醇對DPPH自由基和羥自由基清除能力良好,可以作為抗氧化劑的新型來源。紫外照射成纖維細胞的保護作用試驗結果表明,白藜蘆醇可以通過提高皮膚成纖維細胞中的SOD、CAT酶活性與GSH含量以及降低MDA含量來緩解紫外線造成的皮膚傷害。