南湖菱废弃物中多酚提取工艺的探讨

林海珠，高广春，黄 嬛，蒋小红，葛赵亮

(嘉兴学院医学院,浙江嘉兴 314001)



南湖菱废弃物中多酚提取工艺的探讨

林海珠，高广春*，黄 嬛，蒋小红，葛赵亮

(嘉兴学院医学院,浙江嘉兴 314001)

摘 要：为优化南湖菱废弃物茎和壳中多酚的提取条件,以菱壳和菱茎为材料,研究提取溶剂浓度、超声提取时间、料液比和提取次数等单因素对其多酚提取效果的影响,并通过正交试验确定从菱茎和菱壳中提取多酚的最优方案。结果表明:菱壳多酚的最佳提取工艺为乙醇浓度60%,超声时间20 min,料液比1∶20 (m∶V),提取3次;菱茎多酚的最佳提取工艺为乙醇浓度50%,超声时间20 min,料液比1∶30 (m∶V),提取1次。该提取工艺条件稳定,重复性好。

关键词：南湖菱;废弃物;多酚;提取工艺;正交试验

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20160241

南湖菱(Trapa acornis Nakano)又称青菱、馄饨菱、元宝菱,为菱科一年生水生草本植物,形似元宝,为无角菱,是嘉兴特色农产品之一［1］。由于其皮薄肉嫩、汁多甜脆、清香可口的特点,深受当地居民的喜欢。目前,南湖菱的种植面积达万亩以上,随着南湖菱产业的发展,如何充分利用其非食用部分菱茎和菱壳成为一项迫在眉睫的研究课题。

据《中华药海》所载,菱壳性味微苦、涩,性凉,入肺、脾、大肠三经,具有解毒疗疮、涩肠止泻、清化湿热的功效［2］。现代研究表明,菱壳具有多种药理活性,如抗癌、抗菌、镇痛、降糖、保肝、抗衰老等［3-9］。菱壳中所含化学成分包括黄酮、多酚、糖类、生物碱和甾醇类等［10］。大量研究表明,植物果实的外壳含有丰富的多酚,作为一类具有多种生物活性的天然化合物,多酚一直是国内外科研人员研究的热点。林秋生等［11］利用有机溶剂提取法从南湖菱壳中获得4种提取物,其中多酚含量较高的乙酸乙酯提取物的提取率为28.85%,且多酚在该提取物中的含量为238 mg· g-1。同时该团队利用半仿生提取法获得的提取物在原药浓度0.05 g·mL-1时,对胃癌SGC7901细胞的抑制率为37%［12］。浙江省南湖菱资源丰富,每年有大量的废弃物产生,不仅污染环境也浪费了资源。本研究对南湖菱茎和壳中多酚成分的提取工艺进行了优化,有利于提高南湖菱废弃物的经济价值,同时也能为其在医药、食品等行业的开发应用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1供试材料

南湖菱茎和壳于2014年9 - 10月收集于嘉兴菜市场。没食子酸标准品购于上海生物金穗科技有限公司;福林试剂购于上海荔达生物科技有限公司;乙醇、碳酸钠均为分析纯,试验用水均为双蒸水。BS224S型电子分析天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司),EVO300PC型紫外-可见分光光度计(美国赛默飞公司),TDL-40B型离心机(上海嘉鹏科技有限公司),KQ-500DE数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。

1.2提取

1.2.1工艺流程

将新鲜菱茎和菱壳晒干并粉碎,称取一定量干粉加入一定浓度的乙醇水溶液,水浴提取2 h,然后超声处理一定时间,抽滤,将滤液离心,收集上清液;滤渣重复提取,合并上清液。吸取1 mL用同浓度乙醇定容至50 mL,测定多酚含量。

1.2.2提取工艺条件

多酚提取过程受多种因素影响,包括提取乙醇浓度、提取温度、超声处理时间、料液比、提取次数等。首先通过单因素试验对上述不同提取工艺参数进行初筛,参照试验结果对影响多酚提取率较显著的因素进行L9 (34)正交优化试验,以提取率为考察指标,考察综合因素对多酚提取效果的影响,筛选菱壳和菱茎的最佳提取工艺。

1—3水平分别为乙醇浓度50%,60%和70%,超声时间15,20和25 min,料液比(m∶V) 1∶20,1∶25和1∶30,提取次数1,2和3次。

1.3测定

1.3.1标准曲线的绘制

精密称取8.5 mg没食子酸标准品,用蒸馏水溶解并定容至50 mL,摇匀。分别吸取0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6和1.8 mL于25 mL容量瓶内,用蒸馏水定容,配制成不同浓度的没食子酸标准溶液。准确吸取不同浓度的标准溶液各1 mL加入25 mL容量瓶中,先加入10 mL蒸馏水摇匀,再加入1.5 mL福林试剂,充分混匀,5 min内加入10% Na2CO36 mL,摇匀,加蒸馏水定容至刻度,摇匀。静置3 h后于765 nm处测定吸光度(D),以没食子酸浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线。结果表明,没食子酸在浓度为1～12 μg·mL-1时,与吸光度呈线性关系,回归方程为:D = 0.103 1X + 0.029 8,其中,X为溶液浓度,R2为0.997 3。

1.3.2样品溶液多酚含量的测定

吸取1 mL待测样品溶液置于25 mL容量瓶中,按1.3.1节方法处理后测定吸光度。根据没食子酸标准曲线,按照下面公式计算多酚提取率。

多酚提取率/% = C×V/W×106

式中:C为多酚含量(μg·mL-1),V为稀释体积(mL),W为南湖菱茎、壳粉末质量(g)。

2　结果与分析

2.1菱壳多酚最佳提取工艺

由表1可知,4个因素对南湖菱壳多酚提取率的影响顺序为D (提取次数)＞A (乙醇浓度)＞C (料液比)＞B (超声时间),4个因素的最优水平组合为A2B2C1D3,即乙醇浓度60%,超声时间20 min,料液比1∶20 (m∶V),提取3次。由方差分析可知,D因素对菱壳提取率的影响有显著差异(F = 34.876),其他因素在考察范围内影响较小(因素A的F =5.818,因素C的F =2.498)。因正交试验中没有A2B2C1D3组合,因此对该组合的多酚提取率进行验证,结果表明,此组合的多酚提取率为28.08%,与正交试验中A1B3C3D3组合一致,高于正交试验的其他各组合,证明所选工艺条件数据稳定可靠。

表1　菱壳多酚提取的正交试验结果

2.2菱茎多酚最佳提取工艺

从表2数据可以看出,4个因素对菱茎多酚提取率的影响主次顺序为A (乙醇浓度)＞C (料液比)＞B (超声时间)＞D (提取次数)。4个因素的最优水平组合为A1B2C3D1,即乙醇浓度50%,超声时间20 min,料液比1∶30 (m∶V),提取为1次。由方差分析可知,各因素对提取率的影响均不显著(因素A的F =12.944,因素B的F =1.493,因素C的F =2.025),乙醇浓度是影响多酚提取率最主要的因素。

表2　菱茎多酚提取的正交试验结果

因正交试验中没有A1B2C3D1组合,因此对该组合的多酚提取率进行验证,结果表明,此组合的多酚提取率为7.43%,高于正交试验的其他各组合,证明所选工艺条件数据稳定可靠。

3　小结与讨论

试验以南湖菱非食用部分为原料,在单因素试验的基础上,采用正交试验确定了从菱壳中提取多酚物质的最优方案为乙醇浓度60%,超声时间20 min,料液比1∶20 (m∶V),提取3次;从菱茎中提取多酚物质的最优方案为乙醇浓度50%,超声时间20 min,料液比1∶30 (m∶V),提取1次。按照此工艺条件,菱壳和菱茎中多酚平均提取率分别可达28.08%和7.43%。菱壳多酚提取中提取次数和乙醇浓度对多酚提取率有明显的影响,而菱茎多酚提取中各考察因素对多酚提取率没有显著影响,在实际生产中可根据实际情况合理选择提取条件。

植物多酚是植物次生代谢产物的重要组成部分,具有多种药用保健价值,尤其在抗肿瘤［13］和降血糖方面［14］。本研究从南湖菱废弃物中提取多酚物质的提取工艺稳定,且原料易得。菱角废弃物利用不仅有助于扩大天然活性多酚物质的原料来源,也有利于减少环境污染,具有重要的经济价值和社会意义。

参考文献:

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［2］冉先德.中华药海［M］.上海:东方出版社,2010.

［3］伍茶花,丁扬洲,裴刚,等.不同菱角壳提取物抑制肺癌A549细胞生长的研究［J］.湖南中医药大学学报,2012,32 (1):27-30.

［4］任青.菱角壳提取物的抗癌研究及其胃漂浮片的研制［D］.天津:天津大学,2007.

［5］康文艺,魏金凤,黄嬛,等.南湖菱壳的用途、降糖有效部位及该部位的提取方法:CN102068475A［P］.2011-05-25.

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［7］张伟,薛志平,黄嬛,等.南湖菱壳抗菌活性研究［J］.中国实验方剂学杂志,2013,19 (9):118-120.

［8］王鑫.菱角壳水提物的提取及其抗衰老药理活性的研究［D］.天津:天津大学,2008.

［9］康文艺,李园园,黄嬛.南湖菱壳提取物在制备保肝护肝药物方面的应用:CN102319276［P］.2012-01-18.

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［11］林秋生,陈莹,于海宁,等.三种菱壳不同极性部位提取物的生物活性［J］.食品工业科技,2013,34 (2):139-142.

［12］沈生荣,宁颖,于海宁.一种从菱壳中提取抗胃癌活性成分的方法:CN101869587A［P］.2010-10-27.

［13］MARZAG H,WARNAULT P,BOUGRIN K,et al.Natural polyphenols as potent inhibitors of DNA methyltransferases［M/OL］//ATTA-UR R.Studies in Natural Produsts Chemistry.2014,41:195-223［2015-09-25］.https://www.elsevier.com/books/studies-in-natural-products-chemistry/rahman/978-0-444-63294-4.

［14］YASUDA M,YASUTAKE K,HINO M,et al.Inhibitory effects of polyphenols from water chestnut (Trapa japonica) husk on glycolytic enzymes and postprandial blood glucose elevation in mice［J］.Food Chemistry,2014,165 (20):42-49.

(责任编辑：侯春晓)

通信作者:高广春,E-mail:gaogcjx@163.com。

作者简介:林海珠(1991—),女,海南海口人,本科生,药学专业,E-mail:1453324585@qq.com。

基金项目:嘉兴市科技计划项目(2013AY21047);国家级大学生创新创业训练计划项目(201410354021); 2011年嘉兴市重点科技创新团队-天然药物与健康食品研发技术; 2014年嘉兴学院教学改革一般项目

收稿日期:2015-09-26

中图分类号：R284

文献标志码：A

文章编号：0528-9017(2016)02-0270-03

文献著录格式:林海珠,高广春,黄嬛,等.南湖菱废弃物中多酚提取工艺的探讨［J］.浙江农业科学,2016,57 (2):270-272.