马铃薯中生物碱的电化学性能的研究

马赟赟

（甘肃隆宇检测科技有限公司，甘肃 兰州 730070）

马铃薯是主要的粮食、蔬菜和饲料,也是淀粉工业与食品工业的传统原料[1,2],马铃薯中含有淀粉、蛋白质、类胡萝卜素及生物碱等。生物碱是马铃薯的次生代谢产物，在其芽、幼叶、花、未成熟块茎及成熟薯皮组织中含量较高，对抵御病原菌和病虫侵害有一定的作用，对某些真菌、细菌等病原微生物有一定的抑制和杀灭作用，可作为植物抗毒素开发利用，也可作为开发绿色农药的原材料。另外，马铃薯种的生物碱抵御、驱赶害虫等特性还可用于马铃薯抗病虫害新品种的培育。运用在杂交育种中，对培育抵抗性强、产量高、成熟块茎中生物碱含量低和食用安全性好的新品种意义重大。

近代医学研究表明，马铃薯中生物碱与其他甾族生物碱一样有消炎、强心、平喘、抗过敏调节代谢和内分泌的作用[3-6]。我国马铃薯种植面积广，而不被人们重视的薯皮、薯渣中生物碱含量很高，糖苷生物碱资源十分丰富。因此，研究马铃薯中生物碱含量的测定，具有重大的实用意义。

生物碱通常指茄科和百合科植物产生的具有特殊甾体结构的一类生物碱，有时也被称为甾体生物碱(Steroidal Alkaloid)。根据生物碱苷元的不同结构大致分为茄次碱烷 (solanidanes)、螺旋甾碱烷(spiroslanes)和其他甾体衍生物三类。常见的糖苷生物碱的化学结构和来源如图1 所示。

图1 马铃薯中主要生物碱的化学结构

对马铃薯糖苷生物碱的提取、分离、纯化及测定方法的研究国外比较完善，国内报道很少[7]。将生物碱溶于某些溶剂甲醇、乙醇、吡啶、乙腈、稀酸（乙酸、硫酸、硝酸）中，利用生物碱遇碱（氨水、氢氧化钠）沉淀的特征对其进行提取纯化，然后进行测定。本文采用甲醇提取—氨水沉淀并辅助超声波震荡的方法提取马铃薯中生物碱，利用电化学方法对其进行定量测定。

马铃薯中生物碱的电化学性能的研究，目前国内还未见报道。生物碱的测定方法主要有循环伏安法[8-9]，薄层层析[10]等，这些方法都需要复杂的前处理过程、操作烦琐，灵敏度低等不足。本文利用循环伏安法和线性扫描伏安法测定马铃薯中生物碱的电化学性能，通过对测定条件的探索，首次利用生物碱线性扫描伏安图的氧化峰电流与浓度呈现良好的线性关系，以峰电流检测其浓度。该方法处理简单、灵敏度高，建立了检测马铃薯中生物碱的新方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 材料与试剂

马铃薯，次氯酸钠（AR），无水甲醇（AR），浓氨水（AR），石油醚（AR），浓硫酸（AR），氢氧化钠（AR），卡茄碱标准样，石英砂；实验用水均为二次蒸馏水。

1.1.2 仪器设备

CHI832B 电化学分析仪（上海辰华仪器公司）；实验采用三电极体系：工作电极为金电极，Ag/AgCl（饱和KCl 溶液）为参比电极，Pt 丝为辅助电极；KH3200 型超声清洗器（昆山禾创超声仪器有限公司）；AnkeTDL 80-2B 台式离心机（上海安亭科学仪器制造厂）；AL104 电子天平（上海梅特勒-托利多仪器有限公司）；RE-2000B 旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）远红外快速干燥箱（上海申光仪器仪表有限公司）；SHZ-D(III)循环水式真空水泵（巩义市予华仪器有限责任公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯中生物碱提取

新鲜的马铃薯皮、充分研磨、取70%的甲醇溶液溶解，30℃下超声波振荡处理、抽滤、减压浓缩、然后用2%HCl 溶解、石油醚萃取、浓氨水调节pH、离心、沉淀并烘干、沸甲醇迅速溶解后进行热抽滤、减压浓缩、甲醇溶解、超声、样品为马铃薯糖苷生物碱的粗样提取液，待测。

1.2.2 糖苷生物碱吸光度的测定

取标准糖苷生物碱样品，用无水甲醇溶液做参比溶液测定糖苷生物碱的最大吸光度。

1.2.3 循环伏安法测定电化学

以裸金电极为工作电极，饱和甘汞为参比电极，Pt 丝为辅助电极。工作电极先后用0.3um 和0.05um粒度α-Al2O3在麂皮上打磨抛光，用蒸馏水冲洗电极表面，待电极表面风干后测定。

用循环伏安法测试不同电解质（KNO3、HAc、H2SO4、KCl）中生物碱标准溶液不同浓度的伏安图。加入等量最佳电解质溶液，检测1×10-4mg/mL 生物碱标准溶液在不同pH 下的循环伏安图和线性扫描伏安图。以线性扫描伏安法测定不同扫描速率下生物碱标准溶液的峰电流ip。

选择线性扫描伏安法在最佳电解质、pH、扫描速率下测定不同浓度生物碱标准溶液和马铃薯中生物碱提取物溶液的各峰电流ip。

2 结果与分析

2.1 糖苷生物碱吸光度的测定

同一浓度下测定波长在200～350nm 范围生物碱的吸光光度，如图2(a)所示，不同浓度下糖苷生物碱的最大吸收峰值，如图2（b）所示。

图2 相同浓度不同波长生物碱的吸光度与不同浓度生物碱与最大吸收峰的关系

2.2 支持电解质的影响

研究了生物碱在4种电解质（KNO3、HAc、H2SO4、KCl）中的电化学行为。通过1mL 标准溶液加1mL 不同电解质溶液（浓度为5mmol/L）的循环伏安图比较分析，得到以5mmol/L 的H2SO4溶液作为电解质时循环伏安图最理想，且不同浓度下峰电流ip变化稳定，可供后续定量分析。图3 分别为KNO3(如图3a 所示)、HAc（如图3b 所示）、H2SO4（如图3c 所示）、KCl（如图3d 所示）做支持电解质时的循环伏安图。

图3 不同电解质中卡茄碱的CV 图

2.3 pH 值的选择

在相同浓度的1mL 生物碱标准溶液中加入1mL 的5mmol/LH2SO4溶液，对所得溶液在不同pH（2.0、3.0、4.0、5.0、6.0）下进行线性扫描伏安测定，得到不同pH 下的线性扫描伏安图（如图4 所示）。结果表明，生物碱的氧化峰电流ip随着pH 值有增大而减小的趋势（如图4b 所示），但在pH3.0 时ip值最大且峰形最好（如图4a 所示）。综合考虑氧化峰电流大小和峰形状，选择pH3.0 为最佳的测定pH值。如图4 所示。

图4 pH 值对生物碱的CV 图（a）和峰电流（b）的影响

2.4 扫描速率的选择

伏安法测试生物碱过程中，扫描速率影响测试的灵敏度和分辨率，根据扫描速率v 的平方根和氧化峰电流ip成正比关系，选择H2SO4溶液作为支持电解质、pH 值等于3.0 时测定不同扫描速率v（0.0025V/s、0.005V/s、0.01V/s、0.0001V/s、0.05V/s）时卡茄碱溶液的电化学行为，确定不同扫描速率v 对应的氧化峰电流ip，通过分析v1/2-ip线性关系，得到最佳扫描速率v=0.01V/s。如图5 所示。

图5 扫描速率的1/2 次方与峰电流的关系图

2.5 标准曲线

取不同浓度1mL 生物碱标准溶液，加入1mL的5mmol/LH2SO4溶液，调整pH 等于3.0，设置扫描速率v=0.01V/s 对标准溶液做线性扫描伏安图，研究生物碱标准溶液的不同浓度c 与氧化峰电流ip的关系，得到浓度c 在2.00E-05mg/mL-1.00E-04mg/mL 之间有最好的线性关系（如图6 所示）。

图6 LSV 峰电流ip（A）与浓度c（mg/mL）的标准曲线

2.6 马铃薯中生物碱测定

移取0.1mL 生物碱的甲醇溶液稀释至500mL，得到马铃薯中生物碱待测溶液。取1mL 的待测溶液，加入1mL 的5mmol/L 的H2SO4溶液，调pH 至3.0，设定扫描速率v=0.01V/s 时用线性扫描伏安法测定马铃薯中生物碱溶液的峰电流值ip，根据ip值计算得到不同光照处理时间下的马铃薯中生物碱提取物稀释溶液溶度（见表1）。根据马铃薯中生物碱含量受光照时间的影响[14]得知表1 中浓度数据合理，可供分析。

表1 马铃薯中生物碱含量

3 结论

探索出马铃薯中生物碱在波长为210nm 时，吸光光度值最大。马铃薯中生物碱电化学研究的最佳条件：支持电解质5mmol/L 的H2SO4、pH=3.0、扫描速率0.01V/s。采用循环伏安法和线性扫描伏安法在最佳条件下,对马铃薯中生物碱进行研究。结果表明，马铃薯中生物碱在裸金电极上可产生良好的氧化峰，糖苷生物碱有稳定的电化学性能。研究表明，利用电化学方法在最佳条件下对马铃薯中生物碱的测定方法简单、灵敏度高，得到了检测马铃薯中生物碱的新方法。