4种甜橙皮黄酮类化合物体外抗氧化活性及降糖降脂功能研究

姚 旭，郦 萍，顾 青

（浙江工商大学食品与生物工程学院 浙江省食品微生物技术研究重点实验室 杭州 310018）

甜橙【Citrus sinensis （L.） Osbeck】是重要的芸香科柑橘属植物。我国是甜橙主产国和消费大国，而果皮作为甜橙鲜食、加工过程中的主要副产物，除小部分用作开发畜禽饲料、生产有机肥和制取香精油以外，大部分被填埋处理，若处理不当则易腐败变质，污染环境。据报道，柑橘皮[1]、石榴皮[2]、番薯皮[3]等果蔬加工副产物富含果胶、多糖、多酚、黄酮等多种生物活性物质，是天然抗氧剂的来源，特别是其中的黄酮类化合物，在疾病治疗[4-5]和膳食健康[5-6]等方面具有重要作用。

研究发现，柑橘皮黄酮类化合物与抗氧化能力[7]及缓解炎症反应的能力[8]密切相关，Barreca等[9]指出柑橘皮中黄烷酮类化合物可提高机体的氧化应激能力，降低心血管疾病、动脉粥样硬化的发病率，对机体健康发挥有益作用。目前，有报道称柑橘黄酮类化合物具有降糖潜力，可通过调节葡萄糖代谢和与胰岛素敏感性相关的信号通路来缓解2 型糖尿病及其相关并发症对机体造成的损害，或有望开发为防治2 型糖尿病的药物[10]。胆酸在脂质代谢过程中发挥着必不可少的作用，胆固醇在肝脏中转化为胆酸，随胆汁进入肠腔参与脂肪消化，在回肠重吸收经门静脉返还肝脏再被利用，即胆酸的“肠肝循环”[11-12]。若胆汁酸在肠道被其它物质结合，则胆汁酸无法完成肠肝循环，肝脏就会将更多的胆固醇转化为胆汁酸。有研究表明，红树莓籽黄酮具有良好的体外胆酸盐结合能力[13]，然而甜橙皮黄酮类化合物体外结合胆酸盐能力的研究鲜有报道，有必要通过体外胆酸盐结合试验初步评价甜橙皮黄酮的降血脂能力。

本文分析4 种甜橙皮中11 种黄酮类化合物的含量，通过体外试验初步评价甜橙皮黄酮类化合物的抗氧化活性、α-葡萄糖苷酶结合能力及胆酸盐吸附能力，为实现甜橙加工副产物的高值化利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甜橙原料：血橙，产地四川资中；伦晚脐橙，产地湖北秭归；埃及橙，产地埃及；新奇士晚橙，产地美国。

主要试剂：黄酮类化合物标准品、α-葡萄糖苷酶（来源于酿酒酵母）、4-硝基苯-α-D-吡喃葡萄糖苷（p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside，pNPG）、阿卡波糖，上海叶源生物科技有限公司；2，2-联苯基-1-苦基肼基 （DPPH）、奎诺二甲基丙烯酸（Trolox）、2，9-二甲基-1，10-邻菲洛啉（Neocuproine）、二水合氯化铜、乙酸铵、胆酸钠、牛黄胆酸钠、甘胆酸钠、胃蛋白酶（生物技术级）、胰蛋白酶（生物技术级），上海麦克林生化科技有限公司；ABTS 试剂盒、FRAP 试剂盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

Mili-QRBiocelTM超纯水仪，美国Millipore 公司；700Y 摇摆式粉碎机，武义海纳电器有限公司；GZX-9240MBE 电热鼓风干燥箱、数显恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；Spectra Max 190 酶标仪，美谷分子仪器（上海）有限公司；Alpha 1-4 LSC 真空冷冻干燥机，德国Martin Christ 公司；JY 92-IIN 超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科技股份有限公司；R-300 旋转蒸发仪，瑞士BUCHI 公司；e2695 高效液相色谱仪，美国Waters 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料预处理 4 种新鲜甜橙皮40 ℃烘干48 h，粉碎机粉碎过40 目筛，冷冻干燥，于-80 ℃冰箱保存备用。

1.3.2 甜橙皮总黄酮样品的制备 称取4 种甜橙皮冻干粉各10.00 g，乙醇体积分数52%，液料比42 mL/g，超声功率325 W 条件下超声提取17 min，收集提取液减压浓缩至50 mL，加入乙醇溶液使提取液中乙醇体积分数高于80%，4 ℃层析柜静置12 h，弃沉淀，取上清，初步除杂。将上清减压浓缩至无醇味，XAD-16 大孔树脂纯化，50%乙醇溶液洗脱，收集洗脱液减压浓缩，冷冻干燥，得到甜橙皮黄酮粉末，用于组分含量分析及抗氧化、降糖降脂功能评价。

1.3.3 HPLC 法测定甜橙皮中11 种黄酮类化合物 11 种黄酮类化合物标准曲线绘制：称取枸橘苷2.8 mg，圣草次苷、柚皮素各4.0 mg，去甲基川陈皮素4.4 mg，川陈皮素4.8 mg，香蜂草苷、甜橙黄酮、柚皮苷、桔皮素各5.0 mg，橙皮素6.0 mg，充分溶解于5 mL 甲醇-水（1∶1，V/V）溶液，梯度稀释成不同质量浓度的标准溶液，0.22 μm 针头式过滤器过滤至液相小瓶中待用。参考张元梅[14]的方法并适当修改，建立HPLC 分析甜橙皮黄酮组分含量的方法：流动相A：0.1%乙酸-水溶液，流动相B：100%乙腈，梯度洗脱程序见表1，Sun FireTMC18 柱（5 μm，4.6 mm×150 mm），柱温25 ℃，进样量20 μL，检测波长283 nm（黄烷酮）和330 nm（多甲氧基黄酮），重复进样3 次，分别以标准品质量浓度为横坐标，对应的峰面积为纵坐标，绘制11种黄酮类化合物标准曲线。

表1 梯度洗脱程序Table 1 Gradient elution program

甜橙皮11 种黄酮类化合物的组分含量测定：称取4 种甜橙皮黄酮粉末各0.1 g，充分溶解于2 mL 甲醇-水（1∶1，V/V）溶液，0.22 μm 针头式过滤器过滤至液相小瓶中待用。按照1.3.3 节中建立的方法测定甜橙皮中11 种黄酮类化合物组分含量。

1.3.4 甜橙皮黄酮抗氧化活性测定 DPPH 法：参照Liu 等[15]的方法稍加修改，取80 μL 样品液（5 mg/mL）与1 mL DPPH（0.2 mmol/L）涡旋振荡混匀，室温（25 ℃）避光反应30 min，取200 μL加入96 孔板于517 nm 波长处测定OD 值。

ABTS 法：参考试剂盒提供的试验方法，在96孔板中加入混合的ABTS 工作液180 μL，再加入10 μL 样品液（5 mg/mL），室温反应6 min，于405 nm 波长处测定OD 值。

FRAP 法：参考试剂盒提供的试验方法，在96孔板上依次加入FRAP 工作液180 μL、样品液（5 mg/mL）5 μL，37 ℃恒温水浴5 min 于593 nm 波长处测定OD 值。

CUPRAC 法：参照Frond 等[16]的测定方法，稍加改动，依次取500 μL CuCl2·2H2O （0.01 mol/L）、500 μL Neocuproine 溶液 （0.075 mol/L）、500 μL 乙酸铵缓冲液 （1 mol/L） 和60 μL 样品液（5 mg/mL）加入试管，涡旋振荡混匀，室温暗处反应1 h，取200 μL 加入96 孔板于450 nm 波长处测OD 值。

以上4 种方法抗氧化能力均以Trolox 当量（Trolox equivalent，TE）表示，重复试验3 次。

1.3.5 甜橙皮黄酮对α-葡萄糖苷酶的抑制能力参考Padilla-Camberos 等[17]和谭青云等[18]的方法，取50 μL 样品液（10 mg/mL）与250 μL α-葡萄糖苷酶（2 U，溶于0.1 mol/L PB，pH 6.8）混匀，37℃水浴10 min，加入250 μL pNPG（5 mmol/L），37 ℃水浴10 min，加入450 μL Na2CO3溶液（0.2 mmol/L） 终止反应。取200 μL 加入96 孔板于405 nm 波长处测定OD 值，以阿卡波糖（6.25 μmol/L）为阳性对照，按公式（1）计算α-葡萄糖苷酶抑制率，重复试验3 次。

式中，OD样品——样品＋α-葡萄糖苷酶＋pNPG＋Na2CO3反应后的OD 值；OD背景——样品＋α-葡萄糖苷酶＋PB 缓冲液＋Na2CO3反应后的OD值；OD阿卡波糖——阿卡波糖＋α-葡萄糖苷酶＋pNPG＋Na2CO3反应后的OD 值。

1.3.6 甜橙皮黄酮胆酸盐结合能力 胆酸盐标准曲线的绘制：将胆酸钠、牛磺胆酸钠、甘胆酸钠母液（1 mmol/L）用0.1 mol/L PB 缓冲液（pH 6.3）稀释成不同梯度，分别取上述不同梯度的胆酸盐标准溶液2.5 mL 于10 mL 具塞试管中，加入7.5 mL 60%H2SO4，70 ℃水浴25 min，随后置于冰上冷却，取200 μL 加入96 孔板，于387 nm 波长处测定OD 值。以各胆酸盐的物质的量浓度为横坐标，测得OD 值为纵坐标，绘制3 种胆酸盐标准曲线。

胆酸盐结合能力测定：参照文献[19]～[20]中的方法略加修改，依次将1 mL 样品液（10 mg/mL）、1 mL 胃蛋白酶 （10 mg/mL） 加入10 mL 具塞试管，37 ℃恒温摇床120 r/min 振荡1 h 模拟胃部消化。NaOH（0.1 mol/L）调pH 值至6.3，加入4 mL 胰蛋白酶（10 mg/mL），振荡1 h 模拟肠道消化。向每个具塞试管中分别加入4 mL 的3 种胆酸盐（1 mmol/L），37 ℃振荡1 h，4000 r/min 离心20 min，取上清，按1.3.6 节绘制胆酸盐标准曲线的步骤测定胆酸盐含量，重复试验3 次，按公式（2）计算胆酸盐结合能力。

式中，C1——原始胆酸盐物质的量浓度；C2——残留的胆酸盐物质的量浓度。

1.4 数据处理

采用SPSS 24.0 软件进行数据统计，ANOVA单因素方差分析及Tukey's 多重检验，使用Pearson 相关性分析，结果以“平均值±标准差”表示，使用Excel 和GraphPad Prism 8.0.1 软件作图。

2 结果与分析

2.1 11 种黄酮类化合物标准品HPLC 分析结果

11 种黄酮类化合物标准品HPLC 色谱图如图1所示，图1a 峰1～7 为283 nm 波长下7 种黄烷酮类化合物，图1b 峰8～11 为330 nm 波长下4种多甲氧基黄酮类化合物。11 种黄酮类化合物标准物质在45 min 内可以较好的分离，峰形良好，满足有效检测黄酮类化合物的条件，可以用来定性。

图1 11 种黄酮类化合物标准品HPLC 图谱Fig.1 HPLC chromatograms of 11 flavonoid compounds

表2列出了11 种黄酮类化合物标准品回归方程、相关系数及保留时间，各标准品质量浓度与峰面积线性关系良好，相关系数R2在0.9992～1.000 范围内，符合外标法定量，保留时间定性的要求。

表2 黄酮类化合物标准曲线的回归方程和相关系数Table 2 Regression equation and correlation coefficient of standard curve of flavonoids

2.2 甜橙皮黄酮组分含量差异结果分析

4 种甜橙皮样品黄酮类化合物组分含量结果见表3。4 种甜橙皮中含量最多的是橙皮苷，枸橘柑在供试样品中均未检测到，与钱井[21]在不同橙类果皮中未检测到枸橘苷的结果相一致，或可推测橙类果皮中枸橘苷的含量较少。11 种黄酮类化合物含量总和从高到低依次为新奇士晚橙＞埃及橙＞血橙＞伦晚脐橙，总体来看，7 种黄烷酮类化合物的含量总和高于4 种多甲氧基黄酮类化合物的总和。

表3 甜橙皮中黄酮类化合物组分含量（mg/g DW）Table 3 Content of flavonoids in sweet orange peels （mg/g DW）

2.3 甜橙皮黄酮抗氧化能力比较

4 种甜橙皮黄酮类化合物抗氧化活性试验结果见表4。新奇士晚橙果皮黄酮对DPPH 自由基清除能力、ABTS 自由基清除能力和CUPRAC 铜离子还原能力最强；血橙果皮黄酮的FRAP 铁离子还原能力最好，新奇士晚橙次之，二者之间不存在显著性差异（P＞0.05）。根据Seeram 等[22]方法计算综合APC 指数（Antioxidant potency composite index）并对其排序，结果见表4。综合APC 指数变幅为86.20%～99.47%，4 种甜橙皮样品的综合抗氧化能力从强至弱依次为：新奇士晚橙＞埃及橙＞血橙＞伦晚脐橙，新奇士晚橙果皮黄酮基于4 种抗氧化评价方法表现出的抗氧化活性优于其它3 种甜橙样品。

表4 甜橙皮黄酮的抗氧化能力Table 4 The antioxidant capacity of flavonoids in sweet orange peels

2.4 甜橙皮黄酮对α-葡萄糖苷酶的抑制能力比较

黄酮类化合物作为α-葡萄糖苷酶抑制剂可通过竞争抑制α-葡萄糖苷酶延缓碳水化合物的吸收[23]，也可提高胰岛素敏感性[24]，从而有效降低餐后血糖。4 种甜橙皮黄酮对α-葡萄糖苷酶的抑制率结果见图2。结果表明，以阿卡波糖为阳性对照，供试样品对α-葡萄糖苷酶的抑制活性存在显著差异 （P＜0.05），从高到低依次为新奇士晚橙（70.18%）＞埃及橙（63.12%）＞血橙（56.46%）＞伦晚脐橙（46.16%），甜橙皮黄酮具有一定的α-葡萄糖苷酶抑制作用，新奇士晚橙果皮黄酮类化合物对α-葡萄糖苷酶的抑制效果在4 种样品中表现最为突出，或可作为α-葡萄糖苷酶抑制剂的重要来源。

图2 甜橙皮黄酮对α-葡萄糖苷酶的抑制活性Fig.2 Inhibition effects of flavonoids in sweet orange peels on α-glucosidase

2.5 甜橙皮黄酮胆酸盐结合能力结果比较

根据1.3.6 节的方法以胆酸盐浓度为横坐标，对应OD 值为纵坐标，绘制胆酸盐标准曲线如图3所示，波长397 nm 处的OD 值与3 种胆盐酸浓度有良好的线性关系，胆酸钠、牛磺胆酸钠和甘胆酸钠回归方程及相关系数R2分别为：y=6.2965x+0.0132，R2=0.9977；y=5.8662x+0.002，R2=0.9992；y=6.2075x+0.0117，R2=0.9975。

图3 胆酸盐标准曲线Fig.3 Standard curve of bile acid salts

4 种甜橙皮黄酮结合胆酸盐能力的测定结果见表5。供试样品对胆酸钠、牛磺胆酸钠、甘胆酸钠吸附量变幅分别为 （0.359±0.004）～（0.386±0.006） μmol/mg，（0.383±0.004）～（0.460±0.005）μmol/mg 和 （0.372±0.008）～（0.455±0.017） μmol/mg，总体来看，4 种甜橙皮样品对后牛磺胆酸钠、甘胆酸钠的吸附能力的均值相对高于胆酸钠吸附量，新奇士晚橙样品对3 种胆酸盐均表现出较好的体外结合效果，试验结果表明4 种甜橙皮黄酮类化合物或可在胆酸盐结合过程中发挥重要作用。

表5 甜橙皮黄酮胆酸盐结合量Table 5 Banding of bile salts of flavonoids in sweet orange peels

2.6 甜橙皮黄酮与体外抗氧化、降糖降脂能力相关性分析

11 种黄酮类化合物含量总和与抗氧化活性、α-葡萄糖苷酶抑制率和胆酸盐结合能力Pearson相关性分析见表6。DPPH 自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、CUPRAC 铜离子还原能力、α-葡萄糖苷酶抑制率、胆酸钠结合量和甘胆酸钠结合量与11 种黄酮总含量之间存在极显著线性正相关（P＜0.01）；FRAP 铁离子还原能力与11 种黄酮总含量呈显著相关（P＜0.05）；牛磺胆酸钠结合量与11 种黄酮总含量相关性不显著（P＞0.05），试验结果与陈浩南等[25]对高良姜水黄酮含量与自由基及α-葡萄糖苷酶抑制能力呈正相关的结果相一致。相关性分析结果表明甜橙皮中的11 种黄酮总含量与体外抗氧化、降糖降脂功能存在紧密联系。

表6 甜橙皮黄酮与生物活性Pearson 相关性分析结果Table 6 Pearson correlation analysis between flavonoids and biological activity

3 结论

果皮作为甜橙生产加工过程中的主要副产物，是回收利用黄酮类化合物的优良原料。本研究利用HPLC 法测定4 种甜橙皮中包括7 种黄烷酮和4 种多甲氧基黄酮在内的11 种黄酮类化合物，供试样品中橙皮苷的含量最为丰富，4 种甜橙皮中11 种黄酮类化合物总含量从高到低依次为新奇士晚橙＞埃及橙＞血橙＞伦晚脐橙。体外抗氧化结果显示甜橙皮黄酮的综合APC 指数在86.20%～99.47%之间，新奇士晚橙综合APC 指数排名居首位，表现出较强的抗氧化活性。以阿卡波糖为阳性对照，甜橙皮黄酮类化合物表现出抑制α-葡萄糖苷酶的能力，抑制率变幅为46.16%～70.18%。甜橙皮黄酮类化合物具有一定的体外结合胆酸盐结合能力，对牛磺胆酸钠和甘胆酸钠结合量的均值要高于胆酸钠结合量。相关性分析结果表明，除牛磺胆酸钠与11 种黄酮类化合物总含量未表现出显著相关性（P＞0.05），其余几项生物活性评价结果均与11 种黄酮类化合物总含量呈显著性正相关（P＜0.05）。本试验为甜橙皮黄酮类化合物开发出具有抗氧化及降糖降脂作用的功能性产品提供了研究基础，同时为甜橙皮副产物变废为宝以期实现高值化利用提供参考。