姜 寧，劉曉鵬′′*，陳 芳，喻長發(fā)，勒棟梁，丁振國，吳 皓

（1.湖北民族學院生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000；2.南京中醫(yī)藥大學博士后流動站，江蘇 南京 210023；3.南京同仁堂洪澤中藥材科技有限公司，江蘇 洪澤 223200）

厚樸多糖提取工藝及其體外抗氧化活性

姜 寧1，劉曉鵬1′2′*，陳 芳1，喻長發(fā)1，勒棟梁3，丁振國3，吳 皓2

（1.湖北民族學院生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000；2.南京中醫(yī)藥大學博士后流動站，江蘇 南京 210023；3.南京同仁堂洪澤中藥材科技有限公司，江蘇 洪澤 223200）

通過Box-Behnken試驗優(yōu)化提取厚樸多糖的工藝；以超氧陰離子自由基、1′1-二苯基-二苦基肼（1′1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和2′2’-連氮基-雙-（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS＋?）清除能力，F(xiàn)e2＋螯合力、鐵離子還原抗氧化力（ferric reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP）為指標，探究厚樸多糖的體外抗氧化活性。結果表明，提取厚樸多糖的最佳工藝條件為pH 7.3、液固比32∶1（mL/g）、提取溫度78 ℃、提取時間139 min，此條件下多糖提取率達3.35%～3.52%。體外抗氧化活性結果表明，厚樸多糖超氧陰離子自由基清除力為（18.72±2.12） μmol VC/mg，DPPH自由基清除能力達（0.59±0.05） μmol Trolox/mg，ABTS＋?清除能力為（0.57±0.04） μmol Trolox/mg，F(xiàn)e2＋螯合力為（0.38±0.02） μmol EDTA/mg，F(xiàn)RAP值為（2.19±0.31） μmol Trolox/mg。

厚樸；多糖；提??；響應面分析；抗氧化

中藥厚樸為木蘭科植物厚樸（Magnolia officinalis Rehd et Wils.）的干皮、根皮或枝皮，性溫、味苦辛、無毒，入脾、胃、大腸經(jīng)，能溫中下氣，燥濕消痰[1]。厚樸在我國有兩千多年藥用歷史，用于治療消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等多個系統(tǒng)及器官的疾病，2010版《中國藥典》記載的厚樸為主要原料藥的中成藥達20余種[1]。我國很多方劑如厚樸三物湯、大承氣湯、四七湯和桅子厚樸湯中都含有生藥厚樸。

厚樸含有多種化學成分，包括酚類、生物堿類、揮發(fā)油類、黃酮類、多糖等成分[2-4]，其中厚樸酚與和厚樸酚是主要活性成分，目前國內(nèi)外對厚樸的藥理研究主要其中在厚樸酚和厚樸酚的抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎、抗腫瘤等作用[5-9]，針對厚樸多糖的研究尚不多見。本研究通過考察pH值、液固比、提取時間和提取溫度等因素，采用單因素試驗和Box-Behnken試驗優(yōu)化厚樸多糖的提取工藝，并考察5 個抗氧化指標以揭示其體外抗氧化活性，旨在為厚樸資源的開發(fā)利用提供科學依據(jù)和理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

厚樸取自湖北恩施市雙河鄉(xiāng)，為紫油厚樸的干燥樹皮，烘干，粉碎，過60 目篩。

1′1-二苯基-二苦基肼（1′1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基、2′2’-連氮基-雙-（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（2′2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）、菲咯嗪、三吡啶三吖嗪、Trolox 日本東京化成工業(yè)株式會社；二喹啉甲酸蛋白濃度定量試劑盒 碧云天生物技術研究所；VC、葡萄糖、無水乙醇、蒽酮（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Multiskan GO全波長酶標儀 美國Thermo公司；TU-1810型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；RT-02A型多功能粉碎機 弘荃機械企業(yè)有限公司；COUCTER型離心機 美國Beckman公司；HHS型恒溫水浴鍋 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。

1.3 方法

1.3.1 厚樸多糖提取工藝的優(yōu)化

1.3.1.1 厚樸多糖的提取

厚樸60 ℃烘干，粉碎，過60 目篩備用。稱取一定量的厚樸粉末，加入適量緩沖液，水浴提取一定時間后，離心取上清液進行真空旋轉蒸發(fā)濃縮至原體積的1/10，向濃縮液中緩慢加入無水乙醇至乙醇終體積分數(shù)為80%，4 ℃靜置過夜，離心，沉淀用無水乙醇洗滌3 次后用蒸餾水溶解。將上述溶液、三氯甲烷、正丁醇按體積比25∶5∶1混合并劇烈振蕩20 min，離心取上清液，此過程重復5 次以除去蛋白。葡萄糖為標準品，硫酸-蒽酮法測多糖含量[10]，多糖提取率按下列公式計算：

式中：ρ為測定樣液的質量濃度/（mg/mL）；V為提取體積/mL；m為厚樸質量/mg。

測量抗氧化活性前，樣品于蒸餾水中透析過夜以除去小分子物質。透析液旋轉蒸發(fā)濃縮，凍干得厚樸多糖凍干粉。檢測凍干粉中的多糖含量；以牛血清白蛋白為標準品，二喹啉甲酸法檢測其蛋白含量，具體操作按試劑盒說明書進行；以沒食子酸為標準品，F(xiàn)olin-Ciocalteu法測多糖凍干粉的總酚含量[11]；以蘆丁為標準品，分光光度法測量總黃酮含量[12]。

1.3.1.2 單因素試驗

稱取一定量的厚樸粉末，按照以下條件進行單因素試驗：分別配制pH值為6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的緩沖液按液固比30∶1（mL/g）加入樣品中，90 ℃提取時間120 min；固定pH 7.0、提取溫度90 ℃、提取時間120 min，改變液固比分別為10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1（mL/g）；固定pH 7.0、液固比30∶1（mL/g），分別于60、70、80、90、100 ℃提取120 min；固定提取液pH 7.0、液固比30∶1（mL/g），于90 ℃分別提取60、90、120、150、180 min。以考察各因素對厚樸多糖提取率的影響。

1.3.1.3 Box-Behnken試驗優(yōu)化厚樸多糖提取工藝

根據(jù)單因素試驗結果，采用Design-Expert 8.0軟件進行Box-Behnken試驗設計，以pH值、液固比、提取溫度和提取時間為自變量，多糖提取率為響應值優(yōu)化厚樸多糖的提取工藝。試驗因素與水平設計見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素與水平Table1 Coded levels for factors used in Box-Behnken experiments

1.3.2 厚樸多糖體外抗氧化活性的測定

1.3.2.1 超氧陰離子自由基清除能力測定

厚樸多糖的超氧陰離子自由基清除能力采用鄰苯三酚自氧化法，按參考文獻[13]操作，以VC為標準品，濃度分別為0.31、0.62、1.2、2.5、5、10 mmol/L，制作VC的超氧陰離子自由基清除能力的標準曲線，測定厚樸多糖的超氧陰離子自由基清除能力，以μmol VC/mg表示。

1.3.2.2 DPPH自由基清除能力測定

厚樸多糖的DPPH自由基清除能力測定按照Gülcin等[14]方法進行。Trolox為標準品，濃度分別為2.5、5、10、20、40、80 μmol/L，制作出Trolox DPPH自由基清除能力的標準曲線，樣品的自由基清除能力以μmol Trolox/mg表示。

1.3.2.3 ABTS＋?清除能力測定

參照Chen Danjun等[15]的方法測定厚樸多糖的ABTS＋?清除能力。Trolox作為標準品，作出Trolox的ABTS＋?清除能力（濃度分別為1.25、2.5、5、10、20、40 μmol/L）的標準曲線。厚樸多糖的清除能力以μmol Trolox/mg表示。

1.3.2.4 亞鐵離子（Fe2＋）螯合能力測定

Fe2＋螯合力參照文獻[16]測定。EDTA作為測定該指標的標準品，濃度為7.8、15.6、31.3、62.5、125、250 μmol/L，計算Fe2＋螯合力與EDTA濃度的線性回歸方程。樣品的螯合力用μmol EDTA/mg表示。

1.3.2.5 鐵離子還原抗氧化力（ferric reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP）測定

FRAP測定采用Fernandes等[17]的方法?？寡趸瘎㈣F-三吡啶三吖嗪（Fe3＋-TPTZ）復合物還原成藍色的亞鐵離子形式（Fe2＋），此形式在593 nm波長處有吸收峰，吸收度越高，抗氧化力越強。Trolox為標準品，測定濃度分別為5、10、20、40、80、160 μmol/L的FRAP值，計算線性回歸方程。以μmol Trolox/mg表示FRAP。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結果與分析

2.1 厚樸多糖凍干粉組分分析

厚樸多糖凍干粉中多糖含量為96.31%，未檢測到蛋白質、酚類以及黃酮類化合物。因此，可以推斷凍干粉中厚樸多糖是體外抗氧化的物質基礎。

2.2 厚樸多糖提取工藝的優(yōu)化

2.2.1 單因素試驗結果

圖1 單因素試驗結果Fig.1 Results of single factor experiments

從圖1可以得知，隨著pH值由低到高，提取率上升，pH 7.0時，厚樸多糖提取率最大（圖1A）。液固比對提取的影響結果見圖1B。液固比的加大，會使厚樸多糖的提取率升高，但液固比超過30∶1（mL/g）后，提取率上升不顯著。溫度會顯著影響厚樸多糖的提取率，其他條件一致，80 ℃水浴時，提取率最高（圖1C）。圖1D顯示提取時間對厚樸多糖的提取率有顯著影響，提取時間的延長，會顯著提高多糖的提取率，但時間過長，提取率不再顯著變化。綜上所述，選取pH 6.5、7.0、7.5，液固比20∶1、30∶1、40∶1（mL/g），提取溫度70、80、90 ℃和提取時間90、120、150 min作為后續(xù)Box-Behnken試驗的考察指標。

2.2.2 Box-Behnken試驗優(yōu)化厚樸多糖提取工藝

2.2.2.1 回歸模型的建立

表2 Box-Behnken試驗設計及結果Table2 Design and results of Box-Behnken experiments

續(xù)表2

Box-Behnken試驗結果如表2所示。由統(tǒng)計軟件Design-Expert 8.0分析，建立了如下四元二次回歸方程：Y=3.41＋0.078A＋0.10B＋0.22C＋0.16D＋0.11AB—0.15AC＋0.25AD＋0.09BC—0.02BD—0.39CD—0.23A2—0.37B2—0.33C2—0.29D2。

表3 Box-Behnken試驗結果方差分析Table3 ANOVA of Box-Behnken experimental results

該模型的決定系數(shù)R2為0.959 4，校正后決定系數(shù)為0.918 7。方差分析（表3）表明該模型極顯著（P＜0.000 1），失擬性試驗不顯著（P＞0.1），說明此回歸模型與實際情況擬合得很好。

對各因素的分差分析結果（表3）顯示，AB、BC、BD項不顯著（P＞0.05），所以將上述回歸模型的AB、 BC和BD項刪除，最終回歸模型如下：Y=3.41＋0.078A＋0.10B＋0.22C＋0.16D—0.15AC＋0.25AD—0.39CD—0.23A2—0.37B2—0.33C2—0.29D2。

2.2.2.2 厚樸多糖的工藝優(yōu)化

由回歸方程計算得到：當A = 0.63、B = 0.20、C =—0.16、D = 0.63時，Y出現(xiàn)極大值。即當提取條件為pH 7.3、液固比32∶1（mL/g）、提取溫度78 ℃、提取時間139 min時，厚樸多糖的提取率最高，達3.47%。對該工藝進行驗證，得到多糖的提取率在3.35%～3.52%之間，說明該優(yōu)化的工藝能 很好地指導生產(chǎn)實踐。

2.2.2.3 兩因素間的交互效應分析

由表3可以得知，pH值與提取溫度、pH值與提取時間以及提取溫度與提取時間的交互作用對厚樸多糖提取率有顯著影響（P＜0.05）。通過響應面分析可以看出：液固比32∶1（mL/g）、提取時間139 min時，隨著pH值的上升和提取溫度的升高，多糖提取率呈現(xiàn)出先急劇增加后緩慢下降的趨勢，當pH 7.25～7.5，提取溫度75～80 ℃時，多糖提取率最高（圖2a）。pH值與提取時間對提取率的交互影響如圖2b所示：當液固比和提取溫度一定時，多糖提取率隨著pH值增加和提取時間延長也急劇增加，pH 7.25～7.5，提取時間120～150 min時，達到最大值，隨后提取率隨二者的增加急劇下降。提取溫度和提取時間對多糖提取效果的影響見圖2c，pH值和液固比分別為7.3和32∶1（mL/g）時，提取溫度升高和時間延長會使多糖提取率急劇提高，隨后提取率上升趨勢變緩，當提取溫度75～80 ℃、提取時間120～150 min時，多糖的提取率最高。

圖2 兩因素交互作用對厚樸多糖提取率的影響Fig.2 Interactive effects of extraction parameters on the yield of polysaccharides

2.3 厚樸多糖的體外抗氧化活性

2.3.1 超氧陰離子自由基清除能力

在一定濃度范圍內(nèi)（0.31～10 mmol/L），超氧陰離子自由基清除率與VC濃度呈線性關系，線性回歸方程為y = 8.870x＋5.387（決定系數(shù)R2為0.992 3，校正后決定系數(shù)為0.990 8）。將測得的厚樸多糖超氧陰離子自由基清除率代入上述線性方程，可得出厚樸多糖超氧陰離子自由基清除能力為（18.72±2.12） μmol VC/mg。

Müller等[18]采用α-生育酚為標準品，以摩爾α-生育酚當量（mol α-tocopherol equivalent，mol α-TE）為單位測定了胡蘿卜素和葉黃素的抗氧化活性。與其他自由基相比，超氧陰離子自由基較為惰性且壽命較長，但其能參與其他自由基的后續(xù)反應，產(chǎn)生更多ROS如羥自由基和單線態(tài)氧從而對組織產(chǎn)生損傷導致各種疾病[19]。因此，超氧陰離子自由基的清除能力可以作為物質抗氧化活性的一個指標。賈琳斐等[20]以VC為陽性對照，研究了海紅果水溶性多糖的超氧陰離子自由基的清除能力，結果表明在0.4～1 mg/mL的范圍內(nèi)，海紅果水溶性多糖的超氧陰離子自由基清除能力呈質量濃度依賴性，由1.98%增至14.66%。雖然富含—OH是多糖具有抗氧化性的主要原因，但多糖清除超氧陰離子自由基的機理仍不清楚，還需進一步研究。

2.3.2 DPPH自由基清除能力

Trolox濃度在一定范圍內(nèi)（2.5～80 μmol/L），與DPPH自由基清除率呈線性關系（決定系數(shù)R2為0.984 2，校正后決定系數(shù)為0.981 0），回歸方程為：y= 0.978x＋5.823。根據(jù)該方程，厚樸多糖樣品的DPPH自由基清除能力為（0.59±0.05） μmol Trolox/mg。

多糖清除DPPH自由基的原因主要是因為它們能提供質子，Trolox常被用作體外抗氧活性測定的標準品[21-22]。本研究以Trolox為標準品，檢測了厚樸多糖的DPPH自由基清除能力，表明厚樸多糖有較強的DPPH自由基清除能力。有關植物多糖DPPH自由基清除能力的研究有很多，如鄭義等[23]報道了高良姜多糖具有明顯的DPPH自由基清除能力，楊娜等[24]的研究表明蕨麻多糖的DPPH自由基清除能力有質量濃度依賴性，IC50為5.47 mg/mL。

2.3.3 ABTS＋?清除能力

在1.25～40 μmol/L范圍內(nèi)，Trolox的ABTS＋?清除能力與其濃度呈線性相關（決定系數(shù)R2為0.995 2，校正后決定系數(shù)RA2dj為0.994 2），標準曲線為y=1.578x—0.508。由此計算出厚樸多糖的ABTS＋?清除能力為（0.57 ±0.04） μmol Trolox/mg。

Gómez-Ordó?ez等[25]依次采用冷水、熱水、0.1 mol/L HCl溶液和2 mol/L KOH溶液提取，從食用紅藻（Mastocarpus stellatus）中得到4 種多糖，測量4 種多糖的ABTS＋?清除能力，得到最高的為熱水提取組分，為20 μmol Trolox/g。所以，厚樸多糖的ABTS+?清除能力要高于食用紅藻中的4 種多糖。

2.3.4 亞鐵離子（Fe2＋）螯合力

一些過渡金屬如Fe2＋、Cu2＋、Pb2＋、Co2＋等能促使ROS的產(chǎn)生，其中Fe2＋是最強的促氧化劑，能導致脂質過氧化體的產(chǎn)生[26]；菲咯嗪能與Fe2＋形成在562 nm波長處有吸收峰的Fe2＋-菲咯嗪復合物，當加入抗氧化劑后，該吸收值減弱，并在一定范圍內(nèi)呈線性關系，可以反映樣品的亞鐵離子（Fe2＋）螯合力[27]。

在一定濃度范圍內(nèi)（7.8、15.6、31.3、62.5、125、250 μmol/L），EDTA的Fe2＋螯合率與濃度呈線性關系（y = 0.378＋9.633x，決定系數(shù)R2為0.971 9，校正后決定系數(shù)為0.966 3），由該方程可求出厚樸多糖的Fe2＋螯合力為（0.38±0.02） μmol EDTA/mg。

Zheng Yi等[28]采用超聲輔助方法從東方栓菌（Trametes orientalis）中提取了粗多糖并經(jīng)DEAE cellulose-52色譜柱純化得到主成分PTOP，當質量濃度為2.0、5.0 g/L時，F(xiàn)e2＋螯合力分別為（47.49±2）%和（90.84±3）%。Castro等[29]從真菌Caripia montagnei中得到了富含多糖的提取物，當多糖質量濃度為4 000 mg/mL時，多糖Fe2＋螯合率達到95%。

關于多糖螯合Fe2＋的機理至今未見系統(tǒng)闡述，但Kazazica等[30]研究表明山萘酚螯合Cu2＋和Fe2＋是通過羰基（C＝O）功能團完成的；也有研究者證實如某物質含2 個或2 個以上如下基團：—OH、—SH、—COOH、—PO3H2、C＝O、—NR2、—S—和—O—，并能進行有效地配置，就會具有金屬螯合能力[31]；對槲皮素螯合金屬的機理也證明這一點[32]。因此，推測多糖螯合Fe2＋的機理也是由于具有某些上述功能團，但具體的作用原理還需進一步研究。

2.3.5 鐵離子FRAP

FRAP常用作檢測樣品的還原力。以Trolox為標準品，測定濃度分別為5、10、20、40、80、160 μmol/L的FRAP值，計算線性回歸方程，得到的方程為y=0.001 5x—0.001（決定系數(shù)R2為0.994 1，校正后決定系數(shù)為0.993 0）。而厚樸多糖的FRAP為（2.19±0.31）μmol Trolox/mg。

多糖具有較強的還原力，其中一個原因是因為能提供電子，另一個原因是具有大量重復的—OH，能阻止Fe3＋轉化為Fe2＋[19]。Mateos-Aparicio等[33]依次用0.05 mol/L NaOH、1 mol/L溶液和4 mol/L KOH溶液從豆渣的乙醇不溶物中提取出3 種多糖0.05MSF、1MSF、4MSF，對其還原力進行評價，3 種多糖的FRAP值分別為（25.72±2.5）、（11.38±0.24）、（10.71±0.18） μmol Trolox/g，由此可知厚樸多糖的FRAP值大于豆渣中提取的多糖。

3 結 論

本研究采用單因素試驗和Box-Behnken試驗對厚樸多糖的提取工藝進行了優(yōu)化，得到的最佳工藝是pH 7.3、液固比32∶1（mL/g）、提取溫度78 ℃、提取時間139 min，厚樸多糖的提取率最高，達3.47%；并對工藝進行了驗證，提取率達3.35%～3.52%，與理論值3.47%相符。說明該工藝對生產(chǎn)實踐具有很好的指導作用。

體外抗氧化活性結果表明，厚樸多糖具有較強的超氧陰離子自由基、DPPH自由基和ABTS＋?清除能力，較高的Fe2＋螯合力以及FRAP值，以標準品為參照，5 項指標分別為（18.72±2.12） μmol VC/mg、（0.59±0.05） μmol Trolox/mg、（0.57±0.04） μmol Trolox/mg、（0.38±0.02） μmol EDTA/mg和（2.19±0.31） μmol Trolox/mg。因此，厚樸多糖具有很好的抗氧化藥物或食品的開發(fā)前景。

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Extraction and Antioxidant Activities of Polysaccharides from Magnolia offi cinalis Rehd et Wils Barks

JIANG Ning1′LIU Xiaopeng1′2′*′CHEN Fang1′YU Changfa1′LE Dongliang3′DING Zhenguo3′WU Hao2
(1. School of Biological Science and Technology Hubei Institute for Nationalities Enshi 445000′China; 2. Postdoctoral Research Station Nanjing University of Chinese Medicine Nanjing 210023′China; 3. Nanjing Tongrentang Hongze Chinese Herbal Science and Technology Co Ltd.′Hongze 223200′China)

In this study we investigated the optimization of polysaccharides extraction from the dried barks of Magnolia offi cinalis Rehd et Wils by response surface methodology (RSM based on Box-Behnken design and measured the antioxidant activities of the extracted polysaccharides by superoxide anion radical scavenging′1′1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH?) scavenging′2′2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid (ABTS+?) radical scavenging Fe2+chelating activity as well as Ferric reducing antioxidant power (FRAP assays The results indicated that the optimal extraction conditions for polysaccharides from Magnolia offi cinalis Rehd et Wils were obtained as follows pH′7.3; liquid-to-solid ratio′32:1 (mL/g); temperature′78 ℃; and extraction time′139 min Under these conditions the yield of polysaccharides was 3.35%-3.52%. The extracted polysaccharides exhibited powerful antioxidant activities The radical scavenging activities against superoxide anion DPPH and ABTS+? radicals Fe2+chelating activity and FRAP value were (18.72 ± 2.12) μmol ascorbic acid equivalent (AAE)/mg′(0.59 ± 0.05) μmol Trolox equivalent (TE)/mg′(0.57 ± 0.04) μmol TE/mg′(0.38 ± 0.02) μmol EDTA-2Na equivalent (EE)/mg and (2.19 ± 0.31) μmol TE/mg respectively.

Magnolia officinalis Rehd et Wils.; polysaccharides extraction response surface methodology antioxidant activity

TS201.1

A

1002-6630（2015）06-0012-06

10.7506/spkx1002-6630-201506003

2014-07-03

國家自然科學基金地區(qū)科學基金項目（81460573）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2011BAI04B04）；江蘇省“企業(yè)博士后集聚計劃”項目（2011033）；2013年湖北省戰(zhàn)略性新興（支柱）產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)（生物工程）項目

姜寧（1968—），女，副教授，碩士，研究方向為天然產(chǎn)物。E-mail：jiangn888@163.com

*通信作者：劉曉鵬（1971—），男，副教授，博士，研究方向為天然產(chǎn)物。E-mail：18913386031@189.cn