牛天羽，劉洪章，劉樹英

(吉林農(nóng)業(yè)大學 生命科學學院,吉林 長春 130118)

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4種桑葚花色苷的超聲提取及其抗氧化能力比較

牛天羽，劉洪章，劉樹英

(吉林農(nóng)業(yè)大學 生命科學學院,吉林 長春 130118)

[摘要]【目的】 超聲提取黑果桑、白果桑、野生蒙桑和栽培蒙桑桑葚花色苷，分析比較其花色苷含量及抗氧化能力，為吉林地區(qū)花色苷含量高、抗氧化能力強的桑種的選育提供參考?！痉椒ā?以桑葚凍干粉為試樣，在單因素試驗的基礎上利用響應面分析法確定4種桑葚花色苷的最佳超聲提取條件；采用AB-8大孔樹脂對花色苷進行純化，測定4種桑葚花色苷的氧自由基清除能力和還原能力，并與同等質(zhì)量濃度的VC進行比較?！窘Y(jié)果】 響應面法優(yōu)化得到桑葚花色苷的最佳提取條件為：提取液為體積分數(shù)60%的酸化甲醇，超聲溫度41 ℃，超聲時間39 min，料(g)液(mL)比1∶53。栽培蒙桑、野生蒙桑、黑果桑和白果桑桑葚的花色苷含量分別為11.815，11.166， 9.179和0.189 mg/g，在花色苷質(zhì)量濃度為0.1～2.0 mg/mL時，其氧自由基清除能力分別為0.100～0.666，0.100～0.500，0.115～0.615和0.029～0.441，還原能力分別為0.028～0.453，0.031～1.102，0.023～0.676和0.013～0.392，弱于相同質(zhì)量濃度VC的氧自由基清除能力和還原能力?！窘Y(jié)論】 4種桑葚中，栽培蒙桑的花色苷含量最高，氧清除能力最強，有進一步培育的價值。

[關鍵詞]桑葚；花色苷；超聲提??；抗氧化能力；桑種選育

桑屬植物是溫帶、暖溫帶常見植物，在北半球的亞熱帶地區(qū)到南半球的熱帶地區(qū)，例如東亞、西亞、北美、南美、歐洲、非洲均有間斷分布[1]。桑屬植物由于地理分布廣，適應的生態(tài)環(huán)境復雜，且既能異花授粉，又能無性繁殖，在不同的生態(tài)條件及長期的自然選擇和人工培育下，形成了許多種、變種和亞種[2]。中國的桑屬植物分為15種、4個亞種，云南、貴州、四川、西藏等西南部地區(qū)桑屬植物種類比較豐富,吉林省長白山區(qū)和中部地區(qū)種植的桑樹種類較少，常見的有蒙桑(Morusmongolicavar.)，黑桑(MorusnigraL.)和白桑(MorusalbaL.)，均具有抗旱、抗寒等特點，目前已實現(xiàn)大面積種植[3]。

據(jù)中國藥典[4]記載，桑樹的桑白皮、桑枝、桑葉、桑葚均有藥用價值，分別有瀉肺平喘、祛風濕、疏散風熱、滋陰補血等功效。東北地區(qū)種植桑樹除藥用及觀賞綠化外，最主要作用是桑葚的食用。桑葚中含有多種有效成分，其中花色苷為主要成分，因此花色苷含量是評價桑樹利用價值的重要指標。花色苷是植物水溶性色素，賦予植物葉子、花、果實以不同顏色[5]，據(jù)研究報道，目前已發(fā)現(xiàn)的桑葚花色苷主要有4種，分別為矢車菊3-O-葡萄糖苷、矢車菊3-O-蕓香糖苷、天竺葵3-O-葡萄糖苷和天竺葵3-O-蕓香糖苷[6]。花色苷能清除體內(nèi)氧自由基和羥自由基，清除DPPH，同時具有還原能力，是天然抗氧化劑[7-9]，能夠減輕機體損傷，延緩衰老，并預防阿茲海默癥[10]，同時花色苷還有降血糖[11-12]、治療癌癥[13-14]等作用。目前，對東北地區(qū)黑桑的研究較多，對白桑及蒙桑的研究尚未見報道，對不同種桑葚成分的系統(tǒng)分析研究也很少。

本試驗以吉林地區(qū)黑桑、白桑、栽培蒙桑、野生蒙桑的桑葚果實為試材，對其花色苷含量及其清除自由基的能力進行比較研究，以期為吉林地區(qū)花色苷含量高和抗氧化能力強的桑種的選育、利用及其大面積種植提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1桑葚栽培的黑果桑和白果桑桑葚采自集安，野生蒙桑(Morusmongolica(Bureau) C.K.Schneid.)和栽培蒙桑(Morusmongolicavar.)的桑葚采自吉林農(nóng)業(yè)大學校園，采摘時間為2013年7-8月?；ㄉ粘曁崛」に嚰凹兓芯坎糠志院诠樵囼灢牧?。

1.1.2儀器與設備T6新世紀紫外可見分光光度計，RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，電子天平，超聲清洗器，F(xiàn)D-1B-50真空冷凍干燥機，HH-S6數(shù)顯恒溫水浴鍋，BT02-YZ1515恒流泵，2.6 cm×60 cm柱。

1.2花色苷的提取

1.2.1花色苷提取流程將桑葚冷凍干燥，研磨得桑葚粉末備用。取桑葚粉末，加入體積分數(shù)為 0.1% HCl 酸化(在提取花色苷類化合物時，加入HCl，使提取環(huán)境為酸性，有利于保持花色苷的穩(wěn)定性，防止其降解)的甲醇[15]，超聲(功率200 W，頻率40 kHz)提取，抽濾，濃縮。用石油醚萃取濃縮液，留下水層，然后用水飽和正丁醇萃取，留水飽和正丁醇層，干燥水飽和正丁醇層得花色苷粗品。

1.2.2花色苷含量的測定采用pH示差法[16]測定花色苷含量，分別在pH為1.0和4.5條件下于520和700 nm處測定樣品吸光值A520、A700，計算花色苷含量。花色苷含量=(A/εL)×MW×DF×V/Wt×1 000，其中A為pH 1.0條件下A520-A700與pH 4.5條件下A520-A700的差值；εL為消光系數(shù)，取26 900；MW為矢車菊素-3-葡萄糖苷相對分子質(zhì)量，取449.2；DF為稀釋倍數(shù)；V為提取液體積；Wt為樣品質(zhì)量。

1.2.3桑葚花色苷超聲提取工藝的單因素試驗1)甲醇體積分數(shù)對提取液中花色苷含量的影響。取體積分數(shù)為40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%的甲醇溶液，加入體積分數(shù)0.1%的HCl對其進行酸化。取7份桑葚粉末(0.5 g/份)，以不同體積分數(shù)的酸化甲醇為提取液，在溫度為30 ℃，料(g)液(mL) 比(后文簡稱料液比)為1∶40的條件下，超聲提取30 min，過濾后測定花色苷含量。

2)超聲溫度對提取液中花色苷含量的影響。取6份桑葚粉末(0.5 g/份)，以體積分數(shù)60%酸化甲醇為提取液，料液比1∶40，分別在20，30，40，50，60，70 ℃下超聲提取30 min，過濾后測定花色苷含量。

3)超聲時間對提取液中花色苷含量的影響。取5份桑葚粉末(0.5 g/份)，以體積分數(shù)60%酸化甲醇為提取液，料液比1∶40，于30 ℃分別超聲提取20，30，40，50，60 min，過濾后測定花色苷含量。

4)料液比對提取液中花色苷含量的影響。取5份桑葚粉末(0.5 g/份)，以體積分數(shù)60%酸化甲醇為提取液，在料液比分別為1∶20，1∶30，1∶40，1∶50和1∶60的條件下，于30 ℃超聲提取30 min，過濾后測定花色苷含量。

1.2.4桑葚花色苷提取工藝的響應面法優(yōu)化按照桑葚花色苷提取影響因素的單因素試驗結(jié)果，選取對花色苷提取影響較大的超聲溫度、超聲時間和料液比3個因素進行三因素三水平的響應面優(yōu)化試驗。試驗因素及其水平如表1所示。

表 1　桑葚花色苷提取工藝的響應面法優(yōu)化試驗因素水平表

1.3花色苷的純化

文獻[7,16-17]報道，大孔樹脂AB-8對花色苷的吸附洗脫效果比較好，因此本試驗采用AB-8 大孔樹脂對花色苷進行純化。

1.3.1大孔樹脂的預處理將AB-8大孔樹脂用乙醇浸泡24 h后，淋洗乙醇至流出液澄清，蒸餾水清洗至無醇味，備用。

1.3.2花色苷溶液的制備取適量的粗花色苷粉末用蒸餾水溶解，在520 nm處測定溶液中花色苷吸光度A。

1.3.3酸化乙醇體積分數(shù)的篩選為了分析不同體積分數(shù)酸化乙醇對洗脫效果的影響：取8份處理后的大孔樹脂，每份3 g，置于100 mL錐形瓶中，加入50 mL花色苷溶液，30 ℃振蕩4 h使之充分吸附，過濾，在520 nm處測定溶液中花色苷的吸光度A0，分別加入體積分數(shù)20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%和90%的酸化乙醇溶液50 mL，振蕩4 h后，過濾，在520 nm處測定溶液中花色苷的吸光度A1，計算不同體積分數(shù)酸化乙醇對大孔樹脂吸附的花色苷的解吸率：解吸率=A1/(A-A0)×100%。解吸率越大，說明洗脫效果越好。

1.3.4花色苷的過柱純化裝好柱子后，緩緩加入溶解后的花色苷，過夜，用體積分數(shù)0.1% HCl水溶液洗柱，直至無多糖和蛋白被洗出，洗脫液中的蛋白和多糖分別用苯酚硫酸和考馬斯亮藍G250[16]法檢測。然后用體積分數(shù)60%酸化乙醇溶液洗柱，收集洗脫液，將洗脫液減壓濃縮，冷凍干燥，得到的粉末為純化后的花色苷。在純化和減壓濃縮過程中要注意遮光。

1.4花色苷抗氧化能力的比較

將純化后的花色苷粉末用蒸餾水溶解，配制成不同質(zhì)量濃度的花色苷溶液，對4種桑葚花色苷抗氧化能力進行檢測。

1.4.1氧自由基的清除能力采用鄰苯三酚自氧化法[18-19]，根據(jù)表2在試管中加入緩沖液，分別加入樣品(質(zhì)量濃度分別為0.1，0.5，1.0，1.5和2.0 mg/mL)和對照品，25 ℃恒溫20 min后，加入25 ℃的鄰苯三酚溶液，在420 nm處每30 s測1次吸光度，共測2 min，計算氧自由基清除能力：氧自由基清除能力=(V0-V)/V0，其中V0為對照品吸光度隨時間變化的速率，V為樣品吸光度隨時間變化的速率。同時，在相同的試驗條件下測定0.1，0.5，1.0，1.5和2.0 mg/mL VC的氧自由基清除能力。

表 2　桑葚花色苷氧自由基清除能力測定加樣表

1.4.2還原能力試驗的原理為：鐵氰化鉀被還原后可以與三價鐵離子作用，反應生成普魯士藍，普魯士藍在波長700 nm處有吸收，測定反應液在700 nm的吸光度即可表示花色苷的還原能力，還原能力越大，吸光度越高。根據(jù)文獻[20]，按表3加入緩沖液和樣品(質(zhì)量濃度分別為0.1，0.5，1.0，1.5和 2.0 mg/mL)及鐵氰化鉀溶液，50 ℃恒溫20 min，冷卻，加入三氯乙酸，以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心5 min，取上清5 mL，加蒸餾水和三氯化鐵溶液，靜置10 min，以蒸餾水做空白，于700 nm處測吸光度。同時，在相同的試驗條件下測定0.1，0.5，1.0，1.5和2.0 mg/mL VC的還原能力。

表 3　桑葚花色苷還原能力測定加樣表

2結(jié)果與分析

2.1超聲法提取桑葚花色苷的單因素試驗

2.1.1酸化甲醇體積分數(shù)的確定由圖1可知，隨著酸化甲醇體積分數(shù)的增大，提取液中的花色苷含量呈先增大后減小的趨勢，當酸化甲醇的體積分數(shù)為60%時，提取液中的花色苷含量最高，達10.357 mg/g。因此，酸化甲醇的最佳體積分數(shù)為60%。

圖 1　酸化甲醇體積分數(shù)對提取液中

2.1.2超聲溫度的確定由圖2可知，在20～40 ℃，隨著超聲溫度的升高，提取液中花色苷含量增加，至40 ℃時花色苷含量達最大值，為9.329 mg/g，其原因是隨著超聲溫度的升高細胞膜的透性增強，有利于花色苷的浸出；40～60 ℃，提取液中花色苷含量稍有降低；溫度在60 ℃以上時，溶液中花色苷含量明顯降低，原因是當溫度過高時，花色苷不穩(wěn)定，容易降解成無色的查爾酮。因此確定，最佳的超聲溫度為40 ℃。

2.1.3超聲時間的確定由圖3可知，提取液中的花色苷含量在超聲處理20～40 min時增速較快，在40 min達到最大值9.701 mg/g，超聲時間超過40 min時花色苷含量迅速降低，原因是合理的超聲有利于細胞破碎，有利于花色苷釋出，而長時間的超聲處理可能對花色苷有一定的降解和破壞作用。因此，最適宜的超聲提取時間為40 min。

圖 3　超聲時間對提取液中桑葚花色苷含量的影響

2.1.4料液比的確定本試驗以桑葚凍干粉末為試驗材料，因此料液比較高。由圖4可知，隨著料液比的升高，提取液中的花色苷含量先增大后減小，當料液比為1∶50時花色苷含量達到最高，為8.990 mg/g。因此，桑葚花色苷超聲提取的最佳料液比為1∶50。

2.2響應面分析結(jié)果

桑葚花色苷提取工藝的三因素三水平響應面優(yōu)化試驗結(jié)果見表4。

表 4　桑葚花色苷提取條件的響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

以花色苷含量為因變量(Y)，以各影響因素為自變量，用Design Expert軟件進行回歸分析，得到花色苷含量和各影響因素的回歸模型為：Y=9.19+0.045A-0.066B+0.27C+0.14AB+0.079AC-0.22BC-0.27A2-0.46B2-0.45C2，模型的方差分析結(jié)果見表5。當因素的P值小于0.050 0時，表明該因素對結(jié)果影響顯著。本回歸模型P值為0.002 7，具有顯著性，模型調(diào)整系數(shù)(0.842 0)與模型確定系數(shù)(0.645 3)相差不大，信噪比(9.422)>4，表明該模型可用。表5中C、BC、A2、B2、C2的P值均小于0.050 0，為顯著因素。

表 5　提取液中桑葚花色苷含量與其影響因素回歸模型的方差分析結(jié)果

分析表明，3個因素對提取液花色苷含量影響大小的順序為料液比>時間>溫度，各因素之間交互作用對花色苷含量影響的響應面圖見圖5～7。由圖5可知，時間與溫度等高線圖呈橢圓形，說明時間與溫度對提取液中花色苷含量的影響能力不同；時間坐標軸曲面變化較為明顯，表明時間對花色苷含量的影響大于溫度。

由圖6可知，溫度與料液比影響差異不明顯，且響應曲面較陡，說明溫度和料液比對提取結(jié)果的影響較強。

由圖7可知，時間和料液比交互作用的等高線圖呈橢圓形，響應曲面圖中沿料液比坐標軸的曲線變化較快，說明料液比的影響強于時間。

圖 5　溫度和時間交互作用對提取液桑葚花色苷含量的影響

圖 6　溫度和料(g)液(mL)比交互作用對提取液桑葚花色苷含量的影響

圖 7　時間和料(g)液(mL)比交互作用對提取液桑葚花色苷含量的影響

根據(jù)響應面分析可得最佳提取條件為：超聲溫度40.962 ℃，超聲時間38.598 min，料液比1∶53.495。修正后的提取條件為：超聲溫度41 ℃，超聲時間39 min，料液比1∶53，在該條件下進行驗證試驗，結(jié)果顯示提取液中花色苷含量為9.179 mg/g，略小于模型預測值9.245 mg/g。

2.3花色苷含量比較

按照2.2.2獲得的最佳提取條件，提取4種桑葚的花色苷，按1.3節(jié)方法純化后測算花色苷的含量。結(jié)果顯示：黑果桑、白果桑、栽培蒙桑和野生蒙桑的花色苷含量分別為9.179，0.189，11.815和11.166 mg/g，表現(xiàn)為：栽培蒙桑>野生蒙桑>黑桑>白桑。

2.4酸化乙醇體積分數(shù)的確定

由圖8可知，不同體積分數(shù)的酸化乙醇對花色苷的解吸率不同，隨著酸化乙醇體積分數(shù)的增加，洗脫液中花色苷含量逐漸增加，解吸率升高，當酸化乙醇體積分數(shù)為70%時，解吸率達到最大值(79.02%)，洗脫效果最好。故在后續(xù)的動態(tài)試驗中，選用體積分數(shù)70%的酸化乙醇進行洗脫。

圖 8　酸化乙醇體積分數(shù)對桑葚花色苷解吸率的影響

2.5花色苷的抗氧化能力

2.5.1氧自由基清除能力由圖9可知，在質(zhì)量濃度較低時，黑果桑、野生蒙桑和栽培蒙?；ㄉ盏难踝杂苫宄芰Υ笥赩C，當質(zhì)量濃度大于0.5 mg/mL時，VC的氧自由基清除能力迅速提高，而桑葚花色苷的氧自由基清除能力提高較緩慢；在質(zhì)量濃度為0.1～2.0 mg/mL時，4種桑葚花色苷的氧自由基清除能力為：黑果桑0.115～0.615，白果桑0.029～0.441，野生蒙桑0.100～0.500和栽培蒙桑0.100～0.666，VC的氧自由基清除能力為 0.030～0.969 6。綜合分析認為：桑葚花色苷的氧自由基清除能力較VC弱；栽培蒙桑氧自由基清除能力最佳，其次是黑果桑，白果桑的清除能力最差。

2.5.2還原能力由圖10可知，在本試驗條件下，VC的還原能力始終高于桑葚花色苷；當質(zhì)量濃度由1.0 mg/mL增大為2.0 mg/mL時，VC的還原能力趨于飽和，變化較小(1.533～1.568)，而4種桑葚的花色苷還原能力還在升高；在質(zhì)量濃度為0.1～2.0 mg/mL時，4種桑葚花色苷的還原能力為：黑果桑0.023～0.676、白果桑0.013～0.392、野生蒙桑0.031～1.102、栽培蒙桑0.028～0.453，而VC的還原能力為0.889～1.568。綜合分析認為：桑葚花色苷的還原能力弱于VC；野生蒙?；ㄉ盏倪€原能力最好，其次是黑果桑，白果?；ㄉ盏倪€原能力最差。

圖 9　4種花色苷及維生素C氧自由基清除能力的比較

3討論

胡金奎[6]、霍琳琳[16]和吳慶智[21]均通過正交試驗對桑葚花色苷提取條件進行確定，其中胡金奎與霍琳琳以桑葚果汁為材料，確定的料(g)液(mL)比均為1∶10，而本試驗以凍干后的桑葚粉末為試驗材料，因此料液比與其研究結(jié)果有所不同；本試驗甲醇體積分數(shù)與超聲時間結(jié)果與吳慶智的研究結(jié)果[21]相似。Aramwit等[22]研究表明，當超聲溫度超過70 ℃或光照10 h以上時，花色苷表現(xiàn)不穩(wěn)定，與本試驗最佳溫度為40 ℃符合。楊松[8]對桑葚花色苷與VC氧自由基清除能力的研究表明，在質(zhì)量濃度為0.05～0.5 mg/mL時，藥?；ㄉ盏难踝杂苫宄芰Υ笥赩C。而朱毛毛[9]研究認為，在質(zhì)量濃度為0.2～1.2 mg/mL時，桑葚花色苷對氧自由基有一定清除作用，但清除能力小于VC。本研究結(jié)果顯示，當花色苷質(zhì)量濃度在0.1～0.5 mg/mL時，黑果桑、野生蒙桑和栽培蒙?；ㄉ諏ρ踝杂苫那宄芰Υ笥赩C，白果?；ㄉ諏ρ踝杂苫那宄芰π∮赩C，當質(zhì)量濃度升高后，4種桑葚花色苷的氧自由基清除能力均小于VC，且4種桑葚花色苷清除能力有所不同。朱毛毛[9]和霍琳琳[16]通過油脂氧化試驗對桑葚花色苷的還原能力進行研究，結(jié)果表明桑葚花色苷有一定的還原能力。本試驗結(jié)果表明，桑葚花色苷的還原能力小于VC，且不同種桑葚花色苷的還原能力不同。

本試驗對吉林省長白山區(qū)和中部地區(qū)的成熟黑果桑、白果桑、栽培蒙桑及野生蒙桑的花色苷提取工藝進行了研究，并對其含量進行了比較，結(jié)果表明：桑葚花色苷超聲提取的最佳工藝條件為：體積分數(shù)60%的酸化甲醇為提取液，超聲溫度41 ℃，超聲時間39 min，料液比1∶53；4種桑葚的花色苷含量表現(xiàn)為栽培蒙桑>野生蒙桑>黑果桑>白果桑。用AB-8大孔樹脂對花色苷進行純化，以純化后的花色苷進行抗氧化試驗，結(jié)果表明4種桑葚花色苷的氧自由基清除能力表現(xiàn)為栽培蒙桑>黑果桑>野生蒙桑>白果桑，還原能力表現(xiàn)為野生蒙桑>黑果桑>栽培蒙桑>白果桑，其中以栽培蒙桑的花色苷含量最高，氧自由基清除能力最佳。

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Extraction of anthocyanins from four mulberry fruits by ultrasonic method and comparison of their antioxidative activities

NIU Tian-yu,LIU Hong-zhang,LIU Shu-ying

(CollegeofLifeScience,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,Jilin130118,China)

Abstract:【Objective】 This study extracted anthocyanins from black fruit mulberry,white fruit mulberry,wild Morus mongolica and cultivated Morus mongolica by ultrasonic method and analyzed their contents and antioxidative activities to provide reference for breeding of mulberry species with high anthocyanin content and antioxidant ability in Jilin.【Method】 The optimum extraction conditions were determined by response surface method.The anthocyanin was purified by AB-8 macroporous resins.Then,the free radical scavenging ability and reduction ability were determined and compared with VC.【Result】 The optimum extraction conditions of anthocyanin determined by response surface method were:ethanol volume fraction 60%,ultrasonic temperature 41 ℃,ultrasonic time 39 min,and ratio of material (g) to liquid (mL) 1∶53.The anthocyanin contents of cultivated Morus mongolica,wild Morus mongolica,black fruit mulberry,and white fruit mulberry were 11.815,11.166,9.179,and 0.189 mg/g,respectively.When the concentration of anthocyanin concentration was 0.1-2.0 mg/mL,their superoxide free radical scavenging abilities were 0.100-0.666,0.100-0.500,0.115-0.615,and 0.029-0.441 and reduction abilities were 0.028-0.453,0.031-1.102,0.023-0.676,and 0.013-0.392,respectively.The abilities of superoxide free radical scavenging and reduction of four mulberry fruits were weaker than VC.【Conclusion】 Cultivated Morus mongolica had the highest anthocyanin content and strongest free radical scavenging capacity.

Key words:mulberry fruit;anthocyanin;ultrasonic treatment;antioxidant ability;mulberry breeding

DOI：網(wǎng)絡出版時間:2016-02-0209:3710.13207/j.cnki.jnwafu.2016.03.026

[收稿日期]2014-07-16

[基金項目]吉林省科技廳科技計劃項目“中國長白山特色觀賞果樹(花木)資源創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化育苗技術(shù)研究”(20100254)

[作者簡介]牛天羽(1989-)，女，吉林四平人，在讀碩士，主要從事植物天然產(chǎn)物化學研究。E-mail:niutianyudyx@163.com[通信作者]劉洪章 (1957-)，男，吉林白城人，教授，博士生導師，主要從事植物資源研究。E-mail:lhz999@126.com

[中圖分類號]Q946.83.6

[文獻標志碼]A

[文章編號]1671-9387(2016)03-0188-08