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        何首烏中蒽醌類物質(zhì)提取及抗氧化活性研究

        2018-07-23 08:33:06李敏黃小梅談文林
        食品研究與開發(fā) 2018年14期
        關(guān)鍵詞:夾帶類物質(zhì)何首烏

        李敏,黃小梅,談文林

        (1.達州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川達州635000;2.四川文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,四川達州635000;3.特色植物開發(fā)研究四川省高校重點實驗室,四川達州635000)

        何首烏(Polygonum multiflorum Thunb)為蓼科植物何首烏的干燥塊根,長橢圓形,呈紅褐色至暗褐色[1-2]。中藥何首烏分為生首烏和制首烏,生首烏具有解毒(截瘧)、消癰、潤腸通便等功效;制首烏具有強筋骨、補益精血、補肝腎、烏須發(fā)等功效[3-5]。何首烏所含的蒽醌類、二苯乙烯苷類和磷脂類化合物是其藥理作用的物質(zhì)基礎(chǔ)[6]。蒽醌類化合物主要包括大黃素、大黃素甲醚、大黃酚、和大黃酸等化學(xué)成分,是何首烏中的主要活性物質(zhì)[7]?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明:蒽醌類化合物具有活血化瘀、抗菌消炎、調(diào)節(jié)免疫功能、保肝護肝、利尿和抗腫瘤等作用[8-10]。

        目前何首烏蒽醌類物質(zhì)的提取方法主要有溶劑回流法、超聲波輔助提取法、大孔樹脂吸附法和微波提取法等[11-13]。超臨界CO2萃取技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型提取技術(shù),具有對物質(zhì)結(jié)構(gòu)無損傷、無毒無殘留、速度快、提取效率高和易分離等優(yōu)點,特別適合天然藥物有效成分的分離[14-15]。本文以何首烏中的蒽醌類物質(zhì)為研究對象,采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取得到蒽醌類物質(zhì),利用紫外分光光度法對蒽醌類物質(zhì)進行檢測,通過超臨界CO2萃取條件篩選,正交試驗工藝優(yōu)化,得到蒽醌類物質(zhì)提取最佳工藝參數(shù),同時將蒽醌類物質(zhì)的分離純化產(chǎn)物進行抗氧化活性檢測研究,為何首烏的綜合開發(fā)利用提供試驗技術(shù)支持。

        圖1 大黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of measuring content of emodin

        1 材料方法

        1.1 材料與儀器

        何首烏:四川達州產(chǎn),45℃條件下恒溫干燥,粉碎后過篩,備用;大黃素標(biāo)準(zhǔn)試劑:中國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心,用前干燥至恒重;S-8大孔樹脂:天津浩聚樹脂科技有限公司,用前進行預(yù)處理;VC、醋酸鎂、無水乙醇等其它試劑均為分析純;試驗用水為超純水。

        SFE-2超臨界CO2萃取儀:美國ASI公司;R-1001VN旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:鄭州長城科工貿(mào)有限公司;UV-2550紫外-可見分光光度計:日本島津公司;FA2004N電子天平:上海丙林電子科技有限公司;DZ-1AII真空干燥箱:天津市泰斯特儀器有限公司;ZWF-110X50恒溫培養(yǎng)振蕩器:上海智城分析儀器制造有限公司;F-500小型中藥粉碎機:新昌縣德科機械有限公司。

        1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

        準(zhǔn)確稱取經(jīng)干燥至恒重的大黃素標(biāo)準(zhǔn)品5.0 mg,用無水乙醇溶解并定容至25 mL,搖勻得200 mg/L的對照儲備液。分別精密吸取對照儲備液0.25、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL于25 mL容量瓶中,再加入1%的醋酸鎂顯色劑2.5 mL,搖勻使充分混合后顯色30 min,用無水乙醇定容,分別測定不同濃度在506 nm處的吸光度,至少檢測3次取平均值,以大黃素濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo)作圖,繪制大黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線,圖1所示。線性回歸方程y=0.031 5x+0.001 3,相關(guān)系數(shù)r=0.999 9,線性關(guān)系良好。

        1.3 蒽醌類物質(zhì)提取及測定

        準(zhǔn)確稱取過篩后的何首烏粉末200 g,裝入儀器中,設(shè)定好試驗所需萃取溫度、萃取壓力、萃取時間和夾帶劑含量等試驗儀器參數(shù),進行試驗,收集提取產(chǎn)物,按1.2方法處理樣品后用無水乙醇定容,結(jié)合大黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線,通過分光光度法進行樣品定性定量分析,按公式計算何首烏中蒽醌類物質(zhì)的提取率。

        其中:C為蒽醌類物質(zhì)濃度,mg/L;V為萃取液體積,L;M 為何首烏質(zhì)量,g。

        1.4 正交試驗

        為進一步優(yōu)化超臨界CO2萃取中各因素對蒽醌類物質(zhì)提取效率的整體影響情況,對萃取溫度(A)、萃取壓力(B)、萃取時間(C)和夾帶劑含量(D)進行L9(34)正交試驗,方案設(shè)計見表1所示。

        表1 因素水平表Table1 Factors and levels chart

        1.5 蒽醌類物質(zhì)分離純化

        將經(jīng)過預(yù)處理的S-8大孔樹脂裝入層析柱(Φ 30 mm×L 550 mm)中,將1.3中的提取液減壓濃縮后,用無水乙醇溶解,過濾、洗滌,再用蒸餾水定容,制成蒽醌類物質(zhì)濃度為0.65 mg/mL的上柱液,將450 mL上柱液以流速240 mL/h進行裝柱,先用100 mL石油醚和乙酸乙酯(體積比2∶1)混合洗脫劑洗脫,除掉蒽醌粗產(chǎn)物中色素和揮發(fā)油等極性較小的物質(zhì),再用400 mL無水乙醇以流速80 mL/h洗脫,收集產(chǎn)品,減壓蒸餾,干燥,得精制蒽醌類化合物。

        1.6 清除·OH活性檢測

        由于H2O2氧化Fe2+,產(chǎn)生大量·OH,水楊酸與·OH顯色后在510 nm處有最大吸收,通過分光光度法檢測510 nm處吸光度,根據(jù)吸光度的變化,可以檢測·OH被清除的程度。在10 mL比色管中依次加入1 mL 0.1%的H2O2溶液,1 mL 6 mmol/L的FeSO4溶液和1 mL不同濃度的精制蒽醌類化合物溶液,使其混合均勻后靜置5 min,然后加入1 mL 6 mmol/L的水楊酸-乙醇溶液,用蒸餾水定容后在37℃條件下水浴30 min,510 nm處測定吸光度,計算蒽醌類物質(zhì)對·OH的清除率。

        其中:E為清除率,%;A0為未加樣品的吸光度;A1為未加H2O2的吸光度;A2為加入樣品的吸光度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 單因素試驗

        2.1.1 萃取溫度對提取率的影響

        在不含夾帶劑、CO2流量為35 kg/h、萃取壓力為20 MPa、萃取時間為2 h的條件下,分別討論了不同萃取溫度對提取率的影響,結(jié)果如圖2所示。

        圖2 萃取溫度對提取率的影響Fig.2 The effect of extracting temperature on the extraction rate

        由圖2可知,萃取溫度小于55℃時,隨著溫度的升高提取率迅速增大,萃取溫度達到55℃時,提取率達到最大值,之后,隨著溫度的升高,提取率有所下降。這是因為萃取溫度過低時,CO2呈亞臨界狀態(tài)對萃取不利,溫度升高有利于物料擴散對萃取有利;萃取溫度過高(超過55℃),CO2的密度和濃度降低,溶解能力下降對萃取不利,因此,根據(jù)試驗結(jié)果,選擇最適宜萃取溫度為55℃。

        2.1.2 萃取壓力對提取率的影響

        在不含夾帶劑、CO2流量為35 kg/h、萃取溫度為55℃、萃取時間為2 h的條件下,分別討論了不同萃取壓力對提取率的影響,結(jié)果如圖3所示。

        從圖3可以看出,提取率隨著萃取壓力的增大而增大,當(dāng)萃取壓力達到25 MPa時,提取率達到最大值,之后,隨著壓力的升高,提取率趨于穩(wěn)定。這是因為萃取壓力過低,CO2以亞臨界狀態(tài)存在不利于萃取,隨著壓力的增加,CO2的密度和濃度增加,被萃取物的溶解能力增強有利于萃取,萃取壓力過大,能量消耗增加,提取率趨于穩(wěn)定。因此萃取壓力控制在25 MPa為宜。

        圖3 萃取壓力對提取率的影響Fig.3 The effect of extracting pressure on extraction rate

        2.1.3 萃取時間對提取率的影響

        在不含夾帶劑、CO2流量為35 kg/h、萃取溫度為55℃、萃取壓力為25 MPa的條件下,分別討論了不同萃取時間對提取率的影響,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 萃取時間對提取率的影響Fig.4 The effect of extracting time on extraction rate

        由圖4可知,隨著萃取時間的延長,提取率不斷增大,有利于蒽醌類物質(zhì)的提取,當(dāng)萃取時間達到2 h時,提取率達到最大值,之后,隨著時間的延長,提取率趨于穩(wěn)定。故萃取時間控制在2 h為宜。

        2.1.4 夾帶劑含量對提取率的影響

        在CO2流量為35 kg/h、萃取時間為2 h、萃取溫度為55℃、萃取壓力為25 MPa的條件下,分別討論了無水乙醇夾帶劑含量對提取率的影響,結(jié)果如圖5所示。

        從圖5可以看出,夾帶劑含量小于15%時,隨著夾帶劑含量的增加提取率迅速增大,夾帶劑含量達到15%時,提取率達到最大值,之后,隨著夾帶劑含量的增加,提取率有所下降。夾帶劑用量過大,萃取液量增大,后續(xù)處理復(fù)雜。因此確定最適宜夾帶劑含量為15%。

        圖5 夾帶劑含量對提取率的影響Fig.5 The effect of entrainer content on extraction rate

        2.2 正交試驗

        根據(jù)單因素試驗結(jié)果和正交試驗因素水平表,以萃取溫度(A)、萃取壓力(B)、萃取時間(C)和夾帶劑含量(D)四因素為變量,進行L9(34)正交試驗,正交試驗結(jié)果見表2。

        表2 正交試驗結(jié)果Table2 The results of orthogonal experiment

        從表 2的極差試驗結(jié)果 RB>RD>RA>RC分析可知,萃取壓力(B)對整體何首烏中蒽醌的提取率影響最大,其次是夾帶劑含量(D)和萃取溫度(A),最后是萃取時間(C)。由正交試驗中的k值得出最佳提取工藝為A2B2C3D2,即萃取溫度為55℃,萃取壓力為25 MPa,萃取時間為2.5 h,夾帶劑含量為15%。

        2.3 驗證試驗

        采用正交試驗的最佳提取工藝參數(shù)A2B2C3D2進行5次平行試驗,考察何首烏中蒽醌類物質(zhì)在最佳工藝參數(shù)條件下的提取率,其5次平行試驗的平均提取率為7.235 mg/g,試驗結(jié)果見表3所示。

        表3 驗證試驗結(jié)果Table3 The results of verification experiment

        2.4 抗氧化活性試驗

        將精制何首烏蒽醌類化合物,用于清除·OH活性試驗,實現(xiàn)蒽醌類化合物的抗氧化活性研究。試驗過程與VC對比,按1.6方法進行,其試驗結(jié)果見圖6所示。

        圖6 蒽醌類化合物和VC對·OH的清除能力Fig.6 Scavenging ability on OH·of anthraquinones and VC

        從圖6中可以看出,在所選試驗濃度范圍內(nèi),何首烏蒽醌類物質(zhì)與VC對·OH均有較強的清除能力,并隨著濃度的增加,·OH的清除能力不斷增強,相同濃度時,VC清除·OH的能力比蒽醌類物質(zhì)稍強??梢?,何首烏蒽醌類物質(zhì)對·OH有較好的清除能力,具有較強的抗氧化活性。

        3 結(jié)論

        試驗以何首烏中蒽醌類物質(zhì)為研究對象,采用超臨界CO2萃取技術(shù),探討了萃取溫度、萃取壓力、萃取時間和夾帶劑含量4個單因素對蒽醌類化合物提取效率的影響,通過正交試驗進行條件優(yōu)化,確定了超臨界CO2萃取何首烏中蒽醌類物質(zhì)的最佳工藝參數(shù),即萃取溫度為55℃,萃取壓力為25 MPa,萃取時間為2.5 h,夾帶劑含量為15%,并通過驗證試驗進行驗證,提取率達到7.235 mg/g,實現(xiàn)了何首烏中蒽醌類物質(zhì)的有效提取。通過S-8大孔樹脂對提取物進行了分離純化,獲得了精制蒽醌類化合物,將純化產(chǎn)物應(yīng)用于清除·OH的抗氧化活性研究,試驗結(jié)果表明,何首烏蒽醌類物質(zhì)對·OH有較好的清除能力,具有較強的抗氧化活性。

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