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        竹柏種仁油脂成分及其抗氧化活性分析

        2019-03-08 08:19:20楊德孟樓喬明張進(jìn)杰楊文鴿徐大倫
        中國糧油學(xué)報 2019年2期
        關(guān)鍵詞:種仁丁基甲酯

        徐 華 楊德孟 樓喬明 張進(jìn)杰 楊文鴿 徐大倫

        (寧波大學(xué)海洋學(xué)院,寧波 315211)

        竹柏(Podocarpusnagi),又名羅漢柴、山杉、鐵甲樹、椰樹等,為羅漢松科(Podocarpaceae)竹柏屬(Nageia)的一種常綠裸子植物,廣泛分布于我國浙江、福建和廣東等長江以南地區(qū)。竹柏是我國重要的藥原植物,其有著悠久的藥用歷史,具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤及抗病毒等藥理作用[1-2]。竹柏種子種粒大,單株產(chǎn)量高,且富含油脂,是優(yōu)良的油料能源樹種,具有很高油脂開發(fā)潛力。

        目前,國內(nèi)外對竹柏的研究主要集中在育苗種植和藥理作用等方面,而對其種仁油脂提取、油脂成分和抗氧化活性等方面的研究鮮見報道。因此,本研究以竹柏種仁為原料,采用5種方法對其油脂進(jìn)行提取,并通過核磁共振(NMR)和氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)技術(shù)分別對竹柏種仁油脂成分和脂肪酸組成進(jìn)行分析,同時結(jié)合DPPH自由基清除法和羥基自由基清除法對其油脂的抗氧化活性進(jìn)行研究,以期為竹柏資源的開發(fā)利用提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與儀器

        竹柏(Podocarpusnagi)種籽;氘代氯仿(CDCl3,氘代度99.8%+0.03%TMS);1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH);三氯甲烷、甲醇、正己烷、乙醇、甲基叔丁基醚和硫酸鈉等分析純。

        1.2 儀器與設(shè)備

        7890A型氣相色譜儀;M7-80EI型質(zhì)譜儀;AVANCE Ⅲ 400 MHz超導(dǎo)核磁共振譜儀;SpectraMax i3型多功能酶標(biāo)儀;RV-10型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 種籽預(yù)處理

        將竹柏種籽于50 ℃干燥至恒重,去殼后粉碎,并經(jīng)40目過篩備用。

        1.3.2 油脂提取

        Folch法[3]:取2 g樣品, 加入40 mL三氯甲烷-甲醇混合液(2∶1)超聲30 min;過濾后,加入8 mL 0.9%氯化鈉溶液,振蕩后經(jīng)靜置分層,取三氯甲烷層,用無水硫酸鈉干燥,減壓濃縮后,于105 ℃干燥至恒重。

        Bligh-Dyer法[4]:取2 g樣品,依次加入20 mL甲醇、10 mL三氯甲烷和8 mL蒸餾水,混合液超聲30 min,再依次加入10 mL三氯甲烷和10 mL蒸餾水;過濾后,經(jīng)靜置分層,取三氯甲烷層,用無水硫酸鈉干燥,減壓濃縮后,于105 ℃干燥至恒重。

        甲基叔丁基醚法[5]:取2 g樣品,依次加入9 mL甲醇和30 mL甲基叔丁基醚,混合超聲30 min,再加入37.5 mL蒸餾水,經(jīng)靜置分層,收集甲基叔丁基醚層,減壓濃縮后,于105 ℃干燥至恒重。

        正己烷-異丙醇法[6]:稱取2 g樣品,加入40 mL正己烷-異丙醇混合液(3∶2),混合超聲30 min,經(jīng)抽濾除雜,加入16 mL 10 g/L Na2SO4溶液,經(jīng)靜置分層,收集正己烷層,減壓濃縮后,于105 ℃干燥至恒重。

        索氏提取法[7]:取2 g樣品,裝入濾紙筒中,取50 mL石油醚(30~60 ℃),于80 ℃提取3 h,收集石油醚,減壓濃縮后,于105 ℃干燥至恒重。

        1.3.3 核磁共振分析

        取50 mg樣品,加入0.6 mL氘代氯仿溶解,轉(zhuǎn)移至核磁管中用于核磁共振分析。氫譜參數(shù):脈沖序列zg30,檢測溫度為293.4 K,90°脈沖寬度P1為10.00 s,譜寬SWH為8 012.82 Hz,脈沖延遲時間D1為1 s,采樣點數(shù)TD為6 5536,掃描次數(shù)NS為16,空掃DS為2;碳譜參數(shù):脈沖序列zgpg30,檢測溫度294.1 K,90°脈沖寬度P1為9.50 s,譜寬SWH為24 038.46 Hz,脈沖延遲時間D1為2 s,采樣點數(shù)TD為6 5536,掃描次數(shù)NS為50,空掃DS為4。氫譜和碳譜的化學(xué)位移均以四甲基硅烷(TMS)為標(biāo)準(zhǔn)校正,并利用MestReNova軟件對圖譜進(jìn)行分析。

        1.3.4 甲酯化衍生

        取50 mg竹柏種仁油脂,加入2 mL不同濃度的KOH-甲醇溶液(0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L),室溫反應(yīng)3 min;依次加入1 mL飽和氯化鈉溶液和1 mL正己烷,振蕩后5 000 r/min離心2 min,取正己烷層,用于1H-NMR和GC-MS分析。

        1.3.5 脂肪酸組成分析

        色譜條件:DB-WAX 毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),進(jìn)樣口溫度250 ℃,檢測器溫度250 ℃;升溫程序:初始溫度150 ℃,保持3.5 min,以20℃/min升至200 ℃,保持5 min,再以5 ℃/min升至280 ℃,保持20 min;進(jìn)樣量1.0 μL,分流比50∶1;以氦氣為載氣,載氣流量1 mL/min,溶劑延遲時間:3 min。

        質(zhì)譜條件:GC-MS接口溫度250 ℃,EI離子源,離子源溫度200 ℃,電離能量70 eV,質(zhì)量掃描范圍:m/z 50~650 u。

        1.3.6 抗氧化活性測定

        DPPH自由基和羥基自由基清除率實驗參照文獻(xiàn)[8-9]方法進(jìn)行。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        除核磁共振和氣相色譜-質(zhì)譜外,其他指標(biāo)均平行測定3次,并利用 SPSS18.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示;同時采用單因素方差分析法(ANOVA,Tukey 檢驗)進(jìn)行顯著性檢驗,并采用 Duncan’s 法進(jìn)行單因子多重比較分析,P<0.05 為差異顯著。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 竹柏種仁油脂提取

        通過5種方法對竹柏種仁的油脂進(jìn)行提取,油脂提取結(jié)果列于表1。從表1可知,不同方法對竹柏種仁油脂提取率具有顯著差異(P<0.05),其中 Folch法的提取率最高(53.81%),Bligh-Dyer法(52.00%)、甲基叔丁基醚法(50.74%)和正己烷-異丙醇法(49.93%)次之,而索氏提取法(46.83%)最低。綜合比較5種方法發(fā)現(xiàn)有機溶劑的極性和溶解性是影響竹柏種仁油脂提取率的重要因素。有機溶劑提取法主要基于相似相溶原理,F(xiàn)olch法、Bligh-Dyer法、甲基叔丁基醚法和正己烷-異丙醇法均為雙溶劑提取體系,其中極性溶劑與竹柏種仁細(xì)胞膜的極性脂結(jié)合,進(jìn)而破壞脂質(zhì)與蛋白質(zhì)分子間的氫鍵和靜電作用,使非極性溶劑進(jìn)入細(xì)胞并溶解胞內(nèi)疏水的油脂成分,從而提高油脂提取率,因此上述4種方法的油脂提取率顯著高于索氏提取法(P<0.05)[10-11]。同時,三氯甲烷對油脂的溶解性優(yōu)于甲基叔丁基醚和正己烷,這也導(dǎo)致Folch法和Bligh-Dyer法的提取率高于甲基叔丁基醚法和正己烷-異丙醇法。綜合考慮油脂提取率,F(xiàn)olch法對竹柏種仁油脂的提取效果最好,是理想的提取方法。因此采用Folch法對竹柏種仁油脂進(jìn)行提取,并用于后續(xù)的油脂成分和抗氧化活性分析。

        表1 不同方法的竹柏種仁油脂提取率

        圖1 竹柏種仁油脂的核磁共振碳譜圖

        2.2 油脂成分分析

        竹柏種仁油脂的核磁共振碳譜(13C-NMR)見圖1,并根據(jù)13C-NMR譜中化學(xué)位移和信號模式,參考文獻(xiàn)[12-13]對信號峰進(jìn)行歸屬?;瘜W(xué)位移δ=176.82處譜峰歸屬為游離脂肪酸羰基中的碳原子;δ=173.17~173.03和δ=172.77處譜峰分別歸屬為甘油骨架sn-1,3位和sn-2位的脂肪酸羰基碳原子;δ=131.00~129.64歸屬為單不飽和脂肪酸的烯烴碳原子,而δ=128.30~127.86歸屬為亞油酸的烯烴碳原子;δ=70.82 歸屬為甘油磷脂中sn-2位上的碳原子;δ=68.86 和δ=62.07 分別歸屬為甘油三酯sn-2位和sn-1,3位上的碳原子;δ=54.35歸屬為磷脂酰膽堿(PC)中與氮原子相連的甲基碳原子((CH3)3N-);δ=34.16~34.00和δ=33.40處譜峰分別歸屬為與sn-2位和sn-1,3位羰基直接相連的亞甲基上的碳原子;δ=14.13~14.09處譜峰歸屬為脂肪酸末端甲基上的碳原子,甾醇C18(-CH3)特征峰信號在δ=11.55處。

        根據(jù)13C-NMR共振峰面積進(jìn)行定量分析可知:竹柏種仁油脂中甘油磷脂(GPL)與甘油三酯(TAG)的摩爾比為0.03,游離脂肪酸與總脂肪酸的摩爾比為0.02,而甾醇與總脂肪酸的摩爾比不足0.01,表明竹柏種仁油脂的主要成分為甘油三酯,而磷脂、游離脂肪酸和甾醇等成分含量極低。

        2.3 脂肪酸組成分析

        2.3.1 甲酯化衍生

        竹柏種仁油脂及其脂肪酸甲酯的核磁共振氫譜(1H-NMR)見圖2。根據(jù)1H-NMR譜中化學(xué)位移和信號模式可知,δ=5.30~5.25譜峰為甘油骨架中次甲基氫質(zhì)子,δ=4.32~4.28和δ=4.17~4.13譜峰為甘油骨架上的亞甲基氫質(zhì)子;而δ=3.70譜峰為脂肪酸甲酯中甲氧基氫質(zhì)子,δ=2.34~2.29譜峰為脂肪酸羰基端2位亞甲基氫質(zhì)子,因此可通過甲氧基氫質(zhì)子與脂肪酸羰基端2位亞甲基氫質(zhì)子的信號峰面積比來計算衍生過程中的甲酯轉(zhuǎn)化率[14-16]。竹柏種仁油脂在室溫條件下,經(jīng)不同濃度KOH-甲醇溶液衍生3 min,其甲酯轉(zhuǎn)化率列于表2。由表2可知,當(dāng)KOH濃度為0.5 mol/L時,甲酯轉(zhuǎn)化率僅為43.86%;隨著KOH濃度增加,甲酯轉(zhuǎn)化率逐漸增加;當(dāng)KOH濃度為2 mol/L時,甲酯轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.80%,表明此時竹柏種仁油脂幾乎完全轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲酯。

        圖2 竹柏種仁油脂(A)和脂肪酸甲酯(B)的核磁共振氫譜圖

        表2 竹柏種仁油脂的甲酯轉(zhuǎn)化率

        2.3.2 脂肪酸分析

        竹柏種仁油脂經(jīng)2 mol/L KOH-甲醇溶液室溫甲酯化衍生3 min后,采用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)對其脂肪酸組成進(jìn)行分析,脂肪酸總離子流色譜圖見圖3,鑒定結(jié)果列于表3。

        圖3 竹柏種仁油脂的脂肪酸總離子流色譜圖

        表3 竹柏種仁油脂的脂肪酸組成

        從竹柏種仁油脂中共鑒定出7種脂肪酸,主要為棕櫚酸(C16∶0)、油酸(C18∶1n-9)、亞油酸(C18∶2n-6)和花生烯酸(C20:1n-9)。竹柏種仁油脂的脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主,含量高達(dá)93.13%,且其中以亞油酸(43.49%)含量最高,花生烯酸(30.65%)和油酸(18.65%)含量次之;而飽和脂肪酸含量較低,僅為6.87%。

        油酸和花生烯酸作為人體重要的單不飽和脂肪酸,能有效調(diào)節(jié)血脂,降低血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇含量,預(yù)防高血脂和動脈粥樣硬化等心血管疾病,同時亦能有效減少機體內(nèi)的氧化應(yīng)激產(chǎn)物,降低機體的過度性炎癥反應(yīng),有助于機體康復(fù)[17-18]。亞油酸是人體必需的n-6型多不飽和脂肪酸,參與調(diào)節(jié)人體生理代謝,可有效預(yù)防高血脂和高膽固醇血癥,并具有抗癌、降血壓和預(yù)防動脈硬化等功效[19-20]。竹柏種仁油脂中富含油酸、亞油酸和花生烯酸等不飽和脂肪酸,表明其具有很高的營養(yǎng)價值和保健功效,可作為特種植物油料進(jìn)行開發(fā)利用,具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟價值。

        2.4 抗氧化活性

        竹柏種仁油脂對DPPH自由基清除率和羥基自由基清除率分別見圖4和圖5。由圖4可知,竹柏種仁油脂對DPPH自由基具有一定的清除能力,且清除率隨濃度增加而逐漸升高,并呈現(xiàn)出一定的劑量效應(yīng);當(dāng)油脂濃度為6 mg/mL時,清除率達(dá)到74.73%。通過清除率擬合曲線,可得竹柏種仁油脂清除DPPH自由基的IC50為3.36 mg/mL。由圖5可知,竹柏種仁油脂能有效清除羥基自由基,且清除率隨濃度增加而顯著提升;當(dāng)油脂濃度為0.6 mg/mL時,清除率達(dá)到75.05%。通過清除率擬合曲線,可得竹柏種仁油脂清除羥基自由基的IC50為0.38 mg/mL。DPPH自由基是一種穩(wěn)定的自由基,其廣泛用于評估油脂的自由基清除活性[21];羥基自由基是活性氧中最活潑的自由基之一,其易與生物分子反應(yīng),引起組織損傷或細(xì)胞死亡[22]。竹柏種仁油脂能有效清除DPPH自由基和羥基自由基,表明其具有較好的抗氧化能力,可用于功能性油脂產(chǎn)品的開發(fā)。

        圖4 竹柏種仁油脂的DPPH自由基清除率

        圖5 竹柏種仁油脂的羥基自由基清除率

        3 結(jié)論

        3.1 5種方法對竹柏種仁油脂的提取率具有顯著差異(P<0.05)。Folch法的油脂提取率最高(53.81%),顯著高于Bligh-Dyer法、甲基叔丁基醚法和正己烷-異丙醇法等4種提取方法,是竹柏種仁油脂提取的理想方法。

        3.2 竹柏種仁油脂以甘油三酯為主,磷脂、游離脂肪酸和甾醇含量極低。竹柏種仁油脂經(jīng)2 mol/L KOH-甲醇溶液室溫衍生3 min,甲酯轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.80%;同時竹柏種仁油脂脂肪酸以油酸(C18∶1n-9,18.65%)、亞油酸(C18∶2n-6,43.49%)和花生烯酸(C20∶1n-9,30.65%)為主,具有很高的營養(yǎng)價值和保健功效。

        3.3 竹柏種仁油脂對DPPH自由基和羥基自由基具有較好的清除能力,且兩者的IC50分別為3.36 mg/mL和0.38 mg/mL,表明竹柏種仁油脂具有較好的抗氧化能力,可作為特種植物油料進(jìn)行開發(fā)利用,具有良好的開發(fā)和應(yīng)用前景。

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