吳金松,張 巖,陳曉培,耿廣威,丁德剛,徐 軍,王保營

(河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院,河南鄭州 450046)

鐵觀音是烏龍茶中的主要優(yōu)良品種之一,素有“綠葉紅鑲邊,七泡有余香”的美稱[1-2]。鐵觀音茶葉由于其含有豐富的茶多酚、氨基酸、活性多糖、生物堿、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分越來越受到人們的青睞[3],其中茶多糖(TPS)是一類與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合的復(fù)合活性多糖類物質(zhì)[4],具有降血糖、降血脂、降血壓、增強免疫力、減慢心率、抗凝血和耐缺氧等功效[5]。

目前,鐵觀音茶末多糖的提取方法主要有水提醇沉法、酶提取法、酸堿提取法、超聲提取法、微波輔助萃取法以及多種輔助提取相結(jié)合法等[6-9]。陳義勇等[9]通過響應(yīng)面優(yōu)化超聲-微波協(xié)同輔助優(yōu)化茶多糖提取工藝,與傳統(tǒng)的水浴浸提法相比,超聲-微波協(xié)同輔助提取法在較短的超聲提取時間下,茶多糖的得率從2.95%提高到4.19%,純度從70.15%提高到86.08%;鄭霖華等[10]通過響應(yīng)面優(yōu)化鐵觀音茶末多糖提取工藝,在茶多糖質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL時清除率達89. 67%?；钚远嗵堑姆旨夁^程主要包括乙醇沉淀分級、季銨鹽沉淀分級、金屬鹽沉淀法分級和DEAE-纖維素凝膠色譜分離等方法[11-14],通常一次分級純化很難達到理想的分離效果,國內(nèi)外鮮有關(guān)于茶末多糖分離純化工藝方面的報道。目前在工業(yè)生產(chǎn)過程中對廢棄鐵觀音碎茶末的再利用僅限于初加工層面,而從鐵觀音碎茶葉末中分離純化出活性物質(zhì)(比如活性多糖等)并進行生物活性研究,不僅使廢棄茶葉末資源實現(xiàn)了再利用[15],而且具有重要的科研意義。

本研究通過乙醇沉淀分級粗提和DEAE-52纖維素、Sephadex-100葡聚糖凝膠色譜分離相結(jié)合的方法純化出主要洗脫組分,結(jié)合純度鑒定、分子量的測定、紅外光譜掃描等進行分析,最后進行DPPH自由基、羥自由基以及還原力的測定等抗氧化活性探究,以期為鐵觀音茶葉末廢棄材料的再利用以及功能食品添加劑的研究開發(fā)提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鐵觀音茶葉末(產(chǎn)地為福建泉州安溪縣) 購于鄭州姚橋農(nóng)貿(mào)市場;苯酚、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉 分析純,洛陽市化學(xué)試劑廠;葡萄糖、抗壞血酸 分析純,南京森貝伽生物科技有限公司;無水乙醇、甲醇、水楊酸、硫酸亞鐵、雙氧水、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、鐵氰化鉀、三氯乙酸、三氯化鐵 分析純,天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;1,1-二苯基-2-苦味基肼(DPPH自由基) 分析純,成都化夏化學(xué)試劑有限公司;DEAE-52纖維素、Sephadex-100、Sephadex-150葡聚糖凝膠、各種標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖和藍色葡聚糖(Dextran T-2000) 北京索萊寶科技有限公司。

玻璃層析柱(Φ2.6 cm×40 cm,Φ2.6 cm×60 cm) 鄭州賽克斯玻璃儀器公司;Kd723可見光分光光度計 上海美析儀器有限公司;FA2204B分析天平 上海佑科儀器儀表有限公司;101-1恒溫鼓風(fēng)干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;RE-52C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器有限公司;SHZ-III循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司;UV1902雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司;Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀 美國尼高力公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鐵觀音茶末多糖提取工藝 首先取鐵觀音茶葉樣品進行干燥(55 ℃恒溫干燥),研碎后過100目篩),然后進行索氏提取器連續(xù)抽提脫脂處理,再進行烘干;精確稱取5.0 g以料液比1∶30于85 ℃水浴鍋中浸提,濾液抽濾后濃縮,再低溫靜置(4 ℃,12 h)醇沉(同體積提取液加入不同比例的無水乙醇使之產(chǎn)生不同的乙醇終濃度),再進行減壓過濾、同濃度乙醇抽洗于55 ℃烘箱中干燥至恒重,即得到鐵觀音茶末粗多糖[13]。

1.2.2 鐵觀音茶末多糖得率的計算 采用苯酚-硫酸法,稱取葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品0.1000 g,溶解定容后得到濃度為0.1 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。量取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的0.1 mg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品溶液,用蒸餾水補至1.0 mL。依次加入1.0 mL 5%的苯酚溶液,5.0 mL濃硫酸,混勻后,靜置0.5 h,于490 nm波長處測定其吸光度[16-17],依據(jù)所測得的吸光度值得到其線性回歸方程式為y=0.0094x+0.006,R2=0.9995。

將不同乙醇終濃度提取到的粗多糖樣品研碎后分別稱取20.0 mg用蒸餾水定容至250 mL容量瓶中,分別用吸量管量取1.0 mL樣液于試管中,蒸餾水做空白樣,測得吸光值代入葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線中的線性回歸方程,根據(jù)下列公式從而計算出不同乙醇終濃度下的鐵觀音茶末多糖得率。

式(1)

式中:C:為樣品葡萄糖濃度(μg/mL);V:為鐵觀音茶末多糖溶液總體積(mL);D:為稀釋倍數(shù);M:為鐵觀音茶末粉質(zhì)量(g)。

測定出最佳得率下的乙醇濃度后,用該濃度的乙醇對鐵觀音茶末多糖進行大量提取備用。

1.2.3 鐵觀音茶末多糖的分離純化 取乙醇最佳提取終濃度提取到的粗多糖樣品200 mg,用少量蒸餾水溶解后上DEAE-52纖維素層析柱(Φ2.6 cm×40 cm)分級,依次使用蒸餾水、0.05、0.10、0.20、0.50 mol/L的NaCl溶液進行梯度洗脫,控制流速0.5 mL/min,將每種洗脫液洗脫下來的組分依次命名為TPS-1、TPS-2、TPS-3、TPS-4、TPS-5。用試管收集洗脫液時4 mL/管,然后從每支試管中用吸量管吸取1.0 mL,采用苯酚-硫酸法于490 nm處測定其吸光度值,記錄數(shù)據(jù)并繪制洗脫曲線圖;對各吸收峰洗脫液分別進行收集,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥,得到的各個組分質(zhì)量除以進樣質(zhì)量即為純化后各組分得率;對得率較高的洗脫組分進行Sephadex-100葡聚糖凝膠二次分級純化并進行得率大小的測定[12]。

1.2.4 鐵觀音茶末多糖組分的純度鑒定

1.2.4.1 凝膠過濾法 分別取Sephadex-150葡聚糖凝膠分級純化后的主要組分TPS-1A和TPS-4C,溶解后上Sephadex-150葡聚糖凝膠層析柱,以蒸餾水為洗脫液,收集洗脫液4 mL/管,通過苯酚硫酸法跟蹤檢測,每管洗脫液以490 nm波長處吸光度對洗脫液管數(shù),做洗脫曲線圖[12]。

1.2.4.2 紫外光譜掃描法 將分離純化到的鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C配制成1.0 mg/mL的溶液,在紫外可見分光光度計進行全波段掃描(190～400 nm),根據(jù)紫外掃描圖譜在260～280 nm波長段是否出現(xiàn)吸收峰,進而確定分離純化出的茶葉末多糖組分中是否含有蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)[18-19]。

1.2.5 鐵觀音茶末多糖分子量Mr的測定 采用葡聚糖凝膠過濾法(GPC)[12,20],SephadexG-100濕法裝柱,層析柱規(guī)格為60 cm×2.6 cm,純水平衡12 h。洗脫速度0.5 mL/min,洗脫液采用蒸餾水。各標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖和藍色葡聚糖(Dextran T-2000)上樣量均為2.0 mg,首先用藍色葡聚糖測得洗脫體積為V0,然后用型號T-110、T-70、T-40、T-10標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖相繼上柱。手動分管收集洗脫液,每管3 mL,苯酚-硫酸法跟蹤檢測,根據(jù)吸光度測定洗脫體積Ve。以Ve/V0為縱坐標(biāo),分子量的自然對數(shù)lgMr為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程是:(Ve/V0)=-1.4384(lgMr)+8.1382,R2=0.9988。在同樣洗脫條件下,取純化后的多糖2.0 mg上柱,測定各自的洗脫體積Ve′,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線和Ve′/V0值計算出相應(yīng)的分子量。

1.2.6 鐵觀音茶末多糖的紅外光譜掃描 稱取少量經(jīng)純化干燥后的多糖組分TPS-1A和TPS-4C分別與溴化鉀充分研磨混合后制成壓片,放入紅外光譜儀中進行波譜掃描[19]。

1.2.7 鐵觀音茶末多糖的抗氧化活性

1.2.7.1 DPPH自由基清除率的測定 配制出不同濃度的多糖樣品溶液(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mg/mL),同時配制0.125 mmol/L的DPPH甲醇溶液。取一支試管,向其中加入2.0 mL多糖溶液后,再加入2.0 mL 0.125 mmol/L DPPH的甲醇溶液,充分振蕩后,于室溫下暗處反應(yīng)30 min。在波長517 nm處,使用無水甲醇調(diào)零后測定其吸光度(A)。同等條件下,對照組(Ab)為2.0 mL多糖溶液和1.0 mL的無水甲醇,空白組(A0)為2.0 mL的無水甲醇和1.0 mL的DPPH溶液,以同濃度的抗壞血酸VC作為陽性對照組[21-22]。測定完成后,按照式(2)計算不同濃度的多糖溶液對DPPH自由基的清除率:

式(2)

1.2.7.2 羥自由基清除率測定 將不同濃度的多糖溶液(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mg/mL)2.0 mL分別放入不同的試管中并做好標(biāo)記,再逐一加入2.0 mL 6 mmol/L的FeSO4溶液,2.0 mL 6 mmol/L的H2O2溶液,將其充分搖勻,并于室溫靜置10 min,之后將2.0 mL新配制的6 mmol/L水楊酸的乙醇溶液加入其中,并混合均勻,在37 ℃下反應(yīng)30 min后,測定它們的吸光度(Ax),波長設(shè)置為510 nm。與此同時,樣品對照組實驗,使用相同體積的乙醇來替代水楊酸溶液(Ay);空白對照組則使用相同體積的蒸餾水替代多糖溶液(Az),以同濃度的抗壞血酸VC作為陽性對照組,在相同的條件下測定其吸光度值[22]。測定完成后,按照式(3)計算各濃度多糖溶液對羥自由基的清除率:

式(3)

1.2.7.3 還原力的測定 分別取1.0 mL各濃度的多糖溶液于不同試管中將2.5 mL pH=6.6、0.2 mol/L的磷酸緩沖溶液加入其中,再加入2.5 mL的1 g/100 mL的K3Fe(CN)6溶液,充分混勻,并在50 ℃的條件下水浴20 min,取出后迅速將其放入冷水中冷卻,同時再加入2.5 mL 10 g/100 mL的三氯乙酸溶液,混合搖勻。將樣品放入離心機中,在5000 r/min的條件下離心5 min,吸取1.5 mL反應(yīng)液至試管中,加入0.2 mL新配制的0.1 g/100 mL的FeCl3水溶液,再加入1.0 mL蒸餾水混合均勻,在暗處反應(yīng)30 min,以同濃度的抗壞血酸VC作為陽性對照組。用蒸餾水校零后,在700 nm波長處測定各試樣的吸光度值[23],記錄數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 8.6和Excel進行圖表的繪制和相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同乙醇終濃度沉淀鐵觀音茶末粗多糖的得率分析

由圖1可知,在等體積的提取液中加入不同體積的無水乙醇,使之產(chǎn)生不同的乙醇終濃度沉淀多糖,鐵觀音茶末粗多糖的得率隨著乙醇終濃度的升高而增大,當(dāng)乙醇濃度達到最大90%時,鐵觀音茶末粗多糖分級沉淀的得率最高,為1.97%,因此本實驗選用90%的乙醇終濃度分級沉淀提取的鐵觀音茶末粗多糖進行后續(xù)的分離純化。

圖1 在不同乙醇終濃度下鐵觀音茶末粗多糖的得率Fig.1 The yield of polysaccharide from Tieguanyin teaat the end of different ethanol concentration

2.2 不同濃度洗脫液對鐵觀音茶末粗多糖樣品的DEAE-52纖維素分級純化

由圖3可知,不同濃度的洗脫液對鐵觀音茶末粗多糖樣品均有一定的洗脫效果,將洗脫下來的多糖組分按照洗脫液濃度大小分別命名為TPS-1、TPS-2、TPS-3、TPS-4、TPS-5。分別收集各吸收峰的洗脫液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)冷凍干燥,計算出各組分的得率分別為17.9%、4.2%、3.8%、33.7%、9.6%,由于TPS-2、TPS-3、TPS-5得率太低,而TPS-1和TPS-4較高,所以選擇TPS-1和TPS-4進行下一步的Sephadex-100葡聚糖凝膠純化。

圖2 鐵觀音茶末多糖DEAE-52纖維素層析柱洗脫曲線Fig.2 Elution curve of DEAE-52 cellulose column ofTieguanyin tea dust polysaccharide

2.3 TPS-1和TPS-4的Sephadex-100葡聚糖凝膠洗脫曲線

由圖3、圖4可知,經(jīng)過DEAE-52纖維素分級純化后的組分TPS-1和TPS-4分別用純水、0.10、0.20 mol/L的NaCl溶液經(jīng)過Sephadex-100葡聚糖凝膠進行梯度洗脫,其中TPS-1洗脫后得到TPS-1A、TPS-1B和TPS-1C三種多糖組分,其得率分別為46.2%、6.8%、5.9%;TPS-4洗脫后得到TPS-4A、TPS-4B、TPS-4C三種多糖組分,其得率分別為10.9%、11.8%、45.6%;由于TPS-1B和TPS-1C、TPS-4A、TPS-4B得率太低,所以本研究選擇得率最高的TPS-1A和TPS-4C進行后續(xù)的定性分析和抗氧化活性實驗。

圖3 鐵觀音茶末多糖組分TPS-1Sephadex-100葡聚糖凝膠洗脫曲線Fig.3 The elution curves of TPS-1 Sephadex-100chromatographic column of Tieguanyin tea dust polysaccharide

圖4 鐵觀音茶末多糖組分TPS-4Sephadex-100葡聚糖凝膠洗脫曲線Fig.4 The elution curves of TPS-4 Sephadex-100chromatographic column of Tieguanyin tea dust polysaccharide

2.4 鐵觀音茶葉末多糖組分純度結(jié)果分析

由圖5、圖6可知,TPS-1A、TPS-4C經(jīng)純水洗脫后,洗脫曲線均呈單一對稱峰,結(jié)合在260～280 nm波長段處,鐵觀音茶葉末多糖組分TPS-1A和TPS-4C無明顯吸收峰,純化后的鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C樣品中不含或含有極少量蛋白質(zhì)或核酸,結(jié)合凝膠過濾法洗脫曲線,并且通過測定其多糖含量,測得其純度分別為96.2%、95.1%,經(jīng)過兩次分級純化后分離效果較好。

圖5 組分TPS-1A、TPS-4C的紫外掃描光譜圖Fig.5 Ultraviolet scanning spectra ofcomponent TPS-1A,TPS-4C

圖6 鐵觀音茶末多糖TPS-1A、TPS-4CSephadex-150葡聚糖凝膠洗脫曲線Fig.6 The elution curves of TPS-1A,TPS-4C Sephadex-150chromatographic column of Tieguanyin tea dust polysaccharide

2.5 鐵觀音茶葉末多糖組分TPS-1A和TPS-4C的紅外掃描圖譜

從圖7中可以看出,組分TPS-1A和TPS-4C分別在波數(shù)3424、3421 cm-1產(chǎn)生的-OH伸縮振動吸收峰;分別在2942、2927 cm-1處產(chǎn)生的C-H伸縮振動吸收峰;分別在1647、1643 cm-1處產(chǎn)生的羰基伸縮振動吸收峰;分別在1442、1412 cm-1及1019 cm-1處產(chǎn)生的-OH彎曲振動吸收峰;分別在800、803 cm-1處產(chǎn)生的β-型糖苷鍵吸收峰[19,24-25]。結(jié)合紫外和紅外吸收圖譜可知,兩種茶末多糖組分均為β-型糖多糖類物質(zhì)。

圖7 組分TPS-1A、TPS-4C的紅外掃描圖譜Fig.7 Infrared scanning map ofcomponent TPS-1A,TPS-4C

2.6 鐵觀音茶末多糖組分分子量Mr結(jié)果分析

由圖8可知,分別收集TPS-1A、TPS-4C吸光度大于0.1的管數(shù)為21～41管、27～45管,洗脫體積Ve,分別為63、57 mL。已測得標(biāo)準(zhǔn)藍色葡聚糖外水體積V0為30 mL,根據(jù)Ve,/V0值,計算其分子量為15792、21722 Da。

圖8 TPS-1A、TPS-4C SephadexG-100洗脫曲線Fig.8 SephadexG-100 elution curve of TPS-1A,TPS-4C

2.7 鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C抗氧化活性測定結(jié)果

2.7.1 鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C的DPPH自由基清除率 由圖9可知,在鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C質(zhì)量濃度0.2～1.2 mg/mL范圍內(nèi),DPPH自由基清除率隨著質(zhì)量濃度的不斷增加而增加,即DPPH自由基的清除率與質(zhì)量濃度呈依賴關(guān)系,TPS-1A和TPS-4C的IC50值分別為0.64和0.58 mg/mL,均高于對照組VC的0.33 mg/mL,當(dāng)其濃度為1.2 mg/mL時DPPH自由基清除率分別達到95.41%、97.71%,均低于陽性對照組VC,但與鄭霖華等[10]提取的鐵觀音茶多糖DPPH自由基清除率最高的89.67%相比,說明兩種茶末多糖組分具有較強的DPPH自由基清除效果,且TPS-4C強于TPS-1A。

圖9 不同濃度多糖組分對DPPH自由基的清除率Fig.9 Removal rate of DPPH free radicalsat different concentrations of polysaccharide component

2.7.2 鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C的羥自由基清除率 羥自由基的氧化活性較強,會對人體細(xì)胞造成很大的危害,從而誘使多種疾病的產(chǎn)生[26-27]。由圖10可知,在鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C質(zhì)量濃度0.2～1.2 mg/mL范圍內(nèi),羥自由基清除率隨著質(zhì)量濃度的不斷增加而增加,即羥自由基的清除率與質(zhì)量濃度呈依賴關(guān)系;TPS-1A和TPS-4C的IC50值分別為0.63和0.52 mg/mL,均高于對照組VC的0.31 mg/mL,當(dāng)其濃度為1.2 mg/mL時,羥自由基清除率分別達到93.39%、94.21%,均低于陽性對照組VC的96.76%,但是與丁世環(huán)等[26]粗提的茶多糖在3.2 mg/mL對羥自由基的清除率最高可達60.37%相比,分離純化后的兩種茶末多糖組分均具有較強的羥自由基清除效果,且TPS-4C強于TPS-1A。

圖10 不同濃度的多糖組分對羥自由基清除率Fig.10 Removal rate of hydroxyl radicalsby different concentrations of polysaccharide component

2.7.3 鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C的還原力 根據(jù)鐵總還原力測定法,吸光度值的變化大小反映出樣品總還原力的高低,吸光度越大,則樣品的還原力就越強[27-28]。由圖11可知,鐵觀音茶葉末多糖組分TPS-1A和TPS-4C總還原力隨著質(zhì)量濃度的不斷增加而增大,即總還原力與質(zhì)量濃度呈依賴關(guān)系。當(dāng)TPS-1A和TPS-4C質(zhì)量濃度為1.2 mg/mL時,吸光度值分別為0.699、0.712,均低于陽性對照組VC的1.106,說明鐵觀音茶末多糖組分TPS-1A和TPS-4C的還原力弱于VC,具有一定的還原力,且TPS-4C強于TPS-1A,這與兩種多糖組分的DPPH自由基和羥自由基清除效果一致。由此可知,TPS-4C的抗氧化性強于TPS-1A,但均弱于陽性對照組VC。

圖11 不同濃度多糖組分的還原力Fig.11 Reduction force of polysaccharidecomponentat different concentrations

3 結(jié)論

乙醇終濃度為90%提取鐵觀音茶末多糖得率最高,為1.97%,在此條件下提取的粗多糖進行DEAE-52纖維素和Sephadex-100葡聚糖凝膠分級純化,得到主要多糖組分TPS-1A和TPS-4C,兩者純度較高,分別為96.2%、95.1%,均具有β-型糖苷鍵多糖,分子量分別為15792、21722 Da;TPS-1A和TPS-4C抗氧化活性均隨著組分濃度的增加而逐漸增強,結(jié)合DPPH自由基和羥自由基的清除率效果、IC50值以及總還原力的吸光度大小分析比較,說明鐵觀音茶末多糖具有較強的抗氧化活性,且TPS-4C強于TPS-1A。本研究為鐵觀音茶末廢棄資源的再利用以及功能產(chǎn)品的研究開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。由于本研究僅對分離純化后的鐵觀音茶末多糖進行了簡單的構(gòu)型分析和體外抗氧化活性測定,有關(guān)鐵觀音茶末多糖的單糖分子量、組成、糖苷鍵等結(jié)構(gòu)分析以及降低膽固醇、抑制腫瘤等其他生物活性有待進一步的研究。