(江蘇警官學院,江蘇南京 210031)

肉蓯蓉為列當科植物肉蓯蓉的干燥帶鱗葉肉質(zhì)莖,長期服用具有“補精益血”之功效,被衛(wèi)計委認定為藥食同源品種[1-2]。由于該植物含有多糖、多酚、生物堿、維生素及多種礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分,因而近年在藥品和食品領域應用較多。王麗衛(wèi)等[3]研究發(fā)現(xiàn)肉蓯蓉可明顯改善胃腸道的消化功能;Yang等[4]另發(fā)現(xiàn)其可加強骨礦物質(zhì)密度;而王小新、陳志豪等曾分別對肉蓯蓉的抗疲勞作用進行探討,但沒有研究具體活性成分的作用[5-6]。多酚化合物通常具有抗氧化、增強機體免疫及抗衰老等生理活性[7-8],而對肉蓯蓉多酚提取物的純化工藝優(yōu)化和抗運動性疲勞作用的研究卻鮮有報道。因此,本研究利用大孔樹脂具有選擇性高、干擾因素少、可重復循環(huán)利用的特點[9-11],在提取肉蓯蓉多酚物質(zhì)的工藝基礎上,探討大孔樹脂對其純化的最佳工藝條件,并通過相關(guān)動物實驗觀察其體內(nèi)抗運動性疲勞的作用效果,為肉蓯蓉資源的后續(xù)開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗動物 健康雄性小鼠 50只(動物許可證號:SYXK(蘇)2019-0030),體質(zhì)量10～18 g,由江蘇省實驗動物中心提供,生長環(huán)境溫度20～25 ℃,相對濕度50%～70%;肉蓯蓉 安徽亳州藥材市場,經(jīng)鑒定為列當科肉蓯蓉屬植物肉蓯蓉;沒食子酸標準品 Sigma公司;Folin-酚試劑、無水乙醇、碳酸鈉 均為分析純國藥集團化學試劑有限公司;乳酸(BLA)、乳酸脫氫酶(LDH)、肌糖原(MG)和肝糖原(HG)檢測試劑盒 南京建成生物工程研究所;試驗用水 為去離子水。

WK-40型藥材粉碎機 青州邁德森制藥機械廠;UV759S型紫外-可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;FA1004B型電子天平 上海越平科學儀器有限公司;NKA-2、HPD 100、HPD 300大孔樹脂 北京英萊克科技發(fā)展有限公司;AB-8、HPD 400樹脂 合肥四峰生物科技有限公司;Lab-1A-50E型冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司;SHZ-82型水浴恒溫振蕩器 常州國旺儀器有限公司;小鼠恒溫游泳池 上海艾研生物科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 多酚提取物制備 將干燥后的肉蓯蓉完全粉碎后,過80目篩,準確稱取20 g,加入400 mL,70%乙醇溶液,在60 ℃溫度下回流提取30 min后過濾,提取兩次,合并濾液減壓回收乙醇后,冷凍干燥備用[12]。

1.2.2 樹脂型號選擇

1.2.2.1 樹脂預處理 將大孔樹脂浸泡于90%乙醇中24 h,充分溶脹后濕法裝柱,后用90%乙醇反復沖洗,直至流出液與水混合(V液∶V水=1∶5)無白色渾濁出現(xiàn),再用水洗至無乙醇氣味,加入3% 鹽酸浸泡3 h,用水洗至中性;再用3%氫氧化鈉溶液浸泡3 h,用水洗至中性,備用[13]。

1.2.2.2 靜態(tài)吸附與洗脫 準確稱取5.0 g六種不同極性的大孔樹脂(NKA-2、HPD 100、AB-8、HPD 300、HPD 400)置于錐形瓶內(nèi),分別加入6 mg/mL 100 mL提取液后,置于恒溫振蕩器內(nèi),靜態(tài)吸附24 h后過濾。通過下式測得不同類型大孔樹脂的靜態(tài)飽和吸附量與吸附率。

式(1)

式(2)

式中:m0為提取液中多酚質(zhì)量,mg;me為飽和吸附后濾液中多酚質(zhì)量,mg;m為干燥的大孔樹脂質(zhì)量,g;Γe為飽和吸附量,mg/g;Qe為飽和吸附率,%。

利用乙醇作洗脫劑,將飽和吸附后的樹脂置于錐形瓶內(nèi),加入60%乙醇100 mL后,置于恒溫振蕩器中,靜態(tài)洗脫24 h,過濾,測定濾液中多酚的濃度,通過下式測得不同類型樹脂的洗脫率與回收率。

式(3)

式(4)

式中:m0為提取液中多酚質(zhì)量,mg;me為飽和吸附后濾液中多酚質(zhì)量,mg;md為洗脫液中多酚質(zhì)量,mg;Dd為洗脫率,%;R為回收率,%。

1.2.3 吸附等溫線 準確配制100 mL濃度為1、2、3、4、5、6、7 mg/mL的肉蓯蓉提取物溶液加入至裝有5.0 g樹脂的錐形瓶后,分別置于25、35、45℃恒溫搖床中,振蕩吸附24 h,測得濾液總多酚濃度,計算吸附量,繪制吸附等溫線,同時利用Langmuir、Freundlich吸附模型,繪制相應等溫吸附方程[14]。

式(5)

式(6)

式中:Γm為多酚飽和吸附量,mg/g;Kb為Langmuir方程常數(shù);Γe為多酚吸附量,mg/g;Ce為濾液多酚濃度,mg/mL;Kf為Freundlich方程常數(shù)。

1.2.4 吸附動力學曲線 準確稱取大孔樹脂5.0 g置于錐形瓶內(nèi),加入100 mL質(zhì)量濃度為5 mg/mL的多酚提取液,于25 ℃振蕩吸附,分別于0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、10.0、12.0、16.0、20.0、24.0 h取樣,測定總多酚濃度,以吸附量(Γt)為縱坐標,時間(t)為橫坐標,繪制靜態(tài)吸附動力學曲線,分析樹脂對肉蓯蓉多酚的吸附動力學行為[15]。

In(Γe-Γt)=InΓe+K1t

式(7)

式(8)

Γt=K3t1/2+C

式(9)

式中:K1為準一級速率常數(shù),min-1;K2為準二級速率常數(shù),mL·mg-1·min-1;K3為顆粒內(nèi)擴散速率常數(shù),mg·min-0.5·min-1。

1.2.5 大孔樹脂動態(tài)吸附

1.2.5.1 上樣液濃度影響 分別準確量取等體積的多酚提取液2、4、6、8、10 mg/mL,控制流速2 mL/min,上樣至預處理后的樹脂內(nèi)(樹脂質(zhì)量:5.0 g;徑高比:1∶12),收集柱后流出液,測得不同流出液中多酚濃度,計算各自吸附率。

1.2.5.2 吸附流速影響 準確量取等體積5份1.2.5.1確定的最佳濃度多酚提取液,分別控制流速1、2、3、4、5 mL/min,上樣至預處理后的樹脂內(nèi)(樹脂質(zhì)量:5.0 g;徑高比:1∶12),收集柱后流出液,測得不同流出液中多酚濃度,計算各自吸附率。

1.2.5.3 樹脂吸附泄露曲線 準確量取1.2.5.1確定的最佳濃度多酚提取液,以1.2.5.2實驗中確定的最佳流速上樣至預處理后的樹脂內(nèi)(樹脂質(zhì)量:5.0 g;徑高比:1∶12),收集柱后流出液,每管體積5 mL,直至到達飽和吸附,測得各自吸附率,繪制樹脂吸附泄露曲線并確定最佳上樣液體積。

1.2.6 大孔樹脂動態(tài)洗脫

1.2.6.1 乙醇濃度影響 以乙醇溶液作洗脫劑,分別選擇體積分數(shù)40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液,控制1 mL/min洗脫流速,對1.2.5.3飽和吸附后的樹脂進行洗脫,直至洗脫完全,收集洗脫液,測定多酚濃度,計算各自洗脫率。

1.2.6.2 洗脫流速影響 配制5份1.2.6.1試驗中確定的最佳濃度乙醇溶液,分別控制流速0.5、1、2、3、4 mL/min,對1.2.5.3飽和吸附后的樹脂進行洗脫,直至洗脫完全,收集洗脫液,測定多酚濃度,計算各自洗脫率。

1.2.6.3 樹脂洗脫曲線 精密量取1.2.6.1實驗中確定的最佳濃度乙醇溶液,以1.2.6.2實驗中確定的最佳流速對1.2.5.3飽和吸附后的樹脂進行洗脫,直至洗脫完全,收集洗脫液,每管體積5 mL,測量每管總多酚濃度,繪制樹脂洗脫曲線。

1.2.7 定量分析

1.2.7.1 標準曲線繪制 按照文獻所述方法,準確稱取沒食子酸標準品20 mg溶于水中,另加入Folin-酚試劑和質(zhì)量分數(shù)為20%的NaCO3溶液,配制成質(zhì)量濃度為0.1～0.8 mg/L的標準溶液,并于760 nm處測定吸光度[12],以濃度為橫坐標,吸光度為縱坐標繪制標準曲線,得到標準曲線方程y=1.472x-0.0527(r=0.9961)。

1.2.7.2 多酚濃度測定 照上述步驟配制樣品溶液后,于760 nm波長處,測定吸光度后,根據(jù)方程計算樣品中多酚濃度,另作空白試驗,平行測定三次,按照下式計算樣品中多酚的純度。

式(10)

式中m0為樣品質(zhì)量,mg;C為產(chǎn)物的多酚濃度,mg/mL;V為樣品體積,mL;D為稀釋倍數(shù)。

1.3 體內(nèi)抗疲勞研究

1.3.1 模型建立 將50只健康雄性小鼠,隨機分為五組,每組10只,空白對照組采用生理鹽水灌胃,其它各組則按照小鼠體重灌藥,其中陽性對照組采用0.1 mg/g西洋參灌胃,低、中、高劑量組則依次灌胃0.05、0.10、0.20 mg/g多酚純化物,每天灌胃1次,連續(xù)灌胃30 d。每組小鼠灌胃1 h后于恒溫游泳池內(nèi)開展游泳訓練,5 d為一訓練周期,共訓練4周[16]。

1.3.2 動物游泳運動 模型建立后,于鼠尾負重自身5%的重物,進行力竭性游泳運動,記錄小鼠自入水開始游泳至沉沒超過10 s的時間,即為游泳力竭時間[17]。

1.3.3 體內(nèi)生化指標測定 小鼠游泳運動進行10 min后,取出擦凈,摘取眼球,抽血離心,同時分取肝與肌肉組織,采用相關(guān)試劑盒分別測得各組動物血清中乳酸、肝糖原、肌糖原含量和乳酸脫氫酶的活力[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果均采用均數(shù)±標準差表示,采用SPSS 18.0方差分析,檢驗水準α=0.05,當P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂型號確定

表1為不同型號大孔樹脂對提取物中多酚的靜態(tài)吸附與洗脫性能比較,從表1中可知,不同樹脂的吸附能力不同,其中HPD-400大孔樹脂對肉蓯蓉多酚的吸附率最高,達到88.0%,其次為NKA-2,吸附率為77.0%,而采用60%乙醇靜態(tài)洗脫時,HPD-400大孔樹脂的洗脫率最大,達到91.2%,表明HPD-400大孔樹脂對肉蓯蓉多酚的吸附與解吸性能較好,這可能源于同其它四類樹脂相較,HPD-400樹脂極性適中,與多酚的相互作用較好,因此確定HPD-400大孔樹脂作為該純化研究的吸附樹脂。

表1 不同樹脂的靜態(tài)吸附與洗脫性能比較Table 1 Compare with static adsorptionand desorption performance of different resins

2.2 樹脂吸附等溫線

HPD-400大孔樹脂對肉蓯蓉多酚的吸附等溫線,如圖1所示,不同溫度下,隨著上樣液多酚濃度的增大,樹脂吸附量不斷增加,分別對不同溫度的吸附曲線進行擬合,結(jié)果見表2所示。從表2可知,不同溫度下HPD-400大孔樹脂對肉蓯蓉多酚的等溫吸附過程與Langmuir吸附等溫模型相近,方程相關(guān)系數(shù)r均大于0.99,同時隨著溫度升高,吸附量逐漸減少,表明該吸附過程為放熱過程。

圖1 不同溫度的吸附等溫曲線Fig.1 The adsorption curve in different temperatures

表2 不同溫度的吸附等溫線擬合方程Table 2 Fitting equations of adsorptionisotherms in different temperatures

2.3 樹脂吸附動力學曲線

HPD-400大孔樹脂對肉蓯蓉多酚的吸附動力學曲線,如圖2所示。在0～2 h時,樹脂對多酚的吸附量較大,逐漸緩慢至12 h后達到平衡,表明HPD-400大孔樹脂對肉蓯蓉多酚的吸附較快。利用相關(guān)動力學方程模型對上述吸附過程進行擬合,見表3所示,該吸附過程與準二級動力學過程更為接近,同時從Kannan擬合方程結(jié)果可知,該吸附過程分為三個階段,在0～4 h為薄膜擴散過程,在4～12 h為粒內(nèi)擴散過程,Γt對t1/2均具有良好的線性關(guān)系,12 h后樹脂對多酚的吸附與脫附達到平衡。

圖2 吸附動力學曲線Fig.2 The curve of adsorption dynamics

表3 吸附動力學擬合方程Table 3 The fitting equations of adsorption dynamics

2.4 動態(tài)吸附條件選擇

2.4.1 上樣液濃度選擇 若上樣液多酚濃度過高,樹脂易過早飽和,造成樹脂吸附率下降,而上樣液多酚濃度過低,則影響實驗效率。不同上樣液濃度對吸附率的影響,見圖3所示,當多酚濃度為2～6 mg/mL時,隨著上樣液多酚濃度的增大,HPD-400大孔樹脂對多酚的吸附率處于較高水平,而多酚濃度大于6 mg/mL時,吸附率開始逐漸下降,這歸因于樣品溶液中部分多酚的泄露,因此確定上樣液最佳多酚濃度為6 mg/mL。

圖3 上樣液濃度對吸附率的影響Fig.3 The effect of loading solutionconcentration on adsorption rate

2.4.2 吸附流速選擇 在動態(tài)吸附時,上樣流速過快,多酚與樹脂接觸不充分,可能造成過早泄漏,但流速過慢,又導致純化耗時過長,且對后續(xù)樹脂再生產(chǎn)生不良影響。不同上樣流速對吸附率的影響,見圖4所示,當上樣流速在1～2 mL/min時,HPD-400大孔樹脂對多酚的吸附率無明顯影響,而隨著流速增大,吸附率呈下降趨勢,因此選擇2 mL/min作為最佳上樣流速。

圖4 吸附流速對吸附率的影響Fig.4 The effect of adsorption flow rate on adsorption rate

2.4.3 動態(tài)吸附泄漏曲線 當流出液的多酚濃度為上樣液濃度的10%,稱為樹脂吸附泄漏點,達到上樣液濃度的100%時稱為樹脂飽和吸附點[19]。肉蓯蓉多酚在上樣過程時不斷被樹脂吸附與脫附,當吸附速率等于脫附速率時,出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,見圖5所示,當上樣液體積約為60 mL時,流出液中總多酚濃度急劇上升,且超出上樣液濃度10%,達到泄漏點,上樣液體積約為140 mL時,達到飽和吸附點,因此確定HPD-400大孔樹脂純化肉蓯蓉多酚化合物的最大上樣體積為60 mL。

圖5 大孔樹脂動態(tài)吸附泄露曲線Fig.5 Dynamic adsorption leakagecurve of macroporous resin

2.5 洗脫條件選擇

2.5.1 乙醇濃度選擇 不同濃度的乙醇溶液對肉蓯蓉多酚的洗脫效果,見圖6所示。隨著洗脫液濃度增大,洗脫率逐漸增大,至60%開始下降。這可能因為低濃度乙醇破壞多酚與樹脂形成的氫鍵能力較弱,而過高濃度乙醇的極性與多酚化合物相差較大,不利于洗脫,因此確定采用60%乙醇溶液作為最佳洗脫液濃度。

圖6 洗脫液濃度對洗脫率的影響Fig.6 The effect of eluent concentration on desorption rate

2.5.2 洗脫流速選擇 不同洗脫流速對肉蓯蓉多酚的洗脫率影響,見圖7所示,隨著洗脫流速增大,洗脫率逐漸下降,這歸因于流速較快時,洗脫液不能充分接觸樹脂,但流速過低,又會延長洗脫過程,因此綜合考慮確定1 mL/min作為最佳洗脫流速。

圖7 洗脫流速對洗脫率的影響Fig.7 The effect of eluent flow rate on desorption rate

2.5.3 動態(tài)洗脫曲線 不同洗脫液用量對肉蓯蓉多酚的洗脫效果影響,見圖8所示。從圖8可知,當洗脫液體積為20 mL時,即有多酚類化合物被洗脫流出,當用量為80 mL,洗脫液中多酚含量達到最大,隨后洗脫液體積繼續(xù)增大,但多酚含量不斷下降。當用量約為180 mL時,多酚類化合物基本被完全洗脫,所得洗脫曲線單一、對稱、尖銳且無明顯拖尾,因此確定最佳濃度的洗脫液的用量為180 mL。

圖8 動態(tài)洗脫曲線Fig.8 The dynamic elution curve

2.6 驗證實驗

采取上述最佳純化工藝,對肉蓯蓉提取物中多酚類化合物,即配制體積為60 mL,多酚濃度為6 mg/mL上樣液,以2 mL/min流速,上樣至HPD-400大孔樹脂飽和吸附后,采用體積為180 mL,60%乙醇溶液,以1 mL/min流速洗脫,測得吸附率與洗脫率分別為86.72%和90.11%,產(chǎn)物的總多酚純度由純化前(20.12%±1.26%)提高至純化后(42.63%±1.69%),約為純化前2.12倍,而前人采用大孔樹脂純化蘋果多酚含量由35%增高至84%,為純化前2.4倍[20];黑果腺肋花楸多酚提取物經(jīng)純化后含量為純化前5.5倍[21],表明該工藝分離效果較好,適于肉蓯蓉多酚化合物的純化。

2.7 抗疲勞作用研究

2.7.1 游泳力竭時間比較 負重游泳時間的長短直接反映運動過程的抗疲勞程度,不同劑量純化產(chǎn)物對小鼠的負重游泳時間影響[22],見表4所示。從表4可知,與空白對照組相較,陽性對照、低、中、高劑量組小鼠的負重游泳時間均有所延長,其中低劑量組與其差異具有顯著性(P<0.05),而陽性對照、中、高劑量組小鼠與其差異則極為顯著(P<0.01),表明肉蓯蓉多酚純化產(chǎn)物有助于增強小鼠的運動耐力。

表4 肉蓯蓉多酚對運動時間的影響Table 4 The effect of polyphenols ofCistanche on movement time

2.7.2 體內(nèi)生化指標影響 身體運動后乳酸的濃度水平與疲勞程度呈正相關(guān),機體高強度運動后會造成體內(nèi)部分細胞缺氧,致使血糖發(fā)生糖酵解生成乳酸,蓄積在骨骼肌等組織中,而乳酸脫氫酶可迅速催化乳酸脫氫形成丙酮酸,有利于排泄出體外[23]。不同劑量純化產(chǎn)物對運動后小鼠的體內(nèi)乳酸生化指標影響,見表5所示。各劑量組小鼠體內(nèi)的血乳酸含量和乳酸脫氫酶酶活力與空白對照組相較,差異均極為顯著(P<0.01),表明肉蓯蓉多酚可明顯提高體內(nèi)乳酸脫氫酶活力,并有利于抑制體內(nèi)乳酸生成。

肝糖原與肌糖原則是機體的重要儲能物質(zhì),當機體開始運動時,肌糖原逐漸消耗至殆盡,隨后利用肝糖原以維持體內(nèi)運動時血糖水平[24]。表5為不同組別小鼠的肝糖原與肌糖原含量,與空白對照組相比,低劑量組的兩種糖原含量均較高,具有顯著性差異(P<0.05),而陽性對照、中、高劑量組體內(nèi)的兩種糖原含量均明顯更高,具有極顯著性差異(P<0.01),表明肉蓯蓉多酚純化產(chǎn)物有助于增加體內(nèi)肝糖原與肌糖原儲備。

表5 肉蓯蓉多酚對體內(nèi)生化指標的影響Table 5 The effect of polyphenols of Cistanche on biochemical indexs in vivo

3 結(jié)論

采用HPD-400大孔樹脂分離純化肉蓯蓉提取物中多酚類化合物,該吸附過程符合準二級動力學方程,等溫吸附線與Langmuir模型較好擬合,且多酚吸附量伴隨溫度升高而減少。通過動態(tài)吸附與洗脫試驗,優(yōu)選得到最佳純化工藝條件:配制體積為60 mL,多酚濃度為6 mg/mL上樣液,以2 mL/min流速,上樣至HPD-400大孔樹脂飽和吸附后,采用體積為180 mL,60%乙醇溶液,以1 mL/min流速洗脫,樹脂對多酚類化合物的吸附率和解吸率分別達到86.72%和90.11%。產(chǎn)物中總多酚含量由純化前20.12%提高至純化后42.63%,約為純化前2.12倍。該工藝操作簡便、純化效率較高,低、中、高劑量產(chǎn)物均可明顯增強機體運動耐力,提高體內(nèi)乳酸脫氫酶活力,抑制乳酸生成水平,并可增加肝糖原與肌糖原的儲備,從而具有較好的抗運動性疲勞作用。