薛濤濤,唐志書,孫強(qiáng),胡曉慧,阮凱華,宋忠興,段金廒,許洪波*(. 陜西中醫(yī)藥大學(xué) 陜西中藥資源產(chǎn)業(yè)化省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,秦藥特色資源研究開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育),陜西 咸陽 72083;2. 南京中醫(yī)藥大學(xué) 江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇省方劑高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 20023)
藥蜀葵(Althaea officinalis
),為錦葵科蜀葵屬的多年生草本植物,其根、莖、葉和花均可入藥,主要以根為主,收錄于歐洲藥典,主產(chǎn)于歐洲等地區(qū),我國多為栽培品種,是藥食兩用植物,根入藥有解表散寒、利尿止咳、消炎解毒的功效,作為茶飲可清喉利咽,還可作為觀賞性植物栽培。現(xiàn)代藥理實(shí)驗(yàn)揭示,藥蜀葵提取物具有鎮(zhèn)咳、抗炎、抗氧化、抗菌、免疫調(diào)節(jié)和降血糖等作用。國內(nèi)外化學(xué)研究表明,藥蜀葵富含黃酮、多糖和酚酸類成分,截至目前,從藥蜀葵中共分離得到40余個化合物,其中17個黃酮類,7個酚酸類,3個香豆素類,1個甾體類,1個三萜類。藥蜀葵作為民間藥用植物,資源分布廣泛,但是目前對于其基礎(chǔ)研究比較薄弱,功效物質(zhì)成分不明確,作用機(jī)制不清晰。迄今為止,尚未有對總黃酮提取工藝優(yōu)化及相關(guān)生物活性的研究報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)首次采用響應(yīng)面法對藥蜀葵莖葉總黃酮的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,首次采用D101大孔樹脂對所得總黃酮進(jìn)行了富集純化;并進(jìn)一步考察藥蜀葵總黃酮的抗氧化活性及體外抑制α-
葡萄糖苷酶的活性,以期為藥蜀葵總黃酮的開發(fā)利用提供參考。Althaea officinalis
)的莖葉。蘆丁對照品(純度≥97%,批號:H24N9Z75966)和維生素C(V,純度≥99%,批號:J19O10R100374)(上海源葉生物科技有限公司);DPPH、ABTS(美國Sigma公司);阿卡波糖(純度≥98%,批號:wkq20031707)、對硝基苯基-α
-D
-葡萄糖吡喃苷(純度≥98%,批號:wkq20071504)(四川省維克奇生物科技有限公司);D-101型大孔吸附樹脂(天津允開樹脂科技有限公司);其他試劑(分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)。Multiskan GO全波長酶標(biāo)儀(Thermo Scientific,USA);UV-2600型紫外分光光度計(jì)(日本島津公司);H-2型恒溫水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司);TP-A2000型電子天平(福州華志科學(xué)儀器有限公司);EYELA N-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(東京理化器械株式會社);KQ-300 DE型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。
藥蜀葵莖葉樣品置于通風(fēng)陰涼處陰干后,將其剪碎后保存?zhèn)溆谩?/p>
A
)值。以蘆丁質(zhì)量濃度(C
)為橫坐標(biāo)(X
),A
為縱坐標(biāo)(Y
),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算回歸方程為:Y
=6.455X
+0.0452(r
=0.9990),表明蘆丁在0.016~0.056 mg·mL與吸光度線性關(guān)系良好。2.2.2 樣品溶液中總黃酮含量的測定 將提取液抽濾后濾液合并濃縮至約50 mL,轉(zhuǎn)移至100 mL量瓶中,然后用60%乙醇定容至刻度,搖勻,作為樣品溶液。精密吸取2 mL樣品溶液于10 mL量瓶中,用60%乙醇定容至刻度,搖勻,即得供試品溶液。精密吸取0.5 mL供試品溶液,先后加入5% NaNO溶 液,10% Al(NO)溶 液 和4%NaOH溶液,用60%乙醇定容至刻度線,15 min后于510 nm處測定吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出測定稀釋后樣品溶液總黃酮濃度,計(jì)算提取率,提取率(%)=[黃酮的質(zhì)量濃度(mg·mL)×稀釋倍數(shù)×最初溶液體積(mL)/10]/原料質(zhì)量(g)×100%。
準(zhǔn)確稱取10 g干燥的莖葉碎片,回流提取,分別考察提取次數(shù)(1、2、3、4次)、提取溫度(50、60、70、80、90℃)、料液比(1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30,g/mL)、乙醇濃度(40%、50%、60%、70%、80%)和提取時(shí)間(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h)對總黃酮提取率的影響。將供試品溶液按照總黃酮含量測定方法操作,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算提取率,結(jié)果見圖1。綜合考慮時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本,選擇提取次數(shù)為2次,料液比為1∶25,提取溶劑為50%乙醇,單次提取時(shí)間為2 h,提取溫度為80℃。
圖1 提取次數(shù)(A)、料液比(B)、乙醇濃度(C)、提取時(shí)間(D)和提取溫度(E)對藥蜀葵總黃酮提取率的影響Fig 1 Effect of extraction time(A),solid-to-liquid ratio(B),ethanol concentration(C),extraction time(D)and extraction temperature(E)on the yield of total flavonoids of Althaea officinalis
2.4.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以總黃酮提取率為響應(yīng)值,考察料液比(A)、提取時(shí)間(B)和乙醇濃度(C)三個因素,利用Design Expert 8.0軟件根據(jù)Box-Benhnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,最后通過模型驗(yàn)證最佳提取工藝。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平如表1所示,結(jié)果如表2所示,方差分析如表3所示。
表1 響應(yīng)面分析因素及水平
Tab 1 Factor and level of response surface experiment
水平 因素A.料液比 B.提取時(shí)間/h C.乙醇濃度/%-1 1∶20 1.5 40 0 1∶25 2.0 50 1 1∶30 2.5 60
2.4.2 優(yōu)化結(jié)果及分析 根據(jù)Box-Benhnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果,利用Design Expert 8.0軟件對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到總黃酮提取率Y
的函數(shù):Y
=2.244-0.05875A
-0.0475B
-0.00875C
-0.0525AB
+0.04AC
-0.0425BC
-0.252A
-0.2345B
-0.182C
。表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
Tab 2 Response surface design and experimental results
編號 A.料液比 B.乙醇濃度/% C.提取時(shí)間/hR.提取率/%1 1∶30 50 2.5 1.80 2 1∶20 60 2.0 1.84 3 1∶25 40 2.5 1.91 4 1∶30 40 2.0 1.78 5 1∶25 50 2.0 2.30 6 1∶20 40 2.0 1.87 7 1∶20 50 2.5 1.76 8 1∶25 40 1.5 1.80 9 1∶30 60 2.0 1.54 10 1∶20 50 1.5 1.90 11 1∶25 50 2.0 2.12 12 1∶25 60 2.5 1.77 13 1∶25 50 2.0 2.20 14 1∶25 60 1.5 1.83 15 1∶25 50 2.0 2.20 16 1∶25 50 2.0 2.40 17 1∶30 50 1.5 1.78
從表3可知模型的F
=9.290、P
<0.01,差異極顯著;失擬項(xiàng)P
值為0.6815>0.05,無顯著性差異,表明所選因素合理,不存在失擬因素;決定系數(shù)R
=0.9227和校正決定系數(shù)R
=0.8233表明實(shí)驗(yàn)?zāi)P蛿M合程度良好;變異系數(shù)為5.02%,說明模型的重現(xiàn)性較好,回歸方程能夠解釋響應(yīng)值的變異,實(shí)驗(yàn)方法可靠,可用于藥蜀葵總黃酮提取工藝的條件優(yōu)化。模型中一次項(xiàng)A
、B
和C
,二次項(xiàng)C
,交互項(xiàng)AB
、AC
和BC
對響應(yīng)值的影響均不顯著;二次項(xiàng)A
、B
(P
<0.01)對響應(yīng)值的影響極顯著,說明實(shí)驗(yàn)因素對響應(yīng)值的影響是非線性關(guān)系。表3 方差分析結(jié)果
Tab 3 Analysis of variance
方差來源 平方和 自由度 均方和 F值 P值模型 0.780 9 0.087 9.290 0.0039 A 0.028 1 0.028 2.950 0.1296 B 0.018 1 0.018 1.930 0.2076 C 0.001 1 0.001 0.065 0.8055 AB 0.011 1 0.011 1.180 0.3138 AC 0.006 1 0.006 0.680 0.4357 BC 0.007 1 0.007 0.770 0.4089 A2 0.270 1 0.270 28.560 0.0011 B2 0.230 1 0.230 24.730 0.0016 C2 0.140 1 0.140 14.890 0.0062殘差 0.066 7 0.009失擬項(xiàng) 0.019 3 0.006 0.540 0.6815純誤差 0.047 4 0.012總和 0.848 16 R2=0.9227 R2 Adj=0.8233
響應(yīng)曲面圖能夠直觀反映各因素對提取率的影響程度,坡度越陡峭,說明操作條件對響應(yīng)值的影響越顯著。如圖2所示,料液比對藥蜀葵總黃酮提取率影響最為顯著,其次是乙醇濃度和提取時(shí)間。
圖2 各提取因素之間的交互影響Fig 2 Different factors on the yield of flavonoids
2.4.3 最佳工藝條件及驗(yàn)證 通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到藥蜀葵的最佳提取工藝:提取次數(shù)2次,提取溫度80℃,乙醇濃度49.135%、料液比1∶24.451、提取時(shí)間1.987 h,藥蜀葵總黃酮提取率理論值為2.25%。由于實(shí)際操作的局限性,調(diào)整乙醇濃度為49.0%、料液比為1∶25、提取時(shí)間為2.0 h,其他條件不變,進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到藥蜀葵總黃酮的平均提取率為2.15%,RSD
為0.50%,驗(yàn)證結(jié)果與模型預(yù)測接近,表明所建立模型可靠,最優(yōu)工藝可行性高。將最優(yōu)工藝下的提取液減壓濃縮至無醇味,吸附于預(yù)處理的大孔樹脂色譜柱(D101,12 cm×85 cm),依次用水、70%乙醇洗脫,收集70%洗脫液濃縮為干浸膏,采用“2.2.2”項(xiàng)下方法進(jìn)行黃酮含量測定。結(jié)果顯示經(jīng)過D101大孔樹脂富集純化后得到的藥蜀葵總黃酮純度達(dá)到53.62%。
A
),設(shè)置樣品對照組A
(等量無水乙醇代替DPPH溶液),對照組A
(等量無水乙醇代替樣品溶液),空白對照A
組(無水乙醇)和陽性對照組(V)。平行操作3次,計(jì)算清除率,清除率(%)=[1-(A
-A
)/(A
-A
)]×100%。2.6.2 ABTS活性測試 將7.4 mmoL·LABTS溶液和2.6 mmoL·L過硫酸鉀溶液按1∶1混合,于室溫避光放置過夜后得到ABTS母液,稀釋母液至(0.7±0.02)(A
),即得ABTS工作液。精確量取不同濃度的樣品溶液50 μL于96孔板中,加入150 μL ABTS工作液,搖勻,靜置6 min,于734 nm處測定吸光度值。設(shè)置樣品對照組、對照組、空白對照組和陽性對照組(同DPPH法),平行操作3次,清除率計(jì)算同DPPH法。結(jié)果如圖3A、3C所示,藥蜀葵總黃酮在測定的濃度范圍內(nèi)對DPPH、ABTS自由基的清除具有濃度依賴性。其IC
值分別為(8.36±0.06)μg·mL、(8.45±0.14)μg·mL。陽性對照V的測試結(jié)果如圖3B、3D所示,V在2.0~15.6 μg·mL內(nèi)對DPPH自由基的清除能力與濃度呈線性關(guān)系,其IC
值為(6.40±0.31)μg·mL;在0.5~3.9 μg·mL內(nèi)對ABTS自由基的清除能力與濃度呈線性關(guān)系,其IC
值為(2.77±0.09)μg·mL。圖3 藥蜀葵總黃酮和陽性對照VC對DPPH(A,B)和ABTS(C,D)自由基清除能力Fig 3 Scavenging effect of flavonoids and VC to DPPH(A,B)and ABTS(C,D)free radical
α
-葡萄糖苷酶活性的檢測手段。實(shí)驗(yàn)所用的緩沖溶液、底物溶液和酶液的配制方法參照文獻(xiàn),具體步驟簡述如下:精密稱取藥蜀葵富集純化后總黃酮適量,用PBS緩沖溶液配制成不同濃度的樣品溶液。將50 μL樣品溶液,100 μL 0.1 U·mLα-
葡萄糖苷酶溶液(用pH 6.9,0.1 moL·LPBS配制)依次加入到96孔板中,25℃下孵育5 min,立即加入5 mmoL·L底物(對硝基苯基-α
-D
-吡喃葡萄糖溶液)50 μL啟動反應(yīng),25℃下孵育5 min,孵育前后,記錄405 nm處吸光度值。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置樣品組A
(加樣品、底物和酶液),酶組A
(用PBS代替樣品),陽性對照組(阿卡波糖),平行操作3次,計(jì)算抑制率,抑制率(%)=[(△A
-△A
)/△A
]×100%。藥蜀葵作為傳統(tǒng)的藥食兩用植物,其具有明確的降血糖功效?;诖?,作者對藥蜀葵總黃酮進(jìn)行了α-
葡萄糖苷酶抑制活性測試。結(jié)果如圖4,藥蜀葵總黃酮在測試濃度范圍(7.8~250.0 μg·mL)對α
-葡萄糖苷酶具有明顯的抑制作用且呈現(xiàn)濃度依賴性,其IC
值為(76.63±1.12)μg·mL,抑制作用強(qiáng)于陽性對照阿卡波糖[IC
值為(323.43±7.06) μg·mL]。圖4 藥蜀葵總黃酮抑制α-葡萄糖苷酶量效關(guān)系Fig 4 Dose-effect relationship for total flavonoids of Althaea officinalis inhibiting α-glucosidase
本研究首次利用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)優(yōu)化得到藥蜀葵總黃酮的最佳提取工藝條件:提取次數(shù)2次,提取溫度80℃,料液比為1∶25,提取時(shí)間2.0 h,乙醇濃度49.0%,在該條件下預(yù)測提取率為2.25%,實(shí)際提取率為2.15%,預(yù)測值與測定值相符,表明優(yōu)化的工藝可靠。由于經(jīng)過最優(yōu)提取工藝得到的是含有藥蜀葵總黃酮的粗提物,且提取率較低,因此需要對粗提物進(jìn)一步的富集純化,以便后續(xù)的活性研究。D101大孔樹脂是分離純化總黃酮應(yīng)用較為廣泛的非極性大孔樹脂;基于后續(xù)藥蜀葵總黃酮工業(yè)化大生產(chǎn)的考慮,本研究選擇D101大孔樹脂進(jìn)行富集純化,其總黃酮純度達(dá)到53.62%。
許多疾病的發(fā)生與氧化有著密切的關(guān)系,其中自由基引發(fā)的氧化會導(dǎo)致機(jī)體衰老。攝入抗氧化物質(zhì)能夠降低自由基對機(jī)體的氧化損傷。DPPH自由基和ABTS自由基是表征物質(zhì)抗氧化活性實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最為經(jīng)典的模型。本研究結(jié)果表明,藥蜀葵總黃酮對DPPH自由基和ABTS自由基均具有顯著的清除作用,特別是清除DPPH自由基的能力與陽性對照V相當(dāng)。經(jīng)過本研究富集純化所得的總黃酮抗氧化能力顯著,可為開發(fā)天然高效的抗氧化物質(zhì)提供思路。
糖尿病是嚴(yán)重威脅人類健康的三大疾病之一。持續(xù)性高血糖會引發(fā)一系列并發(fā)癥,如心血管疾病等。有效控制餐后血糖上升是防治疾病發(fā)生的必要措施。α
-葡萄糖苷酶作為降低餐后血糖的有效分子靶標(biāo),在碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟堑倪^程中至關(guān)重要。目前臨床常用藥物如阿卡波糖等,雖然降血糖作用顯著,但長期服用會引起多種不良反應(yīng),甚至產(chǎn)生耐藥性。因此,亟待尋找和開發(fā)新的α-
葡萄糖苷酶抑制劑。相較于阿卡波糖,本研究首次發(fā)現(xiàn)富集純化得到的藥蜀葵總黃酮抗α-
葡萄糖苷酶活性顯著,其IC
值為(76.63±1.12) μg·mL。本研究結(jié)果可為藥蜀葵中總黃酮的開發(fā)利用提供參考。