FMH | 贵州师范大学赵超教授课题组:响应面法优化小一点红总黄酮的提取工艺,探讨生态因子对其总黄酮和抗氧化活性的影响

Introduction


人体的一系列生理过程会产生以氧为中心的自由基和其他活性氧。然而,体内过多的自由基和其他活性氧会导致多种疾病,如动脉粥样硬化、阿尔茨海默病、癌症等。抗氧化剂能保护人体免受自由基和其他活性氧的侵害,从而调节氧化应激,延缓某些慢性疾病的发生。抗氧化剂还因其防止物质氧化的能力而被广泛应用于食品工业。合成的抗氧化剂有多种副作用,例如有报道指出2,6-二叔丁基对甲酚具有致癌性。近年来,人们越来越关注来源于水果、蔬菜和中草药等的天然抗氧化剂,以取代人工合成抗氧化剂。

黄酮类化合物广泛存在于植物界。黄酮类化合物中的酚羟基具有一定的捕捉氧自由基的能力,可作为一种天然抗氧化剂来预防人体的各种疾病。总黄酮是光合作用的重要次级代谢产物,具有多种药理活性,如抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗病毒、抗菌等,作为生物活性成分广泛存在于中药中。调控细胞凋亡是中药抗肿瘤的主要作用机制之一,而黄酮类化合物可以诱导细胞凋亡。

小一点红产于中国云南、贵州、广东、广西、浙江、福建等省,在印度至中南半岛也有分布。作为一种中药,小一点红历史悠久,适应症广泛。因其在治疗热应激、腹泻、跌打损伤和解毒方面的功效而闻名。《中国药典》中记载一点红是中成药花红片的主要成分之一。一点红和小一点红在成分上相似,并且某些药理作用被证明是相同的。因此,小一点红的药理作用不容小觑。但目前小一点红的实际应用还很少,相关研究报道也不多。

研究表明,黄酮类化合物是小一点红的特征化学成分。到目前为止,关于小一点红中总黄酮提取工艺和抗氧化效果的研究报告很少。超声辅助萃取(UAE)具有高效、操作简便、省时、节约溶剂等特点,已被用于提取各种植物黄酮类化合物。提取过程受多种因素影响,合适的参数是提高效率的关键。

贵州师范大学赵超教授课题组运用Box-Behnken响应面法对小一点红中总黄酮的提取进行了优化,考察的条件包括溶剂浓度、料液比和超声时间。采用优化后的方法测定了12个不同地区小一点红的总黄酮含量,并测定了抗氧化能力,并对其受生态因子影响的情况进行分析。

Results and Discussion


- 优化提取条件-

首先采用单因素实验考察了溶剂浓度(0-100%)、料液比(1:10-1:50)和超声提取时间(10-50 min)的影响。结果如图1所示,乙醇浓度为40%、超声时间为20 min和料液比为40 mL/g 是最佳的单因素提取条件。在单因素实验结果的基础上,采用Box-Behnken设计,采用响应面法(RSM)对小一点红中总黄酮提取方法进行优化。方差分析结果显示(表1),乙醇浓度、超声时间、料液比这三个因素对小一点红提取物中的总黄酮含量表现出极其显著的相关性(P<0.001)。三维响应曲面和二维等高线图(图2)也可得出此结论。通过响应面优化提取小一点红中总黄酮最佳工艺参数为:乙醇浓度为43.23%,超声时间为26.94 min,料液比为46.24 mL/g。考虑到在实际生产中的操作方便性,确定提取工艺参数为:乙醇浓度为45%,超声时间为25 min,料液比为46.25 mL/g。




图 1 不同溶剂浓度(A)、液固比(B)和超声波时间(C)对小一点红中总黄酮的影响。


图2 三维响应曲面和二维等高线图

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- 小一点红总黄酮含量及抗氧化能力-

采用优化的方法对中国贵州12个地区的总黄酮含量及抗氧化能力进行了测定。总黄酮含量测定结果如表1所示,12 个地区的总黄酮含量差异显著(P < 0.05)。其中,大坪地区的小一点红提取物中的总黄酮含量最高(41.182 mg/g),黎平地区的小一点红提取物中的总黄酮含量最低(28.865 mg/g)。抗氧化能力结果如图3所示。小一点红具有抗氧化活性,但不同地区的小一点红的抗氧化能力不同。大坪地区小一点红提取物的抗氧化能力最强,而黎平地区小一点红提取物的抗氧化能力最弱。

表1 12 个地区的生态信息和总黄酮含量


图3 12个地区小一点红提取物的DPPH清除率、ABTS清除率和总还原能力。

- 相关性分析-

利用皮尔逊相关分析比较了生态因子与小一点红提取物中总黄酮含量的关系(表 2)。不同地区小一点红中的总黄酮含量值证实了总黄酮含量受生长环境的影响。分析表明,小一点红中的总黄酮含量与年日照时数和年平均气温密切相关。影响顺序为年日照时数>年平均气温>年降水量>海拔高度>年平均相对湿度。生态因子对抗氧化活性的影响结果表明,抗氧化活性与年日照时数和年平均气温密切相关。总黄酮含量与抗氧化活性呈明显的正相关。

表2  TFC、抗氧化能力指数与 EP 生长环境的相关性分析

Conclusion

第一作者

采用响应面法建立了一种从小一点红中提取黄酮类化合物的有效方法。在优化条件下测定了中国贵州 12 个地区中小一点红的总黄酮含量,同时测定了抗氧化活性。结果表明,不同地区的生态因子调节了小一点红的总黄酮含量,导致从12个不同地区采集的小一点红的总黄酮含量不同。12个地区中小一点红的总黄酮含量和抗氧化活性均与生态因子有关,尤其是与年日照时数密切相关。


赵丹妮,女,理学硕士,毕业于贵州师范大学山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室,主要研究方向为药用植物开发与利用。

通信作者

赵超,男,硕士,贵州师范大学山地环境重点实验室正高级实验师、硕士生导师;主要从事黔产特色药用植物化学成分、质量控制和生物活性研究,主持省部级以上项目4项。获贵州省科技进步二等奖、贵州省自然科学奖二等奖、贵州省科技成果转化奖二等奖各一项,授权国家发明专利16项,参与出版专著1本,以第一或通讯作者发表论文30余篇,其中5篇被SCI收录。

论文网站

https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2024.9420017