馬鞭草中總黃酮的超聲波輔助提取及其抗氧化活性研究

卞杰松，馮紀南，譚巧燕，鄧斌*

(1.湘南學院 化學與生命科學系，湖南 郴州423000;2.湘南學院 財務處，湖南 郴州423000)

0 引言

馬鞭草(Verbena Officinalis L.)又叫鐵馬鞭、自馬鞭、瘧馬鞭，皆以穗類鞭鞘而得名.為馬鞭草科(Verbenaceae)多年生草本植物馬鞭草的全草或根.常生于河岸、草地、荒地、路邊、田邊及草坡等處，全國各地均有分布［1］.馬鞭草在我國作為一種傳統的中藥，具有清熱解毒、利尿消腫、活血通經等功效，廣泛用于治療傷風感冒、水腫、痢疾、黃疸等疾病，被醫學專家譽為21世紀最具前途的綠色中草藥物之一，全草含有黃酮類、甾醇、氨基酸、內酯或酯類和酚性成分［2，3］.鑒于黃酮類物質具有抗心腦血管病、抗氧化、抗病毒、抗腫瘤、抗衰老、抗過敏、免疫調節等作用，馬鞭草黃酮類化合物的研究日益引起了人們的重視［4，5］.黃酮類化合物常用提取方法為有機溶劑回流提取等，但存在提取時間長等缺點.而超聲輔助提取作為一種優良的提取方法，具有操作簡便快捷、提取時間短及提出率高等特點，目前己廣泛應用在生物活性物質的提取方面［6，7］.為進一步研究馬鞭草黃酮類化合物的功效，充分利用馬鞭草資源，本實驗以馬鞭草中總黃酮提取率為考察指標，采用單因素試驗和正交試驗的方法對超聲波輔助提取馬鞭草總黃酮的工藝條件進行探討，確定其最佳提取工藝，并對馬鞭草黃酮類化合物物的抗氧化性進行測定，以期為馬鞭草功能性成分的研究開發提供依據.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鞭草購于郴州市老百姓大藥房，置于烘箱中80℃烘干，粉碎、過60目篩后置于干燥器中備用.無水乙醇、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH、硫酸亞鐵、水楊酸、雙氧水、鄰苯三酚、Tris、鹽酸(以上試劑均為分析純);蘆丁標準品(批號10080－200306)，中國藥品生物研究所.

1.2 儀器與設備

UV－7502PC型紫外－可見分光光度計，上海欣茂儀器有限公司;DHG－9143BS－III型數顯電熱恒溫鼓風干燥箱，上海新苗醫療器械制造有限公司;FA2104N型電子分析天平，上海精密科學儀器有限公司;KQ－500BE型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;SHB－IV雙A型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司;SENCO R201L型旋轉蒸發器，上海申生科技有限公司;DS－1型高速組織搗碎機，上海標本模型廠.

1.3 方法

1.3.1 標準曲線的繪制

精密稱取干燥至質量恒定的蘆丁標準品10 mg，用無水乙醇溶解并定容于50 mL容量瓶中，得到0.2 mg/mL蘆丁標準液.分別精密吸取 0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mL 蘆丁標準液于 10 mL 比色管中，加無水乙醇至 5.0 mL，加入質量濃度 5g/100 mL NaNO2溶液0.3 mL，搖勻放置6 min，再加入質量濃度10 g/100mL Al(NO3)3溶液0.3 mL，搖勻放置6 min，最后加1 mol/L NaOH溶液4 mL，用無水乙醇溶液補至刻度，搖勻放置10 min后，以無水乙醇為空白對比，在510 nm處測定其吸光度，吸光度(A)與溶液質量濃度(C)進行線性回歸，得回歸方程 A=10.993C+0.0011，R=0.9997.

1.3.2 馬鞭草中總黃酮的提取及含量測定

稱取處理好的馬鞭草粉末2.000 g于錐形瓶中，在不同條件下進行超聲波輔助提取，提取液經抽濾后用相同體積分數的乙醇溶液定容至一定體積，準確吸取一定體積的提取液，加0.05 g/mL亞硝酸鈉溶液0.2 mL，搖勻后放置6 min，加0.1 g/mL硝酸鋁溶液0.2 mL，搖勻后放置6 min，加1.0 mol/L氫氧化鈉溶液2.0 mL，再加乙醇定容至10 mL，搖勻，放置15 min，510 nm波長處測定其吸光度，根據回歸方程由吸光度求出各處理一定體積的提取液中黃酮的含量，并按照(1)計算出黃酮類化合物提取率.在單因素試驗的基礎上，選取4因素3水平進4行L9(34)正交試驗，確定最佳提取工藝.

1.3.3 馬鞭草中黃酮類化合物對羥基自由基的清除率測定

參照文獻［8］的方法.取5 支具塞試管依次向其中各加入 2.0 mmol/L FeSO42.0 mL、1.0 mmol/L H2O22.0 mL，振蕩，搖勻.再加入6.0 mmol/L水楊酸3.0 mL，搖勻，于37℃水浴加熱15 min.加熱完畢于510 nm波長處分別測定吸光度A0.之后分別向 5 支試管中加入待試樣品(馬鞭草的乙醇提取物，黃酮含量為 0.4312 mg/mL)0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，接著再分別添加超純水 0.8、0.6、0.4、0.2、0.0 mL，搖勻，繼續水浴加熱 15 min，待加熱完畢后再次分別測其吸光度 Ax.對照實驗:用 2.0 mL 蒸餾水取代H2O2溶液，嚴格重復上述過程，測吸光度Ax0，則樣品對羥自由基的清除率計算見式(2).

1.3.4 馬鞭草中黃酮類化合物對超氧陰離子自由基的抗氧化作用

1.3.4.1 對超氧陰離子自由基清除率的測定

參照文獻［9，10］的方法.取6 支試管，分別編號為 0、1、2、3、4、5，各加入4.5 mL pH8.2 的50 mmol/LTris－HC1 緩沖液，再分別加入質量濃度為 0.4335 mg/mL 的黃酮提取液 0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，然后依次加蒸餾水 1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0 mL，混勻后在25℃恒溫水浴中保溫20 min，取出后立即加入在25℃預熱過的3.0 mmol/L鄰苯三酚溶液0.3 mL(以10.0 mmol/LHCl溶液配制)啟動反應.5 min后加4滴10.0 mol/L鹽酸終止反應.同時另取 6支試管，分別編號為 0’、1’、2’、3’、4’、5’，按上述步驟依次加入 Tris－HCl緩沖液、黃酮類化合物提取液和蒸餾水，然后分別加10.0 mmol/L鹽酸0.3 mL，5 min后加4滴10.0 mol/L鹽酸終止反應.在325 nm 處用管0調零，測管0’的吸光度，為A對照;用管1調零，測管1’的吸光度，為A加藥1，再依次用管 2、3、4、5 調零測管 2’、3’、4’、5’的吸光度，得 A加藥2、A加藥3、A加藥4、A加藥5.按照式(3)計算各質量濃度黃酮類化合物提取液對超氧陰離子自由基的清除率.

1.3.4.2 對超氧陰離子自由基生成速度的抑制率測定

按照上述(黃酮類化合物提取液對超氧陰離子自由基清除率的測定)的反應體系，反應啟動后，每30 s測一相應的A值，至5 min止.將所得的A值與時間進行回歸分析，其斜率為超氧陰離子自由基的生成速度V.然后按公式(4)計算出各質量濃度黃酮類化合物提取液對超氧陰離子自由基生成速度的抑制率.

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 乙醇體積分數對馬鞭草總黃酮提取效果的影響

在超聲提取溫度為60℃、超聲提取時間20 min、超聲波功率400 W、固液比1∶30(g/mL)的條件下，分別考察體積分數為40%、50%、60%、70%、80% 的乙醇溶液對馬鞭草總黃酮提取效果的影響，結果如圖1所示.

從圖1可以看出，提取率隨著乙醇體積分數的增大而提高，當乙醇濃度上升至70%以后，總黃酮的提取率提高幅度趨于平穩，雖然在實驗范圍內，用80%乙醇作為提取劑時，得到的提取率最高，但實驗發現此時提取出的非黃酮類干擾物質也越多，同時考慮到經濟效益、提取成本等問題，選擇乙醇體積分數在60% ～70%范圍內是適宜的.

2.1.2 超聲提取時間對馬鞭草總黃酮提取效果的影響

在超聲提取溫度為60℃、超聲波功率400 W、乙醇體積分數70%、固液比1∶30(g/mL)條件下，分別考察超聲提取時間為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min條件下，超聲輔助提取對馬鞭草中總黃酮提取效果的影響，結果如圖2所示.

從圖2可以看出，超聲提取時間在5～20 min之間提取率變化較大，在20 min達到最大值，然后提取率隨著時間的延長開始下降，這可能是時間過長，黃酮類物質易于分解，且時間過長，溫度容易偏高，使細胞內蛋白凝固，黃酮類物質不易溶出.因此超聲提取時間控制在20 min左右較佳，有鑒于此，在以下的正交實驗中提取時間不再作為一個主要因素予以考察.

圖1 乙醇體積分數對馬鞭草中總黃酮提取率的影響

圖2 超聲提取時間對馬鞭草中總黃酮提取率的影響

2.1.3 超聲波功率對馬鞭草總黃酮提取效果的影響

在超聲溫度60℃、超聲時間20 min、乙醇體積分數70%、固液比1∶30(g/mL)的條件下，分別考察超聲功率為300 W、400 W、500 W、600 W、700 W時，提取工藝對馬鞭草總黃酮提取效果的影響，結果如圖3所示.

圖3 超聲波功率對馬鞭草中總黃酮提取率的影響

圖4 超聲提取溫度對馬鞭草中總黃酮提取率的影響

由圖3可知，隨著超聲功率的提高，總黃酮的提取率逐漸增加，在超聲功率為500 W時達到最大，之后反而降低，因此選擇500 W功率為適宜超聲功率.

2.1.4 超聲提取溫度對馬鞭草總黃酮提取效果的影響

在超聲功率400 W、超聲時間20 min、乙醇體積分數70%、固液比1∶30(g/mL)條件下，分別考察超聲提取溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃時對馬鞭草總黃酮提取效果的影響，結果如圖4所示.

從圖4可以看出，隨著提取溫度的升高，總黃酮的提取率也隨之升高，當溫度達到60～70℃時總黃酮提取率處于較高值，當溫度高于75℃以后，總黃酮的提取率隨著溫度升高而開始降低，這是因為溫度過高時，乙醇(沸點78℃)對提取物質間的氫鍵的締合力降低，溶解度減小，故總黃酮的提取率減小，提取效果降低.因此，可將超聲輔助提取溫度控制在70℃附近為宜.

2.1.5 固液比對馬鞭草黃酮類化合物提取效果的影響

在超聲功率400 W、超聲時間20 min、乙醇體積分數70%、超聲溫度60 ℃條件下，分別考察固液比為 1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g/mL)時對馬鞭草黃酮類化合物提取效果的影響，結果如圖5所示.

由圖5可知，隨著固液比的增大，總黃酮提取率逐步升高，當固液比達到1∶40后，進一步提高固液比，提取率增加趨于緩慢，考慮提取效益、溶劑成本及回收問題，選取固液比為1∶40(g/mL)是適宜的.

2.2 正交試驗設計及結果

綜合單因素試驗的結果，利用極差法確定出乙醇體積分數、超聲提取時間、固液比、超聲提取溫度為影響馬鞭草中總黃酮提取效果的主要因素，對上述4個因素以總黃酮提取率為評判指標，選用L9(34)正交表進行試驗優選方案設計，其因素水平設置見表1，試驗結果如表2所示.

圖5 固液比對馬鞭草中總黃酮提取率的影響

表1 因素水平設計表

表2 L9(34)正交試驗設計及結果

由表2結果可知，影響馬鞭草中總黃酮提取率4個主要因素的主次順序為:D＞B＞A＞C，即固液比＞超聲波功率＞提取溫度＞乙醇體積分數.通過極差分析，結果表明，正交試驗得到的最佳提取工藝為:A3B2C3D3，即在提取時間20 min，選用固液比為1∶40(g/mL)，乙醇體積分數為70%，超聲輔助提取溫度為70℃，超聲波功率為500 W.采用上述最佳提取工藝條件進行3次重復實驗，得到的馬鞭草中黃酮類化合物提取率分別為2.88%、2.87%、2.86%，進而得出黃酮類化合物提取率的平均值為2.87%，相對標準偏差(RSD)為0.121%.由此可見，經過正交實驗篩選出來的馬鞭草中總黃酮提取工藝條件是最優的組合，實驗結果穩定可靠，具有良好的可操作性和重現性.

2.3 鞭草中黃酮類化合物對羥自由基的抗氧化性

近來大量研究成果表明，黃酮類化合物一方面通過其清除自由基的作用，直接抑制癌細胞的生長、從而提高機體免疫力而實現抗癌、防癌的作用，另一方面，該類化合物還能有效地阻止脂質過氧化引起的細胞破壞，起到天然抗氧化劑的功效［11］.由圖6可以看出，馬鞭草中黃酮類化合物對羥自由基有很高的清除率，在一定范圍內隨著黃酮質量濃度的增大，清除率逐漸增大，最高可達90%以上，也即清除率與黃酮的用量存在著一定的量效關系.

圖6 馬鞭草黃酮質量濃度對羥基自由基清除率的影響

圖7 馬鞭草黃酮質量濃度對超氧陰離子自由基清除率和抑制率的影響

2.4 馬鞭草中黃酮類化合物對超氧陰離子自由基的抗氧化性

由圖7可以看出，在所選質量濃度范圍內，馬鞭草黃酮對鄰苯三酚自氧化體系所產生的超氧陰離子自由基同樣具有良好的消除和抑制作用，且馬鞭草黃酮清除和抑制超氧陰離子自由基的能力隨著黃酮加入量的增加而明顯上升，即清除和抑制率與黃酮的用量存在著一定的量效關系.

3 結論

(1)超聲波提取方法具有操作簡便、無需加熱、提取率高、速度快、效果好、提取物結構不被破壞等優點，該研究通過超聲波輔助提取馬鞭草中總黃酮的單因素和正交試驗確定了總黃酮提取的最優條件:乙醇溶液體積分數70%、固液比1∶40(g/mL)、超聲功率500 W、超聲溫度70℃條件下提取20 min，在此條件下提取率可達2.87%.

(2)抗氧化性實驗表明，馬鞭草中黃酮類化合物具有良好的清除羥自由基、超氧陰離子自由基的能力，在實驗濃度范圍內呈現出良好的量效關系，可作為食品功能因子，在醫藥和保健食品工業中有著很好的應用前景.

［1］張立衛，羅玉梅.馬鞭草臨床應用近況［J］.現代醫藥衛生，2007，23(03):351－353.

［2］陳改敏，張建業，洪廣峰，等.馬鞭草中總黃酮的含量測定［J］.中國現代應用藥學雜志，2006，23(8):798－799.

［3］肖培根.新編中藥志(第三卷)［M］.北京:化學工業出版社，2002.32.

［4］孟良玉，蘭桃芳，盧佳琨，等.敗醬草中黃酮類化合物的提取及其抗氧化活性［J］.食品科學，2010，31(24):214－217.

［5］卞杰松，鄧斌，王存嫦，等.超聲波提取馬鞭草中黃酮類化合物的工藝研究［J］.時珍國醫國藥，2009，20(6):1420－1421.

［6］嚴偉，李淑芬，田松江.超聲波協助提取技術［J］.化工進展，2002，21(9):469－651.

［7］趙兵，王玉春，歐陽潘，等.超聲波在植物提取中的應用［J］.中草藥，1999，30(9):1－3.

［8］曹曉霞，李翠芹，王喆之.翅莖香青中黃酮類物質的提取及其抗氧化性研究［J］.現代生物醫學進展，2008，8(4):692－694.

［9］秦小明，林華娟，寧恩創，等.金花茶葉水提物的抗氧化活性研究［J］.食品科技，2008(2):189－191.

［10］章愛華，鄧斌，蔣剛彪，等.馬齒莧黃酮提取液抗氧化活性的初步研究［J］.食品科技，2008(8):140－145.

［11］烏蘭格日樂，白海泉，翁慧.黃酮抗氧化活性研究進展［J］.內蒙古民族大學學報，2008，23(3):277－280.