響應面法優化核桃枝多酚的提取工藝及體外抗氧化活性研究Δ

王曉嵐，劉冬梅，段 煜（濰坊醫學院藥學院，山東濰坊 261053）

響應面法優化核桃枝多酚的提取工藝及體外抗氧化活性研究Δ

王曉嵐＊，劉冬梅，段 煜#（濰坊醫學院藥學院，山東濰坊 261053）

目的：優化核桃枝多酚的提取工藝并評價其體外抗氧化活性。方法：以核桃枝多酚提取量為響應值，以料液比、提取溫度和乙醇體積分數為響應因子，在單因素試驗的基礎上，采用響應面法優化核桃枝多酚的提取工藝；以維生素C為陽性對照，考察核桃枝多酚對羥自由基、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基的清除能力及總還原能力，評價其體外抗氧化活性。結果：優化的核桃枝多酚的提取條件為料液比1∶25（g/mL）、提取溫度50℃、乙醇體積分數70%；驗證試驗中核桃枝多酚的提取量為9.30 mg/g（RSD＝0.57%，n＝3）。核桃枝多酚在質量濃度分別為12.0、3.0、3.0 μg/mL時對羥自由基、DPPH自由基的清除率和總還原能力分別為50.24%、95.42%、1.118，同質量濃度下維生素C的相關數據分別為93.71%、46.17%、0.628（P＜0.05）。結論：用響應面法優化得到的核桃枝多酚提取工藝穩定、可行；核桃枝多酚具有一定的體外抗氧化活性。

核桃枝；多酚；提取工藝；響應面法；抗氧化活性

核桃（Juglans regia L.），又名胡桃，為胡桃科（Juglandaceae）核桃屬（Juglans L.）植物。核桃枝為核桃的嫩枝，具有殺蟲止癢、解毒散結的功效，現代藥理研究表明其可用于治療食管癌、乳腺癌、胃癌及淋巴系統腫瘤等[1-2]。已有研究表明，核桃果實、殼、青衣含有豐富的多酚類物質，并具有良好的抗氧化活性[3]，而國內外文獻中對核桃枝多酚含量及其活性的文獻報道較少。響應面法能以較少的試驗次數和較短的時間對所選的考察因素及試驗參數進行較全面的研究，故目前較多地應用于生物醫藥領域[4]。筆者在本文中采用響應面法對核桃枝多酚的提取工藝進行優化研究，并考察提取所得的核桃枝多酚的體外抗氧化活性，旨在為核桃枝的開發利用提供參考。

1 材料

1.1 儀器

UV-5100紫外-可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）；EL204電子分析天平[瑞士梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]。

1.2 藥材、藥品與試劑

新鮮核桃枝于2016年4月采自山東濰坊，由濰坊醫學院生藥學教研室許崇梅副教授鑒定為核桃的新鮮枝條（核桃枝置于－40℃冰箱中凍存，臨用時粉碎，過50目篩）；沒食子酸對照品（批號：110831-201206，供含量測定用）、維生素C對照品（批號：100425-201103，純度：100%）均來源于中國食品藥品檢定研究院；福林酚試劑（國藥集團化學試劑有限公司）；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）購自美國Sigma公司；其余試劑均為分析純，水為去離子水。

2 方法與結果

2.1 多酚含量的測定

2.1.1 標準曲線的繪制 采用福林酚法[5]。制備100 μg/mL的沒食子酸對照品貯備液，準確移取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL置于50 mL量瓶中，加入5 mL福林酚試劑，搖勻，加入10 mL 20%碳酸鈉溶液，水定容至刻度，室溫反應2 h。于760 nm波長處測定吸光度（A），以沒食子酸對照品溶液質量濃度為橫坐標（c）、A為縱坐標繪制標準曲線，得回歸方程：A＝188.46c+0.018 5（R2＝0.999 4），表明沒食子酸檢測質量濃度線性范圍為1.0～5.0 μg/mL。

2.1.2 核桃枝多酚含量的測定 準確稱取核桃枝粉末5.0 g置于圓底燒瓶中，以一定料液比加入一定體積分數的乙醇溶液，在一定溫度下，回流提取一定時間，抽濾，定容于250 mL量瓶中。準確移取200 μL提取液置于10 mL量瓶中，加入1 mL福林酚試劑，搖勻后，加入2 mL 20%碳酸鈉溶液，加水定容至刻度，室溫反應2 h。于760 nm波長處測定A，代入回歸方程，計算多酚提取量（mg/g）＝核桃枝中多酚質量/核桃枝藥材質量。

2.1.3 含量測定的方法學驗證 準確稱取核桃枝粉末5.0 g，加入100 mL 70%乙醇溶液，在50℃時提取90 min，作為供試品溶液。（1）準確度試驗：通過加樣回收率試驗考察。向供試品溶液中加入一定量的沒食子酸對照品溶液，按照“2.1.2”項下方法檢測多酚含量，計算回收率為99.03%（RSD＝0.74%，n＝6）。（2）重復性試驗：取同一質量濃度供試品溶液6份，檢測多酚含量，結果RSD為0.71%（n＝6），表明該方法重復性良好。（3）穩定性試驗：取同一供試品溶液，按照“2.1.2”項下方法分別放置0、2、4、8、10、12、24 h后取樣檢測，結果吸光度的RSD為1.12%（n＝7），表明供試品溶液在24 h內基本穩定。（4）精密度試驗：分別取同一質量濃度沒食子酸對照品溶液，連續測量6次，結果吸光度的RSD為0.41%（n＝6），表明該儀器精密度良好。以上方法學試驗結果顯示，該方法穩定、可靠，可用于核桃枝多酚的含量測定。

2.2 單因素試驗

2.2.1 料液比對多酚提取量的影響 準確稱取核桃枝粉末5.0 g，按照“2.1.2”項下方法，在提取時間90 min、提取溫度50℃、乙醇體積分數50%條件下平行測定3次，考察料液比為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40時對多酚提取量的影響，結果見圖1A。

圖1 各因素對多酚提取量影響的單因素試驗Fig 1 Single factor test for the effects of each factor on extraction amount of polyphenols from J.regia branch

由圖1A可知，料液比在1∶15～1∶25范圍內，隨著溶劑用量的增加，多酚提取量明顯升高；當料液比為1∶25時，提取量達到最大值8.24 mg/g；此后隨著溶劑用量的增加，多酚提取量無顯著增加，反而有下降趨勢。因此，選擇料液比1∶20～1∶30進行響應面優化試驗。

2.2.2 提取溫度對多酚提取量的影響 準確稱取核桃枝粉末5.0 g，按照“2.1.2”項下方法，在提取時間90 min、料液比1∶25、乙醇體積分數50%條件下平行測定3次，考察提取溫度為20、30、40、50、60、70℃時對多酚提取量的影響，結果見圖1B。

由圖1B可知，提取溫度在20～50℃范圍內，多酚提取量隨著溫度的升高而增加；超過55℃后，溫度繼續升高，多酚提取量呈下降趨勢，這可能是由于溫度過高使熱不穩定的多酚被破壞所致。因此，選擇提取溫度40～60℃進行響應面優化試驗。

2.2.3 乙醇體積分數對多酚提取量的影響 準確稱取核桃枝粉末5.0 g，按照“2.1.2”項下方法，在提取時間90 min、料液比1∶25、提取溫度50℃條件下平行測定3次，考察乙醇體積分數為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%時對多酚提取量的影響，結果見圖1C。

由圖1C可知，當乙醇體積分數在30%～70%范圍內，隨著乙醇體積分數的增大，多酚提取量顯著增加；當乙醇體積分數達到70%時，多酚提取量達到最大值；此后多酚提取量呈下降趨勢。因此，選擇乙醇體積分數60%～80%進行響應面優化試驗。

2.2.4 提取時間對多酚提取量的影響 準確稱取核桃枝粉末5.0 g，按照“2.1.2”項下方法，在料液比1∶25、提取溫度50℃、乙醇體積分數50%條件下平行測定3次，考察提取時間為30、60、90、120、150 min時對多酚提取量的影響，結果見圖1D。

由圖1D可知，提取時間在30～90 min時，多酚提取量隨著提取時間延長而顯著增加；提取時間為90 min時多酚提取量達到最大；此后隨著提取時間的延長，多酚提取量反而降低，這可能由于時間的增加使部分多酚被氧化而導致含量降低。因此，選擇提取時間為90 min。

2.3 響應面法優化核桃枝多酚的提取條件

2.3.1 響應模型的建立和分析 在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理[6]，設定提取時間為90 min，核桃枝粉末用量5.0 g，選取料液比（X1）、提取溫度（X2）和乙醇體積分數（X3）這3個影響較為顯著的因素作為考察變量，采用3因素3水平的響應面分析法，以多酚提取量為響應值，對核桃枝多酚提取工藝進行優化。多酚含量測定按照“2.1.2”項下方法。因素與水平見表1，試驗方案與結果見表2。

表1 因素與水平Tab 1 Factors and levels

表2 試驗方案與結果Tab 2 Design and results of tests

利用Design-Expert 8.0軟件對表2試驗數據進行二次多項式回歸擬合，得多酚提取量對X1、X2、X3的數學回歸模型為：多酚提取量（mg/g）＝9.34+0.32X1+0.41X2－0.3X3－0.24X1X2－0.28X1X3+0.1X2X3－0.84X12－1.17X22－1.1X32。對此模型進行方差分析，結果見表3；繪制響應面和等高線圖，見圖2。

響應面圖上等高線的形狀可反映交互效應的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，圓形則表示交互作用不顯著[7]。由圖2可知，X1與X2的曲面變化幅度較大，提示料液比和提取溫度對多酚提取量的影響最為顯著；其次為乙醇體積分數，表現為曲面變化幅度較平緩，這與方差分析結果一致。由等高線的形狀可知，X1與X2的等高線呈橢圓形，提示二者交互作用最為顯著；X1與X3的交互作用次之；X2與X3的等高線近似圓形，提示二者交互作用不顯著。

表3 方差分析結果Tab 3 Variance analysis results

圖2 各因素對多酚提取量影響的響應面和等高線圖Fig 2 Response surface and contour plots for the effects of each factor on extraction amount of polyphenols

通過響應面法進行多元回歸模型預測，得到最優提取工藝條件為：料液比1∶25.76（g/mL）、提取溫度51.56℃、乙醇體積分數68.89%。該條件下多酚提取量預測值為9.42 mg/g。

2.3.2 驗證試驗 準確稱取核桃枝粉末5.0 g，考慮實際操作條件，重新調整設定各參數為料液比1∶25（g/mL）、提取溫度50℃、乙醇體積分數70%，在此條件下核桃枝多酚提取量為9.30 mg/g（RSD＝0.57%，n＝3），與預測值相對誤差為1.28%。驗證值與預測值比較接近，提示采用響應面法優化所得核桃枝多酚提取條件穩定。

為了適應工業生產，驗證提取工藝的可靠性，進行了放大試驗。準確稱取核桃枝粉末250.0 g，各3份，按上述條件提取多酚，測得多酚提取量分別為9.29、9.35、9.31 mg/g，均值為9.32 mg/g（RSD＝0.33%，n＝3），與預測值相對誤差為1.07%，實測值與預測值比較接近。

2.4 核桃枝多酚體外抗氧化活性研究

2.4.1 羥自由基清除能力 采用經典羥自由基清除率檢測方法[8]。在10 mL具塞刻度試管中，依次分別加入1.0 mL的4.5 mmol/L硫酸亞鐵、1.0 mL的4.5 mmol/L水楊酸-乙醇溶液，搖勻，分別準確加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL質量濃度為50 μg/mL（以核桃枝多酚提取物質量計，溶劑為乙醇溶液，下同）的核桃枝多酚溶液及2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8 mL水，最后加入1.0 mL的4.4 mmol/L過氧化氫溶液，于37℃水浴反應30 min，在510 nm波長處測A。將加入樣品溶液體積為0 mL的試管的A記為A0，其余試管記為Ai，用1 mL水代替1 mL過氧化氫溶液所得A記為Ai0，以維生素C為陽性對照，平行測定3次，取平均值。計算清除率{[1－（Ai－Ai0）/A0]× 100%}，得多酚質量濃度分別為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 μg/mL時對羥自由基的清除率為10.32%、19.87%、27.24%、36.73%、42.17%、50.24%（維生素C為93.71%）。采用SPSS 16.0軟件進行獨立樣本t檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義（下同），結果見圖3A。

圖3 核桃枝多酚的體外抗氧化活性測定結果Fig 3 Determination results of antioxidant activity in vitro of polyphenols from J.regia branch

由圖3A可知，在試驗質量濃度范圍內，核桃枝多酚和維生素C均具有清除羥自由基的作用，且清除率隨著質量濃度的增大而升高，呈明顯的劑量依賴關系。但多酚對羥自由基的清除率明顯低于相同質量濃度的維生素C，二者比較差異有統計學意義（P＜0.05）。

2.4.2 DPPH自由基清除能力 采用經典DPPH自由基清除率檢測方法[9]。在10 mL具塞刻度試管中，精密加入2.0 mL的0.04 mg/mL DPPH乙醇溶液，分別準確移取20、40、60、80、100、120 μL質量濃度為125.0 μg/mL的核桃枝多酚溶液，加水至5 mL，充分混合，室溫避光反應30 min，571 nm波長處測定A，記為Ai；以等體積無水乙醇代替多酚提取液，同法操作所得A記為A0；以等體積無水乙醇代替DPPH乙醇溶液，加入不同質量濃度的多酚提取液，同法操作所得A記為Ai0；以維生素C為陽性對照，平行測定3次，取平均值，計算清除率。結果，多酚質量濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 μg/mL時，對DPPH自由基的清除率分別為19.30%、41.21%、58.00%、73.75%、84.37%、95.42%（維生素C為46.17%），結果見圖3B。

由圖3B可知，在試驗質量濃度范圍內，核桃枝多酚和維生素C均具有清除DPPH自由基的作用，且清除率隨著質量濃度的增大而升高，呈明顯的劑量依賴關系。并且在相同質量濃度下，多酚的清除率明顯高于維生素C，二者比較差異有統計學意義（P＜0.05）。

2.4.3 總還原能力 采用普魯士藍法[10]。在700 nm波長下測定A，待測樣品的A越大，其還原力越強，抗氧化活性就越強[11]。準確移取20、40、60、80、100、120 μL質量濃度為125.0 μg/mL的核桃枝多酚溶液，加水至0.5 mL，依次加入1.0 mL pH 6.6的磷酸鹽緩沖溶液、2.0 mL 1%鐵氰化鉀，于50℃水浴20 min后急速冷卻，加入1.0 mL 10%三氯乙酸、0.5 mL 0.1%三氯化鐵，搖勻，室溫下靜置10 min；以維生素C為陽性對照，在700 nm波長處測A，平行測定3次，取平均值。結果，核桃枝多酚質量濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 μg/mL時，A分別為0.284、0.621、0.832、0.97、1.084、1.118（維生素C為0.628），結果見圖3C。

由圖3C可知，在試驗質量濃度范圍內，隨核桃枝多酚和維生素C的質量濃度增大而A明顯增加，提示二者均具有良好的還原能力，且核桃枝多酚的還原能力要優于維生素C，二者比較差異有統計學意義（P＜0.05）。

3 討論

本研究通過響應面法得到核桃枝多酚的最優提取工藝，驗證試驗結果顯示采用該工藝得到的多酚提取量符合理論預測值，提示采用Box-Behnken響應面法優化核桃枝多酚提取條件可行，并且可以為核桃枝多酚提取的產業化提供指導。

本研究從羥自由基和DPPH自由基的清除能力及總還原能力3個方面對核桃枝多酚體外抗氧化活性進行了評價，較全面地反映了核桃枝多酚的抗氧化活性。試驗結果顯示，核桃枝多酚具有良好的體外抗氧化活性，其在清除DPPH自由基和總還原能力方面優于等量維生素C，可作為潛在的天然抗氧化劑和自由基清除劑加以開發。

生命科學研究表明，人類的某些疾病（如腫瘤、心腦血管疾病）的發病機制與體內物質的氧化有著密切的聯系，從天然產物中尋找抗氧化劑是目前研究的熱點[12]。多酚類化合物是一類活性較強的抗氧化物質，而目前對核桃枝多酚的提取方式和提取物活性研究的文獻報道較少[13]，因此本研究對核桃枝資源的開發利用具有一定的指導意義。但同時本研究也存在著一定的局限性，如未對核桃枝多酚的體內抗氧化活性進行評價，未確定核桃枝多酚的具體種類和成分，這些研究將在后續工作中進行。

[1] 南京中醫藥大學.中藥大辭典：上冊[M].2版.上海：上海科學技術出版社，2006：2184.

[2] 于冬梅，劉熙，李冬梅，等.云南漾濞泡核桃殼醇沉物對人肺癌、肝癌細胞增殖的影響[J].中成藥，2015，37（10）：2299-2302.

[3] 郜海燕，李興飛，陳杭君，等.山核桃多酚物質提取及抗氧化研究進展[J].食品科學，2011，32（5）：336-340.

[4] 楊欣，宋健平，關業枝，等.響應面法優化巴戟天低聚糖提取工藝[J].中國藥房，2015，26（34）：4847-4850.

[5] 黃雅，陳華國，周欣，等.黔產接骨草中總多酚的含量測定及抗氧化活性研究[J].天然產物研究與開發，2017，29（2）：255-263.

[6] 金林，趙萬順，郭巧生，等.響應面法優化白芍提取工藝的研究[J].中國中藥雜志，2015，40（15）：2988-2993.

[7] Sun Y，Wu WQ，Zhang WQ，et al.Optimizing the extraction of phenolic antioxidants from Kudingcha made from Ilexkudingcha C.J.Tseng by using response surface methodology[J].Separation and Purification Technology，2011，78（3）：311-320.

[8] 王春景，胡小梅，張鼎，等.雞眼草抗氧化活性部位的篩選及其黃酮和總酚含量[J].中藥材，2014，37（5）：868-871.

[9] 樂世俊，唐于平，王林艷，等.紅花中黃酮類化合物的分離與體外抗氧化研究[J].中國中藥雜志，2014，39（17）：3295-3300.

[10] 于侃超，楊曉杰，王瑤，等.不同提取方法對桔梗多糖體外抗氧化性的影響[J].天然產物研究與開發，2016，28（2）：251-256.

[11] 曾維才，石碧.天然產物抗氧化活性的常見評價方法[J].化工進展，2013，32（6）：1205-1213.

[12] 杜玉，婁紅祥.天然植物抗氧化劑的作用機制研究概況[J].中藥材，2006，29（7）：739-743.

[13] 潘喬丹，黃元河，杜清華，等.核桃根和枝不同極性成分的抗氧化活性[J].江蘇農業科學，2013，41（10）：262-264.

Optimization of Extraction Technology of Polyphenols from Juglans regia Branch by Response Surface Method and Study on Its Antioxidant Activity in vitro

WANG Xiaolan，LIU Dongmei，DUAN Yu（School of Pharmacy，Weifang Medical University，Shandong Weifang 261053，China）

Juglans regia branch；Polyphenols；Extraction technology；Response surface method；Antioxidant activity

R284.2；R285.5

A

1001-0408（2017）22-3124-05

2016-11-09

2017-04-13）

（編輯：劉 萍）

山東省自然科學基金資助項目（No.ZR2013HQ024）

＊講師，碩士。研究方向：天然藥物化學。電話：0536-8462493。E-mail：xiaolan_wang@126.com

#通信作者：副教授，博士。研究方向：天然藥物化學。電話：0536-8462493。E-mail：yuduan78@126.com

DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.22.27

ABSTRACTOBJECTIVE：To optimize the extraction technology of polyphenols from Juglans regia branch and evaluate its antioxidant activity in vitro.METHODS：Using extraction amount of polyphenols from J.regia branch as response value，solvent-solid ratio，extraction temperature and ethanol volume fraction as response factors，based on single factor test，response surface method was used to optimize the extraction technology of polyphenols from J.regia branch.Using vitamin C as positive control，scavenging on hydroxyl radicals and 1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl（DPPH）radicals and total reducing activities of polyphenols from J.regia branch were investigated.And its antioxidant activity in vitro was evaluated.RESULTS：Optimized extraction conditions for polyphenols from J.regia branch was as follow as solid-liquid ratio of 1∶25（g/mL），extraction temperature of 50℃，ethanol volume fraction of 70%.The extraction amount of polyphenols from J.regia branch was 9.30 mg/g（RSD＝0.57%，n＝3）in the verification test.Clearance rate on hydroxyl radicals and DPPH radicals and total reducing activity of polyphenols from J.regia branch were respectively 50.24%，95.42%，1.118 when it was under the mass concentration of 12.0，3.0，3.0 μg/mL；and the related data of vitamin C was 93.71%，46.17%，0.628 under the same mass concentration（P＜0.05）.CONCLUSIONS：Extraction technology of polyphenols from J.regia branch optimized by response surface method is stable and feasible；polyphenols from J.regia branch shows certain antioxidant activity in vitro.