论文部分内容阅读
摘要 [目的]采用淮山为原料，研究淮山水提物的抗氧化活性。[方法]以淮山水提液对超氧阴离子、羟基自由基的清除率为考察指标，通过单因素和正交试验优化水提工艺。[结果]最佳水提工艺条件为提取温度70 ℃、液料比60∶1、提取时间160 min，在此工艺条件下，淮山水提物对超氧阴离子的清除率为11.15%，对羟基自由基的清除率为13.06%。[结论]淮山水提物对羟基和超氧阴离子的自由基均表现出较强的清除能力，具有较强的抗氧化活性。
关键词 淮山；水提液；抗氧化活性；优化工艺
中图分类号 S53 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）15-069-03
Study on the Antioxidant Activity of Aqueous Extract from Dioscorea fordii Prain et Burkill
ZHOU Chang，ZHOU Nong，LIU Ya* et al
（Agricultural College， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， GuangDong 524088）
Abstract [Objective]Taking Dioscorea fordii Prain et Burkill as material， the antioxidant activities of its aqueous extracts were studied. [Method]Using the scavenging rate of superoxide anion and hydroxyl radical as indices，the single factor and orthogonal experimental design were employed to optimize the extracting technology for Dioscorea fordii Prain et Burkill by hot water.[Result]The optimum conditions was 70 ℃， an liquid-to-solid ratio of 60∶1， 160 min. The scavenging rate of superoxide anion and hydroxyl radical of aqueous extract were 1115% and 13.06% respectively. [Conclusion]The aqueous extract of Dioscorea fordii Prain et Burkill had great scavenging ability to superoxide anion and hydroxyl radical， indicating strong antioxidant activities.
Key words Dioscorea fordii Prain et Burkill；Aqueous extract；Antioxidant activity；Optimization of the technology
淮山又名山药、薯蓣，为薯蓣科植物，其分布的区域极广，遍及热带、亚热带等地区。由于栽种方式或因地区差异、品种差异，物种也是十分繁杂。淮山每年的产量均非常大。主要以其根块来提供食用，是我国传统的药食两用食物之一，也在我国保健食品中占有重要地位。淮山的根块肉质肥厚，且营养价值很高，研究表明，每100.00 g鲜山药中含蛋白质3.37 g、淀粉15.58 g、灰分0.70 g[1]。《神农本草经》[2]概括了淮山的五大功用“益肾气，健脾胃，止泄痢，化痰涎，润皮毛”，淮山可治疗脾胃虚弱、泄泻、体倦、食少、虚汗等病症。淮山皂苷成分具有明显的药理作用，如改善心脑血液循环 、防止心律失常、双向调节免疫力、抗缺氧和抗疲劳、抑制神经递质释放和调节腺苷酸环化酶活性等[3-4]。尿囊素是淮山的活性成分之一，它具有抗刺激、麻醉镇痛、消炎抑菌等作用，常用于治疗手足皴裂、鱼鳞病以及多种角化性皮肤病。尿囊素还能修复上皮组织，促进皮肤溃疡面和伤口愈合[5-6]。中医认为消渴的病机是阴虚燥热，淮山具有补肺健脾、益肾固精的功效，因此淮山成为治疗消渴病的常用药物之一。国外研究报道，淮山粗提物对禁食大鼠和兔有降血糖作用，能控制四氧嘧啶引起的高血糖，其乙醇提取物的水溶液部分与降血糖活性有关[7]。Hikino研究认为日本产的日本淮山块茎中含有降血糖多糖酶，在药理试验中提示能降低小鼠血糖浓度[8]。淮山还具有抗氧化、免疫调节、保肝、延缓衰老、抗肿瘤等作用。可见淮山功效非常广泛。
该研究以淮山为原料，经过热水浸提，并通过单因素和正交試验优化水提工艺条件，将其抗氧化活性成分充分提取出来，使淮山水提液具有最理想的抗氧化功效，以期为淮山进一步开发利用提供试验数据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试材。淮山，购于湛江市昌大昌超市。
1.1.2 主要试剂。三羟甲基氨基甲烷、邻苯三酚、硫酸亚铁、盐酸、水杨酸、过氧化氢（30%）均为国产分析纯。
1.1.3 仪器。电热恒温鼓风干燥器（9070MBE，上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；组织捣碎机（HR172，飞利浦家庭电器有限公司）；可见分光光度计（WFJ2100，尤尼柯（上海）仪器有限公司）；离心机（802，上海浦东物理光学仪器厂）；电热恒温水浴锅（HHS型，上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；托盘电子分析天平（AY120，日本岛津公司）；电子天平（BL220H，日本岛津公司）；紫外可见分光光度计（TU1800S，北京普析通用仪器有限责任公司）。 1.2 试验方法
1.2.1 淮山活性物质的提取。原料挑选→清洗→去皮→切片→干燥→粉碎→水提→抽滤→提取液备用。
1.2.2 操作要点。将市场上购买的新鲜淮山清洗干净，去掉表皮，然后切片；再将切片的淮山放在温度为105 ℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥；把已烘干的淮山干片粉碎成淮山粉，经测定淮山干粉水分含量为6.8%。称取一定量的淮山粉于250 ml三角瓶中，以水为提取剂70 ℃水浴恒温提取120 min。然后将淮山水提液进行真空抽滤，以除去悬浮物和杂质，得到白色澄清透明的淮山提取液，对真空抽滤后的水浴提取液进行抗氧化能力测定。
1.2.3 超氧阴离子清除率的测定。
根据文献[9]，取0.05 mol/L TrisHCl 缓冲液（pH = 8.2）4.5 ml，置于25 ℃水浴中预热20 min，分别加入1 ml试样和0.4 ml 25 mmol/L 邻苯三酚溶液，混匀后于25 ℃水浴中反应5 min，加入8 mol/L HCl 1 ml 终止反应，299 nm處测定吸光度（A0），空白对照组以相同体积的蒸馏水代替样品。
计算公式为：清除率=A0-AiA0×100%，式中，Ai为加入提取物后羟基自由基体系的吸光度值；
A0为未加提取物时羟基自由基体系的吸光度值。
1.2.4 羟基自由基清除率的测定。
根据文献[10]，在10 ml比色管中依次加入6 mmol/L的FeSO4溶液2.0 ml、6 mmol/L的水杨酸溶液2.0 ml、6 mmol/L的H2O2溶液2.0 ml，加入试样2.0 ml，在37 ℃水浴中恒温反应1 h后，于波长510 nm处测其吸光度值A0，在上述体系中分别加入不同量的提取物溶液测定吸光度值Ai。
计算公式为：清除率=A0-AiA0×100%，
式中，Ai为加入提取物后羟基自由基体系的吸光度值；A0为未加提取物时羟基自由基体系的吸光度值。
1.2.5 淮山活性物质提取单因素试验。
1.2.5.1 液料比对淮山提取的影响。准确称取淮山粉1.00 g，于250 ml锥形瓶中，按液料比分别为30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1，提取时间为160 min，提取温度为80 ℃，探讨液料比对淮山水提物提取效果的影响。
1.2.5.2 提取时间对淮山提取的影响。准确称取淮山粉100 g，于250 ml锥形瓶中，以60∶1的液料比，提取时间分别为40、80、120、160、200 min，提取温度为80 ℃，探讨提取时间对淮山水提物提取效果的影响。
1.2.5.3 提取温度对淮山提取的影响。准确称取淮山粉100 g，于250 ml锥形瓶中，以60∶1的液料比，提取时间为160 min，提取温度分别为50、60、70、80、90 ℃，探讨提取温度对淮山水提物提取效果的影响。
1.2.6 淮山水提工艺条件的优化。根据单因素试验的结果，以水提液对超氧阴离子、羟基自由基的清除率为考察指标，考察提取温度、料液比、提取时间对淮山水浴提取结果的影响，选择L9（33）正交试验，确定淮山最佳水提工艺条件，因素水平如表1所示。
2 结果与分析
2.1 淮山活性物质提取单因素试验
2.1.1 液料比对淮山提取的影响。
由图1可以观察得出，淮山水提物对羟基自由基的清除率略高于对超氧阴离子的清除率，表明淮山水提物对羟基自由基的清除效果比超氧阴离子好。随着液料比的增大，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率呈现缓慢上升的趋势，当液料比增加到50∶1之后，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基清除率均出现了一定程度的下降。因此，选择液料比分别为40∶1、50∶1、60∶1进行正交试验。
2.1.2 提取时间对淮山提取的影响。从图2可以看出，淮山水提物对羟基自由基的清除率略高于对超氧阴离子的清除率，表明淮山水提物对羟基自由基的清除效果比超氧阴离子强。伴随提取时间的增加，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率呈现上升的趋势，但增加的幅度缓慢。当提取时间为120 min时达较大值；在提取时间达120 min之后，随着时间的增加，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基清除率均出现了下降的趋势。因此，选择提取时间分别为80、120、160 min进行正交试验。
2.1.3 提取温度对淮山提取的影响。从图3可以看出，淮山水提物对羟基自由基的清除率略高于对超氧阴离子的清除率，表明淮山水提物对羟基自由基的清除效果比超氧阴离子好。淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率随着提取温度的增加均呈现上
升的趋势，但增加的幅度缓慢，当提取温度为70 ℃时达较大值；在提取温度达70 ℃之后，随着温度的升高，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率均出现了下降的趋势。因此，选择提取温度分别为60、70、80 ℃进行正交试验。
2.2 淮山水提工艺条件的优化
根据单因素试验的结果，以水提液对超氧阴离子、羟基自由基的清除率为考察指标，进行正交试验。由表2可知，影响淮山水提物对超氧阴离子清除率的因素的顺序依次为C>B>A，即提取温度>提取时间>液料比，最优组合为A3B3C2。
同理可知，影响淮山水提物对羟基自由基清除率的因素的顺序依次为A>C>B，即液料比>提取温度>提取时间，最优组合为A3B3C2。
由正交试验的结果可以看出，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率的最佳提取条件完全相同，最优组合为A3B3C2。在此工艺条件下，淮山水提物对超氧阴离子的清除率为1115%、对羟基自由基的清除率为13.06 %，具有较强的抗氧化功效。 3 结论
该试验以淮山为原料，研究淮山水提物的抗氧化活性，通過单因素试验和正交试验，确定了淮山水提物的最佳工艺条件是液料比为60∶1、提取时间为160 min、提取温度为70 ℃，在此工艺条件下，淮山水提物对超氧阴离子的清除率为11.15%、对羟基自由基的清除率为13.06%。试验表明，淮山水提物对羟基和超氧阴离子的自由基均表现出较强的清除能力。淮山水提物抗氧化活性的研究，可以为淮山新产品开发提供试验数据。
参考文献
[1] 孙在芝，丛晓东，张云，等.山药化学成分和质量控制研究进展[J].亚太传统医药，2011，7（9）：153-155.
[2] 罗大伦.《神农本草经》里的中药智慧——山药[J].食品与健康，2012（5）：36-37.
[3] 郝宇华，高春霖.腺苷对缺血心肌的保护作用[J].医学综述，2008（5）：769-772.
[4] ZANG W J，SUN L，YU X J.Cardioprotection of ischemic postconditioning and pharmacological post treatment with adenosine or acetylcholine[J].Acta Physiologica Sinica，2007，59（5）：593-600.
[5] 倪少云，宋学华.山药的营养成分分析[J].江苏药学与临床研究，2002，10（2）：26-27.
[6] 姜芳婷，李明静，史会齐，等.山药的研究[J].河南大学学报：医学科学版，2004（2）：4-6.
[7] MAURICE M.The hypoglycemic principle of Dioscorea dumetorum[J].Planta Medica，1990，56（1）：119.
[8] HIKINO H.Isolation and hypoglycemic activity of dioscoreans A，B，C，D and F：Glycans of Dioscorea japonica rhizophors[J].Planta Medica，1986，53（3）：168.
[9] 范晓，严小军，房国明，等.高分子量褐藻多酚抗氧化性质研究[J].水生生物学报，1999，23（5）：494-499.
[10] 郭青枝，赵二劳，白建华.沙棘叶提取物抗氧化性能研究[J].研究化学与生物工程，2008，25（3）：58-59.
关键词 淮山；水提液；抗氧化活性；优化工艺
中图分类号 S53 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）15-069-03
Study on the Antioxidant Activity of Aqueous Extract from Dioscorea fordii Prain et Burkill
ZHOU Chang，ZHOU Nong，LIU Ya* et al
（Agricultural College， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， GuangDong 524088）
Abstract [Objective]Taking Dioscorea fordii Prain et Burkill as material， the antioxidant activities of its aqueous extracts were studied. [Method]Using the scavenging rate of superoxide anion and hydroxyl radical as indices，the single factor and orthogonal experimental design were employed to optimize the extracting technology for Dioscorea fordii Prain et Burkill by hot water.[Result]The optimum conditions was 70 ℃， an liquid-to-solid ratio of 60∶1， 160 min. The scavenging rate of superoxide anion and hydroxyl radical of aqueous extract were 1115% and 13.06% respectively. [Conclusion]The aqueous extract of Dioscorea fordii Prain et Burkill had great scavenging ability to superoxide anion and hydroxyl radical， indicating strong antioxidant activities.
Key words Dioscorea fordii Prain et Burkill；Aqueous extract；Antioxidant activity；Optimization of the technology
淮山又名山药、薯蓣，为薯蓣科植物，其分布的区域极广，遍及热带、亚热带等地区。由于栽种方式或因地区差异、品种差异，物种也是十分繁杂。淮山每年的产量均非常大。主要以其根块来提供食用，是我国传统的药食两用食物之一，也在我国保健食品中占有重要地位。淮山的根块肉质肥厚，且营养价值很高，研究表明，每100.00 g鲜山药中含蛋白质3.37 g、淀粉15.58 g、灰分0.70 g[1]。《神农本草经》[2]概括了淮山的五大功用“益肾气，健脾胃，止泄痢，化痰涎，润皮毛”，淮山可治疗脾胃虚弱、泄泻、体倦、食少、虚汗等病症。淮山皂苷成分具有明显的药理作用，如改善心脑血液循环 、防止心律失常、双向调节免疫力、抗缺氧和抗疲劳、抑制神经递质释放和调节腺苷酸环化酶活性等[3-4]。尿囊素是淮山的活性成分之一，它具有抗刺激、麻醉镇痛、消炎抑菌等作用，常用于治疗手足皴裂、鱼鳞病以及多种角化性皮肤病。尿囊素还能修复上皮组织，促进皮肤溃疡面和伤口愈合[5-6]。中医认为消渴的病机是阴虚燥热，淮山具有补肺健脾、益肾固精的功效，因此淮山成为治疗消渴病的常用药物之一。国外研究报道，淮山粗提物对禁食大鼠和兔有降血糖作用，能控制四氧嘧啶引起的高血糖，其乙醇提取物的水溶液部分与降血糖活性有关[7]。Hikino研究认为日本产的日本淮山块茎中含有降血糖多糖酶，在药理试验中提示能降低小鼠血糖浓度[8]。淮山还具有抗氧化、免疫调节、保肝、延缓衰老、抗肿瘤等作用。可见淮山功效非常广泛。
该研究以淮山为原料，经过热水浸提，并通过单因素和正交試验优化水提工艺条件，将其抗氧化活性成分充分提取出来，使淮山水提液具有最理想的抗氧化功效，以期为淮山进一步开发利用提供试验数据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试材。淮山，购于湛江市昌大昌超市。
1.1.2 主要试剂。三羟甲基氨基甲烷、邻苯三酚、硫酸亚铁、盐酸、水杨酸、过氧化氢（30%）均为国产分析纯。
1.1.3 仪器。电热恒温鼓风干燥器（9070MBE，上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；组织捣碎机（HR172，飞利浦家庭电器有限公司）；可见分光光度计（WFJ2100，尤尼柯（上海）仪器有限公司）；离心机（802，上海浦东物理光学仪器厂）；电热恒温水浴锅（HHS型，上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；托盘电子分析天平（AY120，日本岛津公司）；电子天平（BL220H，日本岛津公司）；紫外可见分光光度计（TU1800S，北京普析通用仪器有限责任公司）。 1.2 试验方法
1.2.1 淮山活性物质的提取。原料挑选→清洗→去皮→切片→干燥→粉碎→水提→抽滤→提取液备用。
1.2.2 操作要点。将市场上购买的新鲜淮山清洗干净，去掉表皮，然后切片；再将切片的淮山放在温度为105 ℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥；把已烘干的淮山干片粉碎成淮山粉，经测定淮山干粉水分含量为6.8%。称取一定量的淮山粉于250 ml三角瓶中，以水为提取剂70 ℃水浴恒温提取120 min。然后将淮山水提液进行真空抽滤，以除去悬浮物和杂质，得到白色澄清透明的淮山提取液，对真空抽滤后的水浴提取液进行抗氧化能力测定。
1.2.3 超氧阴离子清除率的测定。
根据文献[9]，取0.05 mol/L TrisHCl 缓冲液（pH = 8.2）4.5 ml，置于25 ℃水浴中预热20 min，分别加入1 ml试样和0.4 ml 25 mmol/L 邻苯三酚溶液，混匀后于25 ℃水浴中反应5 min，加入8 mol/L HCl 1 ml 终止反应，299 nm處测定吸光度（A0），空白对照组以相同体积的蒸馏水代替样品。
计算公式为：清除率=A0-AiA0×100%，式中，Ai为加入提取物后羟基自由基体系的吸光度值；
A0为未加提取物时羟基自由基体系的吸光度值。
1.2.4 羟基自由基清除率的测定。
根据文献[10]，在10 ml比色管中依次加入6 mmol/L的FeSO4溶液2.0 ml、6 mmol/L的水杨酸溶液2.0 ml、6 mmol/L的H2O2溶液2.0 ml，加入试样2.0 ml，在37 ℃水浴中恒温反应1 h后，于波长510 nm处测其吸光度值A0，在上述体系中分别加入不同量的提取物溶液测定吸光度值Ai。
计算公式为：清除率=A0-AiA0×100%，
式中，Ai为加入提取物后羟基自由基体系的吸光度值；A0为未加提取物时羟基自由基体系的吸光度值。
1.2.5 淮山活性物质提取单因素试验。
1.2.5.1 液料比对淮山提取的影响。准确称取淮山粉1.00 g，于250 ml锥形瓶中，按液料比分别为30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1，提取时间为160 min，提取温度为80 ℃，探讨液料比对淮山水提物提取效果的影响。
1.2.5.2 提取时间对淮山提取的影响。准确称取淮山粉100 g，于250 ml锥形瓶中，以60∶1的液料比，提取时间分别为40、80、120、160、200 min，提取温度为80 ℃，探讨提取时间对淮山水提物提取效果的影响。
1.2.5.3 提取温度对淮山提取的影响。准确称取淮山粉100 g，于250 ml锥形瓶中，以60∶1的液料比，提取时间为160 min，提取温度分别为50、60、70、80、90 ℃，探讨提取温度对淮山水提物提取效果的影响。
1.2.6 淮山水提工艺条件的优化。根据单因素试验的结果，以水提液对超氧阴离子、羟基自由基的清除率为考察指标，考察提取温度、料液比、提取时间对淮山水浴提取结果的影响，选择L9（33）正交试验，确定淮山最佳水提工艺条件，因素水平如表1所示。
2 结果与分析
2.1 淮山活性物质提取单因素试验
2.1.1 液料比对淮山提取的影响。
由图1可以观察得出，淮山水提物对羟基自由基的清除率略高于对超氧阴离子的清除率，表明淮山水提物对羟基自由基的清除效果比超氧阴离子好。随着液料比的增大，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率呈现缓慢上升的趋势，当液料比增加到50∶1之后，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基清除率均出现了一定程度的下降。因此，选择液料比分别为40∶1、50∶1、60∶1进行正交试验。
2.1.2 提取时间对淮山提取的影响。从图2可以看出，淮山水提物对羟基自由基的清除率略高于对超氧阴离子的清除率，表明淮山水提物对羟基自由基的清除效果比超氧阴离子强。伴随提取时间的增加，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率呈现上升的趋势，但增加的幅度缓慢。当提取时间为120 min时达较大值；在提取时间达120 min之后，随着时间的增加，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基清除率均出现了下降的趋势。因此，选择提取时间分别为80、120、160 min进行正交试验。
2.1.3 提取温度对淮山提取的影响。从图3可以看出，淮山水提物对羟基自由基的清除率略高于对超氧阴离子的清除率，表明淮山水提物对羟基自由基的清除效果比超氧阴离子好。淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率随着提取温度的增加均呈现上
升的趋势，但增加的幅度缓慢，当提取温度为70 ℃时达较大值；在提取温度达70 ℃之后，随着温度的升高，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率均出现了下降的趋势。因此，选择提取温度分别为60、70、80 ℃进行正交试验。
2.2 淮山水提工艺条件的优化
根据单因素试验的结果，以水提液对超氧阴离子、羟基自由基的清除率为考察指标，进行正交试验。由表2可知，影响淮山水提物对超氧阴离子清除率的因素的顺序依次为C>B>A，即提取温度>提取时间>液料比，最优组合为A3B3C2。
同理可知，影响淮山水提物对羟基自由基清除率的因素的顺序依次为A>C>B，即液料比>提取温度>提取时间，最优组合为A3B3C2。
由正交试验的结果可以看出，淮山水提物对超氧阴离子和羟基自由基的清除率的最佳提取条件完全相同，最优组合为A3B3C2。在此工艺条件下，淮山水提物对超氧阴离子的清除率为1115%、对羟基自由基的清除率为13.06 %，具有较强的抗氧化功效。 3 结论
该试验以淮山为原料，研究淮山水提物的抗氧化活性，通過单因素试验和正交试验，确定了淮山水提物的最佳工艺条件是液料比为60∶1、提取时间为160 min、提取温度为70 ℃，在此工艺条件下，淮山水提物对超氧阴离子的清除率为11.15%、对羟基自由基的清除率为13.06%。试验表明，淮山水提物对羟基和超氧阴离子的自由基均表现出较强的清除能力。淮山水提物抗氧化活性的研究，可以为淮山新产品开发提供试验数据。
参考文献
[1] 孙在芝，丛晓东，张云，等.山药化学成分和质量控制研究进展[J].亚太传统医药，2011，7（9）：153-155.
[2] 罗大伦.《神农本草经》里的中药智慧——山药[J].食品与健康，2012（5）：36-37.
[3] 郝宇华，高春霖.腺苷对缺血心肌的保护作用[J].医学综述，2008（5）：769-772.
[4] ZANG W J，SUN L，YU X J.Cardioprotection of ischemic postconditioning and pharmacological post treatment with adenosine or acetylcholine[J].Acta Physiologica Sinica，2007，59（5）：593-600.
[5] 倪少云，宋学华.山药的营养成分分析[J].江苏药学与临床研究，2002，10（2）：26-27.
[6] 姜芳婷，李明静，史会齐，等.山药的研究[J].河南大学学报：医学科学版，2004（2）：4-6.
[7] MAURICE M.The hypoglycemic principle of Dioscorea dumetorum[J].Planta Medica，1990，56（1）：119.
[8] HIKINO H.Isolation and hypoglycemic activity of dioscoreans A，B，C，D and F：Glycans of Dioscorea japonica rhizophors[J].Planta Medica，1986，53（3）：168.
[9] 范晓，严小军，房国明，等.高分子量褐藻多酚抗氧化性质研究[J].水生生物学报，1999，23（5）：494-499.
[10] 郭青枝，赵二劳，白建华.沙棘叶提取物抗氧化性能研究[J].研究化学与生物工程，2008，25（3）：58-59.