苦荞黄酮的提取分离及其抗氧化活性研究.doc

苦荞黄酮的提取分离及抗氧化活性研究
郭刚军1,2 何美莹1 邹建云1 龚加顺2
（1.云南省热带作物科学研究所，云南 景洪 666100； 2.云南农业大学食品科技学院 云南 昆明 650201）
摘要：采用正交实验研究了苦荞黄酮提取过程中的浸提时间、乙醇浓度、料液比、浸提温度，得到了最佳的提取条件为：提取时间5h，乙醇浓度70%，料液比1:15，浸提温度70℃，利用最佳提取条件对苦荞粉进行了苦荞黄酮的提取分离，并进行了纯化，成分分析，得到了含量高达72.32%的高纯度苦荞黄酮。以Vc、芦丁为对照，研究了苦荞黄酮、荞籽醇提物、荞壳醇提物的在不同浓度，不同pH下对DPPH·自由基的清除能力。结果表明，苦荞黄酮的清除DPPH·自由基的能力仅次于Vc，大于芦丁和荞籽醇提物，远大于荞壳醇提物，清除DPPH·自由基的能力随着浓度的增大而增大，在pH=2～8范围内，随着pH的增大清除DPPH·自由基的能力先降低后增大，在pH=7时最低。
关键词：苦荞黄酮；正交实验；提取分离；抗氧化性

Extraction, Isolation and Antioxidant Activity of Flavonoids from Tartary Buckwheat
GUO Gangjun1,2 HE Meiying1 ZOU Jianyun1 GONG Jiashun2
(1 Yunnan Institute of Tropical Crops, Jinghong 666100,China 2 College of Food Science and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China)
Abstract: In this paper orthogonal experiments were applied to optimize the extraction conditions for flavonoids from tartary buckwheat, including extracting time, ethanol concentration, the ratio of sample to solvent, extracting temperature. The optimum extraction conditions were: 5 hours, ethanol concentration 70%, the ratio of sample to solvent 1:15 and extracting temperature 70℃. flavonoids were extracted, isolated and purified from tartary buckwheat with the optimum extraction conditions, and the 73.32% flavonoids of Tartary buckwheat were obtained. Antioxidant activities of flavonoids of tartary buckwheat, the ethanol extraction of tartary buckwheat powder, and the ethanol extraction of tartary buckwheat hull were studied in the different concentration and pH and compared with rutin and vitamin C.Results
作者简介：郭刚军（1980-）男，山东菏泽人，助理研究员，硕士，研究方向：食品加工和植物中天然产物提取分离与功能研究。

suggested that antioxidant activities of flavonoids of tartary buckwheat were lower than vitamin C, and stronger than rutin and the ethanol extraction of tartary buckwheat powder, and much higher than the ethanol extraction of tartary buckwheat hull, and the scavenging capability on DPPH· free radicals was increasing with concentration increasing. When the pH was in the scope of 2～8, the scavenging capability on DPPH· free radicals was firstly increasing and then decreasing, which was the lowest at pH 7.
Keywords：flavonoids of tartary buckwheat; orthogonal experiments; extraction; antioxidant activities

苦荞麦属双子叶蓼科（polygonaceae）荞麦属植物，又名春荞、野荞麦，学名鞑靼荞麦（F.tataricum）,为一年生或多年生宿根性植物，原产我国东北和西南部四川凉山地区。苦荞耐旱耐寒，耐酸耐脊，适应性较强，生长周期短，主要分布在海拔约2000米左右的高寒地带，属于无污染的绿色食品资源。苦荞是一种药食两用植物，味苦，营养价值高，具有良好的医疗保健作用，富含蛋白质、淀粉、脂肪、矿物质及维生素等[1]。更为重要的是含有极为丰富的生物活性成分—黄酮类化合物（Flavonoids）又称生物类黄酮（Bioflavonoids），是植物经光合作用产生的一大类化合物。一般能溶于水、乙醇、乙酸乙酯等极性溶剂中，难溶于乙醚、氯仿和苯。药效学的动物实验及临床观察表明：黄酮作为一种功能成分，具有较明显的降血糖、降血脂、抗氧化、增强心血管功能、血压、中风等。芦丁（rutin）又名芸香苷、维生素P，是苦荞中主要的黄酮类物质。现代医学证明，芦丁具有多方面的生理活性，可用来防治毛细血管脆性引起的脑出血、肺出血、出血性肾炎、胃炎、胃溃疡及牙龈出血等[2～4]。国外还用芦丁制备多种芦丁衍生物，如檞皮素、羟乙基芦丁等。因此，开发苦荞麦具有广阔的市场和发展前景。本研究选用云南高寒山区苦荞麦为原料，采用乙醇热浸提法提取分离纯化苦荞黄酮[5]，利用DPPH·自由基对其抗氧化活性进行了研究，可为云南苦荞的集成开发利用提供深厚的理论基础。

1 材料
1.1 材料
苦荞粉，苦荞壳，苦荞籽均为昭通鹤乡绿色食品有限责任公司提供。
1.2 试剂及仪器
1.2.1 试剂
亚硝酸钠;硝酸铝;氢氧化钠;无水乙醇；芦丁（HPLC﹥98%，成都思科华生物技术有限公司）；Vc（湖南南化化学试剂厂）；DPPH（2,2-二苯基-1-苦肼基，2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl）（美国Sigma-Aldrich公司）；
1.2.2 仪器
722可见光分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；SHZ-Ⅲ型循环水真空泵（上海亚荣生化仪器厂）；电热鼓风干燥箱 101A-Z型（上海实验仪器有限公司）；电热恒温水浴锅HH –Z（常州市华普达教学仪器有限公司）；电子天平感量为0.0001g (沈阳龙腾电子有限公司)；
2 实验方法
2.1 黄酮提取分离纯化
2.1.1 黄酮标准曲线的绘制
黄酮标准曲线绘制参照文献[6～7]，用芦丁标准品为标样，最小二乘法作线性回归，得芦丁标准液浓度(mg/mL)C与吸光度A的关系曲线的回归方程：Y = 0.8977X–0.0057，相关系数R2 =0.9969。
2.1.2 苦荞黄酮的提取方法及得率计算
准确称取3.00g苦荞粉于三角烧瓶中,加入一定比例、一定浓度的乙醇作为提取剂，在一定的温度下提取一定的时间，将提取液趁热减压抽滤,转移并定容至100ml容量瓶中，作为待测液。然后参照文献[8]测定，计算黄酮得率。
2.1.3 正交实验设计
选择浸提时间（A）乙醇浓度（B）料液比（C）浸提温度（D）四个因素，每个因素选择3个水平，以黄酮得率为考察指标，选用L9(34)进行正交设计来选择最佳提取条件。编制因素水平表，结果见表1。
表1 苦荞中黄酮提取方法因素水平表
Tab.1 Factor and levels of flavonoids extraction from tartary buckwheat
水平
因素
A浸提时间(h)
B乙醇浓度(%)
C料液比(g/mL)
D温度(℃)
1
3
60
1:15
60
2
4
70
1:20
70
3
5
80
1:25
80

2.1.4 苦荞黄酮的提取工艺
滤渣 溶剂回收 上清液
↑ ↑ 离心 真空干燥
苦荞粉→60%乙醇热浸提→减压抽滤→浓缩 →水混浊液 底部沉淀
加85%乙醇溶液，充分搅拌，静置1h,离心。 真空干燥
成品（苦荞粗黄酮） 沉淀物 苦荞黄酮
上述提取工艺黄酮的提取率按下式计算：
物料提取所得物重(g)
提取率（%）=
物料中所含提取物的重(g)
2.1.5 苦荞黄酮、苦荞粉，苦荞籽，苦荞壳成分分析
2.1.5.1 黄酮的测定：同2.1.1。
2.1.5.2 蛋白质的测定：考马斯亮蓝比色法。标准溶液为牛血清蛋白参照文献[8]。重复测定三次。
2.1.5.3 氨基酸的测定：茚三酮比色法，参照文献[8]。重复测定三次。
2.1.5.4 总糖的测定：蒽酮-硫酸比色法，标准溶液为葡萄糖。参照文献[9]。重复测定三次。
2.1.5.5 脂肪的测定：索氏抽提法，参照文献[10]。重复测定三次。
2.1.5.6 灰分的测定：参照文献[10]。重复测定三次。
2.1.5.7 水分的测定：参照文献[10]。重复测定三次。
2.2 苦荞黄酮抗氧化能力的测定[11～12]
2.2.1 DPPH贮备液的配制
准确称取DPPH（2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl）标准品4mg,用无水乙醇溶解，并定量转入100ml的容量瓶中，用无水乙醇定容至刻度，摇匀得浓度为0.04mg/ml的DPPH贮备液，置于冰箱中备用。
2.2.2 苦荞黄酮抗氧化能力的测定
在试管中依次加入3.9ml 0.04mg/ml的DPPH溶液和0.1ml浓度均为1mg/mL的芦丁标准溶液、Vc标准溶液、苦荞黄酮溶液、苦荞壳醇提取液以及苦荞籽醇提取液，混匀后静置30min后用1cm比色皿在517nm波长处测定吸光度A，并记为Ar;加入0.04mg/ml的DPPH溶液用1cm比色皿在517nm波长处测定吸光度A ，测定值标记为A0 。按下式计算自由基清除率。清除率（%）= （A0– Ar）/ A0 × 100%
2.2.3 不同浓度下不同物质的抗氧化能力的测定
在预先加入了3.9ml DPPH溶液的试管中分别加入0.1mL浓度梯度为0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL的Vc标准溶液、芦丁标准溶液、苦荞黄酮溶液、苦荞壳浸提液、苦荞籽提取液，其余步骤同2.2.2，计算其清除率。
2.2.4 不同pH条件下各物质的抗氧化能力的测定
将苦荞黄酮溶液、苦荞壳浸提液、苦荞籽提取液、抗坏血酸、芦丁标准样液的pH值分别调至3、4、5、6、7、8六个梯度，再按2.2.2 的方法进行测定,计算其清除率。

3 结果与分析
3.1 苦荞黄酮的提取工艺研究
3.1.1苦荞黄酮得最佳提取条件
按照2.1.3的实验方法确立苦荞黄酮的最佳提取条件，其试验设计及结果见表2。
表2 苦荞黄酮提取的L9（34）正交试验设计及结果
Tab.2 Design and Results of L9（34）orthogonal experiment of flavonoids extraction from tartary buckwheat
实验号
A
B
C
D
黄酮得率（%）
1
1(3)
1(60)
1(1:15)
1(60)
2.628
2
1
2(70)
2(1:20)
2(70)
2.539
3
1
3(80)
3(1:25)
3(70)
2.580
4
2(4)
1
2
1
2.502
5
2
2
1
2
2.721
6
2
3
3
3
2.483
7
3(5)
3
3
1
2.528
8
3
2
2
2
2.590
9
3
1
1
3
2.676
T1
7.747
7.806
8.025
7.628

T2
7.706
7.850
7.632
7.850

T3
7.794
7.591
7.759
7.739

X1
2.582
2.602
2.675
2.553

X2
2.569
2.617
2.544
2.617

X3
2.598
2.530
2.530
2.579

R
0.016
0.087
0.145
0.064

较好水平
A3
B2
C1
D2

表2可以看出，四种考察因素对苦荞中黄酮类化合物提取效果影响程度不同，其影响的主次顺序依次为：液料比＞乙醇浓度＞浸提温度＞浸提时间，最佳的提取条件为A3B2C1D2，即在料液比1:15，乙醇浓度70%，浸提温度70℃，提取时间5h。
3.2 苦荞黄酮的提取
3.2.1 苦荞粉黄酮提取
通过2.1.4提取工艺，按照最佳提取条件提取得到的苦荞黄酮及经过纯化后的纯度如表3，提取率为61.84%。
表3 苦荞黄酮的纯度表
Tab.3 Purification of flavonoids from tartary buckwheat
黄酮样品
吸光值
纯度
苦荞粗黄酮
0.469
52.90%
苦荞黄酮
0.644
72.32%
本提取工艺设备要求简单，投资少，提取率较高，提取溶剂可以循环利用，适合于工业化生产。能快速大量的生产出纯度相对较高的黄酮，是一条较好的提取生产路线。
3.2.2 苦荞黄酮、苦荞粉，苦荞籽，苦荞壳成分测定
通过2.1.5测定得到苦荞黄酮及苦荞粉，苦荞籽，苦荞壳的成分组成，结果如表4，由表可以看出，所提取的黄酮不仅纯度相对较高，而且营养也十分丰富，可以加工很多保健食品，也可以作为保健食品的配料。在苦荞粉，苦荞籽，苦荞壳中，苦荞粉黄酮含量较高，苦荞籽次之，苦荞壳含量最低，在工业化提取分离黄酮时，可以直接选用苦荞籽来作为原料，可以节省脱壳的工序，节省时间和成本。苦荞粉属药食兼用的食物，含各类营养元素，营养丰富。
表4 苦荞黄酮、苦荞粉，苦荞籽，苦荞壳成分
Tab.4 Ingredient of flavonoids of tartary buckwheat, tartary buckwheat powder and tartary buckwheat hull
样品
黄酮（%）
蛋白质（%）
氨基酸（%）
总糖（%）
脂肪（%）
灰分（%）
水分（%）
苦荞黄酮
72.32
4.48
1.14
9.64
6.00
1.46
4.80
苦荞粉
2.46
13.05
0.285
24.1
2.402
7.45
13.4
苦荞壳
0.723
1.6
0.076
4.3
0.03
12.6
6.47
苦荞籽
2.03
11.4
0.126
28.3
2.3
1.89
11.9

3.3 苦荞黄酮抗氧化性能
3.3.1 苦荞黄酮、荞籽醇提液、荞壳醇提液的对DPPH·自由基的清除能力比较
根据2.2.2的测定方法进行DPPH·自由基的清除能力的测定。依据DPPH·自由基在可见光区最大吸收峰最大吸收峰为517nm，其乙醇溶液呈深紫色，当具有生物活性的物质存在时，由于与其单电子配对而使其吸收逐渐消失，其褪色程度与接受的电子数成定量关系，因此可用分光光度法进行定量分析来检测自由基的清除情况，从而评价某种物质的抗氧化能力。其能力用清除率表示，清除率越大，抗氧化能力越强[13～14]。苦荞黄酮及荞籽醇提物、荞壳醇提物对DPPH·自由基能力如图6。

图1 苦荞黄酮、荞籽醇提物、荞壳醇提物的对DPPH·自由基的清除能力比较
Fig.1 Compare of the removal capacity of flavonoids of tartary buckwheat, tartary buckwheat powder and tartary buckwheat hull for DPPH·free radical
从图6可看出，所提取的苦荞黄酮对DPPH·自由基的清除能力较强，仅次于Vc，强于芦丁和苦荞籽醇提物，远大于苦荞壳醇提取物。从对DPPH·自由基的清除能力可以看出，苦荞黄酮的主要成分为芦丁，这与文献中的报道一致，所提取的苦荞黄酮中，除含有芦丁外，可能还含有少量的其他的抗氧化活性较高的黄酮类物质，使得苦荞黄酮的清除DPPH·自由基的能力稍大于芦丁。
3.3.2 不同浓度苦荞黄酮、荞籽醇提物、荞壳醇提物的对DPPH·自由基的清除能力比较
根据2.2.2的测定方法进行了苦荞黄酮、荞籽醇提物、荞壳醇提物的对DPPH·自由基的清除能力的测定，清除率随浓度变化而变化的情况如图2所示。

图2 不同浓度苦荞黄酮、荞籽醇提液、荞壳醇提液的对DPPH·自由基的清除能力比较
Fig.2 Compare of the removal capacity of tartary buckwheat flavonoids, tartary buckwheat powder and tartary buckwheat hull for DPPH· in the different concentration
由图2可以看出，随着样液浓度的增加，Vc、芦丁、苦荞黄酮、荞籽醇提物、荞壳醇提物的对DPPH·自由基的清除能力增加。荞籽醇提物、荞壳醇提物的提取液由于黄酮含量低，对自由基的清除能力较弱，使得对DPPH·自由基的清除能力随着浓度的增加而增加的较为明显。而提取的苦荞黄酮和Vc，芦丁标样相同，纯度较高，清除DPPH·自由基的能力较强，使得在浓度增加到0.4mg/mL时，即达到最大清除率90%以上，再继续增加浓度，DPPH·自由基清除效果增加不明显。
3.3.3 不同pH条件下各抗氧化剂对自由基的清除率
根据2.2.4的方法进行测定在不同的PH条件下它们清除DPPH·自由基的能力，清除率的变化如图3所示。

图3 不同pH条件苦荞黄酮、荞籽醇提液、荞壳醇提液的对DPPH·自由基的清除能力比较
Fig.3 Compare of the removal capacity of tartary buckwheat flavonoids, tartary buckwheat powder and tartary buckwheat hull for DPPH· in the different pH value
由图可以看出，Vc标准品的清除DPPH·自由基的能力随着pH的增加而降低，而苦荞黄酮随着pH降低清除DPPH·自由基的能力缓慢降低而后增大，在pH中性时最低，但在酸性或者碱性时的抗氧化能力均大于或接近于Vc。而荞籽醇提物、荞壳醇提物随着pH的变化清除DPPH·自由基的能力变化规律相同，但由于黄酮含量低，成分较为复杂，变化很不规律。但都是pH在中性时，清除DPPH·自由基的能力达到最低。这可能是由于苦荞黄酮的成分主要是芦丁，芦丁属于黄酮苷类物质，在不同pH条件下水解程度、溶解性不同所致。
4 讨论
苦荞是具有保健作用的植物，但就其含有生物活性物质黄酮及清除自由基的抗氧化活性来看，苦荞粉和苦荞籽粉的生物学价值显著大于苦荞壳。而从相同浓度的抗氧化活性物质清除自由基及不同浓度清除自由基的变化规律来看，苦荞黄酮清除自由基的能力及变化规律和芦丁基本相同，从而可以推测苦荞黄酮中含有的主要是芦丁。但除芦丁外，还可能含有少量活性较强的黄酮类物质，对此还有待进一步研究。在不同PH变化的条件下，苦荞黄酮在酸性时的清除自由基的能力较大，甚至大于Vc，因此建议在开发保健品时，尽可能在酸性条件下使用。
5 结论
5.1 通过正交实验得出乙醇热浸提法提取黄酮的最佳条件为：料液比1:15，乙醇浓度70%，浸提温度70℃，提取时间5h，黄酮得率为2.721%。提取得到的苦荞粗黄酮纯度为52.90%，纯化后纯度达到72.32%。
5.2从Vc标准样、芦丁标准样、黄酮、荞壳醇提物、荞籽醇提物对DPPH·自由基清除能力看，苦荞黄酮的抗氧化能力仅次于Vc，大于芦丁与荞籽醇提物，远大于荞壳醇提物。抗氧化能力随着浓度的增大而增强，在浓度达到0.4mg/mL即接近最大抗氧化效果。pH不同时，抗氧化能力不同，酸性抗氧化能力较强，pH为7时最弱。

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