On the Extraction and Antioxidation of Total Flavonoids and Polysaccharides from Pitaya Peel (Hylocereus undatus 'Foo-Lon')
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摘要: 考察提取时间、料液比、乙醇体积分数和提取温度对火龙果果皮总黄酮和多糖得率的影响. 并在单因素实验结果的基础上设计L9(34)的正交实验，优化总黄酮和多糖的提取工艺. 此外，通过进行DPPH ·、ABTS自由基及·OH的清除实验，考察火龙果果皮提取物的抗氧化活性能力. 正交实验优化得出的提取时间3 h、料液比1 ∶ 30、乙醇体积分数70%、提取温度70 ℃为火龙果果皮总黄酮和多糖的最佳提取工艺. 该条件下提取到的火龙果果皮总黄酮和多糖的平均质量分数分别为7.87 mg/g和114.05 mg/g. 在373.44 μg/mL时，抗坏血酸对DPPH ·、ABTS自由基及·OH的最大清除率分别达到95.25%、99.57%、89.99%；而火龙果果皮提取物的最大清除率分别为88.64%、60.84%和61.77%，数据表明火龙果果皮提取物对自由基的清除率均达到对照品的2/3，证实火龙果果皮提取物具有良好的抗氧化活性能力，可作为天然抗氧化剂的提取原材料.Abstract: The effects of extraction time, ratio of solid to liquid, ethanol concentration and extraction temperature on the yield of total flavonoids and polysaccharides from pitaya peel were investigated. On the basis of the single-factor test results, an orthogonal experiment of L9(34) was designed to optimize the extraction process of total flavonoids and polysaccharides. In addition, the antioxidant activity of pitaya peel extract was investigated with experiments with DPPH·, ABTS free radical and ·OH scavenging assay. The optimal extraction conditions of total flavonoids and polysaccharides from pitaya peel were as follows: extraction time 3 h, solid-liquid ratio 1 ∶ 30, ethanol mass fraction 70%, and extraction temperature 70 ℃. Under these conditions, the average contents of total flavonoids and polysaccharides in pitaya peel were 7.87 mg/g and 114.05 mg/g, respectively. The in vitro antioxidant study showed that in the concentration of 373.44 μg/mL, the scavenging effect on DPPH ·, ·OH and ABTS radical was significant, and the maximum scavenging rates of the ascorbic acid were 95.25%, 99.57% and 89.99% while those of the sample were 88.64%, 60.84% and 61.77%, respectively. In conclusion, pitaya peel extract has good antioxidant capacity.
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Keywords:
- pitaya peel /
- flavonoids /
- polysaccharides /
- antioxidant
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火龙果(Hylocereus undatus ‘Foo-Lon’)，仙人掌科量天尺植物的果实. 原产中美洲热带沙漠地区，现普遍人工栽培，我国主要集中分布在海南、广东、广西和贵州. 已有的研究发现，火龙果果皮中含有丰富的天然色素[1]、黄酮类化合物[2]、多糖[3]、膳食纤维[4]和果胶[5]等功能性物质. 花青素、黄酮类化合物和多糖等天然抗氧化剂在抗炎症、抑制肿瘤、保护血管等方面发挥着重要的作用[6]，有研究发现其果皮和果肉是能通过GABA系统介导的抗焦虑物质[7]. 还有研究[8]报导使用火龙果果皮提取物作为猪肉片中天然抗氧化剂. AMID等[9]在果皮中发现了一种碱性耐热蛋白酶，其在氧化剂作用下十分稳定，并且与抑制剂、表面活性剂、螯合剂共存时未有变化. ANAND-SWARUP等[10]研究火龙果(Hylocereus undatus)提取物对糖尿病心血管并发症影响的结果表明，火龙果中的抗氧化性成分可显著增强实验动物机体的抗氧化防御能力，抑制其氧化应激，避免由高血糖引发的主动脉损伤，并降低其僵硬程度.国外在火龙果果皮甜菜素也多有研究，SREEKANTH等[11]的研究结果表明，甜菜苷可影响人类慢性骨髓性白血病细胞系K562的细胞周期，减弱其增殖，同时促进线粒体释放细胞色素C，使其进入细胞质来诱导K562细胞凋亡. LUO等[12]对果皮提取液(Hylocereus.undatus、Hylocereus.polyrhizus) 的研究，发现其对人前列腺癌细胞系(PC3)、人胃癌细胞系(MGC-803) 和人乳腺癌细胞系(Bcap-37)同样具有抑制作用. BAI等[13]的研究结果显示，火龙果果皮多酚类物质对肺癌A549细胞有显著的抑制作用.
火龙果果皮是火龙果的外果皮，约占整个火龙果质量的1/4. 然而，在火龙果被食用和作为食品染色剂被加工的过程中，其果皮往往作为废物被丢弃，若能回收利用，可有效提高火龙果的经济附加值. 目前，对火龙果果皮中黄酮和多糖的研究主要集中于其单一成分的提取和测定，未能综合评价火龙果果皮活性成分含量. 本文利用水浴回流的提取方法，设计不同提取条件，对火龙果果皮中的黄酮和多糖进行联合提取，并对所提取得到的物质进行体外抗氧化性研究，为火龙果果皮进一步加工成为天然抗氧化剂的开发提供理论依据，以提高火龙果的经济附加价值.
1. 实验部分
1.1 材料和仪器
实验材料：火龙果果皮2020年11月购于中山市果蔬市场.
实验试剂：芦丁标准品(成都埃法生物科技有限公司，批号：153.18.4)，葡萄糖标准品(成都埃法生物科技有限公司，批号：50-99-7)，ATBS底物(上海伊卡生物技术有限公司，批号：30931-67-0)，DPPH(上海如吉生物科技发展有限公司，批号：1898-66-4)，其余试剂均为分析纯.
实验仪器：721型分光光度计(株式会社日立制作所，U-3900)，电子天平(上海恒平科学仪器有限公司，JA2003)，多功能高速中药粉碎机(温州顶历医疗器械有限公司，DFT-150).
1.2 实验方法
1.2.1 火龙果果皮的预处理
火龙果皮洗净热水杀酶，沥干水分后于烘箱中60 ℃烘干，粉碎过0.25 mm(60目)筛备用.
1.2.2 供试品的制备
称取2.00 g火龙果果皮粉末置于圆底烧瓶中，料液比(料、液的单位分别是g、mL，下同)为1 ∶ 30、乙醇体积分数70%、提取温度70 ℃水浴回流提取3 h，抽滤得到抽滤液，定容至100 mL，得到总黄酮样品待测液. 从中取出5 mL再定容至100 mL，即得多糖样品待测液.
1.2.3 对照品的制备
精密称取10 mg的芦丁对照品，70%乙醇溶解并定容至50 mL，即得芦丁对照品溶液. 精密称取10 mg葡萄糖对照品，蒸馏水溶解后定容至100 mL，即得葡萄糖对照品溶液.
1.2.4 黄酮标准曲线制备及质量分数测定
借鉴王晓波[2]等方法，总黄酮测定采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH显色法. 分别移取0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL芦丁对照品溶液于25 mL的容量瓶中，加入1 mL 5%亚硝酸钠溶液，摇匀后静置6 min；接着加入1 mL 10%硝酸铝溶液，摇匀后放置6 min；最后加入10 mL 4%氢氧化钠溶液，随后加入70%乙醇定容，放置15 min显色，以试剂空白管调零，510 nm处测定吸光值. 以芦丁质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，拟得芦丁标准曲线方程为y=0.014x+0.001，R2=0.999 8. 在测定的质量浓度范围8~40 μg/mL之内，线性关系良好. 按上述方法测定待测样品.
总黄酮质量分数=CVKM, 式中，C为待测液的质量浓度，K为稀释倍数，V为样品溶液体积，M为称取火龙果果皮粉末的质量.
1.2.5 多糖标准曲线制备及质量分数测定
参考但德苗[14]等方法，采用苯酚-硫酸比色法进行测定. 取0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL的标准液定容至10 mL. 分别移取2 mL稀释后的标准液至带刻度试管，加入1 mL 5%的苯酚溶液，摇匀，快速垂直注入浓硫酸5 mL，摇匀后置沸水水浴20 min后取出冷却，以试剂空白管调零，490 nm处测定吸光值. 以葡萄糖质量浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，得到多糖的标准曲线方程为y=0.018 6x+0.001 2，R2=0.999 3. 在测定的质量浓度10~50 μg/mL之内，线性关系良好，按上述方法测定待测样品.
多糖质量分数=CVKM, 式中，C为待测液的质量浓度，K为稀释倍数，V为样品溶液体积，M为称取火龙果果皮粉末的质量.
1.2.6 单因素实验
(1) 提取时间对总黄酮和多糖质量分数的影响. 分别称取2.00 g的火龙果果皮粉末，设计不同梯度提取时间(1、2、3、4、5 h)，其他3个因子分别为：料液为1 ∶ 30、提取温度60 ℃、乙醇体积分数60%，水浴回流提取，每组平行提取3次，测定总黄酮和多糖的质量分数.
(2) 料液比对总黄酮和多糖质量分数的影响. 分别称取2.00 g的火龙果果皮粉末，设计不同梯度料液比(1 ∶ 20、1 ∶ 30、1 ∶ 40、1 ∶ 50、1 ∶ 60)，其他3个因子分别为：提取时间1 h、提取温度60 ℃、乙醇体积分数60%，水浴回流提取，每组平行提取3次，测定总黄酮和多糖的质量分数.
(3) 乙醇体积分数对总黄酮和多糖质量分数的影响. 分别称取2.00 g的火龙果果皮粉末，设计不同体积分数(40%、50%、60%、70%、80%)的乙醇为提取溶剂，其他3个因子分别为：料液比为1 ∶ 30、提取时间1 h、温度60 ℃，水浴回流提取，每组平行提取3次，测定总黄酮和多糖的质量分数.
(4) 提取温度对总黄酮和多糖质量分数的影响. 分别称取2.00 g的火龙果果皮粉末，设计不同梯度温度(50、60、70、80、90 ℃)，其他3个因子分别为：提取时间1 h、料液比1 ∶ 30、乙醇体积分数60%，水浴回流提取，每组平行提取3次，测定总黄酮和多糖的质量分数.
1.2.7 正交实验设计
综合单因素实验结果，提取时间选择1、2、3 h，料液比选择1 ∶ 30、1 ∶ 40、1 ∶ 50，乙醇体积分数选择50%、60%、70%，提取温度选择60、70、80 ℃，设计四因素三水平的正交实验, 考察4个因子对总黄酮和多糖得率的影响. 正交表设计见表 1.
表 1 正交设计表Table 1. The orthogonal table水平 A
提取时间/hB
料液比C
乙醇体积分数/%D
提取温度/℃1 1 1∶30 50 60 2 2 1∶40 60 70 3 3 1∶50 70 80 1.2.8 抗氧化研究
(1) 不同质量浓度样品溶液和对照品溶液的制备. 称取20.00 g火龙果果皮粉按1.2.2的方法提取得到抽滤液，浓缩至25 mL，移取1 mL定容至100 mL，从中取5 mL定容到50 mL多糖待测液，测得多糖的质量浓度为62.24 mg/mL(因为测得多糖的质量分数是总黄酮的15倍，所以抗氧化实验选取多糖为指标). 从多糖待测液取1 mL定容至100 mL，再从中分别取2.5、5.0、10、15、20、25、30 mL定容到50 mL，得到不同质量浓度的样品溶液(31.12、62.24、124.48、186.72、248.96、311.20、373.44 μg/mL).
精密称取62.24 mg的抗坏血酸定容到100 mL，分别取2.5、5.0、10、15、20、25、30 mL定容到50 mL，得到抗坏血酸不同质量浓度的对照品溶液(31.12、62.24、124.48、186.72、248.96、311.20、373.44 μg/mL).
(2) DPPH·清除能力的测定. 精密称取5 mg的DPPH，加入无水乙醇溶解并定容至100 mL，置暗处储存备用. 取7支刻度试管进行编号后，分别加入2 mL DPPH乙醇溶液，再分别加入2 mL不同质量浓度的样品溶液，放置暗处反应30 min. 以无水乙醇调零，517 nm处测得的吸光值记为A1，另取7支刻度试管编号，以无水乙醇替代DPPH乙醇溶液，测得的吸光值记为A2；另取一支刻度管，加入2 mL DPPH乙醇溶液和2 mL无水乙醇溶液，测定的吸光值记为A0. 以抗坏血酸作阳性对照. 计算公式如下：
DPPH清除率=(1−A1−A2A0)×100%. (3) ABTS自由基清除能力的测定.
配制浓度7.0 mmol/L的ABTS储备液及2.5 mmol/L的过硫酸钾储备液，然后按比例1 ∶ 1混合均匀，放置12~16 h. ABTS工作液的制备：用无水乙醇稀释，于734 nm处测得吸光值为0.70±0.02.
取7支刻度管编号且移取4 mL的ABTS工作液，分别加入0.4 mL不同浓度的样品溶液，摇匀，暗处反应6 min，随后以无水乙醇调零，在734 nm处测定吸光值，记为A1; 另取7支刻度管编号，无水乙醇替代ABTS工作液, 测定的吸光值记为A2；另取一支刻度试管，加入4 mL的ABTS工作液和0.4 mL的无水乙醇溶液，测定吸光值并记为A0. 以相同质量浓度的抗坏血酸作阳性对照[15]. 计算公式如下：
ABTS清除率=(1−A1−A2A0)×100%. (4) 羟基自由基清除能力的测定. 取7支刻度管编号，准确移取1 mL不同质量浓度的样品溶液于刻度管中，然后分别加入1 mL 7.5 mmol/L FeSO4溶液和1 mL 7.5 mmol/L H2O2溶液，震荡摇匀，反应10 min后，加入1 mL 7.5 mmol/L水杨酸-无水乙醇溶液启动反应，37 ℃水浴30 min后取出，蒸馏水调零，510 nm处测定吸光值，记为A1. 另取7支刻度试管，用蒸馏水替代H2O2作为实验对照组，测定的吸光值并记为A2. 另取一支刻度试管，以蒸馏水代替样品溶液，测定的吸光值并记为A0. 以相同质量浓度的抗坏血酸作阳性对照[16]. 计算公式如下：
羟基自由基清除率=(1−A1−A2A0)×100%. 2. 结果与分析
2.1 火龙果中总黄酮和多糖提取的单因素实验结果与分析
2.1.1 提取时间对总黄酮和多糖质量分数的影响
从表 2看出，在提取时间1~5 h内，总黄酮的质量分数随着提取时间增加而降低，而多糖的质量分数恰恰相反，其出现的可能原因是受热时间越长，黄酮类化合物本身是抗氧化剂，容易被氧化. 加热条件下，随着时间延长，其含量减少的原因，可能是火龙果果皮中黄酮物质被破坏[17]. 综合总黄酮和多糖的质量分数两者因素来考量，在提取时间为3 h，多糖的质量分数基本不再增加，而总黄酮的质量分数相对较大，故而从时间、经济等成本来说，提取时间为3 h较适宜.
表 2 提取时间对总黄酮和多糖质量分数的影响Table 2. The effect of extraction time on contents of total flavonoids and polysaccharides提取时间/h 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 1 6.49±0.05 110.75±9.44 2 6.12±0.18 111.82±7.42 3 6.09±0.33 121.85±5.05 4 5.99±0.26 119.61±5.24 5 5.99±0.65 124.30±6.53 2.1.2 料液比对总黄酮和多糖质量分数的影响
随着料液比增大(表 3)，总黄酮和多糖的质量分数均表现出先快速增加，后趋于平缓再下降的趋势；当料液比增大至1 ∶ 40时达到最大值，继续增大料液比则总黄酮质量分数会降低；多糖的质量分数则在料液比为1 ∶ 50达到最大值，但此时的值与料液比为1 ∶ 40时差异不大，故可认为在料液比为1 ∶ 40时总黄酮和多糖已经基本完全提取，因而选取料液比为1 ∶ 40为其最佳料液比.
表 3 料液比对总黄酮和多糖质量分数的影响Table 3. The effect of solid-liquid ratio on contents of total flavonoids and polysaccharides料液比 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 1∶20 4.93±0.08 97.48±4.65 1∶30 6.49±0.05 110.75±9.44 1∶40 6.57±0.29 118.38±1.37 1∶50 6.38±0.15 119.50±0.52 1∶60 5.27±0.23 103.22±9.69 2.1.3 乙醇体积分数对总黄酮和多糖质量分数的影响
乙醇体积分数对总黄酮和多糖质量分数的影响较大(表 4)，当乙醇体积分数增加时，多糖的质量分数先增加后降低，出现的可能原因为：乙醇体积分数为40%时，提取过程出现较多的凝胶状物质，粘附在滤渣上，导致抽滤过程收集得到的滤液不完全，故而总黄酮和多糖的质量分数会偏低；当乙醇体积分数＞60%时，多糖质量分数也较低. 其出现的原因是总黄酮和多糖的极性相差较大，多糖多为水溶性物质，乙醇体积分数的增加，多糖提取量自然降低. 对于黄酮类成分而言，在乙醇体积分数为60%时有最大提取量，而随着乙醇体积分数的继续增加，黄酮类成分的提取不再增加，此时提取得到的物质多为有机酸、树脂、叶绿素等物质. 因此，同时考虑总黄酮和多糖的极性差异，选取乙醇体积分数为60%比较适宜.
表 4 乙醇体积分数对总黄酮和多糖质量分数的影响Table 4. The effect of ethanol concentration on contents of total flavonoids and polysaccharides乙醇体积分数/% 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 40 3.08±0.26 86.32±3.86 50 5.79±0.06 119.14±5.35 60 6.49±0.05 110.75±9.45 70 6.35±0.49 95.16±8.05 80 6.39±0.08 80.66±4.46 2.1.4 提取温度对总黄酮和多糖质量分数的影响
在提取温度＜70 ℃时(表 5)，总黄酮的提取率随温度的升高而增大，之后随着温度的升高而减小，在一定温度范围内，温度的增加有利于黄酮的溶出，但超过一定范围之后，温度继续升高的情况下，容易导致黄酮被破坏[18]；多糖质量分数则无此现象，温度越高，多糖质量分数越高. 其出现的可能原因是随着温度的增加，当提取温度为70 ℃时，此时总黄酮质量分数有最大值，多糖质量分数虽未达到最大值，但综合能源损耗、总黄酮质量分数等因素影响，选取提取温度70 ℃较为适宜.
表 5 提取温度对总黄酮和多糖质量分数的影响Table 5. The effect of extraction temperature on contents of total flavonoids and polysaccharides提取温度/℃ 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 50 5.24±0.10 109.59±2.34 60 6.49±0.05 110.75±9.41 70 6.50±0.06 122.51±7.11 80 6.39±0.13 131.65±1.33 90 6.09±0.07 135.01±0.96 2.2 正交实验结果分析
从表 6可以看出，无论以总黄酮质量分数还是多糖质量分数为指标，4个因子对总黄酮和多糖质量分数的影响由大到小的排序均为C、D、B、A，从单一指标来考量：若以总黄酮质量分数为指标，得到的最优条件应为A3B1C3D3，即：提取时间3 h，料液比1 ∶ 30，乙醇体积分数70%，提取温度80 ℃；若以多糖质量分数为指标，得到的最优条件应为A3B1C3D2，而本次研究需同时考察2个指标，对总黄酮和多糖同时进行考量，以寻求两者的质量分数达到最大化.
表 6 L9(34)正交实验结果Table 6. The L9 (34) orthogonal experimental results序号 A
提取时间/hB
料液比C
乙醇体积分数/%D
提取温度/℃总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 1 1 1∶30 50 60 3.89 120.82 2 1 1∶40 60 70 7.13 119.80 3 1 1∶50 70 80 8.06 103.78 4 2 1∶30 60 80 7.99 117.01 5 2 1∶40 70 60 6.35 105.83 6 2 1∶50 50 70 4.99 120.86 7 3 1∶30 70 70 8.11 114.00 8 3 1∶40 50 80 4.81 110.79 9 3 1∶50 60 60 6.38 125.10 总黄酮K1 6.36 6.66 4.56 5.53 K2 6.44 6.10 7.15 6.74 K3 6.42 6.46 7.50 6.95 R 0.08 0.56 2.94 1.42 多糖K1 114.80 117.27 117.49 117.24 K2 114.56 112.14 120.64 118.22 K3 116.63 116.58 107.87 110.53 R 2.05 5.13 12.76 7.69 从方差分析表(表 7、8)可见：不管是总黄酮还是多糖，乙醇体积分数的影响都是最大的，尤其是对于多糖的影响更大. 当同时考量总黄酮和多糖质量分数时, 提取时间在3 h时，多糖质量分数最大，而黄酮的质量分数与提取时间为2 h的质量分数差异不大，故而选取3 h作为其最佳提取时间；料液比为1 ∶ 30时两者的质量分数均有最大值，故选取料液比1 ∶ 30较适合；当提取温度为70 ℃的时候，多糖质量分数有最大值，而总黄酮质量分数则在80 ℃最大，但此时的质量分数与70 ℃时相差不大，故综合考虑后选取提取温度70 ℃作为其最佳提取温度；乙醇体积分数对总黄酮质量分数的影响显著，而对多糖质量分数的影响不显著. 但乙醇体积分数在60%和70%时，多糖的质量分数极差也较大，无法直观判断哪个条件更为适合，因而进行2组实验验证，选取最佳的提取条件. 即分别以乙醇体积分数为60%和70%，其他3个因子保持一致(提取时间3 h、料液比1 ∶ 30、提取温度70 ℃)，分别进行3次的平行实验进行验证. 即选取工艺组合为A3B1C2D2和A3B1C3D2进行结果验证.
表 7 总黄酮方差分析表Table 7. The variance analysis of total flavonoids因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 P值 提取时间 0.011 2 0.002 4.460 0.998 料液比 0.494 2 0.101 4.460 0.925 乙醇体积分数 15.492 2 3.171 4.460 0.008* 提取温度 3.548 2 0.726 4.460 0.557 误差 19.54 8 表 8 多糖方差分析表Table 8. The variance analysis of polysaccharide因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 P值 提取时间 7.660 2 0.072 4.460 0.974 料液比 46.517 2 0.438 4.460 0.706 乙醇体积分数 265.446 2 2.499 4.460 0.053 提取温度 105.230 2 0.091 4.460 0.426 误差 424.85 8 按照上述所示条件分别进行验证实验，结果如下：在提取条件为A3B1C2D2时，总黄酮平均质量分数为7.06 mg/g，RSD为7.43%，多糖的平均质量分数122.75 mg/g，RSD为6.71%. 若在提取条件为A3B1C3D2时，总黄酮平均质量分数为7.87 mg/g，RSD为4.53%，多糖的平均质量分数为114.05 mg/g，RSD为4.54%. 后者相比较于前者，其RSD值更小，即表明其提取总黄酮和多糖的质量分数误差范围更小、稳定性更好. 综上所述，本次实验研究最终确定的火龙果果皮总黄酮和多糖最佳提取条件为：A3B1C3D2，即提取时间3 h，料液比1 ∶ 30，乙醇体积分数70%，提取温度70 ℃.
2.3 抗氧化实验结果分析
2.3.1 不同质量浓度样品对DPPH ·的清除效果
抗坏血酸和多糖质量浓度在31.12~373.44 μg/mL时(图 1)，抗坏血酸和火龙果果皮提取物均对DPPH ·表现很强的清除效果. 两者对DPPH · 清除能力均随着质量浓度的增加而增强，当火龙果果皮提取物中多糖的质量浓度增大到373.44 μg/mL时，清除率达到88.64%，此时清除能力与抗坏血酸最大清除率接近.
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图 1 不同质量浓度样品对DPPH ·的清除效果Figure 1. The effects of samples of different concentrations on DPPH · scavenging2.3.2 不同质量浓度样品对ABTS自由基的清除效果
多糖质量浓度为31.12~373.44 μg/mL时(图 2)，火龙果果皮提取物表现较强清除能力. 当样品溶液中多糖为62.24 μg/mL时，清除率仅为16.12%，随着样品溶液中多糖质量浓度的增加，清除率逐渐增强，增加至373.44 μg/mL，最大清除率可达61.77%，清除效果也不错.
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图 2 不同质量浓度样品对ABTS自由基的清除效果Figure 2. The effects of samples of different concentrations on ABTS radical scavenging2.3.3 不同质量浓度样品对·OH的清除效果
在质量浓度31.12~373.44 μg/mL之内(图 3)，抗坏血酸和火龙果果皮提取物均对·OH表现有较强的清除效果，两者清除率与质量浓度呈正比关系. 当质量浓度增大至373.44 μg/mL时，抗坏血酸对羟基的清除率可达89.99%；而样品对羟基的清除率为60.84%，达到了抗坏血酸的三分之二，由此可见，火龙果果皮提取物对·OH也有较好的清除效果.
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图 3 不同质量浓度样品对·OH的清除效果Figure 3. The effects of samples of different concentration on ·OH removal3. 讨论
本实验所选用的材料为火龙果果皮，果皮中含有较多的果胶酶，在多糖的提取过程中会分解一定量的果胶，造成提取得到的多糖质量分数减少，故将原材料鲜皮先进行沸水杀酶，沸水杀酶阶段也可溶出一部分的色素，降低样品自身溶液对显色结果的影响. 此次研究的提取方法选用水浴回流的方法，而不选用超声提取，是考虑到目前超声提取局限于实验室规模，主要针对某些具体提取对象进行简单的工艺条件筛选，推广应用有一定的限制；水浴回流提取则设备简单、操作方便、更适合工业生产. 单因素各设计的5个水平进行实验，以确定较适合的每个水平，并在此基础上进行正交实验确定最佳工艺. 从正交实验结果可以看到，乙醇体积分数和提取温度是影响总黄酮和多糖质量分数的主要因素，提取温度越高，多糖质量分数就越高，总黄酮质量分数则降低，因此需把控好提取温度；此外，在对乙醇体积分数的验证实验时，乙醇体积分数为70%的时候，总黄酮的平均质量分数会比乙醇体积分数60%时高，多糖的质量分数则相对低一些，可能是由于两者的极性引起的，根据相似相容的原则，总黄酮在70%的乙醇条件下可溶出更多，多糖则在60%乙醇条件下溶出更多. 在两者多次实验后，发现在70%乙醇时RSD值更小，每次提取得到的总黄酮和多糖的质量分数值误差相对较低，故而选取该条件.
4. 结论
本次研究通过正交实验筛选得到的火龙果果皮总黄酮和多糖的最佳提取工艺是：提取时间3 h，料液比为1 ∶ 30，乙醇体积分数70%，提取温度70 ℃. 此条件下提取到的火龙果果皮总黄酮和多糖的平均质量分数分别为7.87 mg/g和114.05 mg/g. 此外，对火龙果果皮的提取物进行一系列的体外抗氧化结果显示：火龙果果皮提取物对DPPH ·有明显的清除效果，最大清除率达到88.64%；对·OH及ABTS自由基有良好的清除效果，最大清除率分别达到60.84%和61.77%. 本研究优化了火龙果果皮总黄酮和多糖的提取工艺，探讨了火龙果果皮提取物的体外抗氧化活性能力，对后续火龙果果皮资源的利用具有参考价值.
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图 1 不同质量浓度样品对DPPH ·的清除效果
Figure 1. The effects of samples of different concentrations on DPPH · scavenging
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图 2 不同质量浓度样品对ABTS自由基的清除效果
Figure 2. The effects of samples of different concentrations on ABTS radical scavenging
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图 3 不同质量浓度样品对·OH的清除效果
Figure 3. The effects of samples of different concentration on ·OH removal
表 1 正交设计表
Table 1 The orthogonal table
水平 A
提取时间/hB
料液比C
乙醇体积分数/%D
提取温度/℃1 1 1∶30 50 60 2 2 1∶40 60 70 3 3 1∶50 70 80 
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表 2 提取时间对总黄酮和多糖质量分数的影响
Table 2 The effect of extraction time on contents of total flavonoids and polysaccharides
提取时间/h 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 1 6.49±0.05 110.75±9.44 2 6.12±0.18 111.82±7.42 3 6.09±0.33 121.85±5.05 4 5.99±0.26 119.61±5.24 5 5.99±0.65 124.30±6.53
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表 3 料液比对总黄酮和多糖质量分数的影响
Table 3 The effect of solid-liquid ratio on contents of total flavonoids and polysaccharides
料液比 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 1∶20 4.93±0.08 97.48±4.65 1∶30 6.49±0.05 110.75±9.44 1∶40 6.57±0.29 118.38±1.37 1∶50 6.38±0.15 119.50±0.52 1∶60 5.27±0.23 103.22±9.69
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表 4 乙醇体积分数对总黄酮和多糖质量分数的影响
Table 4 The effect of ethanol concentration on contents of total flavonoids and polysaccharides
乙醇体积分数/% 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 40 3.08±0.26 86.32±3.86 50 5.79±0.06 119.14±5.35 60 6.49±0.05 110.75±9.45 70 6.35±0.49 95.16±8.05 80 6.39±0.08 80.66±4.46
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表 5 提取温度对总黄酮和多糖质量分数的影响
Table 5 The effect of extraction temperature on contents of total flavonoids and polysaccharides
提取温度/℃ 总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 50 5.24±0.10 109.59±2.34 60 6.49±0.05 110.75±9.41 70 6.50±0.06 122.51±7.11 80 6.39±0.13 131.65±1.33 90 6.09±0.07 135.01±0.96
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表 6 L9(34)正交实验结果
Table 6 The L9 (34) orthogonal experimental results
序号 A
提取时间/hB
料液比C
乙醇体积分数/%D
提取温度/℃总黄酮质量分数/(mg·g-1) 多糖质量分数/(mg·g-1) 1 1 1∶30 50 60 3.89 120.82 2 1 1∶40 60 70 7.13 119.80 3 1 1∶50 70 80 8.06 103.78 4 2 1∶30 60 80 7.99 117.01 5 2 1∶40 70 60 6.35 105.83 6 2 1∶50 50 70 4.99 120.86 7 3 1∶30 70 70 8.11 114.00 8 3 1∶40 50 80 4.81 110.79 9 3 1∶50 60 60 6.38 125.10 总黄酮K1 6.36 6.66 4.56 5.53 K2 6.44 6.10 7.15 6.74 K3 6.42 6.46 7.50 6.95 R 0.08 0.56 2.94 1.42 多糖K1 114.80 117.27 117.49 117.24 K2 114.56 112.14 120.64 118.22 K3 116.63 116.58 107.87 110.53 R 2.05 5.13 12.76 7.69
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表 7 总黄酮方差分析表
Table 7 The variance analysis of total flavonoids
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 P值 提取时间 0.011 2 0.002 4.460 0.998 料液比 0.494 2 0.101 4.460 0.925 乙醇体积分数 15.492 2 3.171 4.460 0.008* 提取温度 3.548 2 0.726 4.460 0.557 误差 19.54 8
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表 8 多糖方差分析表
Table 8 The variance analysis of polysaccharide
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 P值 提取时间 7.660 2 0.072 4.460 0.974 料液比 46.517 2 0.438 4.460 0.706 乙醇体积分数 265.446 2 2.499 4.460 0.053 提取温度 105.230 2 0.091 4.460 0.426 误差 424.85 8
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[1] 杨志娟, 曾真, 吴晓萍. 火龙果皮原花青素提取纯化及定性分析[J]. 食品科学, 2015, 36(2): 75-79. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKX201502021.htm YANG Z J, ZENG Z, WU X P. Extraction, purification and qualitative analysis of proanthocyanidins from pitaya peel[J]. Food Science, 2015, 36(2): 75-79. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKX201502021.htm
[2] 王晓波, 何晓燕, 王梅, 等. 火龙果皮总黄酮提取与体外抗氧化作用研究[J]. 食品工业科技, 2011, 32(11): 156-159. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKJ201111032.htm WANG X B, HE X Y, WANG M, et al. Study on extraction and ntioxidative activity of flavonoids in the peel of pitaya[J]. Science and Technology of Food Industry, 2011, 32(11): 156-159. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKJ201111032.htm
[3] XU L, ZHANG Y, WANG L. Structure characteristics of a water-soluble polysaccharide purified from dragon fruit (Hylo-cereus undatus)pulp[J]. Carbohydrate Polymers, 2016(11): 224-230. http://smartsearch.nstl.gov.cn/paper_detail.html?id=d3d41a9ef331dde71b8098985da9c6db
[4] 张玉锋, 孙丽平, 庄永亮, 等. 火龙果皮中膳食纤维含量及其物理化学特性[J]. 食品科学, 2012, 33(19): 164-167. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKX201219036.htm ZHANG Y F, SUN L P, ZHUANG Y L, et al. Dietary fiber contents and physicochemical characteristics of fiber-rich powder from pitaya(Hylocereus undatus) peel[J]. Food Science, 2012, 33(19): 164-167. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKX201219036.htm
[5] 王雪, 丁金龙, 黄苇, 等. 火龙果皮中果胶的提取及其结构研究[J]. 中国食品添加剂, 2015(3): 102-106. doi: 10.3969/j.issn.1006-2513.2015.03.009 WANG X, DING J J, HUANG W, et al. Study on extraction technology and structure of pectin from pitaya peel[J]. China Food Additives, 2015(3): 102-106. doi: 10.3969/j.issn.1006-2513.2015.03.009
[6] WU L C, HSU H W, CHEN Y C, et al. Antioxidant and antiproliferativeactivities of red pitaya[J]. Food Chemistry, 2006, 95(2): 319-327. doi: 10.1016/j.foodchem.2005.01.002
[7] LIRA S M, DIONíSIO A P, HOLANDA M O, et al. Metabolic profile of pitaya(Hylocereus polyrhizus(F.A.C. Weber) Britton Rose) by UPLC-QTOF-MSE and assessment of its toxicity and anxiolytic-like effect in adult zebrafish[J]. Food Research International, 2020, 127: 108701/1-10. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996919305873
[8] BELLUCCI E R B, MUNEKATA P E S, PATEIRO M, et al. Red pitaya extract as natural antioxidant in pork patties with total replacement of animal fat[J]. Meat Science, 2021, 171: 108284/1-9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0309174020307166
[9] AMID M, MANAP M Y A, ZOHDI N K. Purification and characterization of alkaline-thermostable protease enzyme from pitaya(Hylocereus polyrhizus) waste: a potential low cost of theenzyme[J]. Biomed Research International, 2014, 2014: 259238/1-8.
[10] ANAND-SWARUP K R, SATTAR M A, ABDULLAH N A, et al. Effect of dragon fruit extract on oxidative stress and aortic stiffness in streptozotocin- induced diabetes in rats[J]. Pharmacognosy Research, 2010, 2(1): 31-35. doi: 10.4103/0974-8490.60582
[11] SREEKANTH D, ARUNASREE M K, ROY K R, et al. Betanin a betacyanin pigment purified from fruits of Opuntia ficus-indica induces apoptosis in human chronic myeloid leukemia Cell line-K562[J]. Phytomedicine, 2007, 14(11): 739-746. doi: 10.1016/j.phymed.2007.03.017
[12] LUO H, CAI Y Q, PENG Z J, et al. Chemical composition and in vitro evaluation of the cytotoxic and antioxidant activities of supercritical carbon dioxide extracts of pitaya(dragon fruit) Peel[J]. Chemistry Central Journal, 2014, 8(1): 1/1-7. doi: 10.1186/1752-153X-8-11
[13] BAI X L, ZHANG H W. P41 microwave-assisted extraction and HPLC analysis of polyphenols from pitaya peel and its inhibitory effect on human lung cancer cell line A549[J]. Biochemical Pharmacology, 2017, 139: 139-140. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006295217303659
[14] 但德苗, 余侠, 胡珊珊, 等. 超声波辅助法提取火龙果果皮多糖工艺优化及其抗氧化活性研究[J]. 农产品加工, 2018(12): 32-36. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NCPJ201812010.htm DAN D M, YU X, HU S S, et al. Optimization of the ultrasonic- assisted extraction of polysaccharide from dragon fruit peel and its antioxidant activity[J]. Farm Products Processing, 2018(12): 32-36. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NCPJ201812010.htm
[15] 李艳平, 程桂广, 张甜, 等. 2种火龙果的果肉果皮成分及其抗氧化活性对比[J]. 食品科技, 2019, 44(9): 88-92. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SSPJ201909017.htm LI Y P, CHENG G G, ZHANG T, et al. Comparison on componeats and antioxidant activity of peel and fruit from two different species of pitaya[J]. Food Science and Technology, 2019, 44(9): 88-92. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SSPJ201909017.htm
[16] 黄梅华, 何全光, 淡明, 等. 火龙果皮乳酸菌发酵产品体外抗氧化能力研究[J]. 食品工业科技, 2017, 38(17): 70-74. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKJ201717014.htm HUANG M H, HE Q G, DAN M, et al. Antioxidant activity of pitaya peel beverage fermented by lactic acid bacteria in vitro[J]. Science and Technology of food industry, 2017, 38(17): 70-74. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SPKJ201717014.htm
[17] 杨新周, 田孟华, 杨子仙, 等. 白花蛇舌草中黄酮、多酚、多糖提取工艺及抗氧化研究[J]. 化学研究与应用, 2019, 31(1): 22-30. doi: 10.3969/j.issn.1004-1656.2019.01.004 YANG X Z, TIAN M H, YANG Z X, et al. Study on extraction technology and antioxidant activity of flavonoids, polyphenols, polysaccharides in Hedyotis diffusa Willd [J]. Chemical Research and Application, 2019, 31(1): 22-30. doi: 10.3969/j.issn.1004-1656.2019.01.004
[18] 李学玲, 李剑美, 李倩, 等. 龙血树叶总黄酮提取工艺的正交实验法优化及体外抗氧化性研究[J]. 华西药学, 2020, 35(6): 617-620. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HXYO202006007.htm LI X L, LI J M, LI Q, et al. Optimization of extraction process of flavonoids from leaves of Dracaena angustifolia by Orthogonal method and study of antioxidant activities in vitro[J]. West China Journal of Pharmaceutical Sciences, 2020, 35(6): 617-620. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HXYO202006007.htm
-
期刊类型引用(6)
1. 靳学远，黄丽萍，张培旗. 火龙果粉冷冻-真空微波干燥工艺优化及贮藏品质. 食品研究与开发. 2024(06): 136-141+166 . 
百度学术
2. 牛德宝，叶鸿儒，冯小芹，彭寅啸，杭方学，吕仕军. 火龙果主要生物活性成分及其功能特性研究进展. 广西科学院学报. 2024(01): 9-20 . 百度学术
3. 韦珍，向昱，杨兆杏，戴涛涛，李宝深，帅希祥，林泽松，唐雅园，何雪梅. 火龙果茎多糖组成及抗氧化稳定性分析. 食品工业科技. 2024(22): 263-271 . 百度学术
4. 张祖姣，刘宏辉，沈玉平. 银杏叶提取物处理对采后南丰蜜橘果实保鲜效果和品质的影响. 江苏农业学报. 2023(06): 1403-1413 . 百度学术
5. 宣晓婷，朱麟，沈波涛，崔燕，林旭东，马建东，凌建刚. 红美人柑橘幼果生长期营养物质及苦味物质变化规律. 食品安全质量检测学报. 2022(11): 3557-3565 . 百度学术
6. 杨一山，柴胜丰，唐健民，罗亚进，杨秀星，韦霄. 鹅毛玉凤花总多糖提取工艺优化及抗氧化活性研究. 广西科学院学报. 2022(02): 188-196 . 百度学术
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