动物营养学报    2019, Vol. 31 Issue (8): 3830-3842    PDF    
超声波辅助单宁酶法提取五倍子没食子酸及其抗氧化作用研究
李振1,2 , 李萍3     
1. 临沂大学药学院, 临沂 276005;
2. 山东省鲁南中药材资源开发工程技术研究中心, 临沂 276005;
3. 临沂市人民医院, 临沂 276003
摘要: 本研究旨在探索超声波辅助单宁酶法提取五倍子没食子酸的最佳提取工艺参数及其抗氧化作用。采用单因素试验设计,以没食子酸得率为指标,研究单宁酶添加量、酶解温度、酶解时间、pH、超声功率5个因素对五倍子提取没食子酸得率的影响,并采用响应面法优化五倍子没食子酸的最佳提取工艺参数。选择健康、体重(BW)(20±2)g的昆明小鼠40只(雌雄各1/2),随机分为4组,每组10只。空白对照组按每10 g BW 0.1 mL生理盐水灌胃,试验组分别按50(低剂量组)、75(中剂量组)、100 mg/kg BW(高剂量组)剂量灌服同体积没食子酸溶液,每天1次,试验期21 d。结果表明,没食子酸最佳提取工艺参数为:单宁酶添加量11 U/g,酶解温度45℃,酶解时间4.8 h,pH 6,超声功率380 W,此条件下没食子酸得率为(64.73±1.61)%;所得没食子酸采用结晶和离子交换树脂方法进行分离纯化,纯度为(99.01±2.47)%。在没食子酸质量浓度为60 μg/mL时,还原力为0.85±0.04,对1,1-二苯基-2-苦肼基自由基(DPPH·)、超氧阴离子自由基(O2-·)清除率分别为(92.11±2.38)%、(98.62±2.75)%。与空白对照组比较,中、高剂量组肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性显著或极显著升高(P < 0.05或P < 0.01),低、中、高剂量组肝脏中丙二醛(MDA)含量显著或极显著降低(P < 0.05或P < 0.01)。由此可见,超声波辅助单宁酶法能够提高没食子酸得率,没食子酸可以有效地清除自由基,具有良好的抗氧化作用。
关键词: 五倍子    没食子酸    超声波    单宁酶    响应面法    抗氧化    
Study on Gallic Acid from Galla chinensis by Ultrasonic-Assisted Tannin Enzymatic Method and Its Antioxygenation
LI Zhen1,2 , LI Ping3     
1. College of Pharmacy, Linyi University, Linyi 276005, China;
2. Shandong Lunan Chinese Medicinal Materials Resources Development Engineering Technology Research Center, Linyi 276005, China;
3. Linyi People's Hospital, Linyi 276003, China
Abstract: This study was conducted to explore the optimum extraction process conditions of gallic acid from Galla chinensist by ultrasonic-assisted tannin enzymatic method and its antioxygenation. A single factor design was adopted in the experiment, to study the effects of tannase enzyme addition amount, enzymolysis temperature, enzymolysis time, pH, ultrasonic power on yield of gallic acid, and the response surface method was used to optimize the extraction process condition of gallic acid from Galla chinensis. Forty healthy Kunming mice (half male and half female) with the body weight (BW) of (20±2) g were selected and divided into 4 groups with 10 mice per group. Mice in the blank control group were gavage 10 g BW 0.1 mL normal saline, and mice in the experimental groups were gavage 50 (low dose group), 75 (medium dose group) and 100 mg/kg BW (high dose group) gallic acid solution of the same volume, respectively, one times a day, and the experiment last for 21 days. The results showed that the optimum extraction process conditions of gallic acid were as follows:the tannase enzyme addition amount was 11 U/g, the enzymolysis temperature was 45℃, the enzymolysis time was 4.8 h, the pH was 6 and the ultrasonic power was 380 W. Under the above conditions, the yield of gallic acid was (64.73±1.61)%. The purity of gallic acid was (99.01±2.47)% which puritied by crystallization method and ion exchange resin method. On the mass concentration of 60 μg/mL, the reducing force was 0.85±0.04, and the scavenging rates of 1, 1-diphenyl-2-picrylhydrazine radical (DPPH·) and superoxide anion radical (O2-·) were (92.11±2.38)% and (98.62±2.75)%, respectively. Compared with the blank control group, the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GSH-Px) in liver of medium and high dose groups were significantly increased (P < 0.05 and P < 0.01), and the liver malondialdehyde (MDA) content of low, medium and high dose groups was significantly decreased (P < 0.05 and P < 0.01). Therefore, the ultrasonic-assisted tannin enzymatic method can improve the yield of gallic acid, the gallic acid can scavenge free radical effectively and has good antioxygenation.
Key words: Galla chinensis    gallic acid    ultrasonic    tannase enzyme    response surface method    antioxidant    

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时,体内高活性分子如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)产生过多,大量自由基积累,导致氧化系统和抗氧化系统失衡引起的病理反应。研究表明,氧化应激可引起动物采食量下降、生长发育和免疫力降低、死亡率升高,并影响畜产品品质。近几年,随着畜牧业集约化和规模化的发展,氧化应激给动物生产带来的危害日趋严重,已成为畜牧工作者关注的热点。因此,研究天然抗氧化物,从根本上预防自由基氧化损伤迫在眉睫。

五倍子(Galla chinensis)为漆树科植物盐肤木(Rhus chinensis Mill.)等叶上的虫瘿,主要由五倍子蚜[Melaphis chinensis (bel1) baker]寄生而形成,其主要活性成分是鞣质和没食子酸[1]。研究表明,五倍子提取物具有抑菌、抗病毒、抗肿瘤、抗炎、抗氧化、降血糖等生物活性[2-9]。目前,五倍子没食子酸制备方法主要有化学法和生物法,其中化学法包括酸水解法和碱水解法,存在对环境污染、设备损耗较大和能耗较高等问题。生物法包括生物发酵法和酶法[10-11],具有环境污染小、底物水解完全、得率高、反应条件相对温和、对设备要求低等优点。单宁酶是一种水解酶,具有缩酚羧酶和酯酶的活性,可降解鞣质中没食子酸与多羟基醇之间形成的酯键以及2个没食子酸之间形成的缩酚羧键,生成没食子酸。关于五倍子没食子酸超声波辅助单宁酶法提取工艺优化及其抗氧化作用方面的研究鲜有报道。因此,本研究以没食子酸得率为指标,采用超声波辅助单宁酶法,通过单因素筛选试验和响应面法优化五倍子没食子酸的最佳制备工艺,探讨其抗氧化作用,为其在畜禽养殖中的应用提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料和试剂

主要试验材料和试剂包括五倍子(山东老百姓大药房),没食子酸标准品(纯度≥98%,中国食品药品检验研究院),单宁酶(200 U/g,上海源叶生物科技有限公司),1, 1-二苯基-2-苦肼基(DPPH)(上海浩然生物技术有限公司),邻苯三酚(江苏泰兴市银鑫化工科技有限公司),Tris(上海浩然生物有限公司),732型离子交换树脂(上海树脂有限公司),维生素C(广东深圳市昊仪科技发展有限公司),无水乙醇、盐酸、三氯乙酸、磷酸二氢钠、铁氰化钾[K3Fe(CN)6]、三氯化铁等试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司),超氧化物岐化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)及丙二醛(MDA)测定试剂盒(南京建成生物工程研究所)。

1.2 仪器和设备

主要试验仪器和设备包括FA2004N电子天平(上海精密仪器仪表有限公司)、WK-150型超微粉碎机(青州市精诚医药装备制造有限公司)、DHG-9035A电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)、BCD-185TMPQ冰箱(青岛海尔股份有限公司)、KQ-600DE型超声波清洗仪(江苏昆山市超声仪器有限公司)、TU-1810sp紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)、RE52-99旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)、SHK-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州科泰实验设备有限公司)、LGJ-18冷冻干燥机(北京松源华兴科技发展有限公司)、TDl-80-2B离心机(上海安亭科学仪器有限公司)、HH-S8数显恒温水浴锅(江苏金怡仪器科技有限公司)。

1.3 试验方法 1.3.1 没食子酸提取工艺流程

五倍子粉碎,过80目筛,取其粉末适量置三角瓶中,加入单宁酶溶液(按料液比1 g : 10 mL,10 U/g五倍子配制),调节pH至6,40 ℃酶解4 h,360 W超声20 min,置100 ℃水浴灭酶活5 min,过滤,提取2次,合并滤液,冷却结晶,过滤,制备没食子酸粗品,加热溶解,脱色,过732型离子交换树脂,冷却重结晶,过滤,真空干燥,即得没食子酸产品。

1.3.2 没食子酸标准曲线的绘制及得率计算

参照秦贻强等[12]方法并有所改动。称取没食子酸标准品0.025 g,置50 mL棕色容量瓶中,加纯净水溶解,定容至50 mL。精确吸取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL没食子酸标准品溶液,置50 mL棕色容量瓶中,定容,在266 nm处,测定其吸光度(OD),以OD值为纵坐标,质量浓度为横坐标,绘制标准曲线,建立线性回归方程,测定提取样品中没食子酸OD值,计算没食子酸质量浓度,按下式计算没食子酸得率。

没食子酸得率(%)=[(C×V×N)/1 000×M]×100;

式中:C为没食子酸的质量浓度(mg/mL);V为待测溶液的体积(mL);N为样品的稀释倍数;M为五倍子的质量(g)。

1.3.3 没食子酸提取单因素试验

称取粉碎的五倍子样品,以没食子酸得率为考察指标,分别考察单宁酶添加量(5、10、15、20、25、30 U/g)、酶解温度(20、30、40、50、60、70 ℃)、酶解时间(1、2、3、4、5、6 h)、pH(3、4、5、6、7、8)、超声功率(240、300、360、420、480、540 W)5个因素对没食子酸得率的影响,每个反应条件设3个重复。

1.3.4 Box-Behnken优化没食子酸提取试验

在单因素试验筛选的基础上,选取影响没食子酸得率较大的单宁酶添加量、酶解温度、酶解时间、超声功率4个因素为自变量,调节酶解pH至6,采用Design Expert 8.0.6软件Box-Behnken设计方法进行响应面优化试验,对试验数据进行方差分析,试验设计方案见表 1

表 1 响应面试验因素水平表 Table 1 Factors and levels of response surface experiments
1.3.5 没食子酸的纯化

采用结晶与离子交换树脂方法分离纯化五倍子没食子酸[13-14]。按1.3.4最佳工艺制备出五倍子没食子酸提取液,减压浓缩,0~5 ℃冷却结晶,过滤,取结晶置纯净水,80 ℃加热溶解,活性炭脱色,过732型离子交换树脂,没食子酸溶液0~5 ℃冷却重结晶,过滤,真空干燥,制备没食子酸产品,测定其纯度。

1.3.6 没食子酸体外抗氧化活性试验

分别取没食子酸和维生素C适量,置50 mL棕色容量瓶中,配制成质量浓度分别为5、10、20、30、40、60 μg/mL的待测溶液。

1.3.6.1 没食子酸还原力的测定

采用铁氰化钾法测定没食子酸的还原能力。分别量取没食子酸待测液1 mL,加5 mL pH 6.6的磷酸缓冲液和5 mL 1%铁氰化钾溶液,50 ℃水浴20 min,再加5 mL10%三氯乙酸溶液,混匀,3 000 r/min离心5 min,取上清液5 mL,加入5 mL纯净水和5 mL 0.1%三氯化铁溶液,混匀,静置10 min,以纯净水作为空白,维生素C溶液作为阳性对照,在700 nm处测定其OD值。

1.3.6.2 没食子酸对1, 1-二苯基-2-苦肼基自由基(DPPH·)清除率的测定

分别量取没食子酸待测溶液1 mL,加入0.25 mmol/L DPPH溶液1 mL,加入60%乙醇至10 mL,37 ℃水浴20 min,以60%乙醇作为空白,维生素C溶液为阳性对照,在517 nm处测定其OD值。

没食子酸对DPPH·清除率(%)=100×(A0-Ax)/A0

式中:Ax为加没食子酸后DPPH溶液的OD值;A0为未加没食子酸时DPPH溶液的OD值。

1.3.6.3 没食子酸对超氧阴离子自由基(O2-·)清除率的测定

分别量取4.5 mL 0.05 mol/L Tris-HCl缓冲溶液(pH 8.2)至比色管中,25 ℃水浴25 min,各加入待测液1 mL,再加入0.4 mL 0.002 5 mol/L邻苯三酚溶液,混匀,25 ℃水浴4 min,立即加入8 mol/L盐酸2滴,终止反应,用纯净水作为空白对照,维生素C溶液作为阳性对照,在325 nm处测定其OD值。

没食子酸对O2-·清除率(%)=100×(A0-Ax)/A0

式中:Ax为加没食子酸后溶液的OD值;A0为未加没食子酸溶液的OD值。

1.4 动物试验 1.4.1 试验设计

选择健康、体重(BW)(20±2) g的昆明小鼠40只(雌雄各1/2),适应性饲养7 d,随机分为4组,每组10只。空白对照组按每10 g BW 0.1 mL生理盐水灌胃,试验组分别按50(低剂量组)、75(中剂量组)、100 mg/kg BW(高剂量组)剂量灌服同体积没食子酸溶液,每天1次,试验期21 d。

1.4.2 指标测定

试验结束后,各组小鼠禁食12 h,脱臼处死,摘取肝脏,用预冷生理盐水漂洗,滤纸吸干,称取肝脏质量,按质量(g) :体积(mL)1 : 9加入预冷生理盐水,制备成10%组织匀浆。用冷冻离心机4 ℃、3 000 r/min离心10 min,吸取上清液。按照试剂盒使用说明,分别测定肝脏中SOD、CAT、GSH-Px活性及MDA含量。

1.5 数据统计分析

试验数据采用Excel 2007和Design expert 8.0.6软件进行统计分析,以平均值±标准差表示。P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析 2.1 没食子酸标准曲线的绘制

没食子酸标准曲线见图 1。在质量浓度5.0~25.0 mg/mL内,没食子酸质量浓度与OD值呈现良好的线性关系,回归方程为:

图 1 没食子酸标准曲线 Fig. 1 Standard curve of gallic acid

Y=0.037X+0.100 8 (R2=0.999 8)。

式中:X为没食子酸质量浓度;Y为OD值。

2.2 单因素试验结果 2.2.1 单宁酶添加量对没食子酸得率的影响

图 2可知,在酶解温度40 ℃、酶解时间4 h、pH 7、超声功率360 W条件下,没食子酸得率随着单宁酶添加量的增加而升高,单宁酶添加量为30 U/g时,没食子酸得率为(62.52±1.53)%,但在单宁酶添加量达到15 U/g后,没食子酸得率增加变缓,考虑到添加酶的经济成本,单宁酶添加量以15 U/g为宜。

图 2 单宁酶添加量对没食子酸得率的影响 Fig. 2 Effects of tannin enzyme addition amount on yield of gallic acid
2.2.2 酶解温度对没食子酸得率的影响

图 3可知,在单宁酶添加量为10 U/g、酶解时间4 h、pH 7、超声功率360 W条件下,没食子酸得率在20~50 ℃随着酶解温度的升高而升高,但40~50 ℃趋向稳定,50 ℃时,没食子酸得率为(54.13±1.40)%。随后,没食子酸得率开始下降。因此,酶解温度以40~50 ℃为宜。

图 3 酶解温度对没食子酸得率的影响 Fig. 3 Effects of enzymolysis temperature on yield of gallic acid
2.2.3 酶解时间对没食子酸得率的影响

图 4可知,在单宁酶添加量为10 U/g、酶解温度40 ℃、pH 7、超声功率360 W条件下,没食子酸得率随着酶解时间的延长而升高,酶解时间为6 h时,没食子酸得率为(57.46±1.21)%,但在酶解时间4 h后,没食子酸得率增加变缓,升高不明显。因此,酶解时间以4 h左右为宜。

图 4 酶解时间对没食子酸得率的影响 Fig. 4 Effects of enzymolysis time on yield of gallic acid
2.2.4 pH对没食子酸得率的影响

图 5可知,在单宁酶添加量为10 U/g、酶解时间4 h、温度40 ℃、超声功率360 W条件下,没食子酸得率随着pH的升高而升高,但在pH达到5后,升高趋势变缓;在pH达到6时,没食子酸得率最高,为(53.04±1.27)%。此后,没食子酸得率开始下降,但整体对没食子酸得率影响较小。因此,pH在5~6为宜。

图 5 pH对没食子酸得率的影响 Fig. 5 Effects of pH on yield of gallic acid
2.2.5 超声功率对没食子酸得率的影响

图 6可知,在单宁酶添加量为10 U/g、酶解时间4 h、pH 7、温度40 ℃条件下,没食子酸得率随着超声功率的升高而升高,超声功率为540 W时,没食子酸得率为(45.37±1.08)%,但在超声功率达到420 W后,没食子酸得率升高变缓。因此,适宜超声功率为420 W左右。

图 6 超声功率对没食子酸得率的影响 Fig. 6 Effects of ultrasonic power on yield of gallic acid
2.3 响应面法优化没食子酸提取工艺参数 2.3.1 响应面试验结果

响应面法优化没食子酸得率的试验结果见表 2。使用Box-Behnken设计模型数据分析系统中的方差分析对试验数据进行多元回归拟合,以没食子酸得率(Y)为因变量,单宁酶添加量(A)、酶解温度(B)、酶解时间(C)、超声功率(D)为自变量,建立了响应面回归方程:

表 2 响应面法试验设计及试验结果 Table 2 Experimental design and results of response surface methodology

Y=62.42+4.34A+2.88B+3.88C+1.39D-1.52AB+0.73AC-0.12AD+2.37BC-1.15BD+1.60CD-5.00A2-4.08B2-3.51C2-3.05D2

对回归方程进行方差分析和显著性检验,结果见表 3。由表可知,该回归模型P<0.000 1,失拟项(P=0.289 4)>0.01,相关系数(R2)=0.947 3,说明该回归方程模型极显著(P<0.01),试验误差较小,回归模型与实际提取试验拟合程度好,试验设计方法可靠,适用于优化没食子酸得率的提取工艺。对各项影响提取因素的偏回归系数进行检验分析,结果表明:所筛选的单宁酶添加量、酶解温度、酶解时间3个因素的一次线性项对五倍子没食子酸得率有极显著的影响(P<0.01),超声功率有影响显著(P<0.05),各因素影响排序依次为单宁酶添加量(A)>酶解时间(C)>酶解温度(B)>超声功率(D);因素交互项AB、AC、AD、BD、CD对五倍子没食子酸得率的影响不显著(P>0.05),但因素交互项BC有显著影响(P=0.021 6),说明酶解温度与酶解时间之间交互作用对没食子酸得率影响显著;从二次项A2B2C2D2对没食子酸得率响应值来看,单宁酶添加量、酶解温度、酶解时间、超声功率的二次项对没食子酸得率的影响均达到极显著水平(P<0.01)。

表 3 响应面法试验结果方差分析 Table 3 Variance analysis on experimental results of response surface methodology
2.3.2 提取条件互作对没食子酸得率的影响

响应面直观反映了没食子酸得率提取各因素对响应值的影响及各因素之间的相互作用。响应面坡陡峭程度和等高线形状反映出交互作用的强度,如果响应面坡度相对平缓,则说明受提取因素变化的影响不大;相反,如果坡度比较陡峭,表明响应值受提取因素改变的影响较大[15]。若等高线呈椭圆形,表明两两因素交互效应明显,呈圆形则反之。没食子酸得率各因素交互效应响应面和等高线见图 7~图 12

图 7 单宁酶添加量和酶解温度对没食子酸得率的影响 Fig. 7 Effects of tannin enzyme addition amount and enzymolysis temperature on yield of gallic acid
图 8 单宁酶添加量和酶解时间对没食子酸得率的影响 Fig. 8 Effects of tannin enzyme addition amount and enzymolysis time on yield of gallic acid
图 9 单宁酶添加量和超声功率对没食子酸得率的影响 Fig. 9 Effects of tannin enzyme addition amount and ultrasonic power on yield of gallic acid
图 10 酶解温度与酶解时间对没食子酸得率的影响 Fig. 10 Effects of enzymolysis temperature and enzymolysis time on yield of gallic acid
图 11 酶解温度与超声功率对没食子酸得率的影响 Fig. 11 Effects of enzymolysis temperature and ultrasonic power on yield of gallic acid
图 12 酶解时间与超声功率对没食子酸得率的影响 Fig. 12 Effects of enzymolysis time and ultrasonic power on yield of gallic acid
2.3.2.1 单宁酶添加量和酶解温度对没食子酸得率的影响

图 7可见,单宁酶添加量和酶解温度对没食子酸得率的交互作用不明显,取值较小时,效应面曲线较陡,随着单宁酶添加量的增大和酶解温度的升高响应面曲线较平缓,影响变小。从等高线可见,等高线的椭圆程度不高,表明两者交互作用不明显,在单宁酶添加量一侧等高线比酶解温度一侧密集,表明单宁酶添加量对没食子酸得率的影响高于酶解温度。

2.3.2.2 单宁酶添加量和酶解时间对没食子酸得率的影响

图 8可知,单宁酶添加量和酶解时间对没食子酸得率的交互作用不明显,取值较小时,效应面曲线较陡,随着单宁酶添加量的增大和酶解时间的延长,响应面曲线较平缓,影响减小。从等高线可见,等高线的椭圆程度不高,表明两者交互作用不明显,单宁酶添加量对没食子酸得率的影响比酶解时间大。

2.3.2.3 单宁酶添加量和超声功率对没食子酸得率的影响

图 9可见,单宁酶添加量和超声功率对没食子酸得率的交互作用不明显,取值较小时,效应面曲线较陡,随着单宁酶添加量和超声功率增大,响应面曲线变缓,影响减小。从等高线可见,单宁酶添加量对没食子酸得率的影响大于超声功率。

2.3.2.4 酶解温度与酶解时间对没食子酸得率的影响

图 10可见,酶解温度与酶解时间对没食子酸得率的交互作用明显,取值较小时,效应面曲线较陡,随着酶解温度升高与酶解时间延长,响应面曲线变缓,影响减小。

2.3.2.5 酶解温度与超声功率对没食子酸得率的影响

图 11可见,酶解温度与超声功率对没食子酸得率的交互作用不明显,取值较小时,效应面曲线较陡,随着酶解温度升高和超声功率增大,响应面曲线变缓,影响减小。

2.3.2.6 酶解时间与超声功率对没食子酸得率的影响

图 12可见,酶解时间与超声功率对没食子酸得率的交互作用不明显,酶解时间较小时,效应面曲线较陡,随着酶解时间延长和超声功率增大,响应面曲线变缓,影响减小,且酶解时间对没食子酸得率的影响比超声功率大。

综合回归模型的统计分析可知,没食子酸的最佳提取工艺参数为:单宁酶添加量为10.84 U/g,酶解温度为44.68 ℃,酶解时间为4.83 h,超声功率为381.09 W,此条件下没食子酸理论提取得率为65.87%。为验证分析结果的可行性与可靠性,考虑到方便试验操作,将提取五倍子没食子酸的工艺条件设定为:单宁酶添加量为11 U/g,酶解温度为45 ℃,酶解时间为4.8 h,pH为6,超声功率为380 W,测得的没食子酸得率为(64.73±1.61)%。测定提取得率与模型的预测值相近,其相对误差为1.14%。因此,该模型准确、可靠,可以用于没食子酸的优化提取。

2.4 没食子酸的分离纯化

经过结晶和离子交换树脂分离纯化后,本试验制备的没食子酸的纯度为(99.01±2.47)%,达到合格要求。

2.5 没食子酸体外抗氧化活性试验结果 2.5.1 没食子酸还原力的测定结果

图 13可知,在质量浓度5~60 μg/mL内,没食子酸的还原力(OD值)随着质量浓度的增加而增加,在60 μg/mL质量浓度时,OD值为0.85±0.04,与相同质量浓度的维生素C进行比较,没食子酸的还原力高于维生素C。

图 13 没食子酸与维生素C对还原力的影响 Fig. 13 Effects of gallic acid and vitamin C on reducing force
2.5.2 没食子酸对DPPH·清除率的测定结果

图 14可知,在质量浓度5~60 μg/mL内,随着没食子酸质量浓度的增加,对DPPH·清除率逐渐增强,在30 μg/mL质量浓度附近时,略低于维生素C,但其他质量浓度没食子酸对DPPH·清除率均高于维生素C。当没食子酸浓度为60 μg/mL时,对DPPH·清除率最高,为(92.11±2.38)%。

图 14 没食子酸与维生素C对DPPH·的清除率的影响 Fig. 14 Effects of gallic acid and vitamin C on scavenging rate of DPPH·
2.5.3 没食子酸对O2-·清除率的测定结果

图 15可知,在质量浓度5~60 μg/mL内,随着没食子酸质量浓度的增加,对O2-·清除率逐渐增强,在相同质量浓度条件下,没食子酸对邻苯三酚自氧化产生的O2-·清除率高于维生素C溶液。当没食子酸质量浓度为60 μg/mL时,对O2-·清除率为(98.62±2.75)%。

图 15 没食子酸与维生素C对O2-·清除率的影响 Fig. 15 Effects of gallic acid and vitamin C on scavenging rate of O2-·
2.6 没食子酸在动物体内抗氧化作用结果

表 4可知,给小鼠灌服没食子酸后,试验组小鼠肝脏中的SOD、GSH-Px及CAT活性分别有不同程度地提高,MDA含量降低。与空白对照组比较,低剂量组肝脏中SOD、CAT活性有所升高,但差异不显著(P>0.05),中、高剂量组肝脏中SOD、CAT活性升高,差异显著(P<0.05)。低剂量组肝脏中GSH-Px活性升高,但差异不显著(P>0.05);中剂量组肝脏中GSH-Px活性升高,差异显著(P<0.05);高剂量组肝脏中GSH-Px活性升高,差异极显著(P<0.01)。低剂量组肝脏中MDA含量降低,差异显著(P<0.05),中、高剂量组肝脏中MDA含量降低,差异极显著(P<0.01)。因此,没食子酸能够有效地提高机体抗氧化酶系统活性,增强其抗氧化作用。

表 4 没食子酸对小鼠肝脏抗氧化作用的影响 Table 4 Effects of gallic acid on liver antioxygenation of mice
3 讨论 3.1 没食子酸提取工艺的优化

没食子酸是一种高效的抗氧化剂,广泛用于医药、饲料、化妆品等行业。微生物转化法是通过微生物细胞将复杂的底物进行结构修饰,也就是利用微生物代谢过程中产生的某个或某一系列的酶对底物特定部位进行的催化作用,因具有对环境友好以及提纯工艺较为简单等优点而备受关注。Beena等[16]以单宁酸作为诱导物,利用菌株泡盛曲霉(Aspergillus awamori)BTMFW032进行深层液态发酵84 h,没食子酸的浓度可以达到372.6 μg/mL;熊进等[10]用五倍子直接作为产酶的诱导物及转化底物,底物分4次添加,每次间隔12 h,转化过程中搅拌速度优化为200 r/min,温度为35 ℃,没食子酸浓度可达到39.78 mg/mL,转化率最大值为73.05%。王啸等[17]采用黑曲霉B0201为菌种,五倍子生料固体发酵,没有生成没食子酸,但改用生料发酵生产单宁酶,再采用酶法制备没食子酸,反应4 h,0.5 L反应液中积累了3.83 g的没食子酸。单宁酶是一种胞外诱导的酰基水解酶,具有缩酚羧酶和酯酶的活性,可降解单宁酸中没食子酸与多羟基醇之间形成的酯键以及2个没食子酸之间形成的缩酚羧键,从而产生没食子酸和葡萄糖。邵元元等[11]以单宁酶为酶源,优化了五倍子制备没食子酸的最优工艺技术参数为酶添加量16.26 U/g,酶促反应时间为5.88 h,pH为5.78,温度为40.70 ℃,没食子酸得率为59.32%。超声波提取技术是利用超声波具有的机械、空化以及热效应,可加强胞内物质的释放、扩散和溶解,加速有效成分的浸出,提高提取效率。姜宁等[18]利用超声波辅助提取五倍子中的单宁酸,最高提取率可达94%,超声波辅助提取法的提取率是水提法的1.9倍。本试验结果表明,采用超声波辅助单宁酶法制备五倍子没食子酸的最优工艺条件为:单宁酶添加量为11 U/g,酶解温度为45 ℃,酶解时间为4.8 h,pH为6,超声功率为380 W,没食子酸得率为(64.73±1.61)%,采用结晶与离子交换树脂方法进行纯化,没食子酸的纯度为(99.01±2.47)%,与邵元元等[11]研究结果进行比较,该提取工艺单宁酶添加量大大降低,提取时间缩短,且提高了没食子酸的得率。

3.2 没食子酸的体外抗氧化性

在正常情况下,机体代谢产生的微量ROS对维持细胞正常功能具有一定的积极作用,但是当机体处于氧化应激状态时,机体会产生过量的ROS,诱导细胞损伤、凋亡和坏死[19]。因此,氧化应激被认为是多种疾病发生的重要病理机制之一。天然植物提取物因其抗氧化活性高,在抵御或减轻氧化应激对机体的危害、预防和治疗疾病,维持畜禽良好生产性能等多方面均表现出巨大的研究和应用价值[20]。多酚类化合物大多是以酚羟基作为氢供体,对多种ROS起到高效清除的作用[21];此外,还能与铁离子、铜离子等具有促进活性氧生成的金属离子发生螯合反应,进而保护机体免受氧化应激损伤[22]。勾明玥等[8]研究了五倍子醇提物的抗氧化活性,结果显示,当质量浓度为20 μg/mL时,五倍子提取物清除O2-·的能力为95.17%,清除羟自由基(OH·)的能力为27.78%,当质量浓度为100 μg/mL时,五倍子提取物清除率达89.17%。谢晓艳等[23]报道,没食子酸在质量浓度5~50 μg/mL内,对DPPH·的清除率为20.65%~87.98%,并呈一定的浓度依赖关系;在质量浓度50~400 μg/mL内,对OH·的清除率为47.32%~67.25%,其清除作用高于维生素C,这与没食子酸结构中含有较多的酚羟基密切相关。本试验制备的没食子酸的还原力为0.85±0.04,对DPPH·、O2-·清除率分别为(92.11±2.38)%、(98.62±2.75)%,是一种高效的天然抗氧化剂,在畜牧生产上具有潜在的应用前景。

3.3 五倍子没食子酸在动物体内的抗氧化作用

SOD、GSH-Px和CAT是生物体内重要的抗氧化酶,可消除氧自由基对机体的氧化损伤的作用,其活性高低可以相对反映出机体清除自由基的能力,对维持机体的正常生理机能起到至关重要的作用。MDA作为脂质过氧化产物,是目前公认的能反映氧自由基产生及引发脂质过氧化反应的间接指标,其含量的变化不但可以反映氧自由基生成的量及氧化反应的强烈程度,还可以反映其对组织损伤的严重程度。本试验结果表明,给小鼠灌胃没食子酸后,肝脏中SOD、GSH-Px、CAT活性升高,MDA含量降低,说明没食子酸在机体内具有良好的抗氧化作用。

4 结论

① 本研究采用超声波辅助单宁酶法提取五倍子中的没食子酸,最佳提取工艺条件:单宁酶添加量为11 U/g,酶解温度为45 ℃,酶解时间为4.8 h,pH为6,超声功率为380 W,此条件下五倍子没食子酸得率为(64.73±1.61)%,采用结晶与离子交换树脂方法进行分离纯化,纯度为(99.01±2.47)%。

② 在没食子酸质量浓度为60 μg/mL时,体外试验显示其还原力为0.85±0.04,对DPPH·、O2-·清除率分别为(92.11±2.38)%、(98.62±2.75)%;给小鼠灌胃没食子酸,肝脏中SOD、GSH-Px和CAT活性升高,MDA含量降低。因此,没食子酸在体内外均表现出良好的抗氧化作用。

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