静磁场对黑胡椒提取物抗氧化活性的影响

张　娇,吴松海*,陈文学,王　妨

(1.天津大学化工学院，天津 300072；2.海南大学食品学院，海南 海口 570228)

胡椒为胡椒科胡椒属攀援状藤本，素有香料之王的美誉，原产自印度，现广泛栽培于热带国家，在我国福建、广东、海南、广西和云南均有种植[1-2]。胡椒的营养价值很高，富含多种维生素及微量元素、胡椒碱和挥发油等物质，是一种重要的调味剂和防腐剂，并且具有一定的医疗保健作用。在许多亚洲国家，胡椒经常用于治疗风湿、头痛、寒痰、咳嗽、腹泻、消化不良和痛经等症[3-4]。研究表明，胡椒中主要的活性化学物质胡椒碱具有一定的抗氧化性能[5-6]，而磁场对许多生物活性物质都会产生一定的影响，例如，恒定磁场可以有效提高柑橘皮中活性物质的提取率，旋磁场可增加广枣总黄酮乙醇提取液抗人红细胞氧化作用功效，强脉冲磁场能钝化草莓过氧化物酶[7-12]。但关于磁场对胡椒提取物抗氧化活性的影响却鲜有报道。本研究利用交叉学科的原理和方法，初步探究静磁场作用对黑胡椒提取物抗氧化活性的影响，为静磁场在黑胡椒有效成分提取及开发这一领域的进一步应用提供科学依据。

1　材料与方法

1.1　试验材料与设备

1.1.1试验材料与试剂

黑胡椒,购于天津市场。

DPPH和铁氰化钾，分析纯，Sigma公司;三氯乙酸、三氯化铁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和无水乙醇，分析纯，天津虔诚伟业公司。

1.1.2试验设备

电热恒温水浴锅，上海申顺生物科技有限公司；电子分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；磁铁；旋转蒸发仪，上海申生科技有限公司；循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸易有限公司；超声波扫频清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司；真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；紫外可见分光光度计，UV1700-1 800，上海凤凰光学科仪有限公司；离心机，L420 ，长沙湘仪离心机仪器有限公司。

1.2　试验方法

1.2.1样品预处理

将黑胡椒置于50 ℃真空干燥24 h，待冷却后，粉碎，过60目筛，取筛下物留作样品。

1.2.2静磁场辅助下的浸提过程

1.2.2.1先超声波后磁场提取

称取5.0 g样品于250 mL三角瓶中，加入100 mL的无水乙醇，浸泡12 h后在频率40 kHz、功率200 W的超声波条件下常温浸提1 h，然后分别放入0.45、0.10和0 T的静磁场中再浸提1 h。提取结束后用真空泵抽滤，然后真空干燥，冷却备用。

1.2.2.2先磁场后超声波提取

称取5.0 g样品于250 mL三角瓶中，加入100 mL的无水乙醇，浸泡12 h后分别放入0.45、0.10和0 T的静磁场中浸提1 h，然后在频率40 kHz、功率200 W的超声波条件下常温浸提1 h。提取结束后用真空泵抽滤，然后真空干燥，冷却备用。

1.2.2.3回流方法下不同磁场的提取

称取5.0 g样品于250 mL蒸馏瓶中，加入100 mL的无水乙醇，在蒸馏瓶上接入冷凝管，然后将蒸馏瓶置于静磁场中(0、0.10和0.45 T)，在加热微沸的条件下冷凝回流提取12 h。提取结束后用真空泵抽滤，然后真空干燥，冷却备用。

1.2.3静磁场辅助下的抗氧化性测定过程

1.2.3.1磁场预处理样品

将未经磁场处理只用超声法提取所得的黑胡椒提取物分别在0、0.15、0.30、0.45 T的静磁场下静置12 h，然后进行抗氧化活性的测定。

1.2.3.2磁场直接作用于抗氧化性测定过程

将未经磁场处理只用超声法提取所得的黑胡椒提取物直接在静磁场下进行抗氧化性的测试，所用磁场强度分别为0 、0.15 、0.30和0.45 T。

1.2.4抗氧化性测定方法

1.2.4.1对DPPH自由基清除能力测定[13]

移取0.5 mL质量分数为1%的样品于试管中，加入1.4 mL 0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液，再用质量分数为95%的乙醇稀释到3 mL，在暗处放置30 min，然后在517 nm处比色测定。

DPPH的清除率=(1-A样品/A空白)×100%

(1)

式(1)中，A样品为样品管的吸光率，A空白为空白管的吸光率。

1.2.4.2还原能力测定[14]

移取0.2 mL质量分数为1%的样品于试管中，加入1 mL 质量分数为1%的铁氰化钾溶液，用磷酸盐缓冲溶液(0.2 mol/L，pH值为6.6)定容至2 mL，混合后在50 ℃下水浴20 min，加入质量分数为10%的三氯乙酸1 mL，于4 000 r/min离心10 min，取上清液2 mL，加入2 mL蒸馏水，质量分数为0.1%的三氯化铁400 μL，混匀后在700 nm处比色，测定体系的吸光度A1。

2　试验结果与分析

2.1　静磁场辅助浸提过程对黑胡椒提取物抗氧化活性的影响

静磁场辅助浸提过程对黑胡椒提取物清除DPPH自由基能力的影响如图1所示。

图1　静磁场辅助浸提过程对黑胡椒提取物清除DPPH自由基能力的影响Fig.1　Effect of static magnetic field on DPPH radical scavenging activity of black pepper extracts when static magnetic field acted on the extracting process

由图1可见，不同提取方法所获得的黑胡椒提取物对DPPH自由基的清除能力无显著性差异，并且浸提过程中外加静磁场对胡椒提取物清除DPPH自由基的能力基本没有影响。

静磁场辅助浸提过程对黑胡椒提取物还原能力的影响如图2所示。

图2　静磁场辅助浸提过程对黑胡椒提取物还原能力的影响Fig.2　Effect of static magnetic field on reducing power of black pepper extracts when static magnetic field acted on the extracting process

由图2可见，回流浸提所得的黑胡椒提取物其还原能力要高于超声浸提所得的提取物，但不论是回流提取法还是超声提取法，在过程中加入静磁场都会使提取物的还原能力降低。不同强度的磁场对黑胡椒提取物还原能力的影响呈现不规律性：采用先超声后磁场提取和磁场辅助回流提取2种方法时，0.45和0.10 T磁场均使黑胡椒提取物的还原能力下降，但其影响没有显著性差异；采用先磁场后超声提取法时，0.45 T磁场使得提取物的还原能力显著降低，0.10 T磁场的影响却并不明显。

试验结果表明，当静磁场作用于浸提过程时，黑胡椒提取物清除DPPH自由基的能力基本不受影响，但其还原能力会出现一定程度的下降，所以静磁场作用于浸提过程会在一定程度上抑制黑胡椒提取物的抗氧化活性，实际生产中应尽量减少或避免提取过程受到过多磁场的影响。

2.2　静磁场预处理对黑胡椒提取物抗氧化活性的影响

将单用超声法提取的样品在不同强度的静磁场下静置12 h，然后进行清除DPPH自由基能力的测试，所得结果如图3所示。

图3　静磁场预处理对黑胡椒提取物清除DPPH自由基能力的影响Fig.3　Effect of static magnetic field on DPPH radical scavenging activity of black pepper extracts when static magnetic field acted on extracts preconditioning

由图3可见，在静磁场下静置12 h之后，黑胡椒提取物对DPPH自由基的清除率有明显的下降，并且磁场强度越大，清除率下降的越明显，这表明静磁场的预处理会抑制黑胡椒提取物对DPPH自由基的清除能力。

将单用超声法提取的样品在不同强度的静磁场下静置12 h，然后进行还原能力的测试，所得结果如图4所示。

图4　静磁场预处理对黑胡椒提取物还原能力的影响Fig.4　Effect of static magnetic field on reducing power of black pepper extracts when static magnetic field acted on extracts preconditioning

由图4可见，在静磁场下静置12 h之后，黑胡椒提取物的还原能力出现一定程度的下降：当磁场强度为0.15 T时，黑胡椒提取物的还原能力与无磁场时相比稍有下降但变化并不明显，当磁场强度增大到0.30 T时，其还原能力出现了明显的下降，之后继续增大磁场强度，黑胡椒提取物还原能力的下降趋于平缓。

试验结果表明，静磁场作用于黑胡椒提取物的预处理过程时，黑胡椒提取物的抗氧化活性有明显的下降，并且磁场强度越大，下降越明显。所以在黑胡椒产品储存和运输过程中应避免长时间受到磁场影响，以保证黑胡椒提取物的抗氧化活性。

2.3　静磁场辅助抗氧化活性测定过程对黑胡椒提取物抗氧化活性的影响

将测定样品清除DPPH自由基能力的试验置于不同强度的静磁场下进行，所得结果如图5所示。

图5　静磁场辅助抗氧化性测定过程对黑胡椒提取物清除DPPH自由基能力的影响Fig.5　Effect of static magnetic field on DPPH radical scavenging activity of black pepper extracts when static magnetic field acted on the antioxidant activity detection process

由图5可见，当磁场强度为0.15 T时，黑胡椒提取物对DPPH自由基的清除率同无磁场条件下完全一致，当磁场强度增加到0.3 T时，黑胡椒提取物对DPPH自由基的清除率明显下降，之后随着磁场强度的继续增大，清除率也继续降低。这表明在较低的磁场强度下，静磁场对黑胡椒提取物清除DPPH自由基的能力基本没有影响，但当磁场强度增大到一定水平之后，静磁场对黑胡椒提取物清除DPPH自由基的能力具有明显的抑制作用。

将测定样品还原能力的试验置于不同强度的静磁场下进行，所得结果如图6所示。

图6　静磁场辅助抗氧化性测定过程对黑胡椒提取物还原能力的影响Fig.6　Effect of static magnetic field on reducing power of black pepper extracts when static magnetic field acted on the antioxidant activity detection process

由图6可见，当磁场强度为0.15 T时，测得的吸光度值最大，表明此时黑胡椒提取物的还原能力最高，之后随着磁场强度继续增大，提取物的还原能力逐渐下降，但均高于无磁场的对照组。

试验结果表明，当静磁场作用于抗氧化活性测定过程时，黑胡椒提取物清除DPPH自由基的能力受到了抑制，但其还原能力却增强了。这主要是因为还原能力由黑胡椒提取物被铁氰化钾氧化来表征，试验在水系环境下进行，有研究表明磁场可以通过改变水系的性质来提高铁氰化钾还原反应的速率[15]，所以宏观表现为黑胡椒提取物的还原能力增强。当黑胡椒提取物被用作抗氧化剂时，应根据其抗氧化过程的具体机理来有选择性的回避或引入磁场。

3　讨论

综上所述，静磁场对黑胡椒提取物抗氧化活性的影响主要表现为抑制作用，但不同强度的静磁场对其抗氧化活性的影响呈现不规律性。这可能是因为一方面磁场可以改变水相或有机相溶液的表面张力及粘度[16-18]，在浸提过程中磁场可以通过改变溶剂性质来影响溶剂与提取物中活性成分的相互作用，改变活性成分的提取率，从而影响提取物的抗氧化活性；另一方面，在磁场作用下，抗氧化活性物质的构象、构型和功能基团产生了变化[19-21]，而这些变化均会不同程度的影响黑胡椒的抗氧化活性。

本试验初步探究了静磁场作用于不同过程对黑胡椒中抗氧化活性物质的影响，其具体的作用机理还有待进行更深入的研究。

参考文献：

[1]ARAVIND R,EAPEN S J,KUMAR A,etal.Screening of endophytic bacteria and evaluation of selected isolates for suppression of burrowing nematode (RadopholussimilisThorne) using three varieties of black pepper (PipernigrumL.)[J].Crop Protection,2010,29: 318-324

[2]邬华松,杨建峰,林丽云.中国胡椒研究综述[J].中国农业科学,2009,42(7): 2 469-2 480

[3]侯文洁,张卫刚,薛文娇.胡椒中胡椒碱的提取工艺研究[J].中国调味品,2008,(5): 55-58

[4]SINGH R,SINGH N,SAINI B S,etal.In vitro antioxidant activity of pet ether extract of black pepper[J].Indian Journal of Pharmacology,2008,40(4): 147-151

[5]莫峥嵘,张岐.胡椒碱的抗氧化活性及稳定性研究[J].海南师范学院学报：自然科学版，2006,19(1): 52-54

[6]刘屏,索婧侠,于腾飞.胡椒碱药理作用的研究进展[J].中国药物应用与监测,2007，(3): 7-9

[7]周孟清，高宇.磁场条件下柑橘皮中活性物质提取研究[J].饲料与畜牧，2009,(10):47-49

[8]金江涛,郑必胜,肖凯军.强脉冲磁场对草莓过氧化物酶的钝化及对草莓汁的杀菌效果研究[J].食品工业科技,2010，(3): 99-105

[9]YANG J,DUAN L,GUO S.Antibacterial and adsorption properties of hydroxypropyl chitosan enhancing with constant magnetic field [J].Science and Technology of Food Industry,2010，31(5)：94-97

[10]ERASLAN G,BILGILI A,AKDOGAN M,etal.Studies on antioxidant enzymes in mice exposed to pulsed electromagnetic fields [J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2007,66: 287-289

[11]SALAMINO F,MINAFRA R,GRANO V,etal.Effect of extremely low frequency magnetic fields on calpain activation [J].Bioelectromagnetics,2006,27: 43-50

[12]刘美艳，张莹辉，覃建民，等.三种广枣总黄酮提取液及其与旋磁场联用抗人红细胞氧化作用的研究[J].包头医学院学报,2005,21(4): 347-348

[13]LI X,LI X,ZHOU A.Evaluation of antioxidant activity of the polysaccharides extracted from Lycium barbarum fruits in vitro[J].European Polymer Journal,2007,43: 488-497

[15]王晓玲，邹立壮，于清江，等.磁场对铁氰化钾与抗坏血酸反应速率的影响[J].化学研究与应用，2001，13(2):163-166

[16]韦成良.磁场对磁性液体粘度的影响[J].广西物理,2009,30(4): 42-43

[17]马荣骏，马伟.在磁场作用下用乙酰胺萃取五价砷[J].湿法冶金，1998，66(2)：42-44

[18]崔国刚，孙巍，吴松海，等.磁场对丙酮-水-甲基异丁基酮萃取的影响[J].化学工业与工程，2007,24(3): 218-221

[19]KIMURA T,KAWAI T,SAKAMOTO Y.Magnetic orientation of poly (ethylene terephalate)[J].Polymer,2000,41: 809-812

[20]刘勇，贾绍义，吴松海.不同磁场对过氧化氢酶活性及酶促反应的影响[J].天津大学学报，2009，42(10): 897-900

[21]KAWAI T,KIMURA T,OGAWA S,etal.Magnetic orientation of isotactic polypropylene[J].Polymer,2000,41: 155-159