芝麻木脂素超声提取工艺优化及其抗氧化性能

何晓梅，谷仿丽，张 颖，陈壮壮

（1.皖西学院生物与制药工程学院，六安237012；2.皖西学院安徽省植物生物技术实验实训中心，六安237012）

芝麻木脂素超声提取工艺优化及其抗氧化性能

何晓梅1，2，谷仿丽1，张 颖1，陈壮壮1

（1.皖西学院生物与制药工程学院，六安237012；2.皖西学院安徽省植物生物技术实验实训中心，六安237012）

以料液比、超声时间、超声温度和静置时间为考察因素进行单因素试验和正交试验确定芝麻木脂素的最佳提取条件。通过改良邻苯三酚自氧化法测定芝麻木脂素清除O2-·能力来研究芝麻木脂素的抗氧化活性；用H2O2Fe2＋体系诱导线粒体脂质过氧化，测定芝麻木脂素对丙二醛（MDA）含量的影响。结果表明：芝麻木脂素最佳提取条件为料液比1∶12（g／mL），超声温度55℃，超声时间30 min，静置时间2 h，超声波辅助法提取芝麻渣中芝麻木脂素的提取量最高达到0.120 g（以100 g芝麻渣计）。芝麻渣提取物能有效清除O2-·，具有良好的抑制脂质过氧化的作用。

抗氧化性；提取；木脂素；芝麻；超声辅助

芝麻木脂素包括脂溶性木脂素（lignans）和含有配糖体的水溶性木脂素（lignan glucosides）。脂溶性木脂素有芝麻素（sesamin）、芝麻酚（sesamol）、芝麻林素（sesamolin）等，水溶性木脂素则是由1～3个葡萄糖相连形成的极性较强的糖苷。芝麻中木脂素的含量较高，总质量分数高达0.5%～1%。芝麻木脂素是芝麻的主要生理活性成分，也是非常优质的天然抗氧化剂。临床研究发现，芝麻木脂素在保护肝脏、降低血糖、控制血压、调节免疫及抑制肿瘤方面具有很好的作用［1-3］，在食品、医药、化妆品等领域具有良好的应用前景。我国芝麻资源丰富，目前主要应用于芝麻油的生产，制油过程中的副产品芝麻渣或芝麻饼粕作为废物被丢弃或者是用作为饲料和肥料，造成资源极大浪费。文献［4-7］等研究表明，在制油过程中产生的副产品芝麻饼粕中依然含有一定量的芝麻木脂素类化合物。谢放华［8］对小磨麻油副产物芝麻渣的主要成分进行了化学分析，但没有对芝麻木脂素的含量进行测定。因此，笔者以小磨麻油副产物新鲜芝麻渣为原料，通过超声辅助有机溶剂提取芝麻木脂素，并测定其抗氧化性，以期为芝麻木脂素在食品、医药、化妆品等行业的开发应用和芝麻资源的综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 主要原料和试剂

小磨麻油副产物新鲜芝麻渣由六安市金安区码头镇正品麻油厂提供；芝麻素标准品购自Sigma公司；甲醇（色谱纯）、乙醇、石油醚和其他试剂均为分析纯，市售。

1.2 主要仪器设备

KQ-600KDE型数控超声波仪（昆山市超声仪器有限公司）；TU1901型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；FA2004型电子分析天平（常州诺基仪器有限公司）；SHZ-D（Ⅲ）型循环水真空泵（上海亚荣生化仪器有限责任公司）；RE-52B型旋转蒸发仪（上海青浦沪西仪器厂）

1.3 试验方法

1.3.1 芝麻木脂素的提取方法

将水代法振荡分油后经稍微沥干的新鲜芝麻渣自然风干，用正己烷脱除剩余的油脂，然后置于105℃烘箱烘至恒质量，准确称取10.000 g芝麻渣于500 mL锥形瓶，按一定料液比加入90%乙醇溶液［9］，置于超声波仪器中，在一定温度下超声一段时间后取出，静置，抽滤提取液，旋转蒸发蒸去乙醇得膏状物，真空干燥后用甲醇溶解定容至25 mL，作为待测液。

1.3.2 单因素试验

1）料液比（A）的确定 分别准确称取15份经预处理的芝麻渣10.000 g，按料液比（g／mL）为1∶6、1∶8、1∶10、1∶12和1∶14加入体积分数90%乙醇（每个水平3个平行实验），置于超声波仪中，在50℃下超声20 min取出，静置3 h，抽滤提取液，进行后续实验。

2）超声温度（B）的确定 在料液比确定的基础上取样，分别于40、45、50、55和60℃下超声提取，以确定超声温度。

3）超声时间（C）的确定 在料液比和超声温度确定的基础上取样，分别超声提取10、20、30、40和50 min，以确定超声时间。

4）静置时间（D）的确定 在料液比、超声温度和超声时间确定的基础上取样，分别静置1、2、3、4和5 h，以确定静置时间。

1.3.3 正交优化试验

根据单因素试验的结果，选择料液比、超声温度、超声时间和静置时间为考察因素，以芝麻木脂素提取率为考察指标，采用L9（34）正交试验设计，进行四因素三水平试验，确定芝麻木脂素超声浸提的最佳工艺条件。

1.3.4 芝麻木脂素提取率的计算

取芝麻素对照品溶液和芝麻木脂素试液进行紫外光谱扫描，其扫描图谱见图1。再根据文献［9］中方法，计算芝麻渣中芝麻木脂素提取率。

图1 芝麻素标准品和芝麻渣中木脂素的紫外光谱Fig.1 Ultraviolet spectram of sesam in standard and sesame lignans in the residue

1.3.5 芝麻木脂素的抗氧化性质研究

将经1.3.1得到的含芝麻木脂素的膏状物加入适量有机溶剂石油醚（沸程60～90℃），45℃避光振荡30 min，静置，取上清置于4℃冰箱结晶，过滤、真空冷冻干燥，得芝麻木脂素粗品，然后用乙醇对粗品进行重结晶，得芝麻木脂素结晶备用。

2）芝麻木脂素对丙二醛（MDA）含量的影响［11-12］。实验前大鼠空腹12 h，击头处死，破腹取肝，迅速用预冷的生理盐水洗净血水，用滤纸吸干。用预冷的0.25 mol／L蔗糖溶液洗涤数次以尽可能减少残留血液。然后加预冷的0.25 mol／L蔗糖溶液，在0～4℃冰浴中用玻璃匀浆器制备20%肝匀浆（匀浆用双层尼龙织物过滤）。肝匀浆700 g、4℃离心10 min，沉淀用预冷的0.25 mol／L蔗糖溶液洗涤2次，每次1 000 r／min离心10 min，合并上清液（1），上清液（1）10 000 r／min、4℃离心10 min，所得沉淀用预冷的0.25 mol／L蔗糖溶液洗2次，每次10 000 r／min离心10 min得纯化的线粒体沉淀。最后用10 mmol／L Tris⁃HCl缓冲液悬浮线粒体备用（蛋白质质量浓度为0.5 mg／mL）。取1 mL肝线粒体，加不同浓度芝麻木脂素试样，6 mmol／L FeSO4100μL，最后加60 mmol／L H2O240μL，在37℃下振摇温浴1 h后，加15%三氯乙酸1 mL，混匀，加0.67%硫代巴比妥酸（TBA）1 mL，沸水浴显色15 min，冷却离心，测532 nm处上清液（A加药），以蒸馏水代替TBA作为空白对照；以蒸馏水代替试样作为阳性对照（A损伤）；以蒸馏水代替FeSO4和H2O2作为正常对照（A未损），计算抑制率。

2 结果与讨论

2.1 芝麻木脂素浸提的单因素试验

2.1.1 料液比对芝麻木脂素提取量的影响

料液比对芝麻木脂素提取量的影响见图2。由图2可知：料液比在1∶10（g／mL）时，芝麻木脂素提取量接近最大值，再增加料液比，提取量增加缓慢。故选用料液比为1∶10（g／mL）进行后续试验。

图2 料液比对芝麻木脂素提取量的影响Fig.2 Effects of ration of liquid to solid on sesame lignans extraction

2.1.2 超声温度对芝麻木脂素提取量的影响

超声温度对芝麻木脂素提取量的影响见图3。由图3可知：温度小于50℃时，随着温度的提高，芝麻木脂素提取量逐渐增加；温度达到50℃时，芝麻木脂素提取量达到最高值；但当温度高于50℃，芝麻木脂素提取量有所下降，可能是芝麻木脂素在高温下易于氧化降解。故选用超声温度为50℃进行后续试验。

图3 超声温度对芝麻木脂素提取量的影响Fig.3 Effects of ultrasonic temperature on sesame lignans extraction

2.1.3 超声时间对芝麻木脂素提取量的影响

超声时间对芝麻木脂素提取量的影响见图4。由图4可知：随着超声时间的延长，芝麻木脂素提取量逐渐增加，超声30 min达到最大值，其后缓慢下降。故选用超声时间为30 min进行后续试验。

2.1.4 静置时间对芝麻木脂素提取量的影响

静置时间对芝麻木脂素提取量的影响见图5。由图5可知：静置时间从2 h延长到3 h，芝麻木脂素提取量大约增加7.00 mg（以100 g芝麻渣计），考虑节约时间和提高效率，静置时间确定为2 h。

图4 超声时间对芝麻木脂素提取量的影响Fig.4 Effects of ultrasonic time on sesame lignan extraction

图5 静置时间对芝麻木脂素提取量的影响Fig.5 Effects of standing time on sesame lignan extraction

2.2 正交试验确定芝麻木脂素浸提最优工艺条件

综合单因素试验确定的范围，设计正交试验，试验结果及分析分别见表1和表2。

表1 正交试验结果Table 1 Results of orthogonal experiment

表2 极差分析结果Table 2 Results of range analysis

从表1可以看出：最优浸提工艺条件组合为料液比1∶12（g／mL）、超声温度55℃、超声时间30 min。从表2可以看出，对木脂素提取量影响显著性由强到弱的顺序为料液比、超声温度、超声时间。

2.3 芝麻木脂素的抗氧化性质研究

图6 芝麻木脂素对·的清除效率Fig.6 Sesam e lignan on radical· scavenging efficiency

2.3.2 芝麻木脂素对鼠肝线粒体脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量的影响

芝麻木脂素对鼠肝线粒体脂质过氧化产物MDA含量的影响见表3。由表3可知：阳性对照组A损伤的MDA含量比正常对照组A未损显著增加，若同时加入芝麻木脂素，MDA生成量显著减少，说明芝麻木脂素可抑制H2O2诱导的脂质过氧化作用，其抑制作用有一定的量效关系，随着加入浓度的增大，MDA生成量显著减少，抑制率增大。

表3 芝麻木脂素对MDA的影响Table 3 Effects of sesame lignans on MDA

3 结 论

本研究探索出一种从芝麻渣中提取芝麻木脂素的有效方法，提取工艺简单，具有参考价值。

1）超声辅助法提取芝麻渣中芝麻木脂素最佳浸提条件为料液比1∶12（g／mL），超声温度55℃，超声时间30 min，静置时间2 h，超声波辅助法提取芝麻渣中芝麻木脂素的提取量最高达到0.120 g（以100 g芝麻渣计）。

［1］ 陈凤香，曹文明，曹国武，等.芝麻木脂素研究进展［J］.粮食与油脂，2012（6）：1⁃6.

［2］ Mizukuchi A，Umeda S R，Igarashi O.Effect of dietary fat level and sesamin on the polyunsaturated fatty acid metabolism in rats［J］.JNutr Sci Vitaminol，2003，49（5）：320⁃326.

［3］ Penalvo JL，Heinonen SM，Aura A M，et al.Dietary sesamin is converted to enterolactone in humans［J］.J Nutr，2005，135：1056⁃1062.

［4］ 董英，高音，徐斌.芝麻饼粕中木脂素类化合物提取工艺研究［J］.食品研究与开发，2006，27（6）：72⁃26.

［5］ 董英，高音.芝麻饼粕中抗氧化成分的提取及其活性研究［J］.食品科学，2007，28（2）：44⁃47.

［6］ 高音，董英，徐斌.芝麻饼提取物对猪油抗氧化作用研究［J］.中国油脂，2007，32（5）：56⁃57.

［7］ 魏安池，杨玲玲，代红丽，等.用响应面法优化芝麻饼中木脂素的提取工艺［J］.河南工业大学学报：自然科学版，2011，32（4）：10⁃15.

［8］ 谢放华.小磨麻油副产物芝麻渣的成分分析及综合利用研究［J］.中国油脂，2000，25（4）：58⁃59.

［9］ 杨玲玲，代红丽，魏安池，等.芝麻饼中木脂素的提取工艺及其抗氧化性能研究［J］.农产品加工：学刊，2011（7）：85⁃88.

［10］ 李宇，刘宇光，董新荣，等.芝麻酚清除·自由基的活性研究［J］.食品研究与开发，2009，30（1）：44⁃45.

［11］ 杨汉民.细胞生物学实验［M］.北京：高等教育出版社，1993.

［12］ 张改平，杨建雄.甘草提取物对鼠肝线粒体氧化损伤的保护作用［J］.生物加工过程，2011，9（1）：50⁃54.

Optim ization of ultrasonic⁃assisted extraction of sesame lignans and its antioxidant activities

HE Xiaomei1，2，GU Fangli1，ZHANG Ying1，CHEN Zhuangzhuang1

（1.College of Biology and Pharmaceutical Engineering，West Anhui University，Lu′an 237012，China；2.Experiment and Training Center of Plant Biotechnology of Anhui Province，West Anhui University，Lu′an 237012，China）

Optimum conditions of ultrasonic⁃assisted extraction of sesame lignans from sesame cake were obtained by single factor tests and orthogonal experiment design.The activities of sesame lignans in scavenging superoxide anion radical（O-2·）were determined by themodified method for pyrogallol auto⁃oxidation.Rat livermitochondria injurywas induced by H2O2⁃Fe2＋to analyze the influence of sesamien on contentof MDA.The result showsed that the optimum conditions for the extraction were as follows：solid to liquid ratio 1∶12，ultrasonic temperature 55℃，ultrasonic time 30 min，and standing time 2 h.The crude extract yield was 0.120 g per 100 g based on sesamin cake.The purified extract could scavenge superoxide anion and inhibit the lipid peroxidation ofmitochondria.

antioxidant；extraction；lignan；sesame；ultrasonic⁃assisted

TS201.1

A

1672-3678（2013）06-0053-05

10.3969／j.issn.1672-3678.2013.06.011

2012-02-14

六安市定向委托皖西学院市级研究项目（2010LW012）；皖西学院2012年党建工作创新活动项目（WXXYDJ12003）；皖西学院科技创新平台“生物质炼制工程技术研究中心”项目

何晓梅（1974—），女，安徽六安人，硕士，实验师，研究方向：天然产物研究与开发，E⁃mail：happyzh＠wxc.edu.cn