紫苏风味醋的制备及抗氧化活性研究

2023-05-30 09:23李孟昊赵亚娜李会珍叶童妹张志军
中国调味品 2023年4期
关键词:成分分析多酚紫苏叶

李孟昊 赵亚娜 李会珍 叶童妹 张志军

摘要:采用响应面法确定了紫苏风味醋最佳醋浴工艺条件,并对紫苏风味醋中主要基本成分与抗氧化活性进行了评价。研究液料比、提取温度、提取时间3个因素对紫苏叶多酚得率的影响,在单因素试验的基础上,采用Box-Behnken中心组合设计和响应面法确定最佳醋浴工艺条件,建立二次多项式拟合方程。采用高效液相色谱(HPLC)对紫苏风味醋中多酚组分进行定性分析,并对两种食醋的基本理化性质和体外对自由基的清除能力进行评价。结果表明紫苏风味醋最佳制备工艺为液料比32∶1(mL/g)、提取时间3.2 h、提取温度72.6 ℃,在此条件下多酚得率为40.83 mg/g;紫苏风味醋中的总多酚、总黄酮、总多糖含量均高于原醋,HPLC分析显示紫苏风味醋具有紫苏植株特有的酚酸组分咖啡酸;体外抗氧化性试验显示,紫苏风味醋对DPPH·、ABTS·、·OH的清除能力和对Fe3+的还原能力均强于原醋。

关键词:紫苏叶;食醋;多酚;成分分析;抗氧化性

中图分类号:TS264.22      文献标志码:A     文章编号:1000-9973(2023)04-0029-08

Abstract: Response surface methodology is used to determine the optimal vinegar bath process conditions of perilla flavor vinegar and the main basic components and antioxidant activity of perilla flavor vinegar are evaluated.The effects of three factors including liquid-solid ratio, extraction temperature and extraction time on the extraction yield of perilla leaf polyphenols are studied. Based on single factor test, the optimal vinegar bath process conditions are determined by Box-Behnken central composite design and response surface methodology, and quadratic polynomial fitting equation is established.High performance liquid chromatography (HPLC) is used to qualitatively analyze the polyphenol components in perilla flavor vinegar, and the basic physical and chemical properties of the two kinds of vinegar and their scavenging ability on free radicals in vitro are evaluated. The results show that the optimal preparation process of perilla flavor vinegar is liquid-solid ratio of 32∶1 (mL/g), extraction time of 3.2 h, extraction temperature of 72.6 ℃. Under these conditions, the yield of polyphenols is 40.83 mg/g.The content of total polyphenols, total flavonoids and total polysaccharides of perilla flavor vinegar is all higher than that of original vinegar. HPLC analysis shows that perilla flavor vinegar has the unique phenolic acid component caffeic acid of perilla plant. In vitro antioxidant test shows that perilla flavor vinegar is stronger than the original vinegar in DPPH· scavenging activity, ABTS·scavenging activity, ·OH scavenging activity and Fe3+ reducing power.

Key words: perilla leaves; vinegar; polyphenols; component analysis; antioxidant activity

紫蘇(Perilla frutescens L.)为唇形科、紫苏属一年生草本植物,在2019年被列为药食同源植物[1]。据《中国药典》记载,紫苏用于治疗风寒感冒、咳嗽呕吐、鱼蟹中毒等症状[2]。然而,目前人们更重视紫苏的生物活性。紫苏中含有多种酚类组分,如迷迭香酸、咖啡酸、原儿茶酸、阿魏酸、木犀草素、芹菜素,其在抗氧化、抗炎、抗过敏、抑菌、抗疲劳和抗癌等方面具有显著功效[3-5]。任志清等[6]报道紫苏叶中酚类物质体外对DPPH·、ABTS·具有显著清除活性,对大肠杆菌等细菌具有抑菌特性,Brautigan等[7]报道咖啡酸可以抑制人肝癌细胞的增殖。

山西老陈醋主要是由高粱、玉米、小麦、麸皮、稻壳等谷物经蒸煮、酒精发酵、醋酸发酵、熏醅、淋醋、陈酿等工序发酵生产而成[8]。食醋中含有多种活性成分,如游离氨基酸、糖、有机酸、多酚等[9-10]。随着人们健康意识的不断提升,人们对食醋的需求已不再局限于调酸味、防腐杀菌和增进食欲等功能,而是把目标更多地投向抗衰老、抗癌、抗氧化、防止现代“文明病”等保健功能上。因此,各类保健醋的研发成为热点,一类是以植物或水果原料作为辅料,经发酵制成沙棘果醋[11]等;另一类是将植物提取液与食醋按一定比例混合制备的调配型食醋,如芦荟苹果保健醋[12]等。

紫苏具有特殊风味,且在解虾蟹毒方面功效显著,但目前国内外关于紫苏类型的保健醋研究较少。因此,本研究以紫蘇叶为原料,采用醋浴浸提法制备紫苏风味醋,并对其主要成分和功能特性进行了研究。本研究可以弥补紫苏产品在食用醋方面的空白,为后续研究提供了理论基础,也可为紫苏风味醋的工艺化生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

紫苏:种植于中北大学试验田;食醋:山西陈世家酿业有限责任公司。

1.1.2 试剂

无水Na2CO3、30%H2O2、FeCl3:天津市恒兴化学试剂制造有限公司;福林酚:国药集团化学试剂有限公司;没食子酸:福晨(天津)化学试剂有限公司;DPPH:梯希爱(上海)化成工业发展有限公司;ABTS、水杨酸:北京索莱宝科技有限公司;过硫酸钾、TPTZ、芦丁、咖啡酸:阿拉丁试剂(上海)有限公司;FeSO4、NaNO2:天津市北辰方正试剂厂;迷迭香酸:成都普菲德生物技术有限公司;其他试剂均为分析纯。

1.1.3 仪器

2500Y多功能粉碎机 永康市铂欧五金制品有限公司;HH-4数显恒温水浴锅 金坛市杰瑞尔电器有限公司;CTL550湘立离心机;USA HZ & HUAZHI分析天平;V-1200可见光光度计;ZYCGF-III-20T超纯水制造系统 四川卓越水处理设备有限公司;BioTek Synergy LX 酶标仪;Ultimate 3000高效液相色谱仪 美国热电公司。

1.2 方法

1.2.1 紫苏风味醋制备

将新鲜阴干的紫苏叶粉碎过80目筛得紫苏叶粉末。准确称取1.00 g紫苏叶粉,按一定液料比加醋液,在恒温水浴锅中浸提一定时间,浸提结束后趁热以4 000 r/min离心,时间10 min,最后过滤即得紫苏风味醋。

1.2.2 多酚含量测定

采用福林酚法[13]测定多酚含量:将醋液稀释10倍,取100 μL稀释醋液,加900 μL蒸馏水,加200 μL福林酚溶液,充分混匀,静置反应1 min,再加1.6 mL 10% Na2CO3溶液,加蒸馏水至5 mL,充分混匀再避光处理2 h,在760 nm处测吸光度值。以没食子酸为标准品制作多酚标准曲线。紫苏叶多酚得率的计算如下:

多酚得率(mg/g)=100×C×Vm。

式中:C为醋液稀释后溶液多酚浓度,mg/mL;V为醋液体积,mL;m为紫苏叶粉末质量,g。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 提取时间对紫苏叶多酚得率的影响

取1.00 g紫苏叶粉末,加20 mL食醋,充分混匀,60 ℃水浴浸提,浸提时间分别为1,2,3,4,5 h,浸提结束后趁热以4 000 r/min 离心,时间10 min,离心过滤即得紫苏风味醋,采用福林酚法测紫苏风味醋中多酚含量。

1.2.3.2 液料比对紫苏叶多酚得率的影响

取1.00 g紫苏叶粉末,按液料比10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1加入食醋,充分混匀,60 ℃水浴3 h,浸提结束后趁热以4 000 r/min 离心,时间10 min,离心过滤即得紫苏风味醋,采用福林酚法测紫苏风味醋中多酚含量。

1.2.3.3 提取温度对紫苏叶多酚得率的影响

取1.00 g紫苏叶粉末,加30 mL食醋,充分混匀,分别在40,50,60,70,80 ℃不同温度下水浴浸提3 h,浸提结束后趁热以4 000 r/min 离心,时间10 min,离心过滤即得紫苏风味醋,采用福林酚法测紫苏风味醋中多酚含量。

1.2.4 响应面优化设计

借助Design Expert 8.0 软件,选择液料比、提取温度、提取时间作为试验因素,设计三因素三水平的优化设计,选择紫苏多酚得率为响应面指标,进行实验和数据分析,确定最佳提取工艺条件。

1.2.5 最优条件验证

为了考察最优条件的稳定性与可靠性,需要在最优工艺条件下重新进行3次重复试验进行验证。

1.2.6 基本理化性质测定

总酸含量:GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》;还原糖含量:GB 5009.7—2016《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》;氨基酸态氮含量:GB 5009.235—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸态氮的测定》。

1.2.7 活性成分测定

1.2.7.1 总黄酮含量测定

参考文献[14],将醋液稀释10倍,取1 mL稀释醋液于试管中,加水4 mL,加300 μL 5%亚硝酸钠,混匀静置6 min,加300 μL 10%硝酸铝,混匀放置6 min,加4 mL 4%氢氧化钠,最后加400 μL水定容至10 mL,充分混匀后放置15 min,在510 nm处测其吸光度。以芦丁为标准品制作标准曲线。

1.2.7.2 迷迭香酸含量测定

参考文献[15],量取4 mL 0.1 mol/L的醋酸钠缓冲液(pH 6)于试管中,加入30 μL 0.2 mol/L的硫酸亚铁溶液,混匀后加200 μL醋液,最后加770 μL去离子水,充分混匀后遮光处理6 min,在568 nm处检测吸光度,以迷迭香酸标准品制作标准曲线。

1.2.7.3 总多糖含量测定

参考文献[16],将醋液稀释40倍,取100 μL稀释液于试管中,加1.9 mL水,加1 mL 5%苯酚溶液、5 mL浓硫酸,混匀后静置10 min,最后沸水浴15 min,冷却后于490 nm处测其吸光度,以葡萄糖标准品制作标准曲线。

1.2.8 紫苏风味醋多酚HPLC分析

醋样处理[17]:取15 mL醋液,用冷冻干燥机将其冻干成粉末,用50 mL 100%酒精超声提取5次去除不易溶于酒精的黑素,合并提取物,在35 ℃下旋转干燥,将残渣溶解在5 mL蒸馏水中,再用15 mL乙酸乙酯重新萃取3次并合并,将乙酸乙酯在35 ℃下旋转蒸发,并将残渣溶解在含40%甲醇的水中,最后将样品用0.22 μm有机滤膜过滤。

色谱条件:色谱柱:Hypersil GOLD柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm);流动相A:乙酸 ∶乙腈为2∶98,流动相B:乙酸∶水为2∶98;梯度洗脱等其余条件参考文献[17]:流速:0.8 mL/min;进样量:20 μL;柱温:30 ℃;检测波长:280 nm。

1.2.9 抗氧化活性测定

1.2.9.1 DPPH·清除率测定

参考文献[18],将醋液稀释50倍,取1 mL稀释醋液与4.00 mL DPPH溶液充分混匀,30 min遮光处理,在517 nm处记录吸光度Ai。Aj为4.00 mL无水乙醇取代4.00 mL DPPH在同一条件下测定的吸光度。A0为用1.00 mL无水乙醇取代1.00 mL样品溶液在同一条件下测定的吸光度。以原醋为对照,DPPH·清除率按下式计算:

DPPH·清除率%=(1-Ai-AjA0)×100。

1.2.9.2 ABTS·清除率测定

参考文献[19],将醋液稀释40倍,取500 μL样品稀释液与5.00 mL ABTS·工作液充分混匀,6 min遮光处理,在734 nm处记录吸光度Ai。A0为用1.00 mL 70%乙醇取代样品溶液,其余相同条件下测定吸光度。Aj为用5.00 mL 70%乙醇代替ABTS·工作液,其余条件不变下测定的吸光度,以原醋为对照。ABTS·清除率计算公式为:

ABTS·清除率%=(1-Ai-AjA0)×100。

1.2.9.3 ·OH清除率测定

参考文献[20],在10 mL离心管中依次加入9 mmol/L FeSO4 0.6 mL、9 mmol/L乙醇水杨酸 0.6 mL、2 mL稀释10倍的样品溶液、2.8 mL水,最后加0.6 mL 8.8 mmol/L H2O2,加400 μL水并充分混匀,于37 ℃水浴,反应15 min取出,测其吸光度Ai,Aj为不加双氧水的体系,A0为在Ai基础上不加样品溶液。以原醋为对照,·OH清除活性计算如下:

·OH清除率%=(1-Ai-AjA0)×100。

1.2.9.4 FRAP试验

参考文献[21],将10 mmol/L TPTZ 溶液、20 mmol/L FeCl3溶液与0.3 mmol/L醋酸缓冲液按1∶1∶10的比例混合制成FRAP工作液。在稀释40倍的200 μL样品溶液中加入2 mL FRAP工作液,充分混匀后于37 ℃孵育5 min,然后在593 nm处用酶标仪测其吸光度,以原醋作为对照。

1.3 数据处理

本文试验均进行3次重复,结果以“平均值+标准差”表示。采用Design Expert 8.0软件进行试验设计及响应面分析。试验数据首先采用Office Excel 2016软件进行整理汇总,再用IBM SPSS 26软件进行显著性分析,运用Origin 2018软件对数据进行绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 不同提取时间对紫苏叶多酚得率的影响

由图1可知,在1~3 h,多酚得率随时间的增加而增加,在3 h时达到最大值,之后多酚得率随时间的增加而减少。可能是由于时间短,反应不充分,多酚溶出少,而时间太长导致其他物质大量溶出,且随着时间的延长,多酚破坏越严重[22],所以最适提取时间为3 h。

2.1.2 不同液料比对紫苏叶多酚得率的影响

由圖2可知,在液料比10∶1~30∶1 (mL/g)时,多酚得率随液料比的增加而增加,在30∶1(mL/g)时,多酚得率达到最大值,液料比再次增加,多酚得率反而减少。这可能是因为醋液体积过少,不能充分溶解紫苏粉末,醋液体积过大,会使整个提取体系的传热不均匀和传质变差,而过多醋液也会使半纤维素、叶绿素、多糖等其他成分在醋液中的溶出量增多[23],所以最适液料比为30∶1 (mL/g)。

2.1.3 不同提取温度对紫苏叶多酚得率的影响

由图3可知,在40~70 ℃之间,随着温度逐渐增高,醋液中分子间的热运动逐渐加剧,有利于多酚提取,所以得率逐渐增加。在70~80 ℃之间,当温度很高时,高温会破坏部分多酚结构[24],多酚得率下降,所以最适提取温度为70 ℃。

2.2 紫苏多酚提取工艺条件响应面法优化分析

2.2.1 优化设计与结果

对紫苏多酚得率的提取工艺进行条件优化,选取液料比、提取时间、提取温度3个因素为对象,进行三因素三水平响应面设计,响应面设计优化对象和水平编码值见表1,响应面分析的试验条件和试验结果见表2。

对试验结果进行分析,得到紫苏多酚得率与试验因素之间的拟合二次方程:得率=-138.907 50+1.324 82A+16.943 25B+3.629 80C+0.035 500AB+3.725 0×10-3AC-0.033 250BC-0.026 445A2-2.404 50B2-0.025 070C2。

2.2.2 响应面方差分析

由表3可知,失拟项不显著,模型项显著,表示该模型构建成功。模型决定系数R2=0.962 0,表明模拟与实际试验拟合较好。A、B、C、A2、B2、C2对紫苏多酚得率影响显著,而AB、AC、BC对紫苏多酚得率影响不显著,3个试验因素(A为液料比;B为提取时间;C为提取温度)对紫苏多酚得率影响的主次顺序为C>B>A。

2.2.3 响应面分析

响应面图和等高线图可以帮助研究因素及其交互作用对紫苏多酚得率的影响。响应面图中试验因素对多酚得率影响越大,则响应面图中的曲线越弯曲,等高线中若研究因素之间不存在交互作用,则等高线呈圆形,反之则呈椭圆形[16]。各因素交互作用对紫苏叶多酚得率的影响见图4~图6。

由图4可知,液料比与提取时间之间不存在显著交互作用,由图5可知,液料比与提取温度之间不存在显著交互作用,由图6可知,提取时间与提取温度之间不存在显著交互作用。由响应面分析得出最优条件:液料比32.35∶1(mL/g),提取时间3.26 h,提取温度72.63 ℃。

2.2.4 响应面分析法预测值的验证

在最优提取工艺条件下进行 3 组平行试验,验证最优提取工艺条件的可靠性和稳定性。由响应面分析法得到最优提取工艺条件:液料比32.35∶1(mL/g),提取时间3.26 h,提取温度72.63 ℃。将上述条件改为液料比32∶1(mL/g),提取时间3.2 h,提取温度72.6 ℃,在此条件下重新进行试验,得到紫苏多酚得率为40.83 mg/g,与模型预测误差为2.6%,说明该模型具有可靠性。

2.3 成分测定

由表4可知,与原醋相比,紫苏风味醋中还原糖、氨基酸态氮含量与原醋无显著差别(P>0.05),但总酸含量比原醋极显著降低(P<0.01),这可能是由于加热过程中酸性物质部分降解;在活性成分方面,紫苏风味醋总多酚含量、总黄酮含量、迷迭香酸含量、总多糖含量显著高于原醋,这是因为紫苏叶中的多酚物质、黄酮物质、多糖物质被提取出来,郭晓青等[25]报道紫苏叶提取物中总黄酮含量达32.51%,多糖含量达9.43%,迷迭香酸含量达22.8%。

2.4 醋中酚类物质HPLC分析

两种醋的HPLC分析见图7,在本试验条件下,两种醋的主要成分都能得到分离,结合标准品分析,对照保留时间可确定紫苏风味醋中峰1为咖啡酸,峰2为迷迭香酸,其中咖啡酸是紫苏风味醋中特有的酚酸,而紫苏风味醋中的迷迭香酸含量显著高于原醋,这与代沙等报道的紫苏叶中主要含有迷迭香酸、咖啡酸、槲皮素、芹菜素相符。

2.5 抗氧化活性能力

2.5.1 DPPH·清除能力

由图8可知,紫苏风味醋的DPPH·清除率显著高于原醋。体积从200~400 μL,原醋与紫苏风味醋的DPPH·清除率随体积的增加而增加,但紫苏风味醋的清除率强于原醋,这是因为紫苏风味醋多酚含量高于原醋,而多酚对DPPH·具有抑制作用[26]。在400~1 000 μL过程中,原醋的DPPH·清除率随体积的增加而增加,最终达到93%,紫苏风味醋的清除率维持在93%,这是因为原醋体积增加,多酚含量也逐渐增加,而紫苏风味醋在400 μL时,对DPPH·的清除率已达到最大值。

2.5.2 ABTS·清除能力

由图9可知,紫苏风味醋的ABTS·清除率显著高于原醋。体积从50~200 μL,原醋与紫苏风味醋的ABTS·清除率随体积的增加而增加,但紫苏风味醋的清除率强于原醋,这是因为紫苏风味醋多酚含量高于原醋,而多酚对ABTS·具有抑制作用[26]。在200~300 μL過程中,原醋对ABTS·的清除率随体积的增加而增加,最终接近100%,而紫苏风味醋对ABTS·的清除率维持平衡,这是因为原醋体积增加,多酚含量也增加,而紫苏风味醋在200 μL时对ABTS·的清除率达到最大值。

2.5.3 ·OH清除能力

由图10可知,紫苏风味醋的·OH清除率强于原醋。随着醋液体积增加,紫苏风味醋的·OH清除率逐渐增加,在体积为500 μL时,达到平衡,清除率接近100%,同理原醋体积从100~500 μL,原醋的·OH清除率逐渐增加至接近100%,但从100~500 μL,原醋与紫苏风味醋的·OH清除率逐渐缩小,这可能是因为紫苏多酚对·OH具有一定的清除作用[25],紫苏多酚对·OH的清除率并不与剂量成正比增加。

2.5.4 FRAP试验

由图11可知,随着醋液体积的增加,紫苏风味醋的OD值和原醋的OD值呈线性关系,且随着醋液体积的增加,紫苏风味醋的OD值与原醋的OD值差别越来越大。这主要是因为随着体积增大,紫苏风味醋所含紫苏多酚增加,导致紫苏风味醋多酚含量比原醋多酚含量越来越多,而紫苏多酚具有抗氧化性[27]。

3 结论

本研究通过响应面法得到了紫苏风味醋的最佳制备工艺条件,并对其主要成分、理化性质和功能活性进行了分析。结果发现紫苏风味醋中总多酚、总黄酮、总多糖、迷迭香酸含量高于原醋,并在紫苏风味醋中鉴定出一种原醋中不存在的物质咖啡酸,同时紫苏风味醋对DPPH·、ABTS·、·OH的清除能力和对Fe3+的还原能力均强于原醋,说明紫苏风味醋的抗氧化效果强于原醋。综上,证明本研究制备的紫苏风味醋有实际意义,并可为后续研究提供参考。

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