超声波辅助提取柱花草多酚工艺优化

何丽芳，金晨钟，邓 港，胡一鸿，林王花，张雪娇

（湖南省农田杂草防控技术与应用协同创新中心，农药无害化应用湖南省高校重点实验室，湖南人文科技学院农业与生物技术学院，湖南 娄底 417000）

超声波辅助提取柱花草多酚工艺优化

何丽芳，金晨钟，邓 港，胡一鸿，林王花，张雪娇

（湖南省农田杂草防控技术与应用协同创新中心，农药无害化应用湖南省高校重点实验室，湖南人文科技学院农业与生物技术学院，湖南 娄底 417000）

以柱花草为材料，通过单因素和正交试验设计对超声波辅助提取柱花草多酚工艺条件进行优化。选取超声功率、超声时间、料液比、乙醇体积分数为考察指标，研究不同工艺参数对柱花草多酚提取浓度的影响。结果表明：超声波辅助提取柱花草多酚的最优工艺条件为超声功率160 W，超声时间60 min，料液比1︰30，乙醇体积分数60%；在此条件下，柱花草多酚浓度达9.138 mg/g。

柱花草；多酚；超声波辅助提取；工艺优化

柱花草（Stylosanthes guianensias SW.）又名笔花豆（pencilflower），是多年生豆科蝶形花亚科牧草，原产于中南美洲，该属共有种或亚种50个[1]。该牧草于1962年被引进至我国，目前已成为我国南方地区大面积推广种植的热带牧草。柱花草具有耐旱、耐酸、耐碱、耐贫瘠、高产、优质的特点，主要用于畜牧饲养、饲料加工、有机绿肥和水土保持等领域[2]。柱花草不仅粗蛋白含量高[3-4]，而且富含多种维生素、矿物质元素和微量元素，多酚类物质含量也较高。植物多酚是广泛存在于植物体内的一类分子量为500～3 000的多羟基酚，是复杂酚类的次生代谢产物[5]，同时也是大自然中一类储量丰富、可再生的绿色资源。因其特殊的功能活性及药用价值，植物多酚在化工、制药、食品、农业、林业、建材等领域具有重要意义及广阔的应用前景。近年来，大量医学研究发现，植物多酚具有抗氧化、抗病菌、抗癌、抗衰老、增强免疫力以及预防心脑血管疾病等重要功能[6]。目前国内外学者对柱花草功能性成分的研究甚少[7]，尤其是柱花草多酚的研究更是鲜见[8]，研究主要集中在柱花草的栽培技术、遗传多样性、抗病抗旱性、饲料饲养等方面[9-11]。柱花草中多酚含量丰富，且其来源广泛、价格低廉，将其作为一种新的植物多酚资源进行开发利用具有较大的应用价值。因此，试验采用超声波辅助法提取柱花草多酚，对超声功率、超声时间、料液比、乙醇体积分数等因素与柱花草多酚浓度的关系进行研究，并进一步利用正交试验对柱花草多酚提取工艺进行优化，为柱花草多酚的提取提供了一定的参考，并且为柱花草的综合利用及深度加工提供了理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试柱花草品种为热研10号，自行种植，采集株高60 cm左右的柱花草去掉根部，冻干、粉碎，过80目筛，密封避光保存备用。

试验器材主要有XFB-400型高速中药粉碎机（吉首市中诚制药机械厂），SK3300HP型超声波清洗器（重庆东悦仪器有限公司），UV-1240型紫外分光光度计（日本岛津），FD-2A型冷冻干燥机（美国热电）；试验主要试剂有没食子酸标准品、福林-酚试剂（分析纯，Sigma公司），其他试剂均为国产分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素试验 （1）超声功率：在固定超声时间40 min、料液比1︰20 （g/mL）、乙醇浓度60%的情况下，分别考察超声功率为100、120、140、160、180 W时提取的多酚浓度。（2）超声时间：在固定超声功率为120 W、料液比1︰20（g/mL）、乙醇浓度60%的情况下，分别考察超声时间为30、40、50、60、70 min时提取的多酚浓度。（3）料液比：在固定超声功率120 W、超声时间40 min、乙醇浓度60%的情况下，分别考察料液比为1︰15、1︰20、1︰25、1︰30、1︰35时提取的多酚浓度。（4）乙醇体积分数：在固定超声功率120 W、超声时间40 min、料液比1︰20（g/mL）的情况下，分别考察乙醇浓度为50%、60%、70%、80%、90%时提取的多酚浓度。

1.2.2 正交试验 根据单因素试验结果，设计4因素3水平L9（34）的正交试验，各因素水平见表1，通过正交试验确定最佳提取工艺[12]。

表1 正交试验各因素水平

1.2.3 多酚含量测定 柱花草总多酚含量的测定参照张雪娇等[13-14]的方法进行。

2 结果与分析

2.1 超声功率对柱花草多酚提取的影响

如图1所示，随着超声波功率的增加，柱花草多酚浓度呈上升趋势，这有可能是因为超声波的空化效应和机械破损作用加快了柱花草细胞壁和细胞膜的破碎，使溶媒渗透到细胞中，柱花草中的多酚类化合物更容易被浸提出来[15]。当功率160 W时多酚浓度最高，在一定时间内，超声功率越高，空化效应越强，有利于物料中有效成分的浸出。当超声功率超过160 W时，多酚浓度变化不显著，说明超声功率达到一定值后产生的热量会加速多酚氧化，增加多酚损失，因此选取160 W为最佳提取功率。

2.2 超声时间对柱花草多酚提取的影响

图1 不同超声功率提取柱花草多酚浓度的比较

从图2可以看出，当超声时间≤60 min时，随着超声时间的增加，多酚浓度不断提高；超声时间为60 min时，多酚浓度最高；当超声时间进一步延长，多酚浓度反而略微下降。这可能是因为在较短的超声时间内，超声破坏细胞结构，有利于多酚类物质溶出，若超声时间过长，使细胞内温度升高，多酚类物质被降解，导致柱花草多酚的得率下降[16]。因此，选取60 min作为最佳超声时间。

图2 不同超声时间提取柱花草多酚浓度的比较

2.3 料液比对柱花草多酚提取的影响

由图3可知，随着溶剂的增加，柱花草多酚浓度随之增加，说明溶剂比例大有利于多酚类化合物的溶出。但当料液比在1∶20 ～1∶35之间，多酚浓度的变化比较平稳，呈低增长趋势。这可能是由于溶剂过少，溶液容易达到饱和，不利于有效成分提取，而溶剂过多，超声波对物料的空化效应、机械效应、热效应的强度降低，影响提取效果[17]，而且还会增加生产成本和杂质的含量，为后续的分离纯化工艺增加难度。综合考虑，确定最佳料液比为1∶30。

2.4 乙醇体积分数对柱花草多酚提取的影响

如图4所示，随着乙醇体积分数的增加，多酚浓度呈先升高后降低的趋势。当乙醇体积分数为70%时提取效果最佳；继续增大乙醇体积分数，多酚浓度反而呈下降趋势。这可能是由于过低体积分数的乙醇不足以破坏多酚-蛋白质稳定复合物的氢键，降低了多酚的溶解率，导致多酚浓度不高；过高体积分数的乙醇则因为溶剂的极性与多酚差距增大，导致多酚类物质的溶解度降低[18]。因此，确定最优乙醇体积分数为70%。

图3 不同料液比提取柱花草多酚浓度的比较

图4 不同体积分数乙醇提取柱花草多酚浓度的比较

2.5 正交试验优化结果

在单因素实验的基础上，进行了表1中条件参数的L9（34）正交试验，结果如表2所示。从极差值可以看出，各因素对柱花草多酚提取的影响从大到小依次为A＞B＞C＞D，即超声功率＞超声时间＞料液比＞乙醇体积分数。在正交试验中极差越大，该因素变动时，柱花草多酚提取率也会随之变化，且因素变动越大，多酚浓度的变化也会越大。由表2可知，柱花草多酚提取的最优工艺条件为A3B3C2D1，即在超声功率160 W，超声时间60 min，料液比1︰30，乙醇体积分数60%的条件下，柱花草多酚浓度最高，为9.138 mg/g。

3 结论与讨论

植物多酚，是植物次生代谢产物的一类总称，包含单宁和源于单宁的多种化合物[19]。植物多酚可供开发的资源充足，来源广泛，储量丰富，茶叶、水果、中草药等植物中均有丰富的含量，目前发现的植物多酚种类已超过8 000种。植物多酚由于具有清除机体自由基、抗氧化、抗肿瘤、抗动脉硬化、抑菌、抑制高血压等生理功效[20]，广泛应用于医药、食品、化妆品、化工材料等领域，成为了国内外专家学者的研究热点，具有广阔的开发潜力。柱花草多酚含量丰富，以柱花草为原料提取多酚，不仅成本低廉，而且为柱花草的深度开发利用打开了一条思路。

近年来，超声波提取技术因其理想的提取效果备受人们关注。目前，针对植物多酚的超声辅助提取技术已有较多报道，李颖畅等[18]研究了超声辅助提取紫菜多酚，提取量为6.803 mg/g，比单独使用乙醇溶液浸提的紫菜多酚提取率提高 8.62%。该研究利用超声波辅助提取技术对柱花草多酚进行提取，得到最佳工艺条件为超声功率160 W，超声时间60 min，料液比1︰30，乙醇体积分数60%，在此条件下从热研10号柱花草中提取的多酚浓度最高，为9.138 mg/g，与吴德锦[21]测定的热研10号柱花草多酚含量为7.63 g/kg相比较，提取率提高了近20%。超声波提取植物多酚得率高，可能是因为超声的空化效应、机械振动作用和热效应破坏了植物细胞，加快了溶剂渗透速率，从而缩短了浸提时间[22]。同时，由于是在低温下提取，避免了高温破坏热敏性成分的现象，使得有效成分保留完全、杂质较少[16]。

表2 正交试验结果

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（责任编辑：成 平）

Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Stylosanthes Guianensias

HE Li-fang，JING Chen-zhong，DENG Gang，HU Yi-hong，LIN Wang-hua，ZHANG Xue-jiao
（Hunan Provincial Collaborative Innovation Center for Field Weeds Control, Key Laboratory of Harmless Application of Pesticide in Hunan Higher Education, College of Agriculture and Biotechnology, Hunan University of Humanities, Science and Technology, Loudi 417000, PRC）

Used the Stylosanthes guianensias as material to optimize the technological conditions of ultrasonic extraction of polyphenols from it, a single factor and orthogonal design was adopted. Selected the ultrasonic power, extraction time, ethanol concentration and a solid/ liquid ratio on extraction rate as index to study the effect of different process parameters on extraction concentration of polyphenols in Stylosanthes guianensias. The results suggested that the optimum technological condition for ultrasonic assisted extraction of polyphenols from Stylosanthes guianensias is: 160W ultrasonic power, 60 min extraction time, 1∶30 solid/ liquid ratio and 60% ethanol volume fraction. Under these conditions, the concentration of polyphenols reached 9.138 mg/g.

Stylosanthes guianensias; polyphenols; ultrasound-assisted extraction; process optimization

S541+.9

：A

：1006-060X（2017）06-0074-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.006.022

2017-03-24

国家大学生创新性实验项目（201410553005）；湖南省大学生创新性实验项目（2014-502）；湖南省高校创新平台开放基金项目（15K066，16K047）；湖南省高校产业化培育项目（13CY030）

何丽芳（1994-），女，广西来宾市人，本科生，专业：食品科学与工程。

张雪娇