复合酸溶浸桑枝异槲皮苷的酸解效应

谭双　王星敏　吴四维　刘小梅

摘要：【目的】研究磷鎢杂多酸复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷的适宜条件及其酸解作用，为提高桑枝异槲皮苷提取率和桑资源高值利用提供理论依据。【方法】选用磷钨杂多酸与磷酸的复合酸水热反应催化溶浸桑枝异槲皮苷，以异槲皮苷溶浸量为评价指标，采用均匀设计法优化获得复合酸溶浸桑枝异槲皮苷的适宜参数;结合扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析桑枝底物形貌及表面官能团变化，解析复合酸催化效应及异槲皮苷溶浸动力学。【结果】投加磷钨杂多酸与磷酸的磷（P）摩尔质量比为0.42∶1的复合酸327.55 mg，于165 ℃下水热反应100 min后，0.5000 g桑枝可溶浸异槲皮苷5.962 mg/g、多糖0.430 g/g，分别是未投加复合酸浸提时的3.17和12.29倍;反应温度和反应时间对异槲皮苷溶浸量影响极显著（P<0.01），复合酸中P摩尔质量比影响次之;FTIR测定图谱中C=C键和C-O键明显减弱，SEM扫描图谱中组织间孔隙变大，出现密集且不规整孔洞，植物组织浊蚀现象明显;异槲皮苷溶浸符合Fick第二定律的一级动力学模型，且溶浸速率常数K随反应温度的升高而增大，在反应温度为165 ℃时，异槲皮苷最大溶浸量为5.935 mg/g，与试验值相接近。【结论】复合酸溶浸桑枝异槲皮苷方法可行，升高反应温度可提高且加快异槲皮苷溶出，为桑资源高值利用提供新途径。

关键词： 桑枝;复合酸;磷钨杂多酸;酸催化;异槲皮苷

中图分类号： S888.2                                文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2020）11-2789-09

Acidolysis of extracting isoquercitrin from mulberry branches by compound acid

TAN Shuang1， WANG Xing-min1，2*， WU Si-wei1，2， LIU Xiao-mei1

（1 College of Environment and Resources， Chongqing Technology and Business University， Chongqing  400067，China; 2Chongqing Engineering Research Center for Processing， Storage and Transportation of

Characterized Agricultural Products， Chongqing  400067， China）

Abstract：【Objective】To study the optimum conditions and acidolysis of isoquercitrin from mulberry branches catalyzed by phosphorous tungsten heteropoly acid，which provided a theoretical basis for improving the extraction rate of mulberry isoquercitrin and highvalue utilization of mulberry resources. 【Method】A compound acid composed of phosphorous tungsten heteropoly acid and phosphoric acid was used to catalyze the hydrolysis of mulberry branches to extract isoquercitrin under hydrothermal conditions. The amount of isoquercitrin dissolution was used as the evaluation index， and uniform design method was used to optimize the appropriate parameters for isoquercitrin extracted from mulberry bran-ches by compound acid. Combined with Search Engine Marketing（SEM） and Fourier Transform Infra-red（FTIR） characterization to analyze the morphology and surface functional group changes of mulberry substrate，analyze the catalytic effect of compound acid and the kinetics of isoquercitrin leaching. 【Result】Adding 327.55 mg compound acid with phosphorus（P） molar ratio of 0.42∶1 in phosphorous tungsten heteropoly acid and phosphoric acid， after hydrothermal reaction at 165 ℃ for 100 min，0.5000 g of mulberry branches could be leached to isoquercitrin 5.962 mg/g and polysaccharide 0.430 g/g， which were as 3.17 and 12.29 times of that without adding compound acid. The effect of reaction temperature and reaction time on isoquercitrin leaching was extremely significant（P<0.01）， and the effect of P molar mass ratio in compound acid was the second. FTIR spectrum showed that the C=C bond and C-O bond were wakened. SEM chart showed the tissues became larger，dense and irregular pores appeared，and the turbidity of plant tissues was obvious. Isoquercitrin leaching conformed to the first-order kinetic model of Ficks second law， and the leaching rate constant K increased with the increase of the reaction temperature，when the reaction temperature was 165 ℃，the maximum leaching amount of isoquercitrin was 5.935 mg/g， which was close to the experimental value. 【Conclusion】The method of compound acid lea-ching of isoquercitrin from mulberry branch is feasible. Increasing the reaction temperature can increase and accelerate the leaching of isoquercitrin from mulberry branch. which can provide a new way for the high value utilization of mulberry resources.

Key words： mulberry; compound acid; heteropoly acid; acid catalysis; isoquercitrin

Foundation item： Chongqing Municipal Science and Technology Commission Application Development Key Project（cstc2017shms-zdyfX0063）

0 引言

【研究意义】我国桑资源丰富，仅桑枝就占桑园年产干物量的64%（刘琳等，2010），夏伐和冬剪的桑枝除少部分用于药材外，大部分被焚烧掉，既污染环境又浪费桑资源。桑枝富含黄酮类化合物、牛膝甾酮、氨基酸等天然活性成分及其衍生物，其中，黄酮类化合物异槲皮苷具有抗菌抗病毒（鄢春旻，2012）、抗炎症（Jeong et al.，2015）、降血脂（Zhou et al.，2014）和降血糖（Hu et al.，2017）等药理作用，已广泛应用于食品和医药行业。因此，系统研究并优化桑枝异槲皮苷的溶浸工艺对桑枝的综合利用具有重要意义。【前人研究进展】桑枝纤维素、半纤维素和木质素致密的网状结构阻碍了桑枝异槲皮苷等天然活性成分有效溶浸。现有文献报道提取异槲皮苷的方法较少，且以超声波提取为主。严安定等（2011）利用超声提取法在100%甲醇体系中超声波2 h溶浸桑叶异槲皮苷0.907 mg/g;孙莲等（2013）在100%甲醇体系中超声60 min溶浸桑枝异槲皮苷52 μg/g;李晋等（2017）在70%甲醇体系中超声波30 min溶浸桑枝异槲皮苷16.4 μg/g。黄酮类化合物提取方法中，超声波提取（陈建明等，2010）、酶法提取（李佩艳和尹飞，2017）、超临界流体萃取（桂文龙等，2018）和回流浸提（张焕新等，2019）等或多或少存在提取率不高、提取时间长、投资成本大等缺点。而酸具有强穿透性、酸催化等优点，酸水解能有效打破植物组织的桎梏作用，从而提高天然产物提取率。徐渐等（2012）利用超声波—盐酸水解法可溶浸豆渣中的总黄酮0.43 mg/g;李春花等（2013）采用体积比为4∶1的盐酸—乙醇体系于70 ℃回流0.5 h，酸催化1 g黄蜀葵花，可溶浸黄蜀葵花总黄酮15.536 mg/g;吕志强等（2014）采用盐酸水解法可溶浸桑籽总黄酮0.57 mg/g和多糖0.51 mg/g。酸水解多以盐酸为主，虽具有优良的酸性，但易腐蚀生产设备，并引起环境污染。固体酸磷钨杂多酸（H3PW12O40）是一种具有强酸性和氧化还原性的绿色新型催化剂。近年来，磷钨杂多酸因其稳定性好、催化活性强、高选择性和环境污染小等优点，逐步应用于生物质资源化利用领域。Shimizu等（2009）研究发现磷钨杂多酸催化纤维素水解较盐酸和磷酸等无机酸具有更优异的催化性能。周龙飞（2018）投加0.07 g磷钨杂多酸催化水解芒草纤维素，180 ℃下反应2 h后糖化率达63.35%。【本研究切入点】将磷钨杂多酸复合酸替代传统盐酸酸解桑枝，减少传统酸的环境污染，不仅可强化酸解桑枝植物组织的催化水解特性，减小桑枝中异槲皮苷等黄酮类活性成分的传质阻力，提高异槲皮苷溶浸效果，还能资源化利用剩余磷酸，节约应用推广成本。目前仅有赵莉娟（2017）将固体杂多酸应用于紫苏梗阿魏酸的浸提中，尚未见采用复合酸催化溶浸异槲皮苷的研究报道。【拟解决的关键问题】采用均匀设计法优化获得水热条件下磷钨杂多酸复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷的适宜参数，解析适宜参数间的交互作用，结合桑枝异槲皮苷溶浸的动力学，解析复合酸酸解效应与桑枝异槲皮苷溶出的协同作用，为提高桑枝异槲皮苷提取率和桑资源高值利用提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

桑枝由重庆市北碚区桑蚕研究院提供，将新鲜桑枝置于60 ℃烘箱中干燥，经高速粉碎机粉碎过80目筛后备用。二水钨酸钠（Na2WO4·2H2O）购自成都科龙化工试剂厂，无水乙醇、乙腈和磷酸均购自重庆川东化工（集团）有限公司，异槲皮苷（≥98%）购自成都德思特生物技术有限公司。主要仪器设备：KH-50水热合成反应釜（郑州科达机械仪器设备有限公司），Agilent-1260高效液相色谱仪[安捷伦科技（中国）有限公司]，UV-1900型紫外可见分光光度计[翱艺仪器（上海）有限公司]，IRPrestige-21傅里叶变换红外光谱仪（日本日立公司），SU1510扫描电镜（日本日立公司），KC-1000高速粉碎机（北京开创同和科技发展有限公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 复合酸制备 精确称取11.2250 g Na2WO4·2H2O，加入100 mL水溶解后，滴加至裝有100 mL 0.8 mol/L盐酸溶液的烧杯中，均匀搅拌至黄绿色沉淀物生成完全，静置2 h，过滤得黄绿色沉淀物，即为钨酸（H2WO4）;将钨酸少量多次加入装有225、200、175、150、125、100和75 mL的0.12 mol/L磷酸溶液烧杯中，匀速搅拌至黄绿色固体溶解为无色澄清溶液，即制得磷钨杂多酸与磷酸的复合酸液备用，其磷（P）摩尔质量比分别为0.12∶1、0.14∶1、0.16∶1、0.19∶1、0.23∶1、0.31∶1和0.46∶1。

1. 2. 2 水热条件下复合酸液酸催化水解桑枝 精确称取干燥桑枝粉0.5000 g，将其与60%乙醇溶液按体积比1∶30（g/mL）加入到50 mL高压反应釜中，分别加入0、50.64、101.28、151.92、202.56、253.20和303.84 mg复合酸，设反应温度为120、130、140、150、160、170和180 ℃，复合酸协同水热反应30、45、60、75、90、105和120 min后，抽滤、离心、定容后得桑枝浸提液。

1. 2. 3 桑枝异槲皮苷和多糖的分析测定

1. 2. 3. 1 异槲皮苷分析测定 采用高效液相色谱仪测定桑枝浸提液中异槲皮苷的质量浓度。色谱条件为：色谱柱Aglient 5TC-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）;流动相是体积比为20∶80的乙腈和0.5%磷酸溶液;进样量10 μL;柱温25 ℃;流速1.0 mL/min;检测波长330 nm。选取异槲皮苷标准品质量浓度梯度为0.022、0.044、0.066、0.110、0.154和0.220 mg/mL，以异槲皮苷质量浓度（C1）为横坐标、色谱峰面积（A）为纵坐标，绘制得异槲皮苷标准曲线A=11550C1（R2=0.9996）。根据标准曲线计算桑枝中异槲皮苷溶浸量（y1），计算公式如下：

y1=[C1×Vm] （1）

式中，C1为异槲皮苷质量浓度（mg/mL），V为浸提液定容体积（mL），m为桑枝质量（g）。

1. 2. 3. 2 多糖分析测定 采用苯酚硫酸法测定桑枝水解产物多糖产量。选取葡萄糖质量浓度梯度为4.29、8.59、12.88、21.47、30.06和42.94 μg/mL，波长为480 nm，以葡萄糖质量浓度（C2）为横坐标、吸光值（A）为纵坐标，绘制标准曲线A=0.0689C2+0.0564（R2=0.9996）。根据标准曲线计算桑枝中多糖产量（y2），计算公式如下：

y2=[C2×V×Dm]×0.9 （2）

式中，C2为葡萄糖质量浓度（mg/mL），D为样品稀释倍数，0.9为葡萄糖换算成葡聚糖的系数。

1. 2. 4 桑枝底物物相表征分析 采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）KBr压片法，测量催化前后桑枝底物表面官能团，测定波数为4500～500 cm-1;采用扫描电子显微镜（SEM）观察桑枝表面形貌，工作电压为15 kV，放大倍数为5000倍。

1. 2. 5 均匀设计试验 以异槲皮苷溶浸量为评价指标，选取复合酸中P摩尔质量比、复合酸投加量、反应温度和反应时间为考察因素，采用均匀设计表U7（74）设计试验方案，优化复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷的工艺条件。均匀设计因素与水平见表1。

1. 3 统计分析

采用SPSS 20.0和VF 6.0分析试验数据，构建模型，计算获得优势参数的理论值，并通过试验验证获得适宜参数。

2 结果与分析

2. 1 复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷的影响因素

2. 1. 1 复合酸投加量对溶浸桑枝异槲皮苷的影响

复合酸的酸催化作用主要由酸性质子完成。由图1可知，在反应温度160 ℃、催化反应90 min的条件下，加入磷钨杂多酸与磷酸的P摩尔质量比为0.19∶1的复合酸0～303.84 mg，桑枝异槲皮苷溶浸量和多糖产量均随复合酸投加量的增加而逐渐增加，当复合酸投加量为303.84 mg时，桑枝异槲皮苷溶浸量和多糖产量均最高，分别为5.243 mg/g和0.390 g/g。因为增加复合酸投加量，即增加了反应体系中的酸性质子，增强了杂多酸对糖苷键氧原子的穿透能力，促使纤维素中醇C-O键、半纤维素中-COO-键催化断裂成低聚糖或单糖（Tian et al.，2011），进而破坏植物细胞壁致密网状结构，提高异槲皮苷溶浸量;但复合酸投加量过多时，体系中多余的酸性质子会将异槲皮苷的苷氧键水解生成槲皮素，降低异槲皮苷的溶浸量。故适度调控复合酸投加量，有利于木质纤维解聚的同时可避免异槲皮苷水解。

2. 1. 2 反应温度对溶浸桑枝异槲皮苷的影响 杂多酸具有热催化效应（Mestl et al.，2001），升高温度提供的反应热有利于提升杂多酸酸热催化效应。由图2可知，加入P摩尔质量比为0.19∶1的复合酸303.84 mg，在反应温度为120～180 ℃条件下反应90 min，桑枝异槲皮苷溶浸量随反应温度的升高呈先增加后减少的变化趋势;而多糖产量随反应温度的升高持续增加。反应温度为160 ℃时，异槲皮苷溶浸量达最高值，为5.267 mg/g;之后随反应温度的继续升高，异槲皮苷溶浸量反而降低。这是因为升高温度，酸性质子动能增加，其穿透性随之增强;植物表面细胞壁随反应体系热的增加而逐渐软化（Kawamoto et al.，2007），溶剂分子介电常数、表面张力和黏度则随温度升高反而降低（李杰等，2018）;三重作用加快异槲皮苷在溶剂和溶质间扩散速率及相界面上的传质速率，进而提高异槲皮苷溶浸量。升高温度虽可加速复合酸的酸催化水解聚木质纤维，但同样提升酸性质子对异槲皮苷的水解作用，故出现异槲皮苷溶浸量随反应温度的升高呈先增加后减少的现象。

2. 1. 3 反应时间对溶浸桑枝异槲皮苷的影响 由图3可知，加入P摩尔质量比为0.19∶1的复合酸303.84 mg，在160 ℃下反应30～120 min时，桑枝异槲皮苷溶浸量和多糖产量均随酸催化时间的延长呈先增加后趋于平稳的变化趋势，当反应时间为90 min时，异槲皮苷溶浸量和多糖产量均最高，分别为5.325 mg/g和0.389 g/g。究其原因是延长酸催化时间可增加复合酸与桑枝植物组织的接触概率，增大酸性質子与桑枝中C-O基团发生水解反应，促进桑枝植物组织水解，进而提高异槲皮苷溶浸量和多糖产量。

2. 1. 4 复合酸中P摩尔质量比对溶浸桑枝异槲皮苷的影响 水解主要依靠磷钨杂多酸的Bromated酸性质子和氧化还原电子。由图4可知，当反应温度为160 ℃，催化反应90 min，加入P摩尔质量比为0.12∶1～0.46∶1的相同质量复合酸液，桑枝异槲皮苷溶浸量和多糖产量均随复合酸中P摩尔质量比的增加呈先增加后趋于平缓的变化趋势，当P摩尔质量比为0.23∶1时，桑枝异槲皮苷溶浸量最高，为5.411 mg/g，多糖产量为0.405 g/g。这是由于复合酸中磷钨杂多酸W-O-W上桥氧原子Ob或Oc的电子云密度高于端氧原子Od，易质子化为酸性中心（Kozhevnikov et al.，1994），改变复合酸中P摩尔质量比可适度增加诱导W-O-W键的极化作用，促使Ob或Oc上负电荷向金属原子W转移而降低Ob或Oc上电子云密度，降低W-O-W键中Ob或Oc对酸性质子的束缚能力（韩杰丽，2008）。加之乙醇体系有助于位于磷钨杂多酸中Ob或Oc的H+去质子化（向波等，2017），进而增强Bromated酸性质子穿透性，有利于桑枝植物组织水解，提高异槲皮苷溶浸量和多糖产量。

2. 2 复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷参数优化及交互作用分析结果

2. 2. 1 模型构建及显著性分析结果 为获得复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷的适宜条件，基于影响复合酸催化溶浸异槲皮苷的因素研究结果，将均匀设计法U7（74）（表1）所得试验结果（表2）采用SPSS 20.0“逐步、进入”进行计算，得到回归方程：Y=-3.001+2.115×10-6C2D-0.087A2B+9.185×10-6ABCD-2.377×10-7

B2C。由表3可知，模型R=0.997，Adj-R2=0.981，且F=76.551>F（4，2）=19.3，P=0.013<0.05，表明回归模型可用，复合酸中P摩尔质量比、复合酸投加量、反应温度和反应时间对桑枝异槲皮苷的溶浸有显著影响（P<0.05）。

2. 2. 2 影响因素交互作用分析结果 由表4可知，影响桑枝异槲皮苷溶浸量的因素交互作用排序为：C2D（7.769）>A2B（-3.147）>ABCD（3.004）>B2C（-0.467），表明水热反应的酸体系中，反應温度和反应时间对桑枝异槲皮苷溶浸影响极显著（P<0.01），复合酸中P摩尔质量比对桑枝异槲皮苷溶浸影响次之;异槲皮苷溶浸量与反应温度存在二次方和一次线性关系，与反应时间存在一次线性关系，与P摩尔质量比存在一次线性和二次方关系;表明桑枝异槲皮苷溶浸主要借助水热反应的物理作用及复合酸的酸催化效应。将所得回归方程代入VF 6.0，计算并筛选得出最佳溶浸参数，即复合酸中P摩尔质量比0.42∶1，复合酸投加量327.55 mg，反应温度165 ℃，反应时间100 min。在此条件下进行验证试验，0.5000 g桑枝3次平行试验取平均值，桑枝异槲皮苷的平均溶浸量为5.962 mg/g，是未投加复合酸浸提时异槲皮苷溶浸量（1.880 mg/g）的3.17倍，相对标准偏差（RSD）=1.03%，说明所得适宜参数能满足复合酸催化浸提桑枝异槲皮苷，即该模型可行。在该条件下，多糖产量为0.430 g/g，是未投加复合酸浸提时多糖产量（0.035 g/g）的12.29倍。

2. 3 复合酸催化效应及异槲皮苷溶浸动力学分析结果

2. 3. 1 桑枝残渣SEM扫描观察结果 如图5所示，复合酸催化处理前桑枝原料结构完整（图5-A），经复合酸催化处理后的桑枝底物表面植物组织浊蚀现象明显，组织间孔隙变大，出现密集且不规整孔洞（图5-B）。说明复合酸发生穿透，并与桑枝纤维素、半纤维素和木质素发生化学氧化作用，进而水解植物组织。

2. 3. 2 桑枝底物FTIR测定分析结果 为进一步解析复合酸酸解效应，对比复合酸催化前后桑枝底物的FTIR测定结果（图6）发现，经复合酸催化处理的桑枝底物在1737、1510和1246 cm-1处特征峰明显减弱，分别是半纤维素中乙酰基或糖醛酸的酯基中C-O伸缩振动（李闫，2016）、木质素芳香环上C=C的伸缩振动和木质素二芳基醚键C-O的伸缩振动特征吸收峰（杨永安等，2013），说明桑枝中木质素的苯基丙烷结构单元及半纤维素的表面官能团在复合酸催化作用下发生分解。在894 cm-1处明显增强的是吡喃糖β型C-H变角振动吸收峰（强丹丹，2016），1057 cm-1处减弱的是纤维素吡喃糖环所含的醇C-O伸缩振动吸收峰，说明纤维素和半纤维素糖苷键上的苷氧原子经复合酸催化处理后发生断裂，表明复合酸可酸化水解桑枝植物组织。

2. 3. 3 复合酸催化溶浸过程动力学模型 桑枝异槲皮苷溶浸过程其实质为复合酸穿透及催化氧化、异槲皮苷扩散及传质的过程（何春玫等，2018;王露等，2019）。采用Fick第二定律（式3）描述复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷过程：

ln[C∞C∞-C] =Kt+ln[π2C∞6（C∞-C）] （3）

式中，C∞为异槲皮苷平衡浓度（mg/g），C为t时刻浸提液中异槲皮苷质量浓度（mg/g），K为溶浸速率常数（min-1）。

在优化所得复合酸催化溶浸异槲皮苷的适宜条件下，建立不同反应温度下异槲皮苷溶浸量随反应时间的动力学模型（图7）。以ln[C∞/（C∞-C）]对反应时间t作图（图8）并进行线性回归分析（表5）。结合图8和表5可知，不同反应温度下的ln[C∞/（C∞-C）]与反应时间t的R2均在0.9200以上，表明各动力学模型拟合度好，复合酸催化溶浸异槲皮苷符合一级传质动力学过程;由表5中平衡浓度C∞可知，当反应温度一定时，桑枝异槲皮苷的溶浸量存在当前温度的最大值，且该值随着温度的升高而增大，在反应温度为165 ℃（438.15 K）时，异槲皮苷最大溶浸量为5.935 mg/g，与试验值（5.962 mg/g）相接近;而溶浸速率常数K随温度的升高而增大，进一步揭示桑枝底物质量一定时，在水热反应和复合酸催化的协同作用下，升高温度可提高且加快桑枝异槲皮苷溶出。

3 讨论

桑枝植物纤维组织致密结构阻碍异槲皮苷等天然产物溶出及扩散。将磷钨杂多酸复合酸应用到桑枝异槲皮苷的溶浸中，利用磷钨杂多酸催化活性高、穿透性强、稳定性好、腐蚀性小等优点，酸解破坏桑枝植物纤维组织的结晶结构。本研究结果表明，在复合酸水热条件下催化水解桑枝植物组织溶浸异槲皮苷的过程中，桑枝表面浊蚀现象明显，桑枝半纤维素中乙酰基或糖醛酸的酯基中C-O键、木质素芳香环上的C=C双键、C-O键和纤维素中醇C-O键发生氧化反应，与杨永安等（2013）、李闫（2016）、强丹丹（2016）的研究结果一致，表明复合酸能有效穿透并打破植物纤维组织的形态结构，有利于桑枝异槲皮苷等活性成分溶出。

桑枝异槲皮苷受木质纤维网状结构影响其传质，在复合酸水热催化体系中，异槲皮苷的苷氧键可与体系中酸性质子发生水解生成槲皮素。本研究结果表明，桑枝异槲皮苷溶出量减少的温度参数为170 ℃。孙兵等（2008）、翟广玉等（2009）用硫酸或盐酸调节芦丁中苷氧键水解生成槲皮素的pH均为2，说明控制反应体系pH大于2，可防止异槲皮苷水解。本研究发现，327.55 mg复合酸投入15 mL 60%乙醇溶液中，其pH为5～6，且未见槲皮素的峰面积，表明控制体系的复合酸投加量及反应温度，可促进木质纤维解聚、规避异槲皮苷水解。因此，利用均匀设计优化获得复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷的适宜参数，即复合酸中P摩尔质量比为0.42∶1、复合酸投加量为327.55 mg、反应温度为165 ℃、反应时间为100 min时，0.5000 g桑枝可溶浸异槲皮苷5.962 mg/g，多糖产量为0.430 g/g，分别是未投加复合酸溶浸时异槲皮苷溶浸量的3.17倍，多糖产量的12.29倍，明显高于孙莲等（2013）采用超声波法提取获得桑枝异槲皮苷的产量（52 μg/g）。解析各因素交互作用发现，反应温度和反应时间对桑枝异槲皮苷溶浸影响极显著，复合酸中P摩尔质量比对异槲皮苷溶浸影响次之，表明桑枝异槲皮苷提取过程中，复合酸提供的酸性质子和氧化还原电子氧化作用于木质素中C=C双键和苯环之间的β-O-4键、半纤维素中己糖聚糖分子间的糖苷键及纤维素链上的β-1，4糖苷键，可解聚破坏木质纤维组分。采用磷钨杂多酸复合酸溶浸桑枝异槲皮苷技术可行，替代传统盐酸，提高天然产物提取量的同时有利于环境保护。

本研究采用Fick第二定律进一步解析桑枝异槲皮苷溶浸复合酸催化作用，建立的不同温度下动力学模型R2>0.9200，表明异槲皮苷的溶出满足一级动力学，模型可用，与何春玫等（2018）报道的动力学模型分析结果一致。分析平衡浓度C∞和溶浸速率常数K发现，随温度的升高，C∞和K均增大，说明桑枝底物质量一定时，在水热反应和复合酸催化的协同作用下，升高温度可提高且加快桑枝异槲皮苷溶出。对比不同温度下桑枝异槲皮苷溶浸的模型计算值（C∞）和实验值（C），发现异槲皮苷最大溶浸量为5.935 mg/g，与试验值（5.962 mg/g）相接近，表明可采用Fick第二定律建立溶浸模型，计算并预测一定温度下的桑枝异槲皮苷最大溶浸量，提升桑资源高值利用。为进一步提升桑资源高值利用，天然产物异槲皮苷的提制纯化将作为下一步研究重点。

4 结论

磷钨杂多酸复合酸有利于降解桑枝植物组织C=C和C-O，增大桑枝底物濁蚀程度。采用均匀设计法建立的数学模型显著性好，模型可用。优化获得的复合酸催化溶浸桑枝异槲皮苷工艺具有可行性，提取工艺简单，且异槲皮苷提取率高，可为桑资源高值利用提供新途径。

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（责任编辑 罗 丽）

收稿日期：2020-02-24

基金项目：重庆市科委应用开发重点项目（cstc2017shms-zdyfX0063）

作者简介：*为通讯作者，王星敏（1975-），博士，教授，主要从事农业废弃物处置及资源化利用研究工作，E-mail：wang_chen@ tom.com。谭双（1994-），研究方向为农业废弃物处置及资源化利用，E-mail：547150247@qq.com