柠条缩合单宁提取工艺优化

2022-09-20李大彪牛晓雨

畜牧与饲料科学 2022年5期

李慧，李大彪，牛晓雨，曲魏

（内蒙古农业大学动物科学学院/动物营养与饲料科学自治区高等学校重点实验室，内蒙古呼和浩特 010018）

柠条是多年生豆科灌木，锦鸡儿属植物，又名毛条、白柠条，叶托有刺，生长形式表现为单生或簇生，花梗之间具有关节，主根入土较深，约40.0～70.0 cm，最高可生长至2.0 m 左右。柠条主要分布于我国内蒙古和陕西等地，具有许多优良特性，如抗旱、抗热、抗冷等，且耐盐碱性极强［1］。柠条的嫩枝、叶、花、果和种子含丰富的营养物质，且含有多种生物活性物质，如单宁、黄酮等［2］。单宁又称为单宁酸、鞣质、鞣酸，在双子叶植物的茎表皮和花中含量丰富，尤其是生长于亚热带、热带地区的乔木和灌木单宁含量较高［3］。单宁长期以来被看作是一种抗营养因子，致使大量含单宁的灌木资源利用受限，但近年来有研究发现，在动物日粮中添加适宜剂量的单宁不仅不影响饲料适口性，而且在抗腹泻［4］、抑菌［5］、提高免疫力［6］、抗氧化［7］、抗炎［8］、抗寄生虫［9］、降血脂及血糖［10］等方面均表现出积极作用，开发前景广阔。

近年来，研究者对多种植物单宁的提取工艺进行了优化，但因植物来源不同，其提取工艺的参数也存在较大差异［11-12］。为此，该研究以柠条为原料，使用溶剂浸提法提取缩合单宁，研究不同提取温度、提取时间、液料比（丙酮溶液体积与柠条粉质量比）、溶剂体积分数对柠条缩合单宁提取量的影响，旨在为高效提取柠条缩合单宁提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

柠条于2021 年6 月采自内蒙古乌兰察布市四子王旗。将采集的柠条置于地面平铺阴干，制备为风干样品后，剪成3～5 cm 的小段，研磨成粉，冷冻干燥，储存备用。

1.2 试验方法

1.2.1 柠条常规营养成分和缩合单宁含量的测定

柠条中干物质（DM）、粗蛋白（CP）、有机物（OM）、粗脂肪（EE）、中性洗涤纤维（NDF）、钙（Ca）和磷（P）含量的测定参照张丽英［13］报道的方法进行；柠条中缩合单宁的含量采用磷钨钼酸显色法测定。

1.2.2 不同提取条件对柠条缩合单宁提取量的影响

1.2.2.1 提取温度对柠条缩合单宁提取量的影响

准确称取2 g 柠条粉，在提取时间为80 min、丙酮体积分数为50%、液料比30∶1（mL/g）的条件下，研究不同提取温度（30、40、50、60、70 ℃）对柠条缩合单宁提取量的影响，每组设3 个重复。柠条中缩合单宁含量的测定方法同“1.2.1”项下。

1.2.2.2 提取时间对柠条缩合单宁提取量的影响

准确称取2 g 柠条粉，在提取温度为50 ℃、丙酮体积分数为50%、液料比30∶1（mL/g）的条件下，研究不同提取时间（40、60、80、100、120 min）对柠条缩合单宁提取量的影响，每组设3 个重复。柠条中缩合单宁含量的测定方法同“1.2.1”项下。

1.2.2.3 液料比对柠条缩合单宁提取量的影响

准确称取2 g 柠条粉，在提取温度50 ℃、提取时间80 min、丙酮体积分数50%的条件下，研究不同液料比（10∶1、20∶1、30∶1、40∶1 和50∶1）对柠条缩合单宁提取量的影响，每组设3 个重复。柠条中缩合单宁含量的测定方法同“1.2.1”项下。

1.2.2.4 丙酮体积分数对柠条缩合单宁提取量的影响

准确称取2 g 柠条粉，在提取温度50 ℃、提取时间80 min、液料比30∶1（mL/g）的条件下，研究不同丙酮体积分数40%、50%、60%、70%、80%对柠条缩合单宁提取量的影响，每组设3 个重复。柠条中缩合单宁含量的测定方法同“1.2.1”项下。

1.2.3 数据分析

试验数据经Excel 2013 整理，采用SAS 9.2 统计学软件包中的One-Way ANOVA 程序进行单因素方差分析，组间均数多重比较采用Duncan′s法。以P＜0.05 作为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 柠条中的常规营养成分和缩合单宁含量

由表1 可知，柠条中DM、CP、OM、EE、Ca、P、NDF 的含量分别为95.23% 、8.75% 、84.31% 、0.82%、1.36%、0.04%、65.79%，缩合单宁含量为53.41 mg/g。

表1 柠条中营养成分和缩合单宁含量（风干基础）

2.2 提取温度对柠条缩合单宁提取量的影响

提取温度对柠条缩合单宁提取量的影响见图1。由图1 可知，随提取温度的增加，柠条缩合单宁提取量呈先升高后降低的趋势，提取温度为40、50、60、70 ℃时的提取量显著（P<0.05）高于30 ℃时的提取量；提取温度为50、60、70 ℃时的提取量显著（P<0.05）高于40 ℃时的提取量；提取温度为60 ℃时的提取量显著（P<0.05）高于50、70 ℃时的提取量；提取温度为50 ℃时的提取量与70 ℃时的提取量差异不显著（P>0.05）。当提取温度为60 ℃时，柠条缩合单宁的提取量最大，达到34.24 mg/g。

图1 提取温度对柠条缩合单宁提取量的影响

2.3 提取时间对柠条缩合单宁提取量的影响

提取时间对柠条缩合单宁提取量的影响见图2。由图2 可知，随提取时间的增加，柠条缩合单宁提取量呈先升高后降低的趋势，提取时间为80、100 min 时的提取量显著（P<0.05）高于40 min 时的提取量；提取时间为100 min 时的提取量显著（P<0.05）高于40 min 时的提取量；提取时间为80 min 时的提取量显著（P<0.05）高于100 min 时的提取量；提取时间为60、120 min 时的提取量与40、100 min 时的提取量差异不显著（P>0.05）。当提取时间为80 min 时，柠条缩合单宁的提取量最大，达到26.38 mg/g。

图2 提取时间对柠条缩合单宁提取量的影响

2.4 液料比对柠条缩合单宁提取量的影响

液料比对柠条缩合单宁提取量的影响见图3。由图3 可知，柠条缩合单宁提取量随液料比的增加呈现先升高后降低趋势。液料比为20∶1、30∶1、40∶1 时的提取量显著（P<0.05）高于10∶1 和50∶1时的提取量；液料比为30∶1 时的提取量显著（P<0.05）高于20∶1 和40∶1 时的提取量；液料比为20∶1和40∶1 时，二者提取量差异不显著（P>0.05）；液料比为10∶1 和50∶1 时，二者提取量差异不显著（P>0.05）。当液料比为30∶1 时，柠条缩合单宁的提取量最大，达到25.34 mg/g。

图3 液料比对柠条缩合单宁提取量的影响

2.5 丙酮体积分数对柠条缩合单宁提取量的影响

丙酮体积分数对柠条缩合单宁提取量的影响见图4。由图4 可知，柠条缩合单宁提取量随丙酮体积分数的增加呈现先升高后降低趋势。丙酮体积分数为40%、50%、60%、70%时的柠条缩合单宁提取量显著（P<0.05）高于80%时的提取量；丙酮体积分数为50%、60%、70%时的提取量显著（P<0.05）高于40%时的提取量；丙酮体积分数为60%、70%时的柠条缩合单宁提取量显著（P<0.05）高于50%时的提取量；丙酮体积分数为70%时的提取量显著（P<0.05）高于60%时的提取量。当丙酮体积分数为70%时，提取量最大，达到30.61 mg/g。

图4 丙酮体积分数对柠条缩合单宁提取量的影响

3 讨论

超声辅助溶剂浸提法可以防止长时间加热导致植物活性物质被破坏，因此，近年来广泛应用于植物活性成分的提取研究。 Naima 等［14］和张志健等［15］研究表明，在水浴条件下，单宁的提取量要显著低于超声辅助条件下单宁的提取量，可能是因为植物细胞壁会在超声波空化作用形成的瞬间，因产生的高温高压受到损坏，从而使得细胞中的活性物质进入提取溶剂中［16］。

该研究结果发现，随提取温度的上升，柠条缩合单宁提取量呈先升高后降低的趋势，当提取温度上升至60 ℃时，提取量最大。可能是因为随提取温度的升高，反应进程逐渐加快，柠条缩合单宁的溶解和扩散速度提高，提取量快速上升，而当提取温度大于60 ℃时，柠条缩合单宁提取量呈下降趋势，这提示虽然高温会加速提取体系中分子的运动，但温度过高可能会使单宁变性，间接导致提取量降低。徐洪宇等［11］研究提取温度对刺楸叶单宁提取率的影响，结果显示，提取温度为61 ℃时，单宁提取率最大，与该试验结果相似。

该研究结果发现，随提取时间的增加，柠条缩合单宁提取量同样呈先升高后降低的趋势，当提取时间为80 min 时，提取量最大，且当提取时间为40～60 min 时，提取量的上升幅度较小，这可能是因为提取时间较短时，柠条吸收的热能不足，细胞破裂程度较低，溶出的有效成分较少，但随着提取时间延长，细胞逐渐破裂，柠条缩合单宁提取量上升较快，而当提取时间超过80 min 时，柠条缩合单宁提取量呈下降趋势，这可能是因为超声波的长时间作用导致单宁分子迅速分解，使得柠条缩合单宁提取量下降。鞠春艳等［17］通过研究提取时间对臭李子单宁提取量的影响发现，当提取时间为80.13 min 时，臭李子单宁提取量最高，与该试验结果相似。

该研究结果发现，当液料比为10∶1 时，柠条缩合单宁提取量较低，可能是由于丙酮溶液较少时无法析出更多的有效成分，但随液料比的增加，柠条缩合单宁可充分溶于溶剂中，使得提取量逐步上升，当液料比为30∶1 时，提取量达到最大值。但若超过一定范围，液料比的增加反而会降低固液浓度差增幅，导致提取量下降。

另外，该研究结果发现，随丙酮体积分数的增加，柠条缩合单宁提取量呈先升高后降低的趋势，可能是因为丙酮溶液通过破坏细胞壁进入细胞内部将单宁类物质溶出，但随着浓度不断升高至70%时，单宁类物质的溶出被蛋白质变性产生的致密结构所阻挡导致提取量下降。李雪雁等［18］研究发现当丙酮体积分数为62.48%时，所得黑叶荔枝果壳中的单宁提取量最高，而该试验结果显示，提取柠条缩合单宁的最佳丙酮体积分数为70%，这可能与植物来源不同有关。