超聲技術(shù)在植物多酚提取中的應(yīng)用進(jìn)展

摘 要：為了促進(jìn)超聲技術(shù)在植物多酚提取領(lǐng)域的應(yīng)用，總結(jié)了超聲技術(shù)在植物多酚含量測定和提取中的應(yīng)用進(jìn)展，以及超聲提取多酚工藝的優(yōu)化方法。指出超聲技術(shù)在在中藥藥材和中藥制劑的多酚含量測定中，以及在提取總多酚、單寧、黃酮類化合物和多酚類單體的工藝中有廣泛的應(yīng)用。提出超聲功率和頻率、提取時間和溫度、提取溶劑和料液比是影響多酚提取效率的主要因素，利用正交試驗設(shè)計和響應(yīng)曲面法能提高提取效率。認(rèn)為超聲技術(shù)適用于提取植物多酚，在植物多酚提取領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：超聲技術(shù)；植物多酚；提取

中圖分類號：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：2014-0089

Abstract： In order to promote the application of ultrasonic technique in plant polyphenols， this paper summarized the application of ultrasonic technique in the determination and extraction of plant polyphenols， and introduced the method to optimize technological parameters of ultrasonic extraction in extraction of plant polyphenols. It pointed out that the ultrasonic technique was widely used in the determination of plant polyphenols， as well as in the extraction of total polyphenols， tannin， flavonoids and the monomer of polyphenols. The ultrasonic power and frequency， ultrasonic time and temperature， extracting solvent and ratio of solid to liquid were the main factor influencing the extraction efficiency of polyphenols， using orthogonal design experiment and response surface design experiment can improve the extraction efficiency. Ultrasonic technique is suitable for the extraction of plant polyphenols， there would be broad application prospects in the field.

Key words： Ultrasound Technique； Plant Polyphenols； Extraction

0 引言

植物多酚是高等植物中一類重要的次級代謝產(chǎn)物，廣泛存在于植物的根、葉、皮和果實中，在植物中的含量僅次于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[1]。研究表明，植物多酚具有抗氧化、抗菌、抗病毒、降血糖、調(diào)血脂和預(yù)防慢性疾病等活性[2-3]。超聲技術(shù)利用超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)、機械作用和熱效應(yīng)使溶劑快速地進(jìn)入固體物質(zhì)，促使可溶性成分溶于溶劑，它是加速、強化和輔助提取組分的一種有效手段[4]。超聲波法提取效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑浸提法，并且兩種方法所得到提取物的UV和HPLC圖譜完全一致[5]。近年來，雖然關(guān)于利用超聲技術(shù)進(jìn)行單體多酚和單寧的含量測定和提取分離的報道已較多，但仍有更大的應(yīng)用潛力。本研究對超聲技術(shù)在植物多酚提取領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期進(jìn)一步促進(jìn)超聲技術(shù)在植物多酚開發(fā)中的應(yīng)用。

1 植物多酚簡介

植物多酚以苯酚為基本骨架，是一類以苯環(huán)的多羥基取代為特征的有機化合物。植物多酚分類方式較多，常根據(jù)分子量和結(jié)構(gòu)將植物多酚分為兩大類：一類是單體多酚，包括黃酮類化合物（如黃酮、異黃酮、黃烷醇、黃烷酮醇、查耳酮等）、酚酸類化合物（如綠原酸類、沒食子酸和鞣花酸等）和一些連接有糖苷基的復(fù)合類多酚化合物（如蕓香苷）。另一類則是由單體聚合而成的聚合體，統(tǒng)稱為單寧或鞣質(zhì)，包括水解單寧（如沒食子單寧和鞣花單寧等）和縮合單寧（如聚黃烷醇類多酚和原花色素）[1，6]。

天然植物多酚的存在形式多樣，有的以游離狀態(tài)存在，有的以酯或甲酯等衍生物的形式存在，還有的以與糖類結(jié)合成苷的形式存在。植物多酚存在形式的多樣性和結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性給提取分離植物多酚帶來了很大不便[7]。

2 植物多酚含量測定中的應(yīng)用

2.1 《藥典》收錄情況

超聲法穩(wěn)定、可靠，截止最新的2010年版《中國藥典》，已有數(shù)百種中藥材、中藥制劑和提取物在制備樣品時采用超聲提取法。測定中藥的多酚類組分時，亦可采用超聲法制備樣品。丁香味辛，性溫，在傳統(tǒng)上用于脾胃虛寒，呃逆嘔吐，食少吐瀉，心腹冷痛，腎虛陽痿，丁香酚是其主要藥效物質(zhì)，丁香中丁香酚含量不得少于11.0%。丁香供試品溶液的制備方法為：取丁香粉末，以正己烷為提取溶劑，超聲提取15 min即得。超聲法還用于制備香薷、大黃和厚樸等中藥材的供試溶液，用于測定其中活性多酚的含量。

2.2 含量測定中的最新應(yīng)用

2.2.1 中藥材 沒食子酸廣泛存在于沒食子、五味子、掌葉大黃和山茱萸等植物中，是常被用于食品、生物、醫(yī)藥領(lǐng)域的一種多酚類化合物。范曉紅等[8]采用水浸泡、70%甲醇超聲、50%乙醇攪拌、80%丙酮浸泡等提取方法獲得沒食子提取物，測定沒食子酸含量，發(fā)現(xiàn)70%甲醇超聲提取物中沒食子酸含量最高。趙學(xué)龍等[9]取經(jīng)過不同程度的炒炭工藝處理的生丹皮，超聲提取后，準(zhǔn)確測定了提取液中沒食子酸及5-羥甲基糠醛的含量。

2.2.2 中藥制劑 王潔等[10]分別采用超聲波法和藥典中收錄的傳統(tǒng)回流法提取三黃片，然后用HPLC法測定提取液中大黃酚和大黃素含量。超聲方法為：超聲提取2次，第1次在甲醇中超聲20 min（功率為400 W，頻率為40 kHz），第2次在30%乙醇-鹽酸（10：1）混合溶液中超聲30 min（功率為400 W，頻率為40 kHz）。結(jié)果表明，采用以上2種方法所提取得到大黃素和大黃酚的含量相似，超聲波提取法具有節(jié)省時間、操作簡便等優(yōu)點，更值得推廣應(yīng)用。超聲法還可用于制備六味地黃制劑和感冒安顆粒等的提取液，以測定這些制劑中多酚類組分的含量。

3 多酚提取工藝中的應(yīng)用

3.1 總多酚

3.1.1 板栗殼多酚 張京芳等[11]采用超聲法利用乙醇溶液提取板栗殼中多酚，以傳統(tǒng)的回流法作對照。結(jié)果表明，乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%，料液比為1：15，提取時間為15 min，提取功率為300 W，提取3次時，所得板栗殼多酚提取物對DPPH自由基的IC50較小，且對Fe3+還原能力較回流提取法強，表明超聲提取所得板栗殼多酚的抗氧化活性強于回流提取所得的板栗殼多酚。

3.1.2 蜜柑皮多酚 馬亞琴等[12]發(fā)現(xiàn)，超聲技術(shù)在提取溫州蜜柑皮活性物質(zhì)和增加其抗氧化能力方面具有很大的應(yīng)用潛力。適宜的超聲條件有利于提高溫州蜜柑皮提取物中總酚含量，增加抗氧化能力。該提取物中總酚含量和抗氧化能力呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，表明溫州蜜柑皮提取物中總酚是抗氧化的主要物質(zhì)。

3.1.3 茶多酚 唐淯桓等[13]利用超聲波輔助提取茶多酚，在提取工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)88.99%，超聲時間 80 min，靜置萃取時間89.97 min，超聲溫度80℃條件下，紅茶酚類提取率最高可達(dá)73.50%。本研究為茶葉深加工和紅茶的深度開發(fā)提供了理論依據(jù)。王保金等[14]研究了竹葉茶多酚超聲提取的工藝，發(fā)現(xiàn)乙醇體積分?jǐn)?shù)和超聲時間對提取效果有顯著影響，最佳的提取條件為：料液比1：30，乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，超聲40 min。

3.2 單寧

李永霞等[15]研究了超聲波強化提取五倍子單寧的工藝，結(jié)果表明適宜超聲提取工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，鹽酸體積分?jǐn)?shù)2.0%，液料比25：1，超聲溫度40℃，超聲時間120 s，在此條件下單寧提取率為10.52%。王紅等采用超聲波輔助提取核桃青皮單寧，發(fā)現(xiàn)最佳提取參數(shù)為：乙醇濃度為70%、鹽酸濃度為1.5%，液料比為15：1、提取溫度為55℃、提取時間為 50 min，該條件下單寧提取率達(dá)10.49 mg/g[16]。

3.3 黃酮類化合物

3.3.1 含羞草總黃酮 吳崇珍等[17]采用6種不同方法提取含羞草總黃酮，發(fā)現(xiàn)提取效率依次為：超聲提取>微波萃取>回流提取>滲漉提取>索氏提取>冷浸提取。超聲法提取含羞草總黃酮有提取成分完全，節(jié)省溶劑和能源，提取效率較高，被提取的黃酮成分不易被破壞等優(yōu)點，是提取含羞草中總黃酮的最佳方法。

3.3.2 黃芩總黃酮 項昭保等[18]采用超聲波法從黃芩中提取總黃酮，發(fā)現(xiàn)各因素對黃芩總黃酮提取效果的影響依次為：固液比>提取溫度>提取時間>溶劑濃度。超聲法提取黃芩總黃酮工藝的最佳參數(shù)為：固液比1：14，甲醇濃度80%，提取溫度60℃，超聲時間50 min，該工藝下黃芩總黃酮得率為7.06%。

3.3.3 半枝蓮黃酮 陳莉華[19]等研究了半枝蓮黃酮的超聲提取工藝，發(fā)現(xiàn)在超聲功率250 W，加入50%的乙醇溶液，料液比（g/mL） 1：30，65℃下超聲25 min的條件下，半枝蓮黃酮提取效果好，得率為3.0%。

3.4 多酚類單體

3.4.1 丹皮酚 丹皮酚氣味特殊，味微辣，有鎮(zhèn)痛、解熱、鎮(zhèn)靜、抗炎、抗心律失常、解痙、抗動脈粥樣硬化、改善微循環(huán)、抗腫瘤和提高機體免疫力等作用。李玉賢等[20]發(fā)現(xiàn)提取牡丹皮中丹皮酚時，超生提取-水蒸氣蒸餾法比直接水蒸氣蒸餾法提取率高。白蓉[21]分別采用超聲法、加熱回流法、浸漬法、索氏提取法從赤芍藥材中提取丹皮酚，發(fā)現(xiàn)超聲法的提取效率最高，浸漬法的效率最低，超聲提取法適用于從赤芍藥材中提取丹皮酚，值得應(yīng)用于大生產(chǎn)中。

3.4.2 厚樸酚和厚樸酚 厚樸的主要活性成分為厚樸酚及和厚樸酚，具有抗腫瘤、抗病毒、抗菌和抗氧化等多種作用。葉錦霞等[22]采用浸漬、超聲波和索氏提取等方法提取閩產(chǎn)厚樸中厚樸酚及和厚樸酚，結(jié)果表明超聲提取所得到的2種酚的含量最高。孔玲等[23]以厚樸自然風(fēng)干的樹皮為樣品，研究了厚樸的提取工藝，發(fā)現(xiàn)用80%乙醇浸泡50 min，浸泡溫度為50℃，超聲提取20 min效果較好，以厚樸樣品計算，厚樸酚的含量為2.98%，和厚樸酚的含量為0.85%。馮華等[24]研究了黔北產(chǎn)厚樸中和厚樸酚的超聲提取工藝。

4 超聲提取多酚工藝的優(yōu)化

4.1 影響多酚提取效率的因素

4.1.1 超聲功率和頻率 超聲功率是指超聲震蕩所具有的能量。超聲頻率是指震蕩頻率，每秒鐘含多少個波，超聲波可分為3個頻率范圍：1～10 MHz（診斷超聲）、0.1～1 MHz（高頻超聲）、16～100 kHz（低頻高能超聲）。低頻高能超聲（16～100 kHz）可形成高溫高壓的空穴區(qū)，適用于提取植物多酚[12]。

4.1.2 提取時間和溫度 提取過程達(dá)到平衡前，提取量隨時間延長而增加，當(dāng)達(dá)到平衡時，提取量最大，但所需時間較長，影響生產(chǎn)效率。溫度升高，常可使固體物料的組織軟化、膨脹，促進(jìn)可溶性成分浸出，增大分子運動速率，但是，高溫能促使蛋白質(zhì)凝固，阻礙可溶物浸出。

4.1.3 提取溶劑和料液比 根據(jù)相似相溶原理可知：提取溶劑的極性決定了固體樣品中多酚及其他雜質(zhì)溶出能力，影響多酚的提取率和提取液中雜質(zhì)含量。料液比主要影響固相和液相的體積分?jǐn)?shù)差，即影響傳質(zhì)推動力。增加溶劑用量能提高傳質(zhì)推動力，但大量的溶劑會影響提取體系的傳質(zhì)和傳熱，不利于多酚提取，并提高了生產(chǎn)成本和溶劑回收難度。因此，液料比亦不宜太高[25-26]。

4.2 超聲提取多酚工藝的優(yōu)化方法

4.2.1 正交試驗設(shè)計優(yōu)化 正交試驗設(shè)計（orthogonal design）根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進(jìn)行試驗，該方法與常規(guī)方法相比，可大大減少試驗次數(shù)，降低設(shè)計和分析的工作量，所獲取的因素水平組合可達(dá)到較佳水平。

李翔等[27]參照L9（34）正交表優(yōu)化了從干姜中提取6-姜酚的工藝，發(fā)現(xiàn)各因素對6-姜酚提取效果影響的大小次序依次為超聲時間>浸泡時間>固液比例，最終確定的最優(yōu)提取條件為：加60倍量甲醇，浸泡 40 min，超聲處理45 min，在該最優(yōu)提取條件下，從干姜中提取得到的6-姜酚含量為0.62%。

白建華等[28]在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗找到了超聲法從秦皮中提取總酚的最佳工藝。影響秦皮多酚提取率的各因素主次順序為提取時間>乙醇含量>料液比>超聲功率，最佳提取工藝條件為：60%乙醇，料液比（g：mL）1：50，超聲功率320 W，超聲時間40 min。該條件下，秦皮總酚的提取率為5.30%，高于正交設(shè)計表中的任何結(jié)果，說明采用正交設(shè)計方法能有效地對提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

4.2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化 響應(yīng)曲面法（response surface methodology，RSM）是利用合理的實驗設(shè)計，采用多元二次回歸方程來擬合響應(yīng)值與因素之間的函數(shù)關(guān)系，回歸分析尋求最優(yōu)工藝的方法。與正交試驗相比的優(yōu)勢是：在試驗條件尋優(yōu)過程中，能連續(xù)的對實驗的各個水平分析，而正交試驗卻只能對一個個孤立的試驗點分析。有時，響應(yīng)面法對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析效果優(yōu)于正交試驗[29]；有時，正交設(shè)計與響應(yīng)面法的優(yōu)化效果相似，且由于正交設(shè)計方法簡便，試驗次數(shù)相對較少，更實用[30]。

盧奕等[31]在單因素試驗基礎(chǔ)上，運用響應(yīng)面法優(yōu)選了花粉總酚的超聲提取工藝，結(jié)果表明響應(yīng)面法能方便、快捷和高效地實現(xiàn)優(yōu)化條件的目的。超聲提取松花粉總酚的最佳工藝條件為：30倍量39%乙醇于51℃下超聲提取2min，該條件下總酚得率為3.85 mg/g。李峰等[32]采用三因素三水平的響應(yīng)面設(shè)計方法對樺褐孔菌中總酚的超聲提取條件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)工藝條件為：55%乙醇，料液比1：30，52℃下超聲40 min，此條件下總酚的得率為19.42 mg/g。響應(yīng)曲面法還適用于超聲法提取大血藤、柳樹葉和綠茶中多酚類物質(zhì)提取工藝的優(yōu)化。

5 展望

目前，超聲技術(shù)在植物多酚提取中的應(yīng)用大多停留于小樣品實驗階段，雖然能夠滿足測定植物多酚含量和制備少量植物多酚的需要，但是尚難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)植物多酚的需要。因此，未來需開展以下幾方面的研究，以促使超聲技術(shù)早日用于更多種類植物多酚的工業(yè)化生產(chǎn)。（1）進(jìn)一步研究超聲提取植物多酚的機理；（2）深入分析影響植物多酚提取效率的因素并優(yōu)化工藝參數(shù)；（3）探尋小樣品實驗與大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)之間的規(guī)律；（4）開發(fā)適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的超聲設(shè)備。

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