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超声辅助提取苜蓿活性成分的研究进展

2021-06-30 15:51:42 来源: 食品安全导刊

　　超声辅助提取苜蓿活性成分的研究进展
　　
　　本文综述了超声辅助提取苜蓿活性成分的最新研究进展，包括多糖、多酚、叶蛋白、花色苷、总黄酮、总皂苷，以期为苜蓿活性成分的提取方面提供理论参考。
　　
　　紫花苜蓿(Medicago sativa L.)，豆科苜蓿属多年生草本植物，在我国紫花苜蓿有 2000 多年的种植历史，现主要分布于华北、东北、西北等地区，具有产量高、耐旱、耐寒、再生能力强、适口性好等优点，因其茎叶柔嫩鲜美，且种植简单、适应性强，已被世界各国大量种植，有“牧草之王”的美称。大量研究表明，紫花苜蓿具有许多生物活性，例如苜蓿多糖具有抗感染、抗肿瘤、抗辐射、提高免疫调节能力、延缓衰老等药理作用，对机体的毒副作用小[1]，是一种极具开发潜力的食用材料和饲料资源，具有重要的开发利用价值和广阔的应用前景。
　　
　　超声的作用机制
　　
　　超声波是通过压电效应产生的，超声的频率一般是大于20kHz，最开始产生超声波的方法是在1881年，在酒石酸钠四水晶体上引入交流电压通过物理振荡方式产生的一种声波，后来有了磁致伸缩、气哨等方法也可以产生超声波。超声过程中，先是通过机械振动产生超声波，然后将超声作用放大，得到有效振动的颗粒被送到超声波发生器上，得到超声处理的颗粒自身会受超声影响发生类似的振荡，通过此振动可以引起周围未受到超声机械作用的颗粒振动[2]。
　　
　　食品研究领域的超声波主要有2类，包括不同频率和不同振动力度的超声波。食品质量控制和分析时用到的是对食品没有破坏性的低强度检测超声，频率大于100kHz，该强度的超声主要是检测食品的物理化学性质相关的信息。频率在20-100kHz之间为低频率超声波，该超声波的振动效果较强，传到发生器时的振动力度大，机械效应增强的同时具有较高的能量产生，使体系的温度升高，促进了传质，该种超声波可以用于杀菌、乳化、过滤、干燥、剥离等工艺中，能改善食品的质量。在食品加工过程中采用超声能使不同物质混合更充分，降低加工温度，促进传质，缩短加工时间，增加提取效率等许多优点；此外，采用超声处理重复性高，对试剂的依赖小，产品的后续处理更简单。
　　
　　超声辅助提取苜蓿活性成分的研究进展
　　
　　超声辅助提取苜蓿花色苷
　　
　　花青素是植物中提取的天然化合物，相对于人工合成的化合物，副作用小，目前来说花青素主要的应用范围在食品、医药行业，并且拥有很大的发展前景[4]。花青素在医学方面的用途主要是预防一些慢性病，如心血管疾病、代谢紊乱体等，这都是得力于花青素抗菌、抗氧化的特性[5]。近年来，还发现花青素其他的生理活性，如降低DNA损伤、DNA断裂和细胞内活性氧种类；减轻青少年抑郁症状；对睾丸有靶向作用等[6]。花青素拥有如此众多、良好的功能特性，且具有预防和治疗各种慢性疾病的作用，因此对于花青素的研发也在不断深入，研发的手段也在不断地进步。许英一采取超声辅助酸化乙醇的方法，通过正交实验得到提取苜宿花青素效果最好的条件为：料液比1:30(g/mL)，在60℃提取10 min，在此工艺条件下得到的花青素含量为93.23 mg/100 g。在进一步的实验过程中发现，此方法得到的紫花苜宿花色苷与普通提取方法得到的相比具有较强的耐酸性、耐热性；有研究发现，食品加工过程中所用的食品添加剂如蔗糖、苯甲酸钠等都不影响花青素原有的稳定性，但是亚硝酸钠的存在会破坏花青素的稳定性；Cu2+、k+等金属氯离子对苜蓿花青素稳定性的影响较小，Al3+、Zn2+对其有一定影响，而Fe3+对苜蓿花色苷稳定性影响最大[7]。
　　
　　超声辅助提取苜蓿多糖
　　
　　多糖是天然大分子物质，具有多种生物活性，生物体内本身就含有多糖类物质，是人体免疫系统的重要组成部分。研究发现植物多糖是天然免疫调节剂，具有调节免疫的效果，通过促进抗体的生成，加速细胞因子的释放进行免疫调节，主要作用于巨噬细胞、T淋巴细胞、自然杀伤细胞、B淋巴细胞等，具有抗病毒、消炎、抗氧化、抗黏附和抗败血症等多种作用[8-10]。施伟梅等采用超声辅助法提取苜蓿中的多糖，先将苜蓿在低温调节下进行冻结融合，再进行超声提取，得到最佳提取条件为：低温冻结20min，反复冻融7次，在70℃下超声43min，得到8.216mg/g苜蓿多糖[1]。王磊等以水为溶剂，通过响应面法优化超声工艺，得到最佳工艺为：料液比1：37.4，在74.5℃下超声16.69min，此条件下的多糖得率为6.19%，并得到超声辅助水提取得到的多糖含量的稳定性和效率均优于不采取超声辅助的传统水提[11]。
　　
　　超声辅助提取苜蓿多酚
　　
　　多酚类物质广泛存在于植物中，是具有抗氧化、抗菌、消炎、预防心血管疾病等多种生物功能的次生代谢产物[12]，其结构包含多个酚羟基，多酚具有如此多的功效受到很多学者的关注。施伟梅通过添加4.9%的酶，在49℃的条件超声74min，得到苜蓿多酚含量为3.642mg/g，并进行了苜蓿多酚的抗氧化实验，得到苜蓿多酚对DPPH自由基和OH自由基的IC50值分别为10.78μg/mL和19.28μg/mL，具有较好的抗氧化活性[13]。
　　
　　超声辅助提取苜蓿总黄酮
　　
　　黄酮类化合物作为植物组成成分广泛存在于自然界中，在治疗心脏疾病、高血压、高血脂、高血糖、肿瘤等方面具有良好的作用[14]。荆常亮采用超声波法辅助提取紫花苜蓿的总黄酮: 分别以清除ABTS自由基和清除DPPH自由基为评价指标: 得到液料比分别为47.29:1(mL/g)和60.30:1(mL/g)，提取温度分别为62.73℃和54.56℃，提取时间分别为51.62min和45.59min，乙醇浓度分别为60%和46.67%，对应的自由基清除率为87.38%和80.72%[15]。韩洲庆等通过超声辅助法提取苜蓿中的黄酮，得到最佳工艺为：液料比1：30（g/mL），在功率180W下用70%乙醇超声30min，得到黄酮含量为4.893（mg/g）[16]。刘香萍等应用响应面法优化其超声提取条件，得到最佳提取工艺参数为乙醇体积分数 65%、超声波功率100 MHz、提取温度 67 ℃、提取时间40 min，在此工艺条件下，苜蓿叶中总黄酮的得率为5.29 mg/g[17]。
　　
　　超声辅助提取苜蓿叶蛋白
　　
　　叶蛋白是蛋白的浓缩物，广泛存在于植物的茎和叶中，具有多种氨基酸营养均衡，叶蛋白制品的总能量较低，胡萝卜素、叶黄素含量相对较高，易消化，含有碳水化合物、脂肪、粗纤维等物质，具有18种氨基酸，营养全面，具有抗衰老、降血脂、增强免疫力等多种功能，有效预防多种疾病[18]。许英一采用超声波辅助，在碱性条件下提取苜蓿叶蛋白，通过正交优化提取工艺为：提取pH8.5，在40℃下超声提取30min，得到叶蛋白粗提物提取率为51.09%，与不加超声碱法浸提相比提取率明显提高，提取时间缩短[19]。
　　
　　超声辅助提取苜蓿总皂苷
　　
　　皂苷是植物中的一种特殊的类苷物质，又称皂素，能加到中药中做药物使用，具有改善贫血、调理内分泌、抗衰老、抗炎加快体内新陈代谢等功效[20]。李小安加入酶对苜蓿中的皂苷进行提取，通过超声辅助得到皂苷提取液，再用化学试剂对提取液进行萃取，在料液比1：30g/mL超声温度20℃，超声时间20min，功率360W条件下得到的工艺效果最好[21]。
　　
　　结论与展望
　　
　　紫花苜蓿的根、茎、叶均含有丰富的营养成分，主要包括活性多糖、多肽、黄酮、皂苷、香豆素、生物碱类等化合物。近年来，大家对苜蓿叶蛋白的研究越来越多。研究得到苜蓿中含有50多种氨基酸，营养全面，苜蓿作为良好的天然植物资源备受人们关注。超声辅助提取法提取苜蓿活性成分可以显著地提高提取效率，表现出极大的优势，为苜蓿的应用提供更高的开发价值。
　　
　　参考文献:
　　
　　[1]施伟梅, 张颖豪, 邓龙华, 等. 超声波-超低温冻融法提取紫花苜蓿多糖的工艺优化[J].粮食与油脂,2019,32(04):85-89.
　　
　　[2]王文骏. 柑橘皮果胶超声辅助提取的作用机制研究[D].浙江大学,2018.
　　
　　[3]辛宇, 孙敬蒙, 张炜煜.花青素生物活性及制剂的研究进展[J/OL].食品工业技:1-16[2021-04-24].https://doi.org/10.13386/j.issn1002-0306.2020080078.
　　
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　　[6]辛宇,孙敬蒙,张炜煜.花青素生物活性及制剂的研究进展[J/OL].食品工业科技:1-16[2021-05-10].https://doi.org/10.13386/j.issn1002-0306.2020080078.
　　
　　[7]许英一, 杨伟光. 紫花苜蓿花色苷提取工艺及其稳定性研究[J].食品工业,2016,37(12):95-97.
　　
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　　[9]李敬双, 刘英姿, 唐雨顺, 等. 苜蓿多糖对小鼠淋巴细胞增殖和 NK 细胞活性影响的研究[J]. 中国农学通报, 2012, 28(32):89-93.
　　
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　　[12]董科, 冷云, 何方婷, 等. 植物多酚及其提取方法的研究进展[J].食品工业科技,2019,40(02):326-330.
　　
　　[13]施伟梅, 吴龙火, 杨翔, 等. 超声协同酶法提取紫花苜蓿多酚及其抗氧化性质[J].草业科学,2016,33(03):519-526.
　　
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　　[15]荆常亮. 紫花苜蓿总黄酮的提取、纯化及其抗氧化活性研究[D].中国农业科学院,2016.
　　
　　[16]韩洲庆, 李晨阳, 张宇, 等. 超声波辅助提取对苜蓿总黄酮含量的影响[J].高师理科学刊,2021, 41(01):39-42.
　　
　　[17]刘香萍, 王国庆, 李国良, 等. 响应面法优化提取紫花苜蓿叶总黄酮及其抗氧化活性研究[J].中国食品学报, 2016, 16(04):145-152.
　　
　　[18]高琦, 金小乂, 刘梓蘅, 等. 叶蛋白研究进展[J].保鲜与加工, 2020,20(01):232-236.
　　
　　[19]许英一, 江成英, 吴红艳. 超声波辅助碱法提取紫花苜蓿叶蛋白的工艺研究[J].食品工业,2013,34(08):14-16.
　　
　　[20]陈红艳, 陈安, 卢芳国, 等. 三七总皂苷的药理研究进展[J].湖南中医杂志,2019,35(01):154-157.
　　
　　[21]李小安, 尹卫, 杨国柱, 等. 超声辅助酶解法提取紫花苜蓿总皂苷工艺研究[J].北方园艺,2015(07):116-118.
　　
　　基金项目: 湖南省教育厅科学研究优秀青年项目(17B241); 湖南省自然科学基金青年项目(2017JJ3284); 湖南省科技厅“三区”科技人才项目(S2017NCTPSQ0044); 湖南省学位与研究生教育改革研究项目(2019JGYB272); 邵阳学院研究生科研创新项目(CX2019SY040); 广东石油化工学院校级科研项目（人才引进类）
　　
　　作者简介: 彭洁, 女, 硕士研究生, 主要从事果蔬清洁加工研究。
　　
　　＊ 通讯作者: 吴菲菲, 博士, 副教授, 主要研究方向为食品加工技术。
　　
　　彭  洁1  吴菲菲2＊  李化强2  胡  平1  刘  庆1  王美英1
　　
　　1. 邵阳学院, 食品与化学工程学院
　　
　　2. 广东石油化工学院, 生物与食品工程学院, 广东省教育厅食品科学创新团队, 广东省岭南特色果蔬加工及应用工程技术研究中心
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