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苦竹属植物是我国一类优良的经济竹种,具有生长快、产量高等特点,广泛分布于我国南方林区,资源丰富,包括苦竹(Pleioblastus amarus)及相关变种,高达50余种,如苦竹、斑苦竹(Pleioblastus maculatus)、宜兴苦竹(Pleioblastus yixingensis)、杭州苦竹(Pleioblastus amarus var. hangzhouensis )、川竹(Pleioblastus simonii)、衢县苦竹(Pleioblastus juxianensis)、高舌苦竹(Pleioblastus altiligulatus )、垂枝苦竹( Pleioblastus amarus var. pendulifolius )、丽水苦竹(Pleioblastus maculosoides)、实心苦竹(Pleioblastus solidus)等[1]。苦竹叶常作为中药材,在我国传统医学中记载具有清热解毒、利尿明目等功效[2,3]。其笋是一种高蛋白、高纤维、低脂肪,富含多种功能性成分的蔬菜。具有抗菌消炎、助消化、增进食欲、提神醒脑、消除疲劳和去火利便等生理功能[4,5]。此外,笋壳中还含有一定的氨基酸,其中游离氨基酸含量为1.11%[6]。可见,苦竹具有较高的开发利用价值,对于研发功能保健食品和药品具有积极的作用,并且苦竹多生长在远离污染的山区,一般不施用任何的化肥和农药,不存在农残的情况,是营养价值较高的安全绿色植物[7]。但目前国内对苦竹属植物的研究主要集中于植物学,初产品加工工艺及食用品质等方面,而对于苦竹活性成分的提取技术等研究不够成熟,国外苦竹相关研究还较少。本文对已研究报道的苦竹属植物活性成分的提取工艺进行综述,以期为苦竹属植物活性成分的提取工艺、功能活性的研究和研制相关保健品等提供指导和科学依据。
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苦竹活性成分种类丰富,但目前对于苦竹属植物活性成分提取工艺研究主要集中在黄酮和多糖两类物质上,提取的方式主要浸提法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法、酶法提取和超临界CO2流体萃取等。
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目前,在苦竹属植物活性成分提取研究中,采用浸提的方式对苦竹活性成分(黄酮和多糖)进行提取的研究报道较多,提取黄酮所用介质大多为不同浓度(70%-95%)的乙醇溶液,乙醇具有成本低、毒性小等特点,所以常作为提取剂。同时,最佳提取工艺具有低能耗、高效、得率高的特点[20]。党艺航[21]等通过单因素和响应面试验优化苦竹枝总黄酮的提取工艺,以体积分数83%乙醇溶液为提取剂,料液比16 mL∙g−1,提取温度70℃、提取时间2 h,总黄酮得率为8.90 mg∙g−1。此外,提取苦竹活性多糖时,大多以水作为浸提剂,伊长文[22]等通过考察浸提温度、浸提时间、浸提料液比等因素,研究苦竹叶多糖最优提取工艺。结果表明,最佳提取工艺为:提取剂为水、料液比为 40 mL∙g−1、提取温度70 ℃、提取时间 5 h,苦竹叶多糖得率达5.60 mg∙g−1。其他研究者有关苦竹活性成分浸提工艺研究(最佳提取条件及得率等)归纳总结见表1。由表可知,苦竹竹笋黄酮得率为2.80—13.50 mg∙g−1,苦竹竹叶黄酮得率为8.90—29.60 mg∙g−1,苦竹竹叶多糖得率为2.30—5.60 mg∙g−1。
竹子种类
Bamboo species竹子部位
Bamboo parts提取物质
Substances of extraction最佳提取条件
Optimum extraction condition得率/mg∙g−1
Extraction rate参考文献
References苦竹Pl. amarus 枝、叶 黄酮 83%乙醇,料液比16,提取温度70℃、提取时间2 h 8.90 党艺航[21]等 苦竹Pl. amarus 叶 黄酮 80%乙醇、料液比为30、提取温度95℃、浸提时间120 min 29.60 尹礼国[23]等 苦竹Pl. amarus 叶 黄酮 70%乙醇、料液比15、浸提温度为70 ℃、浸提时间180 min 17.50 尹礼国[23]等 苦竹Pl. amarus 叶 多糖 提取剂为水、料液比为 40、提取温度70 ℃、提取时间 5 h 5.60 伊长文[22] 苦竹Pl. amarus 笋 黄酮 70%乙醇、料液比50、提取时间30 min、提取温度70℃ 4.00 杨永峰[24]等 苦竹Pl. amarus 笋 黄酮 70%乙醇、料液比50、提取时间30 min、提取温度70℃ 13.50 杨永峰[24]等 衢县苦竹
Pl. juxianensis笋 黄酮 70%乙醇、料液比50、提取时间30 min、提取温度70℃ 5.20 杨永峰[24]等 斑苦竹Pl. maculatus 笋 黄酮 70%乙醇、料液比50、提取时间30 min、提取温度70℃ 2.80 杨永峰[24]等 斑苦竹 Pl. maculate 叶 多糖 水作溶剂、料液比25,80℃提取3 h,提取2次 2.30 喻谨[23] 等 毛苦竹 Pl. maogensis 叶 多糖 水作溶剂、料液比25,80℃提取3 h,提取2次 2.60 喻谨[23] 等 注:乙醇百分数均为体积分数(v/v),料液比单位mL·g−1。
Note: Ethanol concentration was calculated as volume fraction (v/v), and the solid-liquid ratio was in mL·g−1.Table 1. Solvent extraction method
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微波辅助提取是使用合适的溶剂在微波处理器中从天然植物组织中提取各种目标化合物的一种新兴的提取技术。微波辅助作用主要是对细胞的非热效应,使细胞内部温度急剧升高,细胞壁破裂,促使活性物质从细胞中溶解释放出来[26]。该技术可有效提高植物中目标物的得率,并且工艺简单、提取温度低,防止热敏性有效成分被破坏。目前仅魏琦 [15] 等运用微波辅助提取法提取苦竹多糖类物质,并对比10种苦竹属竹叶的多糖含量,由表2可知,在最佳工艺下(提取剂为蒸馏水,料液比41.67 mL∙g−1,微波提取1次,微波功率为600W,提取温度为124 ℃,提取时间为44 min),苦竹多糖得率在0.60—0.85 mg∙g−1之间,其中苦竹竹叶多糖含量最高可达到0.84 mg∙g−1,而微波辅助提取与浸提法相比(浸提法提取的苦竹竹叶多糖提取率在2.30—5.60 mg∙g−1之间),浸提法提取苦竹活性成分的得率相对较高。
竹子种类
Bamboo species竹子部位
Bamboo parts提取物质
Substances of extraction最佳提取条件
Optimum extraction condition得率/mg∙g−1
Extraction rate参考文献
References斑苦竹 Pl. maculatus 叶 多糖 提取剂为蒸馏水,料液比
41.67 mL·g−1,微波提取1次,微波功率为600W,提取温度为124 ℃,提取时间为44 min0.622 魏琦[15] 等 实心苦竹 Pl. solidus 0.699 杭州苦竹 Pl. amarus var. hangzhouensis 0.709 高舌苦竹 Pl. altiligulatus 0.727 垂枝苦竹 Pl. amarus var. pendulifolius 0.729 川竹 Pl. simonii 0.757 衢县苦竹 Pl. juxianensis 0.788 宜兴苦竹 Pl. yixingensis 0.814 丽水苦竹 Pl. maculosoides 0.819 苦竹 Pl. amarus 0.843 Table 2. Microwave extraction method
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目前已有学者对超声波辅助提取苦竹活性成分工艺的研究报道,超声波可有效提高植物中目标物的提取率,并且操作简单,目前已在多种植物有效成分提取方面取得了显著效果。超声波能产生强烈的空化效应,瞬间产生极大压力以破坏细胞膜、细胞壁和组织,加速物质溶解,从而辅助提取植物中有效成分。苦竹活性成分超声辅助提取工艺研究汇总整理如表3所示,其中朱万强[27]等通过正交试验优化超声波法提取苦竹叶黄酮的最佳工艺,在乙醇体积分数为70%,料液比为20 mL∙g−1,超声2次,每次15 min。苦竹叶的黄酮得率为13.1 mg∙g−1。王志坤[28]等以苦竹叶多糖的含量为考察指标探讨苦竹叶多糖超声提取最佳工艺条件。结果确定最佳工艺条件为:超声波功率50W,35倍量水,提取30 min,在此条件下多糖含量为14.1 mg·g−1。
竹子种类
Bamboo species竹子部位
Bamboo parts提取物质
Substances of extraction最佳提取条件
Optimum extraction condition得率/mg∙g−1
Extraction rate参考文献
References苦竹Pl. amarus 叶 黄酮 70%乙醇、料液比20、超声时间15 min、提取2次 13.10 朱万强 [27]等 苦竹Pl. amarus 叶 多糖 提取剂为水、料液比35、提取 30min、超声波功率 50W 14.10 王志坤[28]等 苦竹Pl. amarus 叶 黄酮 95%乙醇、料液比20、提取2 h、温度 35 ℃、电流1. 0 A、频率 40 khz 16.60 邓娇[29]等 注:乙醇百分数均为体积分数(v/v),料液比单位mL∙g−1。
Note: Ethanol concentration was calculated as volume fraction (v/v), and the solid-liquid ratio was in mL∙g−1.Table 3. Ultrasonic extraction method
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酶法可以破坏植物细胞壁,从而提高提取率。冉俊枫[30]等运用单因素和响应面法试验,考察料液比、酶用量、酶解时间等因素对苦竹笋壳多糖得率的影响,从而确定最佳工艺参数为:料液比35 mL∙g−1、酶解时间101 min、酶解温度54 ℃、pH7.0、纤维素酶用量3.11%,在此条件下苦笋壳多糖得率为25.40 mg∙g−1。葛雪筠[31]等探究酶法提取苦竹花多糖的工艺条件,在单因素试验基础上,运用响应面试验对提取条件进行优化。结果显示,以水作提取剂,在料液比20 mL∙g−1,中性蛋白酶添加量0.83%,提取温度46℃、提取时间115 min的最优提取条件下,苦竹花粗多糖得率可达到76.3 mg∙g−1。综上所述,目前运用酶法提取苦竹活性成分的目标物集中于多糖,后续在苦竹黄酮、酚类等活性成分可以借鉴参考。
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超临界流体萃取技术在植物活性成分(黄酮、皂苷、多糖类等)提取中应用较为广泛,该技术是一种以CO2流体为溶剂、从混合物中分离出组分的提取方法[32]。运用此法提取目标物时需加入适量的夹带剂或改性剂,如甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、水等,从而改善对极性较强、分子量较大的物质的提取效率。此外,还具有无污染、能耗低、产品纯度高等特点,所以受到人们的广泛关注[33]。目前仅任美玲[34]等运用超临界CO2流体萃取技术提取从苦竹竹叶中的多糖类物质,以体积分数75%乙醇溶液为夹带剂,萃取釜温度 50℃,萃取压力 40 MPa、料液比(竹叶的质量与夹带剂用量的比)为3 mL∙g−1,静态萃取与动态萃取各 1 h,在此条件下苦竹多糖得率为6.329 mg∙g−1。
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除了浸提法、超声辅助提取、微波辅助提取和酶法提取等工艺在苦竹活性成分提取研究上的运用外,回流提取法和索氏提取法也有研究报道,提取效果较为显著,这也为苦竹中活性成分的提取研究提供了参考。王慧[35]采用热回流提取苦竹竹叶黄酮物质,在最优工艺条件下:体积分数80%乙醇溶液、料液比15 mL∙g−1、60℃回流2次,每次6 h,黄酮得率为13.20 mg·g−1。此外,党艺航[21]等对比研究了浸提法、超声提取法、回流提取法对苦竹枝总黄酮得率的影响。结果显示,浸提法、超声提取法和回流提取法的总黄酮得率分别为4.23 mg∙g−1、6.58 mg∙g−1、8.22 mg∙g−1,回流提取法的效果较优,回流提取的条件为乙醇体积分数95%,料液比10 mL∙g−1,提取时间2 h。邓娇[29]等对比研究了超声提取和索氏提取对苦竹叶总黄酮和总酚提取率的影响。结果显示,超声波提取苦竹叶总黄酮与总酚得率分别为16.57 mg∙g−1和10.35 mg∙g−1,索氏提取苦竹叶总黄酮与总酚得率分别为36.57 mg∙g−1和13.08 mg∙g−1,索氏提取优于超声波提取。
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苦竹活性成分提取方法的不同,其影响因素和考察因素也各不相同,但通过提取工艺总结可知,料液比、提取温度和时间以及提取剂(乙醇)浓度是这几种提取方法共有的考察因素。以得率为指标,现将苦竹活性成分的不同提取方法最佳工艺的条件总结见表4。由表可知,最佳工艺提取的均是苦竹活性成分,苦竹活性成分含量是优于其他苦竹属竹种,而提取的竹子部位主要为竹叶。此外,苦竹叶黄酮含量高于苦竹笋,而苦竹叶多糖的含量要低于苦笋壳。从提取方法来看,苦竹(Pl. amarus)叶黄酮的提取中索氏提取法的得率(36.57 mg∙g−1)最高,但提取时间也是这几种方法中最长的。而浸提法的得率仅次于索氏提取法,有29.60 mg∙g−1,提取时间为120 min,相对而言,提取效果和效率均较佳。超声波辅助提取法得到的苦竹叶多糖得率(14.10 mg∙g−1)是最高的,提取时间仅30 min,是一种较为高效的提取技术。而提取苦竹笋黄酮仅有浸提法的研究报道,苦笋壳多糖仅运用酶法提取技术,其他方法则有待于研究开发。
竹子种类
Bamboo species竹子部位
Bamboo parts提取方法
Extraction method提取物质
Substances of extraction最佳工艺参数Optimum process parameters 得率/ mg·g−1
Extraction rate提取剂extractant 料液比/mL·g−1
Solid-liquid ratio提取温度/℃
Extraction temperature提取时间/min
Extraction time苦竹
Pl. amarus叶 浸提法 黄酮 80%乙醇 30 95 120 29.60 叶 超声波辅助提取法 黄酮 95%乙醇 20 35 120 16.60 叶 回流提取法 黄酮 80%乙醇 15 60 360 13.20 叶 索氏提取法 黄酮 95%乙醇 20 100 360-480 36.57 笋 浸提法 黄酮 70%乙醇 50 70 30 13.50 叶 浸提法 多糖 水 40 70 300 5.60 叶 微波辅助提取法 多糖 水 41.67 124 44 0.84 叶 超声波辅助提取法 多糖 水 35 / 30 14.10 叶 超临界CO2流体萃取法 多糖 75%乙醇 3 50 120 6.33 笋壳 酶法提取 多糖 / 35 54 101 25.40 注:乙醇百分数均为体积分数(v/v)。
Note: Ethanol concentration was calculated as volume fraction (v/v).Table 4. Summary of the optimal process for different extraction methods
Research Progress on Extraction Technology of Active Components from Pleioblastus Species
doi: 10.12172/202207220001
- Received Date: 2022-07-22
- Available Online: 2023-03-03
- Publish Date: 2023-06-25
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Key words:
- Pleioblastus species /
- Active constituents /
- Extraction technology
Abstract: The species of Pleioblastus were widely distributed in the southern forest region of China, which were abundant. They were natural resource-based plants, which were rich in flavonoids, polysaccharides and other functional active substances. In this paper, the extraction process of active components from Pleioblastus species were summarized in order to provide guidance and scientific basis for the further development and utilization of Pleioblastus species.