超声辅助冷等静压提取技术提升短毛独活多酚得率及生物活性的创新研究

《Biomass and Bioenergy》：Study on the effects of ultrasound assisted cold isostatic pressure extraction on the characteristics and biological activity of Heracleum moellendorffii Hance polyphenolic extracts

本研究针对传统多酚提取方法存在有机溶剂污染、能耗高、活性成分易降解等问题，开发了超声辅助冷等静压提取(UCIP)这一绿色预处理新工艺。研究人员以短毛独活(Heracleum moellendorffii Hance)为原料，通过响应面法优化提取工艺，并系统评估了提取物的多酚组成、抗氧化、抗炎及抑菌活性。结果表明，UCIP法能有效破坏植物结构，显著提高多酚得率(34.77 mg/g)，且提取物在清除DPPH/ABTS/H2O2自由基、抑制巨噬细胞RAW264.7释放NO、IL-6、IL-β、TNF-α等炎症因子以及抑制大肠杆菌生长方面均表现出最优活性。该研究为高效、绿色提取植物活性成分提供了新策略，具有重要的应用价值。

　　

在天然产物研究领域，如何高效、环保地从植物中提取具有生物活性的成分，同时避免使用有毒有机溶剂和高温对活性成分的破坏，一直是一个重要的挑战。短毛独活(Heracleum moellendorffii Hance)作为一种传统中药，富含多酚类化合物，这些物质因其出色的抗氧化、抗炎和抗菌活性而备受关注。然而，传统的多酚提取方法往往伴随着高能耗、高成本以及对环境和人体健康的潜在风险。因此，开发一种绿色、可持续的新型提取技术显得尤为迫切。

为了应对这一挑战，来自东北农业大学的研究团队在《Biomass and Bioenergy》上发表了一项创新性研究，他们成功地将超声波处理与冷等静压技术相结合，建立了一种名为超声辅助冷等静压提取的新方法，用于从短毛独活中提取多酚。这项研究不仅优化了提取工艺，还全面评估了所得多酚提取物的特性和生物活性，为植物活性成分的高值化利用开辟了新途径。

研究人员在本研究中运用了几个关键的技术方法。首先，他们采用单因素实验和响应面法中的Box-Behnken设计来系统优化超声辅助冷等静压提取的工艺参数，包括压力、处理时间、原料添加量和乙醇浓度。其次，利用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)对提取物中的多酚成分进行定性和定量分析。第三，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)结合元素分布Mapping技术，表征了不同提取方法对短毛独活原料结构的破坏程度。第四，通过体外化学实验评估了提取物对DPPH、ABTS和H₂O₂自由基的清除能力以衡量其抗氧化活性。第五，以脂多糖(LPS)诱导的小鼠巨噬细胞RAW264.7为炎症模型，通过CCK-8法检测细胞毒性，并采用Griess法和酶联免疫吸附测定(ELISA)检测提取物对一氧化氮(NO)及白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-β(IL-β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等促炎因子释放的抑制作用。最后，通过测定最小抑菌浓度(MIC)和活死细菌染色(使用DAPI和PI染料)，评估了提取物对大肠杆菌的抑制效果。

3.1. 提取优化

通过单因素实验和响应面优化分析，确定了超声辅助冷等静压提取短毛独活多酚的最佳工艺条件为：压力395.71 MPa，处理时间19.45分钟，短毛独活粉末添加量59.51克，乙醇浓度79.96%。在此条件下，多酚提取量达到34.77 mg/g，模型预测与实际验证结果误差仅为2.0%，表明模型可靠。分析表明，压力对提取量的影响最为显著。

3.2. LC-MS/MS分析多酚提取物

LC-MS/MS分析鉴定出提取物中含有儿茶素和黄烷醇两类主要多酚。超声辅助冷等静压提取组中儿茶素和黄烷醇的峰面积和含量均显著高于其他处理组，含量分别达到36.1 μg/g和291.4 μg/g，表明该协同提取方法能更有效地释放多酚。

3.3. FTIR

傅里叶变换红外光谱分析显示，不同处理组的残渣光谱图中未出现新峰，说明处理过程未产生新化学键。但超声辅助冷等静压提取组的特征峰强度最低，表明该组残渣中多酚含量最少，进一步证实其提取效率最高。

3.4. SEM mapping

扫描电镜元素分布图分析表明，经超声辅助冷等静压提取处理的短毛独活残渣中钠离子和氯离子的分布更密集、更均匀，说明该协同处理对植物结构的破坏程度最大，增强了溶质的渗透性，从而促进了生物活性物质的释放。

3.5. 抗氧化实验分析

抗氧化实验结果显示，提取物对DPPH、H₂O₂和ABTS自由基的清除能力均随浓度增加而增强，且超声辅助冷等静压提取组的清除率显著高于其他组。在1.8 mg/mL浓度下，其对三种自由基的清除率分别达到96.89%、94.46%和94.23%，体现了优异的抗氧化能力。

3.6. 抗炎实验

细胞毒性实验表明，所有浓度的多酚提取物对RAW264.7细胞均无毒性，且细胞存活率均在90%以上。在抗炎实验中，提取物能剂量依赖性地抑制LPS诱导的巨噬细胞释放NO和促炎细胞因子（IL-6, IL-β, TNF-α）。超声辅助冷等静压提取组的表现最佳，在750 μg/mL浓度下，NO释放量降至40.23 μM，显著优于其他组，表明其抗炎活性最强。

3.7. 抗菌实验

最小抑菌浓度测定显示，超声辅助冷等静压提取物对大肠杆菌的抑菌效果最好，其最小抑菌浓度为1.4 mg/mL，低于其他处理组。活死细菌染色结果直观地证实了该提取物能有效导致细菌死亡。

本研究得出结论，超声辅助冷等静压提取是一种高效、绿色的短毛独活多酚提取新技术。该技术通过超声波的空化效应和冷等静压的物理压力协同作用，显著破坏了植物细胞结构，从而大幅提高了多酚的得率，且不破坏其生物活性。优化后的工艺条件稳定可靠。获得的提取物富含儿茶素和黄烷醇，并展现出卓越的抗氧化、抗炎和抑制大肠杆菌的活性，尤其在抑制巨噬细胞炎症因子释放方面效果突出。该研究不仅为短毛独活的深度开发和高值化利用提供了理论依据和技术支持，也为其他植物资源中热敏性、易降解活性成分的绿色提取提供了可借鉴的新方案，在功能性食品、保健品和药物研发领域具有广阔的应用前景。