《Food Science & Nutrition》：Comparative Analysis of Traditional and Modern Extraction Techniques for Phenolic Compounds From Leontopodium and Optimization of Extraction Process Using Response Surface Methodology
编辑推荐：
：
火绒草（Leontopodium leontopodioides，LLB）中的酚类化合物是具有潜在抗氧化活性的天然生物活性成分。本研究比较了回流提取（RE）、微波辅助提取（MAE）和超声辅助提取（UAE）对火绒草总黄酮含量（TFC）和总酚含量（TPC）的回
：
火绒草（Leontopodium leontopodioides，LLB）中的酚类化合物是具有潜在抗氧化活性的天然生物活性成分。本研究比较了回流提取（RE）、微波辅助提取（MAE）和超声辅助提取（UAE）对火绒草总黄酮含量（TFC）和总酚含量（TPC）的回收效果。基于比较结果，研究人员进一步采用响应面法（RSM）对超声辅助提取进行了优化。同时评估了生境对火绒草提取物总黄酮含量、总酚含量及抗氧化活性的影响。在所测试的操作条件下，采用70%乙醇的超声辅助提取表现出最佳的综合提取性能，因此被选作优化对象。针对总黄酮含量优化的超声辅助提取条件为：提取时间61 min、料液比1:27（g/mL）、超声功率610 W、提取温度58°C，所得总黄酮含量为40.58 ± 0.94 mg/g DW。针对总酚含量，最佳条件分别为40 min、1:24（g/mL）、430 W和57°C，所得总酚含量为26.38 ± 0.57 mg/g DW。采集自荒漠草原的火绒草表现出最高的总黄酮含量以及最强的DPPH、ABTS和羟基自由基清除活性，同时具有最强的总还原力。相比之下，不同生境间总酚含量无显著差异（p > 0.05）。这些发现为优化火绒草酚类成分的提取提供了依据，并为其作为生物活性成分来源的后续加工和利用提供了支持。
论文解读文章
一、研究背景与意义
火绒草（Leontopodium leontopodioides，LLB）为菊科（Asteraceae）多年生草本植物，富含多种生物活性成分。前期植物化学研究已从中鉴定出50余种黄酮类化合物（如槲皮素、高良姜素）、30余种苯丙素类化合物（如咖啡酸乙酯）以及30余种萜类化合物（如桦木酸、15-乙酰氧基异香橙烯），此外还含有酚酸类（如原儿茶酸、原儿茶醛）、多糖及微量元素等。这些成分已被证实具有抗菌、抗炎、抗糖尿病及利尿等生物活性。
氧化应激源于活性物种产生与抗氧化防御之间的失衡，可促进细胞损伤并与多种慢性疾病的发生发展相关。火绒草中的酚类成分，尤其是黄酮类和酚酸类化合物，可能对其抗氧化活性具有重要贡献。已有研究报道火绒草提取物对超氧阴离子和羟基自由基具有清除活性，表明其有望成为天然抗氧化成分的来源。
传统提取方法如回流提取（RE）虽被广泛用于火绒草生物活性成分的回收，但往往需要较长的提取时间，且存在能量和溶剂利用效率低的问题。相比之下，超声辅助提取（UAE）、微波辅助提取（MAE）等现代提取技术可增强传质效率并缩短提取时间。响应面法（RSM）是一种用于优化涉及多变量交互作用过程的统计学方法，通过回归模型描述实验因素与响应变量之间的关系，以较少的实验次数实现最佳条件的预测与验证。
基于此，本研究旨在比较回流提取、微波辅助提取和超声辅助提取在总黄酮和总酚回收方面的效果，并采用四因素Box–Behnken设计对超声辅助提取进行优化，同时考察不同生境对火绒草酚类含量及抗氧化活性的影响，为火绒草提取工艺的改进及其生物活性成分的开发利用提供依据。
二、关键技术方法
研究人员采用了三种提取方法进行比较研究：回流提取（RE）在45°C、60°C和75°C下进行15 min；微波辅助提取（MAE）在30°C下分别以400、500和600 W功率处理15 min；超声辅助提取（UAE）在30°C下分别以450、600和750 W功率处理15 min。提取溶剂均为70%乙醇，料液比1:25（g/mL）。总黄酮含量采用亚硝酸钠–硝酸铝比色法测定，以芦丁为标准品；总酚含量采用Folin–Ciocalteu比色法测定，以没食子酸为标准品。抗氧化活性评估包括DPPH自由基清除、ABTS自由基清除、羟基自由基清除和总还原力四种体外测定方法。在单因素实验基础上，分别针对总黄酮和总酚建立两个独立的四因素三水平Box–Behnken响应面优化设计，每个设计包含29次实验运行。植物材料分别采集自内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎左旗草甸草原（MS）、赤峰市克什克腾旗典型草原（TS，作为提取工艺研究的实验材料）和乌兰察布市察哈尔右翼中旗荒漠草原（DS），凭证标本保藏于内蒙古农业大学植物标本馆（凭证号HHR2025080201）。
三、研究结果
3.1 火绒草酚类化合物提取方法的比较
在所测试的操作条件下，超声辅助提取在600 W功率下获得最高的总黄酮含量（37.79 ± 0.49 mg/g DW），在450 W功率下获得最高的总酚含量（25.16 ± 0.79 mg/g DW），整体提取性能优于回流提取和微波辅助提取。然而，由于各方法的提取温度并不匹配（回流提取为45°C–75°C，微波和超声辅助提取均为30°C），观察到的差异应视为提取方法及其操作条件的综合效应。超声辅助提取通过声空化、搅拌和植物组织破坏促进传质，有利于溶剂渗透和靶标成分释放。值得注意的是，总黄酮和总酚的最佳超声功率不同，表明超声功率应针对目标响应进行调节。过高的超声功率可能增加加热效应并促进空化相关自由基形成，导致敏感成分氧化降解；而功率不足则可能削弱空化机械效应和细胞壁破坏作用。
3.2 超声辅助提取工艺的优化
3.2.1 单因素实验
各因素对总黄酮和总酚含量的影响均呈先升后降的趋势。超声功率450 W时总酚含量达到最大值25.16 mg/g DW，而总黄酮在600 W时达到最大值37.79 mg/g DW。料液比1:25（g/mL）时总黄酮和总酚均达到最大值，分别为30.71和23.37 mg/g DW。提取时间方面，总酚在45 min时达到最大值25.9 mg/g DW，总黄酮在60 min时达到最大值39.34 mg/g DW。提取温度在60°C后趋于平台，75°C时总黄酮和总酚分别达到38.97和25.6 mg/g DW，但与60°C无显著差异。
3.2.2 响应面优化实验
通过多元回归分析建立了以总黄酮含量（Y?）和总酚含量（Y?）为响应变量的二次多项式回归方程。两个回归模型均高度显著（p < 0.01），失拟项不显著（p > 0.05）。总黄酮模型的R2为0.9783，校正R2为0.9567，预测R2为0.9093，变异系数为0.8921%；总酚模型R2为0.9743，校正R2为0.9486，预测R2为0.8612，变异系数为1.63%。残差正态概率图和预测值与实际值图均表明模型具有良好的拟合度和可靠性。各因素对总黄酮含量的影响顺序为：料液比 > 提取时间 > 提取温度 > 超声功率；对总酚含量的影响顺序为：提取温度 > 提取时间 > 超声功率 > 料液比。交互作用分析表明，提取时间与料液比、提取时间与提取温度的交互作用显著影响总黄酮提取量；提取时间与超声功率、提取时间与提取温度、料液比与提取温度的交互作用显著影响总酚提取量。
经优化得到总黄酮的最佳提取条件为提取时间61 min、料液比1:27（g/mL）、超声功率610 W、提取温度58°C，预测提取量为41.165 mg/g DW，验证实验实测值为40.58 ± 0.94 mg/g DW。总酚的最佳条件为提取时间40 min、料液比1:24（g/mL）、超声功率430 W、提取温度57°C，预测提取量为26.882 mg/g DW，验证实测值为26.38 ± 0.57 mg/g DW。实测值与预测值接近，表明模型优化所得工艺参数稳定可靠。
3.3 最佳提取方法的应用
3.3.1 不同草原类型对火绒草总黄酮和总酚含量的影响
采用优化后的超声辅助提取工艺，对采集自草甸草原、典型草原和荒漠草原的火绒草进行提取。荒漠草原来源的火绒草总黄酮含量最高（46.15 mg/g DW），显著高于其他草原类型（p < 0.05）；典型草原次之（42.69 mg/g DW）；草甸草原最低（38.78 mg/g DW）。总酚含量方面，草甸草原最高（23.77 mg/g DW），典型草原次之（23.18 mg/g DW），荒漠草原最低（23.16 mg/g DW），但三者之间无显著差异（p > 0.05）。综合表明荒漠草原生境更有利于火绒草总黄酮的积累，而不同生态环境对总酚的合成与积累无显著影响。
3.3.2 不同草原类型火绒草的抗氧化活性分析
以抗坏血酸（VC）为阳性对照，对三种草原类型火绒草提取物的抗氧化活性进行评估。DPPH自由基清除活性随提取物浓度升高而增强，抗氧化能力排序为荒漠草原 > 典型草原 > 草甸草原，在0.8 mg/mL浓度时各提取物的清除率均超过80%。ABTS自由基清除活性同样随浓度增加而升高，荒漠草原清除能力最强，在1 mg/mL时清除率达26.45%，典型草原和草甸草原分别为15.37%和14.37%。羟基自由基清除活性在0.2–1 mg/mL浓度范围内持续升高，荒漠草原清除能力最强（1 mg/mL时70.57%），草甸草原次之（70.54%），典型草原最弱（54.6%）。总还原力随浓度增加而增强，排序为荒漠草原 > 草甸草原 > 典型草原。荒漠草原来源的火绒草表现出最强的整体抗氧化活性，可能与其生境中干旱、强辐射等非生物胁迫最为严重，诱导植物积累大量黄酮和酚酸类次生代谢产物作为抗氧化防御物质有关。
四、讨论与结论
本研究表明，在所测试的操作条件下，超声辅助提取是回收火绒草总黄酮和总酚的最有效方法。经响应面法优化后，总黄酮和总酚的提取量分别达到40.58 ± 0.94 mg/g DW和26.38 ± 0.57 mg/g DW，处于其他富含酚类植物材料超声辅助提取的报道范围内。不同草原类型对火绒草总黄酮积累和抗氧化活性具有显著影响，荒漠草原来源样品表现最优，而总酚含量在不同生境间无显著差异。生态因素如海拔、温度、降水、日照时数、土壤肥力及放牧管理等对植物活性成分积累具有差异化影响。
研究结论：本研究以火绒草为原料，比较了回流提取、微波辅助提取和超声辅助提取对总黄酮和总酚的回收效果。在所测试的操作条件下，超声辅助提取综合性能最佳，因此被选作响应面优化对象。总黄酮的最佳超声辅助提取条件为提取时间61 min、料液比1:27（g/mL）、超声功率610 W、提取温度58°C，总黄酮含量为40.58 ± 0.94 mg/g DW；总酚的最佳条件为提取时间40 min、料液比1:24（g/mL）、超声功率430 W、提取温度57°C，总酚含量为26.38 ± 0.57 mg/g DW。荒漠草原来源样品总黄酮含量最高（46.15 mg/g DW），并表现出最强的DPPH、ABTS和羟基自由基清除活性及最强的还原力；总酚含量在三种生境间无显著差异（p > 0.05）。本研究建立的优化超声辅助提取方案为火绒草酚类成分提取提供了实验室规模的基础，经进一步工艺验证后，可开发为功能性食品和营养保健品的标准化配料。但现有提取结果和体外抗氧化数据尚不支持药物应用，未来需对单个生物活性成分进行鉴定和定量，并在相关生物学模型中评估功效，建立毒理学安全性、稳定性、剂量-反应关系及质量控制标准后，方可考虑药物开发。
