井冈山大学优化荞麦叶大百合鳞茎黄酮超声提取工艺及活性研究

荞麦叶大百合的鳞茎具有药食资源开发价值。

作者｜李松豪 运营｜魏雨欣 图片｜网 络 来源｜未来食品实验室

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来自井冈山大学生命科学学院的研究团队以荞麦叶大百合鳞茎为原料，考察超声功率、超声模式、超声时间、提取温度、提取次数和超声频率对黄酮提取量的影响，进一步用Box-Behnken响应面法优化工艺。最优条件为超声功率1000 W、超声模式6∶1、超声频率40 kHz×8 mm、提取3次，验证提取量约105.5 mg/g。荞麦叶大百合鳞茎黄酮（CCBF）对DPPH、ABTS和OH自由基的IC50分别为0.41、0.60和0.96 mg/mL；在1.00 mg/mL时乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制率为80.74%。

▲图源：网络

荞麦叶大百合（Cardiocrinum cathayanum）为百合科植物，鳞茎具有药食资源开发价值。现有研究表明，其黄酮类成分与自由基清除等活性有关，但原料中有效成分的提取效率仍受功率、频率、温度和提取次数等因素共同影响。该研究把工艺优化与体外活性评价放在同一流程中，重点回答两个问题：怎样提高黄酮得率，以及所得提取物是否具备可量化的抗氧化和AChE抑制能力。

实验取荞麦叶大百合鳞茎粉末5.000 g，以料液比1∶10加入95%乙醇进行超声提取。单因素试验依次考察超声功率、超声模式、超声时间、提取温度、提取次数和超声频率；总黄酮以芦丁为对照建立标准曲线。随后以功率、模式、频率和提取次数为自变量，采用4因素3水平Box-Behnken设计29组试验，以黄酮提取量为响应值，并用DPPH、ABTS、羟自由基、FRAP和改良Ellman法评价活性。

单因素结果显示，超声功率升高可促进传质，但过高会造成局部升温和成分损失，1000 W时提取量达到36.79±0.27 mg/g。超声模式以连续5∶0时为峰值，提取量为37.41±0.56 mg/g；超声时间40 min时为35.24±0.41 mg/g，温度30 ℃时为50.36±0.56 mg/g。提取3次时提取量为52.05±0.53 mg/g，频率采用40 kHz、探头直径8 mm时达到65.78±0.41 mg/g，继续增加相关参数后，得率出现回落。

响应面模型整体显著（p＜0.0001），失拟项不显著（p=0.3815），决定系数R²=0.9876，调整R²=0.9752，预测R²=0.9398，变异系数为6.92%，说明模型拟合和预测能力较好。因素影响顺序为提取次数＞超声频率＞超声功率＞超声模式。功率、模式、频率、次数及其部分交互项显著，二次项均呈负效应，提示最优点位于试验范围内部，而不是简单追求单一参数最大化。

从工艺解释看，提取次数的影响最大，说明一次提取后仍有相当比例的黄酮留在固体基质中；频率和探头尺寸改变空化作用及液固接触状态，功率则影响能量输入。连续超声虽然瞬时传质较快，但可能带来温升和氧化，适度间歇有利于在传质效率与成分稳定性之间取得平衡。

▲图1：不同因素交互作用对CCBF提取量的影响

模型给出的理论最优条件为功率999.2 W、模式5.87∶0.87、频率40 kHz×11.35 mm、提取2.67次。结合设备和操作可行性，研究者将其调整为1000 W、6∶1、40 kHz×8 mm、提取3次。验证试验测得黄酮提取量为105.51±0.65 mg/g，模型预测值为106.53 mg/g，误差约0.96%，说明优化参数具有较好的重复性。与单因素峰值相比，响应面法给出的组合条件把各因素的协同作用纳入考量，更适合后续放大试验。

抗氧化试验显示，CCBF的清除能力随浓度升高而增强。其DPPH自由基清除IC50为0.41 mg/mL，Trolox为0.12 mg/mL；ABTS自由基清除IC50为0.60 mg/mL，Trolox低于0.10 mg/mL；羟自由基清除IC50为0.96 mg/mL，Trolox为0.40 mg/mL。FRAP结果表明，CCBF浓度0.60 mg/mL时还原能力约相当于0.10 mg/mL FeSO₄，约为对照还原力的六分之一。不同体系的数值并不等价，但共同呈现出明确的浓度—效应关系。

▲图2：CCBF对DPPH、ABTS、OH自由基的清除能力及还原力

AChE抑制试验进一步显示，CCBF具有剂量依赖性。在1.00 mg/mL时，抑制率为80.74%±1.49%；降至0.25 mg/mL时为61.31%±2.01%。临床对照药他克林在0.01 mg/mL时抑制率为84.12%±1.67%，说明CCBF在本试验中仍弱于高效小分子药物，但在较高浓度下表现出接近的体外抑制水平。该结果可作为活性筛选依据，不能直接推导为改善记忆或治疗疾病的结论。

从研发角度看，这项研究的价值在于给出了可操作的超声提取参数和一组连续的实验数据。后续工作应关注乙醇回收、设备放大、批次稳定性、黄酮单体鉴定、残留控制与安全性评价，并用细胞或动物模型验证体外结果。只有在成分、剂量和风险进一步明确后，才适合讨论其在功能食品中的应用场景。

参考文献：

[1] 崔浩琳，陈嘉琪，郭永发，等. 响应面法优化超声辅助提取荞麦叶大百合鳞茎黄酮工艺及生物活性研究[J/OL]. 天然产物研究与开发，2026.