復合酸溶浸桑枝異槲皮苷的酸解效應

譚雙　王星敏　吳四維　劉小梅

摘要：【目的】研究磷鎢雜多酸復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷的適宜條件及其酸解作用，為提高桑枝異槲皮苷提取率和桑資源高值利用提供理論依據。【方法】選用磷鎢雜多酸與磷酸的復合酸水熱反應催化溶浸桑枝異槲皮苷，以異槲皮苷溶浸量為評價指標，采用均勻設計法優化獲得復合酸溶浸桑枝異槲皮苷的適宜參數;結合掃描電子顯微鏡（SEM）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析桑枝底物形貌及表面官能團變化，解析復合酸催化效應及異槲皮苷溶浸動力學。【結果】投加磷鎢雜多酸與磷酸的磷（P）摩爾質量比為0.42∶1的復合酸327.55 mg，于165 ℃下水熱反應100 min后，0.5000 g桑枝可溶浸異槲皮苷5.962 mg/g、多糖0.430 g/g，分別是未投加復合酸浸提時的3.17和12.29倍;反應溫度和反應時間對異槲皮苷溶浸量影響極顯著（P<0.01），復合酸中P摩爾質量比影響次之;FTIR測定圖譜中C=C鍵和C-O鍵明顯減弱，SEM掃描圖譜中組織間孔隙變大，出現密集且不規整孔洞，植物組織濁蝕現象明顯;異槲皮苷溶浸符合Fick第二定律的一級動力學模型，且溶浸速率常數K隨反應溫度的升高而增大，在反應溫度為165 ℃時，異槲皮苷最大溶浸量為5.935 mg/g，與試驗值相接近。【結論】復合酸溶浸桑枝異槲皮苷方法可行，升高反應溫度可提高且加快異槲皮苷溶出，為桑資源高值利用提供新途徑。

關鍵詞： 桑枝;復合酸;磷鎢雜多酸;酸催化;異槲皮苷

中圖分類號： S888.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）11-2789-09

Acidolysis of extracting isoquercitrin from mulberry branches by compound acid

TAN Shuang1， WANG Xing-min1，2*， WU Si-wei1，2， LIU Xiao-mei1

（1 College of Environment and Resources， Chongqing Technology and Business University， Chongqing ?400067，China; 2Chongqing Engineering Research Center for Processing， Storage and Transportation of

Characterized Agricultural Products， Chongqing ?400067， China）

Abstract：【Objective】To study the optimum conditions and acidolysis of isoquercitrin from mulberry branches catalyzed by phosphorous tungsten heteropoly acid，which provided a theoretical basis for improving the extraction rate of mulberry isoquercitrin and highvalue utilization of mulberry resources. 【Method】A compound acid composed of phosphorous tungsten heteropoly acid and phosphoric acid was used to catalyze the hydrolysis of mulberry branches to extract isoquercitrin under hydrothermal conditions. The amount of isoquercitrin dissolution was used as the evaluation index， and uniform design method was used to optimize the appropriate parameters for isoquercitrin extracted from mulberry bran-ches by compound acid. Combined with Search Engine Marketing（SEM） and Fourier Transform Infra-red（FTIR） characterization to analyze the morphology and surface functional group changes of mulberry substrate，analyze the catalytic effect of compound acid and the kinetics of isoquercitrin leaching. 【Result】Adding 327.55 mg compound acid with phosphorus（P） molar ratio of 0.42∶1 in phosphorous tungsten heteropoly acid and phosphoric acid， after hydrothermal reaction at 165 ℃ for 100 min，0.5000 g of mulberry branches could be leached to isoquercitrin 5.962 mg/g and polysaccharide 0.430 g/g， which were as 3.17 and 12.29 times of that without adding compound acid. The effect of reaction temperature and reaction time on isoquercitrin leaching was extremely significant（P<0.01）， and the effect of P molar mass ratio in compound acid was the second. FTIR spectrum showed that the C=C bond and C-O bond were wakened. SEM chart showed the tissues became larger，dense and irregular pores appeared，and the turbidity of plant tissues was obvious. Isoquercitrin leaching conformed to the first-order kinetic model of Ficks second law， and the leaching rate constant K increased with the increase of the reaction temperature，when the reaction temperature was 165 ℃，the maximum leaching amount of isoquercitrin was 5.935 mg/g， which was close to the experimental value. 【Conclusion】The method of compound acid lea-ching of isoquercitrin from mulberry branch is feasible. Increasing the reaction temperature can increase and accelerate the leaching of isoquercitrin from mulberry branch. which can provide a new way for the high value utilization of mulberry resources.

Key words： mulberry; compound acid; heteropoly acid; acid catalysis; isoquercitrin

Foundation item： Chongqing Municipal Science and Technology Commission Application Development Key Project（cstc2017shms-zdyfX0063）

0 引言

【研究意義】我國桑資源豐富，僅桑枝就占桑園年產干物量的64%（劉琳等，2010），夏伐和冬剪的桑枝除少部分用于藥材外，大部分被焚燒掉，既污染環境又浪費桑資源。桑枝富含黃酮類化合物、牛膝甾酮、氨基酸等天然活性成分及其衍生物，其中，黃酮類化合物異槲皮苷具有抗菌抗病毒（鄢春旻，2012）、抗炎癥（Jeong et al.，2015）、降血脂（Zhou et al.，2014）和降血糖（Hu et al.，2017）等藥理作用，已廣泛應用于食品和醫藥行業。因此，系統研究并優化桑枝異槲皮苷的溶浸工藝對桑枝的綜合利用具有重要意義。【前人研究進展】桑枝纖維素、半纖維素和木質素致密的網狀結構阻礙了桑枝異槲皮苷等天然活性成分有效溶浸。現有文獻報道提取異槲皮苷的方法較少，且以超聲波提取為主。嚴安定等（2011）利用超聲提取法在100%甲醇體系中超聲波2 h溶浸桑葉異槲皮苷0.907 mg/g;孫蓮等（2013）在100%甲醇體系中超聲60 min溶浸桑枝異槲皮苷52 μg/g;李晉等（2017）在70%甲醇體系中超聲波30 min溶浸桑枝異槲皮苷16.4 μg/g。黃酮類化合物提取方法中，超聲波提取（陳建明等，2010）、酶法提取（李佩艷和尹飛，2017）、超臨界流體萃取（桂文龍等，2018）和回流浸提（張煥新等，2019）等或多或少存在提取率不高、提取時間長、投資成本大等缺點。而酸具有強穿透性、酸催化等優點，酸水解能有效打破植物組織的桎梏作用，從而提高天然產物提取率。徐漸等（2012）利用超聲波—鹽酸水解法可溶浸豆渣中的總黃酮0.43 mg/g;李春花等（2013）采用體積比為4∶1的鹽酸—乙醇體系于70 ℃回流0.5 h，酸催化1 g黃蜀葵花，可溶浸黃蜀葵花總黃酮15.536 mg/g;呂志強等（2014）采用鹽酸水解法可溶浸桑籽總黃酮0.57 mg/g和多糖0.51 mg/g。酸水解多以鹽酸為主，雖具有優良的酸性，但易腐蝕生產設備，并引起環境污染。固體酸磷鎢雜多酸（H3PW12O40）是一種具有強酸性和氧化還原性的綠色新型催化劑。近年來，磷鎢雜多酸因其穩定性好、催化活性強、高選擇性和環境污染小等優點，逐步應用于生物質資源化利用領域。Shimizu等（2009）研究發現磷鎢雜多酸催化纖維素水解較鹽酸和磷酸等無機酸具有更優異的催化性能。周龍飛（2018）投加0.07 g磷鎢雜多酸催化水解芒草纖維素，180 ℃下反應2 h后糖化率達63.35%。【本研究切入點】將磷鎢雜多酸復合酸替代傳統鹽酸酸解桑枝，減少傳統酸的環境污染，不僅可強化酸解桑枝植物組織的催化水解特性，減小桑枝中異槲皮苷等黃酮類活性成分的傳質阻力，提高異槲皮苷溶浸效果，還能資源化利用剩余磷酸，節約應用推廣成本。目前僅有趙莉娟（2017）將固體雜多酸應用于紫蘇梗阿魏酸的浸提中，尚未見采用復合酸催化溶浸異槲皮苷的研究報道。【擬解決的關鍵問題】采用均勻設計法優化獲得水熱條件下磷鎢雜多酸復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷的適宜參數，解析適宜參數間的交互作用，結合桑枝異槲皮苷溶浸的動力學，解析復合酸酸解效應與桑枝異槲皮苷溶出的協同作用，為提高桑枝異槲皮苷提取率和桑資源高值利用提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

桑枝由重慶市北碚區桑蠶研究院提供，將新鮮桑枝置于60 ℃烘箱中干燥，經高速粉碎機粉碎過80目篩后備用。二水鎢酸鈉（Na2WO4·2H2O）購自成都科龍化工試劑廠，無水乙醇、乙腈和磷酸均購自重慶川東化工（集團）有限公司，異槲皮苷（≥98%）購自成都德思特生物技術有限公司。主要儀器設備：KH-50水熱合成反應釜（鄭州科達機械儀器設備有限公司），Agilent-1260高效液相色譜儀[安捷倫科技（中國）有限公司]，UV-1900型紫外可見分光光度計[翱藝儀器（上海）有限公司]，IRPrestige-21傅里葉變換紅外光譜儀（日本日立公司），SU1510掃描電鏡（日本日立公司），KC-1000高速粉碎機（北京開創同和科技發展有限公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 復合酸制備 精確稱取11.2250 g Na2WO4·2H2O，加入100 mL水溶解后，滴加至裝有100 mL 0.8 mol/L鹽酸溶液的燒杯中，均勻攪拌至黃綠色沉淀物生成完全，靜置2 h，過濾得黃綠色沉淀物，即為鎢酸（H2WO4）;將鎢酸少量多次加入裝有225、200、175、150、125、100和75 mL的0.12 mol/L磷酸溶液燒杯中，勻速攪拌至黃綠色固體溶解為無色澄清溶液，即制得磷鎢雜多酸與磷酸的復合酸液備用，其磷（P）摩爾質量比分別為0.12∶1、0.14∶1、0.16∶1、0.19∶1、0.23∶1、0.31∶1和0.46∶1。

1. 2. 2 水熱條件下復合酸液酸催化水解桑枝 精確稱取干燥桑枝粉0.5000 g，將其與60%乙醇溶液按體積比1∶30（g/mL）加入到50 mL高壓反應釜中，分別加入0、50.64、101.28、151.92、202.56、253.20和303.84 mg復合酸，設反應溫度為120、130、140、150、160、170和180 ℃，復合酸協同水熱反應30、45、60、75、90、105和120 min后，抽濾、離心、定容后得桑枝浸提液。

1. 2. 3 桑枝異槲皮苷和多糖的分析測定

1. 2. 3. 1 異槲皮苷分析測定 采用高效液相色譜儀測定桑枝浸提液中異槲皮苷的質量濃度。色譜條件為：色譜柱Aglient 5TC-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）;流動相是體積比為20∶80的乙腈和0.5%磷酸溶液;進樣量10 μL;柱溫25 ℃;流速1.0 mL/min;檢測波長330 nm。選取異槲皮苷標準品質量濃度梯度為0.022、0.044、0.066、0.110、0.154和0.220 mg/mL，以異槲皮苷質量濃度（C1）為橫坐標、色譜峰面積（A）為縱坐標，繪制得異槲皮苷標準曲線A=11550C1（R2=0.9996）。根據標準曲線計算桑枝中異槲皮苷溶浸量（y1），計算公式如下：

y1=[C1×Vm] （1）

式中，C1為異槲皮苷質量濃度（mg/mL），V為浸提液定容體積（mL），m為桑枝質量（g）。

1. 2. 3. 2 多糖分析測定 采用苯酚硫酸法測定桑枝水解產物多糖產量。選取葡萄糖質量濃度梯度為4.29、8.59、12.88、21.47、30.06和42.94 μg/mL，波長為480 nm，以葡萄糖質量濃度（C2）為橫坐標、吸光值（A）為縱坐標，繪制標準曲線A=0.0689C2+0.0564（R2=0.9996）。根據標準曲線計算桑枝中多糖產量（y2），計算公式如下：

y2=[C2×V×Dm]×0.9 （2）

式中，C2為葡萄糖質量濃度（mg/mL），D為樣品稀釋倍數，0.9為葡萄糖換算成葡聚糖的系數。

1. 2. 4 桑枝底物物相表征分析 采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）KBr壓片法，測量催化前后桑枝底物表面官能團，測定波數為4500～500 cm-1;采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察桑枝表面形貌，工作電壓為15 kV，放大倍數為5000倍。

1. 2. 5 均勻設計試驗 以異槲皮苷溶浸量為評價指標，選取復合酸中P摩爾質量比、復合酸投加量、反應溫度和反應時間為考察因素，采用均勻設計表U7（74）設計試驗方案，優化復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷的工藝條件。均勻設計因素與水平見表1。

1. 3 統計分析

采用SPSS 20.0和VF 6.0分析試驗數據，構建模型，計算獲得優勢參數的理論值，并通過試驗驗證獲得適宜參數。

2 結果與分析

2. 1 復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷的影響因素

2. 1. 1 復合酸投加量對溶浸桑枝異槲皮苷的影響

復合酸的酸催化作用主要由酸性質子完成。由圖1可知，在反應溫度160 ℃、催化反應90 min的條件下，加入磷鎢雜多酸與磷酸的P摩爾質量比為0.19∶1的復合酸0～303.84 mg，桑枝異槲皮苷溶浸量和多糖產量均隨復合酸投加量的增加而逐漸增加，當復合酸投加量為303.84 mg時，桑枝異槲皮苷溶浸量和多糖產量均最高，分別為5.243 mg/g和0.390 g/g。因為增加復合酸投加量，即增加了反應體系中的酸性質子，增強了雜多酸對糖苷鍵氧原子的穿透能力，促使纖維素中醇C-O鍵、半纖維素中-COO-鍵催化斷裂成低聚糖或單糖（Tian et al.，2011），進而破壞植物細胞壁致密網狀結構，提高異槲皮苷溶浸量;但復合酸投加量過多時，體系中多余的酸性質子會將異槲皮苷的苷氧鍵水解生成槲皮素，降低異槲皮苷的溶浸量。故適度調控復合酸投加量，有利于木質纖維解聚的同時可避免異槲皮苷水解。

2. 1. 2 反應溫度對溶浸桑枝異槲皮苷的影響 雜多酸具有熱催化效應（Mestl et al.，2001），升高溫度提供的反應熱有利于提升雜多酸酸熱催化效應。由圖2可知，加入P摩爾質量比為0.19∶1的復合酸303.84 mg，在反應溫度為120～180 ℃條件下反應90 min，桑枝異槲皮苷溶浸量隨反應溫度的升高呈先增加后減少的變化趨勢;而多糖產量隨反應溫度的升高持續增加。反應溫度為160 ℃時，異槲皮苷溶浸量達最高值，為5.267 mg/g;之后隨反應溫度的繼續升高，異槲皮苷溶浸量反而降低。這是因為升高溫度，酸性質子動能增加，其穿透性隨之增強;植物表面細胞壁隨反應體系熱的增加而逐漸軟化（Kawamoto et al.，2007），溶劑分子介電常數、表面張力和黏度則隨溫度升高反而降低（李杰等，2018）;三重作用加快異槲皮苷在溶劑和溶質間擴散速率及相界面上的傳質速率，進而提高異槲皮苷溶浸量。升高溫度雖可加速復合酸的酸催化水解聚木質纖維，但同樣提升酸性質子對異槲皮苷的水解作用，故出現異槲皮苷溶浸量隨反應溫度的升高呈先增加后減少的現象。

2. 1. 3 反應時間對溶浸桑枝異槲皮苷的影響 由圖3可知，加入P摩爾質量比為0.19∶1的復合酸303.84 mg，在160 ℃下反應30～120 min時，桑枝異槲皮苷溶浸量和多糖產量均隨酸催化時間的延長呈先增加后趨于平穩的變化趨勢，當反應時間為90 min時，異槲皮苷溶浸量和多糖產量均最高，分別為5.325 mg/g和0.389 g/g。究其原因是延長酸催化時間可增加復合酸與桑枝植物組織的接觸概率，增大酸性質子與桑枝中C-O基團發生水解反應，促進桑枝植物組織水解，進而提高異槲皮苷溶浸量和多糖產量。

2. 1. 4 復合酸中P摩爾質量比對溶浸桑枝異槲皮苷的影響 水解主要依靠磷鎢雜多酸的Bromated酸性質子和氧化還原電子。由圖4可知，當反應溫度為160 ℃，催化反應90 min，加入P摩爾質量比為0.12∶1～0.46∶1的相同質量復合酸液，桑枝異槲皮苷溶浸量和多糖產量均隨復合酸中P摩爾質量比的增加呈先增加后趨于平緩的變化趨勢，當P摩爾質量比為0.23∶1時，桑枝異槲皮苷溶浸量最高，為5.411 mg/g，多糖產量為0.405 g/g。這是由于復合酸中磷鎢雜多酸W-O-W上橋氧原子Ob或Oc的電子云密度高于端氧原子Od，易質子化為酸性中心（Kozhevnikov et al.，1994），改變復合酸中P摩爾質量比可適度增加誘導W-O-W鍵的極化作用，促使Ob或Oc上負電荷向金屬原子W轉移而降低Ob或Oc上電子云密度，降低W-O-W鍵中Ob或Oc對酸性質子的束縛能力（韓杰麗，2008）。加之乙醇體系有助于位于磷鎢雜多酸中Ob或Oc的H+去質子化（向波等，2017），進而增強Bromated酸性質子穿透性，有利于桑枝植物組織水解，提高異槲皮苷溶浸量和多糖產量。

2. 2 復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷參數優化及交互作用分析結果

2. 2. 1 模型構建及顯著性分析結果 為獲得復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷的適宜條件，基于影響復合酸催化溶浸異槲皮苷的因素研究結果，將均勻設計法U7（74）（表1）所得試驗結果（表2）采用SPSS 20.0“逐步、進入”進行計算，得到回歸方程：Y=-3.001+2.115×10-6C2D-0.087A2B+9.185×10-6ABCD-2.377×10-7

B2C。由表3可知，模型R=0.997，Adj-R2=0.981，且F=76.551>F（4，2）=19.3，P=0.013<0.05，表明回歸模型可用，復合酸中P摩爾質量比、復合酸投加量、反應溫度和反應時間對桑枝異槲皮苷的溶浸有顯著影響（P<0.05）。

2. 2. 2 影響因素交互作用分析結果 由表4可知，影響桑枝異槲皮苷溶浸量的因素交互作用排序為：C2D（7.769）>A2B（-3.147）>ABCD（3.004）>B2C（-0.467），表明水熱反應的酸體系中，反應溫度和反應時間對桑枝異槲皮苷溶浸影響極顯著（P<0.01），復合酸中P摩爾質量比對桑枝異槲皮苷溶浸影響次之;異槲皮苷溶浸量與反應溫度存在二次方和一次線性關系，與反應時間存在一次線性關系，與P摩爾質量比存在一次線性和二次方關系;表明桑枝異槲皮苷溶浸主要借助水熱反應的物理作用及復合酸的酸催化效應。將所得回歸方程代入VF 6.0，計算并篩選得出最佳溶浸參數，即復合酸中P摩爾質量比0.42∶1，復合酸投加量327.55 mg，反應溫度165 ℃，反應時間100 min。在此條件下進行驗證試驗，0.5000 g桑枝3次平行試驗取平均值，桑枝異槲皮苷的平均溶浸量為5.962 mg/g，是未投加復合酸浸提時異槲皮苷溶浸量（1.880 mg/g）的3.17倍，相對標準偏差（RSD）=1.03%，說明所得適宜參數能滿足復合酸催化浸提桑枝異槲皮苷，即該模型可行。在該條件下，多糖產量為0.430 g/g，是未投加復合酸浸提時多糖產量（0.035 g/g）的12.29倍。

2. 3 復合酸催化效應及異槲皮苷溶浸動力學分析結果

2. 3. 1 桑枝殘渣SEM掃描觀察結果 如圖5所示，復合酸催化處理前桑枝原料結構完整（圖5-A），經復合酸催化處理后的桑枝底物表面植物組織濁蝕現象明顯，組織間孔隙變大，出現密集且不規整孔洞（圖5-B）。說明復合酸發生穿透，并與桑枝纖維素、半纖維素和木質素發生化學氧化作用，進而水解植物組織。

2. 3. 2 桑枝底物FTIR測定分析結果 為進一步解析復合酸酸解效應，對比復合酸催化前后桑枝底物的FTIR測定結果（圖6）發現，經復合酸催化處理的桑枝底物在1737、1510和1246 cm-1處特征峰明顯減弱，分別是半纖維素中乙酰基或糖醛酸的酯基中C-O伸縮振動（李閆，2016）、木質素芳香環上C=C的伸縮振動和木質素二芳基醚鍵C-O的伸縮振動特征吸收峰（楊永安等，2013），說明桑枝中木質素的苯基丙烷結構單元及半纖維素的表面官能團在復合酸催化作用下發生分解。在894 cm-1處明顯增強的是吡喃糖β型C-H變角振動吸收峰（強丹丹，2016），1057 cm-1處減弱的是纖維素吡喃糖環所含的醇C-O伸縮振動吸收峰，說明纖維素和半纖維素糖苷鍵上的苷氧原子經復合酸催化處理后發生斷裂，表明復合酸可酸化水解桑枝植物組織。

2. 3. 3 復合酸催化溶浸過程動力學模型 桑枝異槲皮苷溶浸過程其實質為復合酸穿透及催化氧化、異槲皮苷擴散及傳質的過程（何春玫等，2018;王露等，2019）。采用Fick第二定律（式3）描述復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷過程：

ln[C∞C∞-C] =Kt+ln[π2C∞6（C∞-C）] （3）

式中，C∞為異槲皮苷平衡濃度（mg/g），C為t時刻浸提液中異槲皮苷質量濃度（mg/g），K為溶浸速率常數（min-1）。

在優化所得復合酸催化溶浸異槲皮苷的適宜條件下，建立不同反應溫度下異槲皮苷溶浸量隨反應時間的動力學模型（圖7）。以ln[C∞/（C∞-C）]對反應時間t作圖（圖8）并進行線性回歸分析（表5）。結合圖8和表5可知，不同反應溫度下的ln[C∞/（C∞-C）]與反應時間t的R2均在0.9200以上，表明各動力學模型擬合度好，復合酸催化溶浸異槲皮苷符合一級傳質動力學過程;由表5中平衡濃度C∞可知，當反應溫度一定時，桑枝異槲皮苷的溶浸量存在當前溫度的最大值，且該值隨著溫度的升高而增大，在反應溫度為165 ℃（438.15 K）時，異槲皮苷最大溶浸量為5.935 mg/g，與試驗值（5.962 mg/g）相接近;而溶浸速率常數K隨溫度的升高而增大，進一步揭示桑枝底物質量一定時，在水熱反應和復合酸催化的協同作用下，升高溫度可提高且加快桑枝異槲皮苷溶出。

3 討論

桑枝植物纖維組織致密結構阻礙異槲皮苷等天然產物溶出及擴散。將磷鎢雜多酸復合酸應用到桑枝異槲皮苷的溶浸中，利用磷鎢雜多酸催化活性高、穿透性強、穩定性好、腐蝕性小等優點，酸解破壞桑枝植物纖維組織的結晶結構。本研究結果表明，在復合酸水熱條件下催化水解桑枝植物組織溶浸異槲皮苷的過程中，桑枝表面濁蝕現象明顯，桑枝半纖維素中乙酰基或糖醛酸的酯基中C-O鍵、木質素芳香環上的C=C雙鍵、C-O鍵和纖維素中醇C-O鍵發生氧化反應，與楊永安等（2013）、李閆（2016）、強丹丹（2016）的研究結果一致，表明復合酸能有效穿透并打破植物纖維組織的形態結構，有利于桑枝異槲皮苷等活性成分溶出。

桑枝異槲皮苷受木質纖維網狀結構影響其傳質，在復合酸水熱催化體系中，異槲皮苷的苷氧鍵可與體系中酸性質子發生水解生成槲皮素。本研究結果表明，桑枝異槲皮苷溶出量減少的溫度參數為170 ℃。孫兵等（2008）、翟廣玉等（2009）用硫酸或鹽酸調節蘆丁中苷氧鍵水解生成槲皮素的pH均為2，說明控制反應體系pH大于2，可防止異槲皮苷水解。本研究發現，327.55 mg復合酸投入15 mL 60%乙醇溶液中，其pH為5～6，且未見槲皮素的峰面積，表明控制體系的復合酸投加量及反應溫度，可促進木質纖維解聚、規避異槲皮苷水解。因此，利用均勻設計優化獲得復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷的適宜參數，即復合酸中P摩爾質量比為0.42∶1、復合酸投加量為327.55 mg、反應溫度為165 ℃、反應時間為100 min時，0.5000 g桑枝可溶浸異槲皮苷5.962 mg/g，多糖產量為0.430 g/g，分別是未投加復合酸溶浸時異槲皮苷溶浸量的3.17倍，多糖產量的12.29倍，明顯高于孫蓮等（2013）采用超聲波法提取獲得桑枝異槲皮苷的產量（52 μg/g）。解析各因素交互作用發現，反應溫度和反應時間對桑枝異槲皮苷溶浸影響極顯著，復合酸中P摩爾質量比對異槲皮苷溶浸影響次之，表明桑枝異槲皮苷提取過程中，復合酸提供的酸性質子和氧化還原電子氧化作用于木質素中C=C雙鍵和苯環之間的β-O-4鍵、半纖維素中己糖聚糖分子間的糖苷鍵及纖維素鏈上的β-1，4糖苷鍵，可解聚破壞木質纖維組分。采用磷鎢雜多酸復合酸溶浸桑枝異槲皮苷技術可行，替代傳統鹽酸，提高天然產物提取量的同時有利于環境保護。

本研究采用Fick第二定律進一步解析桑枝異槲皮苷溶浸復合酸催化作用，建立的不同溫度下動力學模型R2>0.9200，表明異槲皮苷的溶出滿足一級動力學，模型可用，與何春玫等（2018）報道的動力學模型分析結果一致。分析平衡濃度C∞和溶浸速率常數K發現，隨溫度的升高，C∞和K均增大，說明桑枝底物質量一定時，在水熱反應和復合酸催化的協同作用下，升高溫度可提高且加快桑枝異槲皮苷溶出。對比不同溫度下桑枝異槲皮苷溶浸的模型計算值（C∞）和實驗值（C），發現異槲皮苷最大溶浸量為5.935 mg/g，與試驗值（5.962 mg/g）相接近，表明可采用Fick第二定律建立溶浸模型，計算并預測一定溫度下的桑枝異槲皮苷最大溶浸量，提升桑資源高值利用。為進一步提升桑資源高值利用，天然產物異槲皮苷的提制純化將作為下一步研究重點。

4 結論

磷鎢雜多酸復合酸有利于降解桑枝植物組織C=C和C-O，增大桑枝底物濁蝕程度。采用均勻設計法建立的數學模型顯著性好，模型可用。優化獲得的復合酸催化溶浸桑枝異槲皮苷工藝具有可行性，提取工藝簡單，且異槲皮苷提取率高，可為桑資源高值利用提供新途徑。

參考文獻：

陳建明，陳彬，陳建真. 2010. 桑枝總黃酮的超聲提取工藝研究[J]. 醫學研究雜志，39（5）：105-106. [Chen J M，Chen B，Chen J Z. 2010. Study on the ultrasonic extraction of flavonoids from ramulus mori[J]. Journal of Medical Research，39（5）：105-106.]

桂文龍， 蘇治國， 李巨銀. 2018. 超臨界萃取技術提取土茯苓中總黃酮的研究[J]. 黑龍江畜牧獸醫， （12）：184-187.[Gui W L，Su Z G，Li J Y. 2018. Study on extraction of total flavonoids in poria cocos by supercritical extraction technology[J]. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine，（12）：184-187.]

韓杰麗. 2008. 磷鎢雜多酸鹽催化劑的制備及性能的研究[D]. 太原：山西大學. [Han J L. 2008. Study on preparation and performance of phosphotungstic heteropolyacid catalysts[D]. Taiyuan：Shanxi University.]

何春玫，梁宇寧，項有泳. 2018. 響應面法優化紅薯葉中綠原酸的提取工藝及動力學分析[J]. 食品研究與開發，39（13）：52-58. [He C M，Liang Y N，Xiang Y Y. 2018. Optimization and kinetics analysis of chlorogenic acid extraction in sweet potato leaves[J]. Food Research and Deve-lopment，39（13）：52-58.]

李春花，劉雪麗，鄭文麗，張華潭，魏艷婷，武朝陽. 2013. 正交試驗優選黃蜀葵花中總黃酮的提取工藝[J]. 中國藥房， 24（27）：2535-2537. [Li C H，Liu X L，Zheng W L，Zhang H T，Wei Y T，Wu C Y. 2013. Optimization of the extraction process for total flavonoids from Abelmoschus manihot by orthogonal test[J]. China Pharmacy，24（27）：2535-2537.]

李杰，李瑞芳，張玉賓，王兵兵，馮標，閆德信. 2018. 星點設計—響應面法優化枳實中黃酮類化合物的水熱法提取工藝[J]. 藥物分析雜志，38（8）：1462-1469. [Li J，Li R F，Zhang Y B，Wang B B，Feng B，Yan D X. 2018. Optimization of hydrothermal extraction process of the flavonoids from fructus aurantii immaturus by central compo-site design and response surface method[J]. Chinese Journal of Pharmaceutical Analysis，38（8）：1462-1469.]

李晉，杜昆澤，羅蓉，金華，馬琳，常艷旭. 2017. HPLC法同時測定桑枝中6種成分的含量[J]. 天津中醫藥，34（11）：775-777. [Li J，Du K Z，Luo R，Jin H，Ma L，Chang Y X. 2017. Simultaneous determination of six bioactive components for quality control of ramulus mori by HPLC[J]. Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine，34（11）：775-777.]

李佩艷，尹飛. 2017. 固定化纖維素酶提取牡丹葉黃酮的研究[J]. 食品研究與開發，38（14）：44-48. [Li P Y，Yin F. 2017. Study of immobilized cellulose extraction flavanoids from peony leaves[J]. Food Research and Development，38（14）：44-48.]

李閆. 2016. 玉米秸稈半纖維素的提取及其降解反應的研究[D]. 天津：河北工業大學. [Li Y. 2016. Study on the extraction of hemicellulose in cornstalk and its degradation process[D]. Tianjin：Hebei University of Technology.]

劉琳，費建明，占鵬飛，李玉峰，姚菊明. 2010. 用桑枝皮提取果膠及制備的納米纖維素晶須在絲素復合膜中的應用[J]. 蠶業科學， 36（1）：20-24. [Liu L，Fei J M，Zhan P F，Li Y F，Yao J M. 2010. Pectin extraction from mulberry bark and application of pectin-derived nano-cellulose whiskesin silk fibroin composite film[J]. Science of Sericulture， 36（1）：20-24.]

呂志強，李喬，劉洪玲，田景振. 2014. 正交試驗優選桑籽中總生物堿、總黃酮及粗多糖的提取工藝[J]. 中國實驗方劑學雜志，20（14）：27-30. [Lü Z Q，Li Q，Liu H L，Tian J Z. 2014. Orthogonal test optimized extraction process of total alkaloids，total flavonoids and crude polysaccharides from mulberry seeds[J]. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae，20（14）：27-30.]

強丹丹. 2016. 雜多酸選擇性水解纖維素技術與機理的研究[D]. 西安：陜西科技大學. [Qiang D D. 2016. Research on technology and mechanism of selective hydrolysisof cellulose by heteropoly acid[D]. Xian：Shannxi University of Science and Technology.]

孫兵，貢盈歌，舒曉宏，張寶璟，鄧卅，甄宇紅. 2008. 槲皮素制備方法的改進[J]. 大連醫科大學學報，30（1）：93-95. [Sun B，Gong Y G，Shu X H，Zhang B J，Deng S，Zhen Y H. 2008. Improvement on method of preparing quercetin[J]. Journal of Dalian Medical University，30（1）：93-95.]

孫蓮，孟磊，勉強輝，孟海強. 2013. HPLC同時測定新疆藥桑枝中6種成分的含量[J]. 中國現代應用藥學，30（6）：660-663. [Sun L，Meng L，Mian Q H，Meng H Q. 2013. Simultaneous determination of six ingredients in Xinjiang ramulus mori by HPLC[J]. Chinese Journal of Modern Applied Pharmacy，30（6）：660-663.]

王露，李瑾，權利娜，王慶峰. 2019. 西藏綠蘿花總多糖提取的動力學模型研究[J]. 中南藥學，17（1）：30-33. [Wang L，Li J，Quan L N，Wang Q F. 2019. Kinetics model of total polysaccharide extraction from the flora of Tibet[J]. Central South Pharmacy，17（1）：30-33.]

向波，王悅，楊華清. 2017. 磷鎢雜多酸在乙醇溶液中穩定物種的研究[J]. 化學研究與應用，29（8）：1230-1233. [Xiang B，Wang Y，Yang H Q. 2017. A theoretical study of the stable species of phosphotungstic acid in ethanol[J]. Che-mical Research and Application，29（8）：1230-1233.]

徐漸，江連洲，穆瑩. 2012. 超聲波酸水解法提取豆渣中異黃酮條件優化[J]. 食品工業科技，33（13）：253-256. [Xu J，Jiang L Z，Mu Y. 2012. Optimization of soybean isoflavone extaraction from okara by ultrasonic and acid hydrolysis[J]. Science and Technology of Food Industry，33（13）：253-256.]

鄢春旻. 2012. 黃酮類化合物抗病毒及抗炎活性研究[D]. 南京：南京大學. [Yan C M. 2012. Research on antiviral and anti-inflammatory activities of flavonoids[D]. Nanjing： Nanjing University.]

嚴安定，袁野，吳亮，馬陶陶，謝晉，張群林. 2011. HPLC法同時測定桑葉中蘆丁、異槲皮苷、紫云英苷的含量[J]. 安徽醫藥，15（3）：296-298. [Yan A D，Yuan Y，Wu L，Ma T T，Xie J，Zhang Q L. 2011. Simultaneous determination of rutin，isoquercitrin，and astragalin in Mori folium by HPLC[J]. Anhui Medicine and Pharmaceutical Journal，15（3）：296-298.]

楊永安，謝川花，張翠英，劉仁明，司民真. 2013. 桑葉的紅外光譜和紫外光譜研究[J]. 光散射學報，25（3）：276-280.[Yang Y A，Xie C H，Zhang C Y，Liu R M，Si M Z. 2013. The FTIR and UV spectroscopic analysis of mulberry leaves[J]. Chinese Journal of Light Scattering，25（3）：276-280.]

翟廣玉，朱鵬，劉娜，張舒中，陳瑞華，丁曉明，趙繼紅. 2009. 蘆丁水解制備槲皮素的實驗條件比較研究[J]. 化學與粘合，31（2）：33-36. [Zhai G Y，Zhu P，Liu N，Zhang S Z，Chen R H，Ding X M，Zhao J H. 2009. Comparison study on the experimental condition for preparing quercetin by hydrolytic decomposition of rutin[J]. Chemistry and Adhesion，31（2）：33-36.]

張煥新，鄭義，殷玲，董志儉. 2019. 白背三七黃酮類化合物的提取及抗氧化性評價[J]. 江蘇農業學報，35（4）：933-939. [Zhang H X，Zheng Y，Yin L，Dong Z J. 2019. Extraction and ontioxidant evaluation of flavonoids from

Gynura divaricata（L.） DC. leaves[J]. Jiangsu Journal of

Agricultural Sciences，35（4）：933-939.]

趙莉娟. 2017. 紫蘇梗催化強化降解及其天然活性成分提取工藝研究[D]. 重慶：重慶工商大學. [Zhao L J. 2017. Study on catalytic enhanced degradation of Perilla stellatum and extraction of natural active ingredients[D]. Chong-qing：Chongqing Technology and Business University.]

周龍飛. 2018. 雜多酸降解芒草纖維素[J]. 安徽農學通報， 24（14）：19-21. [Zhou L F. 2018. Hydrolysis of Miscanthus cellulose by the heteropoly acid[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin， 24（14）：19-21.]

Hu X Q，Thakur K，Chen G H，Fei H，Zhang J G，Zhang H B，Wei Z J. 2017. Metabolic effect of 1-deoxynojirimycin from mulberry leaves on db/db diabetic mice using LC-MS based metabolomics[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，65（23）：4658-4667.

Jeong J W，Lee H H，Lee K W，Kim K Y，Kim S G，Hong S H，Kim G Y，Park C，Kim H K，Choi Y W，Choi Y H. 2015. Morifolium inhibits interleukin-1β-induced expression of matrix metalloproteinases and inflammatory media-tors by suppressing the activation of NF-κB and p38 MAPK in SW1353 human chondrocytes[J]. International Journal of Molecular Medicine，37（2）：452-460.

Kawamoto H，Horigoshi S，Saka S. 2007. Pyrolysis reactions of various lignin model dimers[J]. Journal of Wood Science，53（2）：168-174.

Kozhevnikov I V，Sinnema A，Jansen R J J，van Bekkum H. 1994. 17O NMR determination of proton sites in solid he-teropolyacid H3PW12O40[J]. Mendeleev Communications，4（3）：92-93.

Mestl G，Ilkenhans T，Spielbauer D，Dieterle M. 2001. Thermally and chemically induced structural transformations of Keggin-type heteropoly acid catalysts[J]. Applied Catalysis A：General，210（1-2）：13-34.

Shimizu K，Furukawa H，Kobayashi N，Itaya Y，Satsuma A. 2009. Effects of Bronsted and Lewis acidities on activity and selectivity of heteropolyacid-based catalysts for hydrolysis of cellobiose and cellulose[J]. Green Chemistry，11（10）：1627-1632.

Tian J，Fang C，Cheng M. 2011. Hydrolysis of cellulose over CsxH3-xPW12O40（X=1-3） heteropoly acid catalysts[J]. Che-mical Engineering and Technology，34（3）：482-486.

Zhou J，Yoshitomi H，Liu T H，Zhou B X，Sun W，Qin L L，Guo X Y，Huang L S，Wu L，Gao M. 2014. Isoquercitrin activates the AMP-activated protein kinase（AMPK） signal pathway in rat H4IIE cells[J]. BMC Complementary and Alternative Medicine，14：1-10.

（責任編輯 羅 麗）

收稿日期：2020-02-24

基金項目：重慶市科委應用開發重點項目（cstc2017shms-zdyfX0063）

作者簡介：*為通訊作者，王星敏（1975-），博士，教授，主要從事農業廢棄物處置及資源化利用研究工作，E-mail：wang_chen@ tom.com。譚雙（1994-），研究方向為農業廢棄物處置及資源化利用，E-mail：547150247@qq.com