蒸汽爆破預(yù)處理提高杜仲總黃酮產(chǎn)量的效果

丁歡歡，張 寧，王 璐，杜慶鑫，杜紅巖，劉攀峰，孫志強(qiáng)

（1.國家林業(yè)和草原局泡桐研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003；2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；3.河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院，河南 鄭州 450003；4.經(jīng)濟(jì)林種質(zhì)創(chuàng)新與利用國家林業(yè)局重點實驗室，河南 鄭州 450003；5.國家林業(yè)和草原局杜仲工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450003）

杜仲Eucommia ulmoidesOliver 是我國珍稀瀕危二類保護(hù)植物之一，也是我國傳統(tǒng)的名貴中藥材和特有經(jīng)濟(jì)樹種[1-2]。杜仲所含有效成分具有降血壓、降血脂、降血糖、抗炎、保肝、抗腫瘤等功效[3-4]。黃酮類化合物是杜仲主要有效成分之一，其含量的高低是判斷杜仲相關(guān)產(chǎn)品優(yōu)劣的重要指標(biāo)[5-7]。黃酮類化合物泛指以2-苯基色原酮為母體的一類化合物的總稱，屬于多酚類化合物的一大類，是植物代謝過程中產(chǎn)生的一類重要天然有機(jī)化合物，廣泛存在于植物的根、莖、葉及花果等部位。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的黃酮類化合物超過了8 000 種[8-10]。黃酮類化合物具有清除活性氧自由基及抗脂質(zhì)氧化等獨(dú)特的藥理效應(yīng),是國內(nèi)外研究與開發(fā)利用的熱點,已逐漸成為全球植物藥制劑與保健食品的重要加工原料[11]。杜仲總黃酮在保健品、藥品、日用化學(xué)品和食品添加劑等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[12]。

傳統(tǒng)上，黃酮的提取方法主要有水提法和溶劑提取法。近年來，植物黃酮的提取方法不斷改進(jìn)，特別是一些輔助工藝和預(yù)處理方法，譬如超聲、微波、超臨界、酶、半仿生和蒸汽爆破等，使得杜仲總黃酮的提取率有所增加[13-15]。有學(xué)者采用超聲波提取、微波提取和生物酶法提取綠原酸，雖然提取效果有所改善，但設(shè)備投資大，運(yùn)行成本高，不適合工業(yè)生產(chǎn)[16]。蒸汽爆破（Steam explosion process，簡稱“汽爆”）是使高壓水蒸汽氣體通過植物組織表層微孔，滲透至植物組織細(xì)胞內(nèi)，待植物組織內(nèi)部壓力與容器壓力平衡后，瞬間將全部物料直接置于大氣壓下的一種熱機(jī)械處理方法，不用或者少用化學(xué)試劑，能耗較低，對環(huán)境無污染[17-19]。蒸汽爆破可實現(xiàn)原料的組分分離、結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)分解等多種作用，可有效破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，利于半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的降解，增加反應(yīng)的有效比表面積，并進(jìn)而加強(qiáng)了試劑的可及性，從而提高目標(biāo)提取物產(chǎn)率[20-21]。譬如，蒸汽爆破預(yù)處理后，靈芝Ganoderma lucidum中的多糖和三萜提取率比未汽爆的提高10 倍[22]；杜仲樹皮經(jīng)過蒸汽爆破預(yù)處理后，綠原酸得率與未經(jīng)汽爆處理相比提高了4.88倍[23]。同時，在蒸汽爆破過程中加入催化劑可加速半纖維素的降解，有利于木質(zhì)素酯鍵的斷裂。實際上，在蒸汽爆破過程中，水也起到了酸的作用，而將稀酸作為催化劑與汽爆技術(shù)相結(jié)合不僅能夠有效促進(jìn)半纖維素和纖維素水解為單糖,而且能夠降低汽爆強(qiáng)度（溫度和壓力）[24]。

筆者前期采用蒸汽爆破對杜仲樹皮進(jìn)行預(yù)處理后，半纖維素和纖維素含量分別較對照最高降低74%和62%。經(jīng)過堿煮處理，汽爆后的固形物得率比對照降低了1.47 倍，而杜仲膠得率比對照提高了54%[25]。蒸汽爆破預(yù)處理后的材料經(jīng)堿液加熱處理，可有效去除木質(zhì)素和未解聚的纖維素，其溶液中含大量的總黃酮、還原糖及堿溶性多糖類等成分[26]；但有關(guān)堿煮后處理的溶液中總黃酮提取率的研究較少，尤其是植物材料經(jīng)過蒸汽爆破預(yù)處理后，相關(guān)報道更少。本研究以杜仲葉片、樹皮和種皮為材料，采用蒸汽爆破結(jié)合催化劑聯(lián)合預(yù)處理工藝，一方面考察汽爆工藝對杜仲材料微觀結(jié)構(gòu)變化以及木質(zhì)纖維素含量的影響，另一方面著重檢測了經(jīng)堿煮處理后溶液中杜仲總黃酮的產(chǎn)率，為實現(xiàn)杜仲全值化綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品準(zhǔn)備

杜仲葉片和樹皮采自短周期杜仲矮林的當(dāng)年生葉和樹皮，種皮為當(dāng)年采集的杜仲果實經(jīng)脫殼機(jī)去除種仁后留存的果皮。杜仲矮林位于河南省孟州市中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心孟州基地（112°42′58″E，34°51′38″N）。

1.2 蒸汽爆破條件

前期采用響應(yīng)面設(shè)計，選取穩(wěn)壓時間、壓強(qiáng)、濃度3 個因素，每個因素設(shè)置3 個水平，以木質(zhì)纖維素含量為指標(biāo)，開展了預(yù)實驗。結(jié)果表明，杜仲葉片的最佳汽爆條件為維壓時間220.93 s，壓強(qiáng)1.60 MPa，催化劑鹽酸濃度為2.90%；杜仲樹皮最佳汽爆條件為穩(wěn)壓時間182.25 s，壓強(qiáng)1.96 MPa，催化劑鹽酸濃度2.97%。以此為參照，本實驗設(shè)定的汽爆條件如表1所示。

表1 蒸汽爆破條件Table 1 Steam explosion conditions

杜仲材料經(jīng)自然風(fēng)干，以鹽酸為催化劑，濃度分別為2%和3%（表1），于蒸汽爆破前48 h 采用噴霧器均勻噴灑在杜仲材料上，使?jié)穸冗_(dá)30%，密封備用。采用QBS—2008 蒸汽爆破設(shè)備（汽爆容積5L，鶴壁正道生物能源有限公司）對杜仲材料進(jìn)行爆破處理。

1.3 掃描電鏡觀察

為觀察汽爆后樣品表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，試驗材料60 ℃干燥至恒質(zhì)量。取樣固定于樣品臺。樣品采用真空離子濺射方法鍍金，然后用掃描電鏡（Hitachi SU8010,XFlash610-H）進(jìn)行掃描觀察并拍照。選取葉片處理L2、樹皮處理B3、種皮處理P2 以及各自的對照材料進(jìn)行觀察，其中對照材料未經(jīng)汽爆處理。

1.4 比表面積測試

試驗材料60℃烘干，使用加速表面積和孔隙率測量系統(tǒng)測定樣品的比表面積（ASAP 2460）（Micrometrics Instrument Co.,Georgia,USA）。測定之前，所有試驗樣品在105℃真空中脫氣6 h 除去水分，然后用氮?dú)馕锢砦?解吸分析，同時在液氮中冷卻。吸附-解吸（P/P0）相對壓（P/P0）為0.001～0.988。

1.5 木質(zhì)纖維素含量測定

采用濾袋技術(shù)（ANKOM F57 濾袋;ANKOM Technologies Co.,Ltd.,Macedon NY,USA）分析中性洗滌纖維（ADF）、酸性洗滌纖維（NDF）和木質(zhì)素含量[25]，采用Alva 半自動化纖維分析儀（F1600;Jinan Alva Instrument Co.Ltd）開展測定。

樣品50℃烘箱干燥，研磨后過40 目篩。準(zhǔn)確稱取樣品1.000 g（±0.001 g），裝入濾袋中，熱封。樣品在纖維分析儀反應(yīng)器中用ADF 程序處理70 min，用NDF 程序處理80 min，全程保持微沸，之后，將ADF 或NDF 溶液從反應(yīng)器中排出，并向反應(yīng)器中加入94℃的自來水2 L，攪拌5 min，熱水反復(fù)沖洗4 次。將沖洗過的濾袋取出并輕輕擠壓以去除水分。然后，濾袋置于小燒杯中并用丙酮浸泡5 min，再次擠壓以去除丙酮。樣品在通風(fēng)櫥內(nèi)風(fēng)干后在60℃下干燥至恒質(zhì)量，然后將濾袋在20℃下用72%硫酸溶液處理3 h，再水洗至中性，并經(jīng)烘箱烘干后轉(zhuǎn)移至坩堝中，放在電爐上燒約0.5 h。最后，將含有樣品的坩堝在550℃的馬弗爐中煅燒4 h，在干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱質(zhì)量?；曳趾恳约安蝗苡谒嵝阅举|(zhì)素含量可用差重法測定。汽爆樣品和對照均重復(fù)3 次。中性洗滌纖維（ADF），酸性洗滌纖維（NDF）和木質(zhì)素含量采用以下公式計算：

1.6 堿煮后處理

分別取汽爆和未汽爆干燥后的樣品，準(zhǔn)確稱量30.00 g(±0.01g)，配制2% H2O2溶液量，加NaOH 調(diào)pH 到11.5，按w∶v=1∶20（樣品重∶溶液量），將樣品和試劑加入燒杯中，50℃水浴磁力攪拌2 h，冷卻至室溫，加酸調(diào)pH 至中性，抽濾后合并濾液，離心取上清液冷凍保存，用于總黃酮測定。將殘渣水洗2～3 次，50℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量。干物質(zhì)損失率采用下式計算：

1.7 總黃酮含量測定

采用紫外分光光度法（北京普析通用TU1901）測OD 值，由蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線計算總黃酮含量[14]。

取50 uL 堿煮后中和的溶液，加950 uL 甲醇，加4 mL 水，再加入0.3 mL NaNO2溶液，室溫靜置5 min。再加入0.3 mL AlCl3溶液，靜置6 min。最后加入2 mL NaOH，并定容至10 mL，靜置15 min。510 nm 處測定吸光值X。每個樣品重復(fù)測定3 次?？傸S酮含量經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式（6）計算后取平均值。

1.8 數(shù)據(jù)分析

所有測試均重復(fù)3 次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用單因素方差分析（P＜0.05）檢驗葉片、樹皮和種皮比表面積、木質(zhì)纖維素含量、干物質(zhì)損失率以及總黃酮的差異并進(jìn)行Duncan 多重比較。使用SPSS 20.0 和 Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 汽爆前后材料結(jié)構(gòu)形態(tài)分析

杜仲葉片、樹皮和種皮經(jīng)過蒸汽爆破后，其宏觀形態(tài)發(fā)生了變化。汽爆后葉片、樹皮顏色由綠色或黃色（圖1A、C）變?yōu)樯詈稚▓D1B、D），并因杜仲膠絲暴露和纏繞使分散的組織粘連在一起（圖1B、D）。杜仲種皮汽爆后，破碎，膠絲暴漏，使得分離的種皮粘連在一起，形成了小塊狀，顏色變化不大（圖1E—F）。

圖1 蒸汽爆破前后杜仲器官的宏觀形態(tài)Fig.1 Macroscopic morphology of E.ulmoides organs before and after steam explosion

通過掃描電鏡對杜仲原料和汽爆后物料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，下圖中左側(cè)的均為汽爆后材料的SEM 顯微照片，右側(cè)為對照材料的SEM 顯微照片。

葉片汽爆后表面褶皺多而密集，出現(xiàn)明顯溝痕，凹凸不平，還有不少碎片（圖2A），而對照表面的褶皺和溝痕均較淺，碎片很少（圖2B）。經(jīng)過放大，在汽爆后的材料中可觀察到因高壓蒸汽瞬間解壓后沖擊所形成的孔洞（圖2C），未汽爆材料中無此現(xiàn)象（圖2D）。截面圖顯示，汽爆對葉片組織結(jié)構(gòu)造成了很大的破壞，形成了較多的空腔結(jié)構(gòu)（圖2E），而對照的細(xì)胞組織較為均勻（圖2F）。

圖2 蒸汽爆破前后杜仲葉片的微觀形態(tài)Fig.2 Microscopic morphology of E.ulmoides leaves before and after steam explosion

從圖3A 中可以看出，樹皮汽爆后表面組織結(jié)構(gòu)或細(xì)胞壁被打亂和破壞，形狀變得不規(guī)則，有碎片附著（圖3A），而對照組織排列整齊且形狀規(guī)則（圖3B）。截面圖顯示，汽爆后樹皮出現(xiàn)了較大孔洞，且周圍組織擠壓在一起（圖3C），而對照的截面孔洞小，組織分層較明顯且無擠壓（圖3D）。對截面放大觀察，從汽爆后材料截面圖可看出斷層組織已被打亂，進(jìn)行了重排，堆積在一塊形成了大量孔隙（圖3E），未汽爆材料截面圖中斷層組織呈大塊片狀，層次較為清晰，孔隙主要存在于片層之間（圖3F）。

圖3 蒸汽爆破前后杜仲樹皮的微觀形態(tài)Fig.3 Microscopic morphology of E.ulmoides bark before and after steam explosion

汽爆后種皮表面褶皺和溝痕明顯，變得凹凸不平，粗糙多壑（圖4A），未汽爆種皮表面光滑整齊，雖有一些碎片黏附上面，但各細(xì)胞間排列緊密規(guī)則，無裂紋（圖4B）。汽爆后種皮的截面圖顯示，細(xì)胞壁被打破，大量的纖維管暴露（圖4C），對纖維管束的放大觀察，可看到纖維管束表面造成了破壞，出現(xiàn)不少孔洞（圖4E），對照中并看不到纖維管（圖4D），放大后也觀察不到纖維管（圖4F）。

圖4 蒸汽爆破前后杜仲種皮的微觀形態(tài)Fig.4 Microscopic morphology of E.ulmoides pericarp before and after steam explosion

2.2 比表面積

單因素方差分析結(jié)果顯示葉片（F=2 752.505,P＜0.001）、樹皮（F=1 703.618,P＜0.001）和種皮（F=7 488.891,P＜0.001）汽爆后的比表面積差異均達(dá)到極顯著水平。

從圖5中可以看出，葉片處理L2 的表面積值為0.338 4 m2/g，顯著低于對照的0.577 9 m2/g，但L1 的比表面積值0.716 9 m2/g 顯著大于對照，是對照的1.24 倍。樹皮汽爆后比表面積隨著壓力的增大而增大，處理B2 和B3 的比表面積值分別是對照（0.142 7 m2/g）的3.42 和3.51 倍；未使用催化劑的處理B1 比表面積值為0.291 6 m2/g，高于對照，但低于噴灑催化劑的處理B2。汽爆后的種皮比表面積明顯增大，P1 和P2 分別是對照（0.279 5 m2/g）的5.54 倍和4.80 倍。

圖5 蒸汽爆破對杜仲器官比表面積的影響Fig.5 Impact of steam explosion on specific surface area of Eucommia ulmoides organs

2.3 木質(zhì)纖維素含量的變化

方差分析結(jié)果顯示，汽爆后杜仲葉片半纖維素、纖維素和木質(zhì)素各處理間存在顯著性差異（F=80.881，P＜0.001；F=4.335，P＜0.001；F=17.345，P＜0.001）（圖6）。杜仲葉片處理L1 和L2 的半纖維素含量分別為2.75%和3.85%，比對照的9.43%降低70.83%和59.17%；處理L1和L2 的纖維素含量分別為8.24%和6.75%，分別比對照的10.79%降低23.63%和37.44%，且差異性顯著，而L1 和L2 之間差異不顯著（P=0.068）；處理L1 和L2 木質(zhì)素含量分別為9.69% 和14.17%，均分別比對照的18.04%降低46.28%和21.45%，各處理間差異性顯著。

圖6 不同汽爆條件下杜仲葉片中木質(zhì)纖維素的變化Fig.6 Changes of lignocellulose in Eucommia ulmoides leaves under different steam explosion conditions

方差分析結(jié)果可知，杜仲樹皮各處理間的半纖維素和纖維素含量有極顯著差異（F=292.491，P＜0.001；F=548.802，P＜0.001），而木質(zhì)素含量無顯著性差異（F=3.898，P=0.055＞0.05）（圖7）。汽爆后杜仲樹皮處理B1，B2 和B3 的半纖維素含量分別為4.14%，8.59%和3.62%，比對照的13.74%降低69.86%，37.48%和73.65%；處理B1，B2 和B3 的纖維素含量分別為8.47%，14.35%和7.09%，比對照的22.07%降低61.62%，34.97%和67.87%；處理B1 和B2 木質(zhì)素的含量分別為24.76%和27.27%，比對照的22.64%高出9.36%和20.45%，而處理B3 的含量為22.54%，僅比對照低0.44%。噴灑催化劑的處理B3 的半纖維素，纖維素和木質(zhì)素含量均低于其他處理；未噴灑鹽酸的處理B1 的木質(zhì)纖維素含量整體低于噴灑鹽酸的處理B2，但木質(zhì)纖維素含量整體低于B3 處理。

圖7 不同汽爆條件下杜仲樹皮中木質(zhì)纖維素的變化Fig.7 Changes of lignocellulose in Eucommia ulmoides bark under different steam explosion conditions

汽爆后種皮各處理的半纖維素和纖維素含量分別存在極顯著性差異（F=205.091，P＜0.001；F=97.847，P＜0.001），而木質(zhì)素含量均無顯著性差異（F=0.823，P=0.483＞0.05）（圖8）。處理P1 和P2 的半纖維素含量分別為5.73%和3.62%，比對照的11.41%分別降低49.78%和68.27%；處理P1 和P2 的纖維素含量為8.59%和6.83%，分別比對照的16.74%降低48.68%和59.19%；然而，處理P1 和P2 的木質(zhì)素含量均高于對照，分別為21.76%和21.54%，比對照的20.64%高出5.14%和4.17%。

圖8 不同汽爆條件下杜仲種皮中木質(zhì)纖維素的變化Fig.8 Changes of lignocellulose in Eucommia ulmoides pericarp under different steam explosion conditions

2.4 干物質(zhì)損失率

杜仲葉片、樹皮和種皮的干物質(zhì)損失率處理組與對照均存在極顯著性差異（F=241.72，P＜0.001；F=418.987，P＜0.001；F=1 000.899，P＜0.001）。葉片堿煮后導(dǎo)致L1、L2 的干物質(zhì)損失率分別為80.80%和80.99%，其是對照干物質(zhì)損失率32.04%的2.52 倍。種皮堿煮后，處理P1、P2 干物質(zhì)損失率分別為52.33%和55.47%，比對照的39.30%高出1.33 和1.41 倍。樹皮B1、B2 和B3 堿煮后干物質(zhì)損失率分別為59.42%，61.12%和65.25%，分別是對照的1.44，1.48 和1.58 倍（圖9）。

圖9 蒸汽爆破對杜仲干物質(zhì)損失率的影響Fig.9 Impact of steam explosion on the dry matter loss rate of Eucommia ulmoides

2.5 總黃酮產(chǎn)率

與未汽爆的杜仲葉片、種皮和樹皮提取液中總黃酮含量相比，蒸汽爆破預(yù)處理能顯著提高杜仲葉片、種皮和樹皮器官提取液中總黃酮含量（圖10）。

圖10 蒸汽爆破對杜仲器官中總黃酮含量的影響Fig.10 Impact of steam explosion on flavonoids content in Eucommia ulmoides organs

方差分析結(jié)果可知，杜仲葉片、種皮和樹皮各處理間總黃酮含量差異極顯著（F=12 969.25，P＜0.001；F=31 252.52，P＜0.001；F=1 934.037，P＜0.001），且均顯著高于對照（圖10）。汽爆后的葉片處理L1 和L2 的提取液中總黃酮含量分別比對照（33.049 3 mg/mL）提高了2.81 倍和4.97 倍。汽爆后的種皮處理P1 和P2 提取液中總黃酮含量分別比對照（28.441 0 mg/mL）提高了5.69 倍和8.04 倍。不論汽爆前是否噴灑催化劑鹽酸，汽爆后杜仲樹皮提取液中總黃酮含量均比對照高，樹皮噴灑鹽酸后汽爆的處理B2 提取液中總黃酮含量最高，是293.409 0 mg/mL，比處理B3 的總黃酮含量高出29.953 0 mg/mL，它們分別是對照（16.921 0 mg/mL）的17.33 倍和15.56 倍；未噴灑鹽酸處理B1 提取液中總黃酮含量為205.854 0 mg/mL，是對照的12.16 倍，但顯著低于處理B2 和B3。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，蒸汽爆破不僅破壞了杜仲器官組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且導(dǎo)致了器官中各種組成成分的變化。其中，葉片比表面積最大增加了1.24倍，樹皮的增加3.51 倍，種皮的增加5.54 倍。汽爆后葉片、樹皮和種皮中木質(zhì)纖維素、半纖維素和纖維素的含量均發(fā)生顯著變化，汽爆后葉片木質(zhì)素比對照最高降低46.28%，而汽爆后樹皮和種皮木質(zhì)素含量均比對照高，最高分別高出20.45%和5.14%。葉片、樹皮和種皮的半纖維素含量最高比對照分別降低70.83%、73.65%和68.27%；纖維素含量最高比對照分別降低37.44%、67.87%和59.19%；同時，葉片、樹皮和種皮堿煮后干物質(zhì)損失率最高分別為80.99%、61.12%和55.47%，分別是對照的2.52、1.58 和1.41 倍。經(jīng)測定，葉片、樹皮和種皮汽爆后總黃酮含量最高分別是對照的4.97、17.33 和8.04 倍。

許多研究證實，蒸汽爆破能改變植物組織的結(jié)構(gòu)，特別是內(nèi)部結(jié)構(gòu)[28-29]。本研究觀察到，蒸汽爆破后，杜仲材料的宏觀形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化，與其他植物材料經(jīng)蒸汽爆破后的結(jié)果相一致[30-32]。掃描電鏡結(jié)果顯示，汽爆過程打亂或破壞了杜仲內(nèi)部原有的有序結(jié)構(gòu)，使之成為無序或松散的結(jié)構(gòu)，破壞了細(xì)胞壁，使組織器官破碎，形成孔隙或者空腔（圖2B、D、F，圖3B、D、F，圖4B、D、F），這也是造成比表面積增大的主要原因。經(jīng)蒸汽爆破后的沙柳Salix psammophila原料變成松散的細(xì)纖維狀或者絮狀，原有致密的天然纖維束結(jié)構(gòu)被打碎斷裂，原料比表面積大大增加[30]；還有，蒸汽爆破后的秸稈表面破壞嚴(yán)重，形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，比表面積增大[33]。Ding等[25]的研究結(jié)果也表明，與對照相比，蒸汽爆破后的杜仲樹皮遭到了破壞，比表面積顯著增加。一般，比表面積會隨著蒸汽壓力的增大而增加。但另一方面，植物材料是一種以細(xì)胞壁和中間層為骨架的多孔介質(zhì)，當(dāng)遭到較高的蒸汽壓力的壓迫時會使一些孔洞被封閉，孔徑發(fā)生改變，使得比表面積減小[34]。本研究的葉片處理L2 的比表面積值比對照低也印證了上述結(jié)論。

蒸汽爆破能使纖維網(wǎng)和細(xì)胞壁破碎，有利于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的分離[35-37]。本研究表明，蒸汽爆破對杜仲葉片、樹皮和種皮中的木質(zhì)纖維素有降解作用，尤其是半纖維素和纖維素。與李定國等人實驗結(jié)果相似，蒸汽爆破預(yù)處理可促進(jìn)竹原料中半纖維素的溶出和部分木質(zhì)素的去除[38]。構(gòu)樹Broussonetia papyrifera(Linn.)L’Hér.ex Vent.樹皮在蒸汽爆破預(yù)處理后，木質(zhì)纖維素的含量都有不同程度的降低，半纖維素為主要降解部分，降解率為62.77%[39]。然而，本研究中，樹皮處理B3 的木質(zhì)素含量僅比對照降低0.44%，處理B1，B2 和種皮處理P1，P2 的木質(zhì)素含量均比對照有所增加，這可能是偽木質(zhì)素的存在[42,43]。汽爆后的毛竹Phyllostachysheterocycla(Carr.) Mitford cv.Pubescens和胡枝子Lespedeza bicolorTurcz 中，木質(zhì)素含量的降低也不是很明顯。毛竹在1.8 MPa維壓10 min 時，木質(zhì)素僅降低了4.34%；在為1.8 MPa 維壓5 min 時，木質(zhì)素含量略有升高[31]。在胡枝子汽爆過程中，酸不溶木質(zhì)素的含量從17.00%提高到23.26%[40]。木質(zhì)素在蒸汽爆破過程中也存在少部分的降解[41]，形成小分子的芳香族物質(zhì)溶解在水中，但是在木質(zhì)素和糖以及木質(zhì)素與糖的降解產(chǎn)物（糠醛）之間還存在著一定量的縮聚反應(yīng)，形成所謂的偽木質(zhì)素[42]，使木素的質(zhì)量保持穩(wěn)定。

植物細(xì)胞壁含有大量的碳水化合物，這些碳水化合物形成纖維素纖絲的高度有序結(jié)構(gòu)，纖維素纖絲嵌入在交聯(lián)半纖維素、果膠、糖基化蛋白和木質(zhì)素及木質(zhì)化程度的復(fù)雜基質(zhì)中[44]。蒸汽爆破后，植物細(xì)胞壁的木質(zhì)纖維組織被破壞，木質(zhì)纖維素降解，植物纖維原料中所含的部分無機(jī)鹽類、糖、植物 堿、單寧、色素及多糖類物質(zhì)（如樹膠、黏液、果膠質(zhì) 等成分）均能溶于堿液中，而且細(xì)胞基本被破壞，細(xì)胞器基本消失，淀粉、蛋白質(zhì)等分子顆粒被破壞，細(xì)胞內(nèi)溶物析出[45]，因此，汽爆后堿煮樣品的干物質(zhì)損失率增加。本試驗結(jié)果與此一致。損失的干物質(zhì)溶于堿溶液中，被稱為抽提物。蒸汽爆破使沙柳堿溶液中抽提物含量有所增加[31]。與傳統(tǒng)的提取方法相比，蒸汽爆破可有效的破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)及木質(zhì)素、半纖維素的結(jié)合層，使細(xì)胞壁破損，增加有效比表面積，利于溶劑的可及性，促進(jìn)了植物材料內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及提高有效活性成分的提取率[20,34]。例如，張兵兵等[46]以銀杏Ginkgo bilobaL.葉為實驗材料，與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑提取法相比，經(jīng)過蒸汽爆破后的銀杏葉黃酮提取率提高了2.1 倍。漆樹Toxicodendron vernicifluum(Stokes) F.A.Barkl.果實經(jīng)過蒸汽爆破后的類黃酮產(chǎn)量比未處理的樣品約高8 倍左右[47]。本實驗結(jié)果也表明，汽爆后杜仲葉片、樹皮和種皮提取液中總黃酮含量均高于對照。

蒸汽爆破破壞了杜仲器官的內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)，增大了比表面積，降解了部分木質(zhì)纖維素，提高了干物質(zhì)損失率，使得溶劑可及性增大，利于杜仲葉片、樹皮和種皮中總黃酮的提取。蒸汽爆破作為一種環(huán)境友好型，節(jié)約能源，僅有物理加工過程，無化學(xué)物質(zhì)污染，可以進(jìn)行大規(guī)模處理的預(yù)處理方法。合適的蒸汽爆破條件對植物活性成分提取和提取時間的縮短等方面均有積極的作用，蒸汽爆破必將得到更多關(guān)注和更廣泛的應(yīng)用。

本研究中僅測定了堿煮液中總黃酮的產(chǎn)率，并未檢測其他成分含量的變化，比如還原糖、多糖、杜仲膠等。其次，本研究沒有對汽爆后堿煮液和殘渣進(jìn)行實際性應(yīng)用。故下一步將研究蒸汽爆破后堿煮液中其他有效活性成分的變化，并將提膠后的殘渣以及堿煮液冷卻干燥后的粉末作為飼料添加物，開展動物飼喂實驗，為開發(fā)綠色、高效飼料提供一些參考。