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（1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.湖南湘勵農(nóng)夫農(nóng)業(yè)有限公司，湖南 祁東 421600；3.湖南省桃江縣自然資源局，湖南 桃江 413400）

杜仲Eucommia ulmoidesOliv.為杜仲科杜仲屬植物，分布于陜西、甘肅、河南、湖北、四川、云南、貴州、湖南、浙江等省區(qū)，現(xiàn)各地均有栽培[1]。杜仲是我國特有的十分重要的戰(zhàn)略資源樹種,既是重要的優(yōu)質(zhì)天然橡膠資源，又是重要的木本油料、名貴中藥和國家儲備林樹種[2-4]。杜仲橡膠以固體膠絲的形式分布于杜仲果皮、樹皮和葉片等部位的含膠細胞中[3,5]。含膠細胞的細胞壁主要由纖維素、半纖維素與木質(zhì)素緊密結(jié)合、相互纏繞的粗纖維構(gòu)成；含膠細胞間存在著果膠質(zhì)、淀粉和低聚糖及大量植物生長和代謝過程中所需的酶蛋白等；杜仲葉表面的角質(zhì)層由角質(zhì)和蠟質(zhì)兩類化合物組成[5]。這些天然有機高分子化合物包圍在固體杜仲膠周圍，成為杜仲膠提取的屏障。因此，杜仲膠的提取需用物理、化學或生物方法破壞上述植物組織結(jié)構(gòu)，并與杜仲膠分離后，才能實現(xiàn)杜仲膠的提取[5]。目前，杜仲橡膠的提取方法主要有化學堿浸法、機械粉碎法、微生物發(fā)酵法和綜合法等[6-10]。杜仲橡膠具有“橡-塑”二重性，通過與不同的材料、以不同方式共混，可開發(fā)出橡膠熱塑性材料、熱彈性材料及彈性（高彈性）材料三大類用途不同的材料[2]，其應(yīng)用前景十分廣闊。湖南省杜仲資源豐富，但長期以來，杜仲產(chǎn)品加工技術(shù)等問題影響了杜仲產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為給湖南省杜仲橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展及資源利用提供理論參考依據(jù)，對杜仲樹葉、樹皮和果殼膠的提取工藝進行了研究，探究了不同部位杜仲膠的最佳提取方法，現(xiàn)將研究結(jié)果分析報道如下。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材來自湖南省慈利縣江埡國有林場。供試的杜仲樹皮和樹葉均于5月采摘，將所采樣品置于電熱鼓風恒溫干燥箱中于105 ℃殺青后，再于60 ℃烘干至水分不再發(fā)生變化；供試的杜仲果實于11月采摘，采后自然晾干。樹葉處理：去葉梗，用粉碎機粉碎5 次，每次20 s。樹皮處理：去雜質(zhì)，掰成小塊，以粉碎機粉碎8 次，每次20 s。果實處理：將果實剪開，剔除種仁，以粉碎機粉碎果殼；杜仲果殼堅硬，不易粉碎，粉碎的次數(shù)為10 次，每次20 s。

1.2 提取方法

1.2.1 機械法

稱取粉碎后的杜仲樹葉、樹皮和果殼，每份20 g，水洗過濾自然風干后稱重。重復3 次。

1.2.2 堿浸法

稱取粉碎后的杜仲樹葉、樹皮和果殼各20 g，分別加入濃度梯度為5%、10%、15%、20%和25%的NaOH 溶液200 mL，于90 ℃的恒溫水浴鍋中加熱3 h，取出后水洗過濾，自然風干后稱重。重復3 次。

1.2.3 綜合法

稱取粉碎后的杜仲樹葉、樹皮和果殼各20 g，置于10%的NaOH 溶液（200 mL）中，經(jīng)90 ℃恒溫水浴浸提3 h，放入索氏提取器中，加入石油醚(60 ～90 ℃)150 mL，于82 ～85 ℃溫度條件下抽提3 h；將提取液置于低溫冷凍1 h，析出杜仲膠。重復3 次。

經(jīng)上述方法提取杜仲粗膠后計算其提膠率，計算公式為：

杜仲粗膠提取率=(m1/m)×100%。

式中：m1為所提粗膠的質(zhì)量，單位為g；m為樣品的質(zhì)量，單位亦為g。

采用OLYMPUS-SZX 體視顯微鏡觀察按以上方法所提杜仲粗膠的外觀特征，并拍照記錄。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

分別采用Excel 2016 和SPSS 15.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 以機械法處理的杜仲不同部位的提膠率

以不同方法提取的杜仲不同部位粗膠的提取率見表1。由表1可知，以機械法處理的杜仲不同部位粗膠的提取率存在一定差異，但其差異不顯著。以機械法提取杜仲粗膠，其樹葉、樹皮、果殼的提膠率分別為15.00%、13.35%、24.99%；杜仲不同部位的提膠率由大到小依次為果殼＞樹葉＞樹皮。

表1 以不同方法提取的杜仲不同部位粗膠的提取率?Table 1 Gum extraction ratio from different parts of E.ulmoides by different methods

2.2 以堿浸法處理的杜仲不同部位的提膠率

以不同濃度的NaOH 溶液處理的杜仲不同部位粗膠的提取率存在一定差異，提取結(jié)果見表1。以不同濃度的NaOH 溶液處理的杜仲樹葉、樹皮、果殼的提膠率呈顯著性差異（P＜0.05）。經(jīng)20%的NaOH 溶液堿浸后，杜仲樹葉的提膠率最高，為3.49%；經(jīng)5%的NaOH 溶液堿浸后，其提膠率最低，為2.56%。經(jīng)10%的NaOH 溶液堿浸后，杜仲樹皮的提膠率最高，為4.56%；經(jīng)5%的NaOH 溶液堿浸后，其提膠率最低，為3.66%。經(jīng)25%的NaOH溶液堿浸后，杜仲果殼的提膠率最高，為28.59%；經(jīng)10%的NaOH 溶液堿浸后，其提膠率最低，為23.98%。杜仲樹葉、樹皮和果殼的最適堿浸濃度并不相同，原因在于不同部位的結(jié)構(gòu)物質(zhì)有差異，需用不同濃度的堿溶液處理才能達到最佳提取效果。經(jīng)5 個濃度的NaOH 溶液堿浸后，杜仲不同部位的提膠率由大到小依次為杜仲果殼＞樹皮＞樹葉。

經(jīng)5 個濃度的NaOH 溶液堿浸后，杜仲不同部位提膠率的差異性分析結(jié)果如圖1所示。經(jīng)不同濃度的NaOH 溶液堿浸后，杜仲樹葉提膠率的差異顯著（P＜0.05）；經(jīng)不同濃度的NaOH 溶液堿浸后，杜仲樹皮和果殼的提膠率均存在一定的差異，但均不顯著。且經(jīng)5 個濃度的NaOH 溶液堿浸后杜仲不同部位的提膠率并未隨著NaOH溶液濃度的增加而升高。

圖1 經(jīng)不同濃度的NaOH 溶液堿浸后杜仲樹葉、樹皮、果殼的提膠率Fig.1 Gum content of E.ulmoides leaves, bark and shells after alkali leaching with NaOH solution of different concentrations

2.3 以綜合法提取的杜仲不同部位粗膠的提取率

以綜合法提取的不同部位杜仲粗膠提取率的差異顯著（P＜0.05）。由表1可知，杜仲樹葉、樹皮、果殼的提膠率分別為0.25%、1.43%、2.02%；杜仲果殼提膠率＞樹皮提膠率＞樹葉提膠率。

2.4 以3 種方法提取的不同部位杜仲粗膠提取率的比較

以機械法、堿浸法、綜合法這3 種方法提取杜仲不同部位粗膠的提取率存在顯著差異（P＜0.05），提取結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，以此3 種方法提取，杜仲不同部位提膠率的大小順序為：機械法＞堿浸法＞綜合法。果殼的提膠率大于樹皮和樹葉的提膠率；但是，以機械法提取，樹葉的提取率大于樹皮的提取率。

圖2 以3 種方法提取的杜仲樹葉、樹皮、果殼粗膠得率的比較Fig.2 Gum content of E.ulmoides leaves, barks and fruit shells treated by three methods

2.5 以3 種方法提取的杜仲不同部位粗膠的外觀特征

以機械法提取的杜仲不同部位粗膠的外觀特征如圖3所示。以機械法所提粗膠雜質(zhì)較多，體視顯微鏡下只能觀察到少量膠絲。從圖3中可以看出，杜仲葉粗膠整體呈黑色，其間可見白色膠絲；樹皮粗膠整體呈褐色，可見較多束狀白色膠絲；果殼粗膠整體呈褐色，果殼爆裂成龜板狀，與塊狀白色膠絲緊密相貼。

圖3 以機械法提取的杜仲樹葉、樹皮和果殼粗膠的顯微外觀特征Fig.3 Microscopic appearance of crude gum from Eucommia leaf, bark and fruit shells by mechanical method

以不同濃度的堿浸后所提杜仲樹葉、樹皮和果殼粗膠的外觀特征如圖4所示。經(jīng)5%的堿液處理的杜仲樹葉所提粗膠為絮狀膠絲，色微綠，膠中可見葉渣；經(jīng)10%和15%的堿液處理的樹葉所提粗膠為絮狀膠絲，色微黃，膠中可見葉渣；經(jīng)20%和25%的堿液處理的樹葉所提粗膠為絮狀膠絲，呈淡褐色，膠中可見葉渣。經(jīng)不同濃度堿液處理后的樹皮所提粗膠均呈白黃相間色，白色的是杜仲膠，黃色的為樹皮殘余雜質(zhì)。經(jīng)不同濃度堿液處理后的果殼所提粗膠主體為黃色，間有白色膠絲，呈分散狀。以堿浸法所提不同部位杜仲粗膠所含雜質(zhì)均未隨著堿液濃度的增加而減少。

以綜合提取法所提杜仲不同部位粗膠的外觀顯微外觀特征如圖5所示。由圖5可知，與機械法和堿浸法相比，以綜合法所提杜仲不同部位粗膠均較細膩，所含雜質(zhì)更少。杜仲樹葉粗膠呈淺黃色，有光澤；樹皮和果殼粗膠均呈白色，細膩，均無雜質(zhì)。

綜合分析以3 種方法提取的杜仲粗膠外觀特征可知，以綜合法所提粗膠的外觀品質(zhì)最好，以機械法所提粗膠的外觀效果最差，粗膠中含殘渣和雜質(zhì)較多，而且顏色較深。以堿浸法與綜合法提取杜仲粗膠，均使用了化學溶劑，有效破壞了細胞結(jié)構(gòu)，使杜仲膠更容易析出。而以機械法提取，只采用物理方法破壞細胞結(jié)構(gòu)，無法有效發(fā)揮破壞細胞壁的作用，大部分杜仲膠仍存留在細胞內(nèi)，故所提粗膠雜質(zhì)含量較多。

3 結(jié)論與討論

以機械法處理的不同部位杜仲粗膠的提取率存在一定的差異，但差異不顯著；不同部位提膠率的大小順序為：果殼＞樹葉＞樹皮。經(jīng)不同濃度堿浸處理后，杜仲不同部位的提膠率呈顯著性差異。杜仲樹葉經(jīng)20% NaOH 溶液堿浸后的提膠率最高；杜仲樹皮經(jīng)10% NaOH 溶液堿浸后的提膠率最高；杜仲果殼經(jīng)25% NaOH 溶液堿浸后的提膠率最高。在使用堿浸法提取杜仲粗膠時，不同部位最適堿浸濃度并不相同，因此生產(chǎn)過程中在處理不同部位時應(yīng)具體對待。經(jīng)堿浸后杜仲不同部位的提膠率，果殼最高，樹皮其次，樹葉最低。以綜合法處理的杜仲不同部位的提膠率呈顯著性差異，杜仲樹葉、樹皮、果殼的提膠率分別為0.24%、1.43%、2.02%。分別以堿浸法和綜合法提取杜仲粗膠，果殼的提膠率大于樹皮和樹葉的提膠率。這一研究結(jié)果與何文廣等[11]、魏錦錦等[12]、游東宏等[13]和杜紅巖等[14]的研究結(jié)果相似：不同部位杜仲粗膠含量由高到低的順序均為果實＞樹皮＞樹葉。而以機械法提取，樹葉的提膠率大于樹皮的提膠率。其原因可能在于，樹葉粉碎后葉渣與膠絲吸附更為緊密，以清水難以從膠絲中清除掉葉渣，所提粗膠中葉渣等雜質(zhì)較多，使得粗膠的整體質(zhì)量增加，最終促使提膠率升高。

圖4 經(jīng)不同濃度堿浸處理所提杜仲樹葉、樹皮和果殼粗膠的顯微外觀特征Fig.4 Microscopic appearance of crude gum extracted from Eucommia leaf, bark gum and fruit shells leached by different concentrations of alkali solutions

圖5 以綜合法所提杜仲樹葉、樹皮和果殼粗膠的顯微外觀特征Fig.5 Microscopic appearance of crude gum from Eucommia leaf, bark and fruit shell extracted by comprehensive method

以不同方法提取杜仲粗膠的提取率呈顯著性差異。整體而言，機械法提膠率＞堿浸法提膠率＞綜合法提膠率，這可能因為以機械法所提粗膠的雜質(zhì)較多。

以3 種方法提取杜仲不同部位的粗膠其外觀也有明顯的差異。以綜合法所提粗膠的外觀品質(zhì)最好，膠質(zhì)細膩、色白，所含雜質(zhì)較少，樹葉粗膠有光澤，樹皮及果殼粗膠均細膩；以機械法所提粗膠的外觀品質(zhì)最差，粗膠中含有較多殘渣和雜質(zhì)。其原因可能在于：以堿浸法和綜合法提取，所使用的NaOH 和石油醚可在一定程度上除去粗膠中色素類物質(zhì)及雜質(zhì)；而以機械法提取，未使用化學藥劑，粗膠中的色素、雜質(zhì)不容易去除掉。以堿浸法所提粗膠中的雜質(zhì)含量并未隨著NaOH溶液濃度的升高而減少，此外，由前文所述可知，經(jīng)5 種濃度的NaOH 溶液堿浸后杜仲不同部位的提膠率并未隨著NaOH 溶液濃度的增加而升高，且經(jīng)不同濃度的NaOH 溶液處理后，樹皮和果殼提膠率的差異性均不顯著；高濃度的堿對環(huán)境存在一定的污染[15]，多次水洗可能導致杜仲膠水解，聚合度降低，從而影響其物理化學性能；反復沖洗還會導致膠流失量大，降低提取率[16]；張學俊等[17]將杜仲樹葉和樹皮先后經(jīng)過NaOH 水溶液蒸煮處理后，在索氏抽提器中以有機溶劑回流抽提，結(jié)果表明，當NaOH 溶液的濃度為5%時即可實現(xiàn)完全提取。因此，以堿浸法提取，所用NaOH溶液的濃度不宜太高。以機械法提取，對環(huán)境無污染[18]，但是，單一使用機械法所提粗膠的雜質(zhì)含量較多，有關(guān)研究結(jié)果表明，強力破碎會造成杜仲膠分子結(jié)構(gòu)和聚合度發(fā)生改變，從而影響其物理和化學性能[5]。因此，無論是在單一使用機械法時或者以機械法作為輔助方法提取杜仲粗膠時都應(yīng)考慮外力強度與大小。綜合法是在溶劑浸提前通過NaOH 溶液對原料進行預處理，使角質(zhì)層成分、纖維素、果膠質(zhì)、蛋白質(zhì)等成分被分解或降解，從而保證溶劑能夠充分接觸并溶解杜仲膠，以實現(xiàn)充分提取[13]，這種提取方法具有提膠成本低、提取效率高、所提粗膠純度高等優(yōu)點，但是，提膠率相對較低，可進一步改善其提取工藝條件。為了進一步提高提取率和提取效率，也可以同時使用多種預處理方法。目前，對杜仲組織進行預處理的方法主要有機械法，堿、酸、醇等化學法[7,19]，超聲法[6,20]，微波法[21]等多種方法。超聲輔助技術(shù)與微波輔助技術(shù)的優(yōu)點在于可顯著縮短提取時間、提高提取率[6,20-21]。為了避免堿溶液和有機溶劑的使用，可考慮微生物發(fā)酵法[22-24]和生物酶解法[25-27]；其提取溫度、濃度及pH 值等條件均較溫和，在提取過程中不會破壞杜仲膠的分子結(jié)構(gòu)和聚合度，具有環(huán)保、經(jīng)濟、安全等優(yōu)點[22-27]；但所需提取時間相對較長。在生產(chǎn)上，為了高效破壞杜仲的組織結(jié)構(gòu)，提高杜仲膠的提取率和提取效率，可結(jié)合使用2種甚至2種以上的提取方法。針對杜仲橡膠以固體膠絲的形式分布于杜仲果皮、樹皮和葉片等器官中而不能直接收集的特殊性，中國林業(yè)科學研究院經(jīng)濟林研究開發(fā)中心采用蒸汽爆破技術(shù)[28]預處理和溶劑提取相結(jié)合的方法提取杜仲橡膠，取得了顯著成效[2]；蒸汽爆破處理未改變杜仲橡膠的物理結(jié)構(gòu)，而杜仲橡膠的分散指數(shù)變窄，使其更有利于工業(yè)加工[29-30]。在優(yōu)化杜仲橡膠提取工藝時，這點可作為重要參考。研究中發(fā)現(xiàn)，相比于另外兩種單一方法（機械法和堿浸法）而言，以綜合法所提粗膠的品質(zhì)最好，而其提膠率較低，而且以綜合法提取，僅僅結(jié)合采用了化學堿浸處理和溶劑抽提兩種方法，因此下一步優(yōu)化提取工藝時可以考慮結(jié)合使用多種提取方法，在提高杜仲膠的提取率和提取效率的同時并兼顧環(huán)保、經(jīng)濟、安全等效果。

杜仲膠是我國特有的天然可再生生物橡膠資源，發(fā)揮其獨有的資源優(yōu)勢，有望提升我國在世界橡膠工業(yè)領(lǐng)域的話語權(quán)，進而形成國際生物橡膠市場的新格局。

杜仲樹皮一直以來都是名貴藥材，取皮會影響植物生長，需要注意取皮的大小才能保證杜仲的自我修復[31]。杜仲果實果殼含膠量高，其種子含油，可以提取籽油，將其果殼和種子有效分離后兩者都可以充分利用。杜仲樹葉雖含膠量不高但總量大，粉碎后其含膠部分會相對集中些，且剩余葉渣可用來制成茶葉或其他功能飼料。因此，今后在杜仲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，在集中開發(fā)利用杜仲橡膠的同時也可考慮開發(fā)其附加產(chǎn)品。