薄荷浸提液的亞臨界水提取及其在農(nóng)畜產(chǎn)品中的應(yīng)用

汪可馨

摘 要：針對農(nóng)畜產(chǎn)品在工業(yè)化處理過程中的腐敗、污染問題，該文提出采用亞臨界水提取技術(shù)來開展薄荷浸提物的工業(yè)生產(chǎn)，以保留其絕大多數(shù)揮發(fā)性油和部分非揮發(fā)性油，并將其應(yīng)用于農(nóng)畜產(chǎn)品的抑菌防腐。文章給出了應(yīng)用亞臨界水法提取薄荷浸提液的原理、操作條件及步驟，并通過和水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法及超臨界萃取法等技術(shù)的對比，發(fā)現(xiàn)該方法具有溶劑無毒，揮發(fā)性油純度高，黃酮類、多酚類物質(zhì)的提取率和氨基酸、蛋白質(zhì)的保留率高，對環(huán)境無害等優(yōu)點，適合應(yīng)用于薄荷浸提物的工業(yè)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：亞臨界水提取 薄荷浸提物 農(nóng)畜產(chǎn)品 抑菌防腐

中圖分類號：TQ420.66 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0086-03

Abstract：Aimed at the problem of pollution and corruption in commercial process， the method that applying subcritical water extraction technology to carry on the industrial production of the mint extract has been put forward in this paper， which can reserve the major of volatile oil and part of involatile constituents and thus can be used to anti-microbial of agricultural and animal products. The paper provides the principle， operations and process about the application of extracting mint extract. And comparing with distillation， ethanol extraction， supercritical fluid extraction show that the subcritical water extraction technology is suitable for the industrialized extracting of superior mint extract because of its merits， such as nontoxic solvent， the high purity of volatile oil， the high reservation of protein and amino acid and the high extraction rate of flavonoids and polyphenols.

Key Words：Subcritical water extraction；Mint extract；Agricultural and animal products；Antisepsis and anti-microbial

在農(nóng)畜產(chǎn)品的運輸、加工、生產(chǎn)、包裝、銷售、儲存的過程中，常因機械損壞、加工條件、微生物滋生等理化或微生物因素造成食品的氧化、腐敗，為了使產(chǎn)品在運輸過程中不受污染及延長產(chǎn)品貨架期，通常采用添加防腐劑來實現(xiàn)。而化學(xué)防腐劑在使用過程中會對食品的風(fēng)味產(chǎn)生一定的不良影響，且當(dāng)其超量使用時會對人體產(chǎn)生毒副作用。因此近幾年來，有少部分工廠已致力于植物源防腐劑的生產(chǎn)，但以薄荷為原材料的并非主流。由于薄荷適應(yīng)力強，在各地均有分布，且產(chǎn)值大、成本低，因此非常適合用作原料以進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。目前應(yīng)用于提取植物性精油的技術(shù)有水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法等傳統(tǒng)方法，及超臨界萃取法、同時蒸餾萃取、微波輔助提取等高新技術(shù)，但上述這幾種提取技術(shù)多有能耗高、耗時長、污染大、提取率低、設(shè)備昂貴等明顯缺點，而這幾年應(yīng)用較成熟的新綠色技術(shù)亞臨界水提取方法[1]具有溶劑無毒、無殘留，提取率高，操作簡單，成本較低，對環(huán)境無害等優(yōu)點，被譽為一項變革性技術(shù)。因此該文針對農(nóng)畜產(chǎn)品在工業(yè)化處理過程中的腐敗、污染問題，提出采用亞臨界水提取技術(shù)來開展薄荷浸提物的工業(yè)生產(chǎn)，并將其應(yīng)用于農(nóng)畜產(chǎn)品的抑菌防腐。

1 薄荷精油的現(xiàn)有提取技術(shù)

水蒸氣蒸餾法是利用水通過水散作用使有效成分從植物中滲透出來，在其原料表面形成油斑，最后對油水混合物進行分離后得到植物精油[2-3]。有機溶劑萃取法是根據(jù)相似相容原理在一定的操作溫度下對原料進行連續(xù)萃取，使得絕大部分油溶性浸提液溶于有機溶劑中，再通過將混合物加熱使得有機溶劑蒸發(fā)，得到粗制浸提液。超臨界CO2萃取是利用超臨界CO2流體在操作溫度或操作壓力微小改變時帶來流體密度極大變化的特性，先在高密度條件下提取出所需成分后，再改變所處條件，將有效成分從溶劑中溶解出來，達到分離效果[4-5]。

目前在傳統(tǒng)技術(shù)都較成熟的情況下，仍沒有將精油作為防腐劑進行大量工業(yè)生產(chǎn)的原因，筆者認為有以下幾點。

（1）采用水蒸氣蒸餾時，其較高的蒸餾溫度有可能使得某些植物化學(xué)物發(fā)生變性，喪失其原有生理活性。另外，不排除部分熱敏性成分容易發(fā)生熱分解反應(yīng)，或不穩(wěn)定物質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)，在這個過程中生成某些有毒有害物質(zhì)，從而污染薄荷浸提液，降低其質(zhì)量。

（2）使用有機溶劑萃取會溶解植物色素和蠟質(zhì)成分等脂溶性成分的雜質(zhì)，并有部分溶劑殘留現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀[6]。

（3）采用超臨界CO2萃取技術(shù)時，其對原料的預(yù)干燥處理額外增加了成本，且使少量短鏈化合物揮發(fā)，減少了有效成分的含量。此外，超臨界CO2在萃取極性較強、相對分子質(zhì)量大的化合物時，常加入輔助有機萃取劑來增加化合物的溶解度和選擇性，這就導(dǎo)致提取液中有可能會殘留部分有機溶劑[1]。

（4）以上三種方法都存在提取時間長、能耗高[7]、所需操作壓力大，且都有其應(yīng)用的局限性等缺點，如多糖類、皂苷類、黃酮類[1]等化合物的提取效果很差等。

2 亞臨界水法提取薄荷精油

2.1 亞臨界水提取原理

在一定的壓力條件下（臨界壓力22.1 MPa以下），升高水的溫度至100 ℃以上（臨界溫度374 ℃），此時仍處于液體狀態(tài)的水稱為亞臨界水。亞臨界狀態(tài)下的水因處于異常的溫度及壓力條件下，水分子間的氫鍵作用、結(jié)構(gòu)等都發(fā)生了巨大的變化，因此流體的多種理化性質(zhì)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，如極性、固液相界面的液膜強度、表面張力及黏度的降低，水的離子積常數(shù)增大等，利用這些特殊的變化便可選擇性萃取出原料中不同極性的物質(zhì)，提高萃取率[8-9]。

2.2 操作條件

（1）萃取溫度和壓力。

改變水的溫度，使得水的極性發(fā)生相應(yīng)的改變，從而使得原料中極性相似的目標成分根據(jù)相似相容的原理被選擇性的萃取出來；而壓力的選擇一般只要控制流體仍處于液體狀態(tài)即滿足條件，一般壓力選擇在4～6 MPa，適當(dāng)?shù)奶岣邏毫﹄m可以提高萃取效率，但大部分實驗結(jié)果表明，其變化并不太明顯，且過高的操作壓力對設(shè)備的要求也越高。Ozel M.Z[8-10]等通過GC-TOF/MS方法分析得到的薄荷精油的有效成分僅需靜態(tài)提取，溫度維持在150 ℃即可保證大部分有效成分的提取，且能耗較低。

（2）萃取時間。

萃取時間的長短對萃取效果影響不大，吳曉菊[11]等通過進行多次單因素實驗，結(jié)果顯示當(dāng)萃取時間由30 min增至60 min時，薄荷精油得率僅從2.0%提至2.5%左右；當(dāng)萃取時間由60 min延長至120 min時，得率幾乎無變化；當(dāng)萃取時間超過120 min時可能由于部分萃取出來的物質(zhì)又重新分配回樣品，揮發(fā)性油的提取率有所降低，氨基酸、有機酸和多酚物質(zhì)等非揮發(fā)性油發(fā)生降解等不良反應(yīng)，致使提取得率降低。因此利用亞臨界萃取法提取薄荷精油時60 min左右得率最佳。

（3）萃取料液比和水流速。

萃取的料液比合適與否決定了萃取是否成功。料液比越大，原料堆積問題越嚴重，亞臨界水無法順利透過，造成提取率下降；料液比越小，所得浸提液在分離提純時質(zhì)量會有所降低，且料液比過低時成本較高、效率也較低?？紤]其在工業(yè)化生產(chǎn)過程中成本和生產(chǎn)效率的問題，最佳液料比選擇1∶1.5（g∶mL）[11]。

另外，在萃取過程中亞臨界水的流速不宜過大或過小，過大導(dǎo)致流體與原料接觸不充分，得油率降低，而過小將引起較嚴重的物料積累現(xiàn)象，因此選擇適宜的水流速有利于提高傳質(zhì)速度，同時有助于提高萃取率。

2.3 操作步驟

以1 500 g薄荷葉的提取為例，具體操作流程圖如圖1所示。

2.4 亞臨界水法提取薄荷精油的優(yōu)勢

大部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計證明，將該方法與傳統(tǒng)方法進行對比，結(jié)果普遍顯示在提取時間、操作壓力、有效成分萃取率、產(chǎn)品外觀質(zhì)量、提取溶劑消耗量及對環(huán)境的污染程度等方面，亞臨界水提取技術(shù)均優(yōu)于其他傳統(tǒng)方法。如郭娟等[6]采用水蒸氣蒸餾與亞臨界水萃取提取洋蔥精油時，結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)亞臨界水萃取的精油中含硫化合物含量明顯較高；薄采穎[12]利用亞臨界水萃取提取松樹皮多酚實驗中，結(jié)果表明應(yīng)用該方法提取對多酚類物質(zhì)的破壞最小，保留了其消除自由基的生物活性；Baek[13]等采用亞臨界水提取甘草的抗氧化營養(yǎng)物質(zhì)，結(jié)果表明甘草提取物的抗氧化活性增強；Sereewatthanawut[14]等利用亞臨界水對脫脂米糠進行熱分解處理，氨基酸和蛋白質(zhì)的所得率遠高于常規(guī)的堿法提取，這一結(jié)論也進一步說明該方法對于保留薄荷浸提液中的多種氨基酸、蛋白質(zhì)等有良好效果。

另外，大量文獻還表明，薄荷精油中揮發(fā)性油中薄荷酮、薄荷腦、檸檬烯和其他醇、酮、萜類物質(zhì)及非揮發(fā)性油中黃酮類、糖苷物質(zhì)對微生物都有較強抑制作用，并非單獨某純物質(zhì)起抑菌作用。而由于采用亞臨界水萃取技術(shù)恰好能保留絕大部分的揮發(fā)性油和部分非揮發(fā)性油，因此能最大化實現(xiàn)薄荷精油的保鮮功能；同時保留精油中的多種氨基酸、脂肪酸、蛋白質(zhì)等，能起到改善食品口感、補充營養(yǎng)的作用。

3 結(jié)語

該文針對農(nóng)畜產(chǎn)品在工業(yè)化處理過程中的腐敗、污染問題，提出將亞臨界水提取技術(shù)應(yīng)用于薄荷浸提物的工業(yè)生產(chǎn)，并將其應(yīng)用于農(nóng)畜產(chǎn)品的抑菌防腐。該研究為優(yōu)質(zhì)薄荷精油的工業(yè)化提取及其在農(nóng)畜產(chǎn)品抑菌防腐中的應(yīng)用提供了新的思路和方法。

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