植物多酚及其提取方法的研究進(jìn)展

董 科,冷 云,何方婷,徐佳伊,李 楊,裴曉方

(四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院(華西第四醫(yī)院),四川成都 610041)

植物多酚(Polyphenols)是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的具有多個酚羥基化合物的次生代謝產(chǎn)物,主要分布于植物的根、皮、葉中,對植物的生長代謝起著重要作用。狹義認(rèn)為植物多酚是單寧或者鞣質(zhì),在廣義上還包括小分子酚類化合物,如花青素、兒茶素、沒食子酸等天然酚類[1]。多酚的類別多種多樣,現(xiàn)有研究已發(fā)現(xiàn)在植物界中有8000余種多酚類化合物及其衍生物[2],因而,可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)將多酚分為不同的類別。植物多酚除了抗氧化[3]作用之外,其本身多樣的結(jié)構(gòu)也使其具有其他的生物學(xué)活性,如預(yù)防老年癡呆[4]、抗炎[5]、抑菌[6]、抗腫瘤[7-8]、調(diào)節(jié)腸道菌群[9]及心血管疾病[10]等功效,且已被廣泛應(yīng)用于藥品及保健品等領(lǐng)域[11]。

近年來,天然產(chǎn)物已成為研究熱點(diǎn),許多學(xué)者用不同的提取方法將植物中多酚類物質(zhì)提取出來并對其含量進(jìn)行比較,以便尋找到提取植物多酚的最佳工藝條件,使植物得到進(jìn)一步開發(fā)和利用。因此,本文對近幾年植物中多酚提取方法進(jìn)行綜述,對比各方法之間多酚的得率,為今后植物中多酚的廣泛研究提供理論參考。

1 多酚類化合物的分類

多酚類化合物是一類植物次生代謝產(chǎn)物,其特征是具有芳香族或酚環(huán)結(jié)構(gòu)。多酚在茶葉、巧克力、咖啡、葡萄酒、蔬菜及水果中的含量十分豐富,其較強(qiáng)抗氧化能力已被證實(shí)[12]。根據(jù)多酚在食物中的結(jié)構(gòu)不同,分為類黃酮和非類黃酮兩大類。類黃酮是最具有代表性的多酚類物質(zhì),主要包括黃酮類、黃烷酮類、黃烷三醇類等;非類黃酮主要包括了酚酸類和芪類,見表1。

表1 多酚類化合物分類Table 1 Classification of polyphenols

2 植物多酚類化合物提取方法研究概況

近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,植物中多酚的提取工藝不斷被優(yōu)化,從而使多酚的得率顯著提高。這些日益改進(jìn)的新提取技術(shù)正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的提取技術(shù),在植物多酚提取領(lǐng)域正得到不斷應(yīng)用和發(fā)展[13-15]。其中傳統(tǒng)的提取方法中最為經(jīng)典的是溶劑萃取法,新提取方法主要包括超聲波提取法、微波提取法、閃式提取法、生物酶降解法和樹脂吸附提取法超臨界流體萃取法、高壓脈沖電場法、聯(lián)用法等。

2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法是傳統(tǒng)提取方式中最為經(jīng)典且應(yīng)用最為廣泛的一種提取方法。此方法根據(jù)“相似相溶”的原理將多酚從植物中分離出來。常用的溶劑主要有水、甲醇、乙醇和乙酸乙酯等。溶劑萃取法原理簡單,操作便捷,與其他新型儀器提取相比較,成本較低,因而被廣泛使用。但與近年來提取多酚的新技術(shù)相比,此方法耗時較長,影響提取物得率的因素較多,難以控制,且提取劑多為有機(jī)溶劑,既污染環(huán)境,又對研究者身體健康有一定影響,因此,該方法逐步被其他新型提取方法取代。

2.2 超聲波提取法

超聲波提取法的原理是利用超聲波的機(jī)械破碎作用和空化效應(yīng),加快提取物向溶劑中擴(kuò)散的速率,從而縮短多酚的提取時間。此方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便,提取時間較短,提取效率比溶劑提取法高,但同時也存在機(jī)器耗能大,溶劑消耗過快的缺點(diǎn)[15]。

阮景軍等[18]以黃秋葵果實(shí)中多酚的提取率為響應(yīng)值進(jìn)行分析試驗(yàn),得到最佳提取工藝條件為:超聲溫度51.2 ℃,提取時間18 min,液料比1∶20 (g/mL),此條件下多酚得率為20.43 mg/g。齊娜等[19]采用響應(yīng)面法對超聲輔助提取紅肉蘋果多酚的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,在最優(yōu)參數(shù)條件下紅肉蘋果多酚得率為2.135 mg/g。D’Alessandro等[20]也采用超聲輔助提取野櫻莓中多酚,在同一條件下,與未使用超聲波輔助提取多酚得率進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)使用超聲波提取多酚的得率明顯高于未使用超聲波多酚得率的5倍左右。

2.3 微波提取法

微波提取法是利用微波使植物細(xì)胞產(chǎn)生巨大的熱量,使多酚物質(zhì)從細(xì)胞中擴(kuò)散出來。該方法是近年來興起的提取技術(shù),有效的減少了多酚在高溫下的氧化,使多酚類物質(zhì)不被破壞,且微波提取多酚的效率高,設(shè)備較便宜,對環(huán)境無污染,因此被廣泛使用。但微波可使局部溫度短時間升高,操作時應(yīng)注意防護(hù)。

高磊等[21]通過微波輔助提取核桃中多酚,確定了最佳工藝條件為:乙醇濃度65%,料液比1∶20 (g/mL),微波功率為200 W,微波時間70 min,浸提溫度60 ℃,在此條件下,多酚的得率為6.318 mg/g。周芳等[22]通過響應(yīng)面法對紅皮云杉多酚的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳工藝條件為:微波功率295 W,料液比1∶31 (g/mL),乙醇濃度40%,提取時間46 s。在此條件下,紅皮云杉多酚得率為17.51%。同時,Galan等[23]研究也指出,微波輔助提取法與傳統(tǒng)的溶劑萃取法相比,能夠顯著提高多酚的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.4 閃式提取法

閃式提取法是近年來興起的一種提取方法,該方法是選擇適當(dāng)?shù)娜軇?將植物置于閃式提取器中,使植物組織快速破碎以達(dá)到提取多酚的目的。閃式提取法提取速度是溶劑萃取法的百倍,具有操作簡單,提取效率高,多酚結(jié)構(gòu)不易被破壞等優(yōu)點(diǎn)。

李康等[24]利用閃式提取技術(shù)提取紅樹莓多酚,得到最佳工藝條件為:電壓150 V,乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%,提取時間為63 s,在此條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,樹莓中總多酚的得率為51.02 mg/g。巫永華等[25]也得出黃精多酚閃式提取法最佳工藝條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%,電壓為150 V,料液比為1∶20 (g/mL),提取時間為35 s,在此條件下,多酚得率達(dá)到最高,為0.48%。張宇和蘇丹[26]采用響應(yīng)面法Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),優(yōu)化閃式提取法提取二氫槲皮素,在最佳工藝條件下二氫槲皮素提取率為0.47%,與熱水回流提取(0.17%)、乙醇回流提取(0.20%)、微波提取(0.22%)、超聲波提取法(0.47%)相比,閃式提取法能顯著提高二氫槲皮素的得率。

2.5 生物酶解提取法

酶解提取法是利用生物酶的專一性,它能夠選擇性破壞植物細(xì)胞壁,使植物細(xì)胞中的多酚擴(kuò)散到溶劑中[27]。該方法與溶劑萃取法相比,具有成本較低、多酚溶解率高,綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),適合工業(yè)化生產(chǎn)。

王華斌等[28]運(yùn)用酶法提取石榴皮中的多酚,得到最佳工藝條件為:初始酶解液pH6.0,酶解溫度50 ℃,酶質(zhì)量濃度為0.25 mg/mL,酶解時間150 min,在此條件下,多酚得率達(dá)23.87 mg/g。在同一條件下,比溶劑萃取提取法的提取率高出16.84%。屈文秀等[29]運(yùn)用中心組合設(shè)計(jì)及響應(yīng)面優(yōu)化馬鈴薯皮渣最佳提取工藝,當(dāng)復(fù)合酶添加量1.4%,酶解pH6.10,酶解時間90 min,浸提劑乙醇濃度47%時,馬鈴薯皮渣多酚的提取量比單獨(dú)溶劑提取多酚含量高,最高達(dá)到3.21 mg/g。

2.6 樹脂吸附提取法

樹脂吸附法是基于樹脂對植物提取物的吸附-解吸作用實(shí)現(xiàn)多酚類物質(zhì)的分離。該方法對多酚的提取率較高,純度較純,無毒無害,對環(huán)境無污染,但樹脂市場價格昂貴,成本較高,不適合大規(guī)模提取。

唐頊婉等[30]通過大孔樹脂吸附法研究八月瓜多酚的最佳工藝條件,最后得到最佳參數(shù)條件為:提取溫度60 ℃,固液比為1∶20 (g/mL),吸附時間4 h,八月瓜多酚得率為6.13%。同時,符智榮[31]和葉儉慧[32]等也研究了大孔樹脂吸附法制備多酚的工藝條件,可見該方法被廣泛應(yīng)用。

2.7 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取是一種新型的現(xiàn)代萃取分離技術(shù),它是利用超臨界流體作為萃取劑,從固體或液體中萃取某種高沸點(diǎn)和熱敏性成分,以達(dá)到分離和提純的目的。此方法是一種高效而環(huán)保的提取方法,已被廣泛運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)室研究,但是它在萃取過程中成本較為昂貴,不適用于工業(yè)化提取植物多酚。

馮務(wù)群等[33]用超臨界CO2萃取,超聲提取,微波提取及甲醇浸提4種不同方法提取石榴皮中沒食子酸的含量,并用HPLC法測定其含量,結(jié)果發(fā)現(xiàn),4種方法提取所得沒食子酸含量分別為0.498%、0.311%、0.271%和0.396%,可見超臨界CO2萃取法提取石榴皮多酚中沒食子酸是一種高效的方法。尹志芳等[34]通過臨界CO2流體萃取研究黑茶中茶多酚及咖啡堿的最佳工藝條件,該方法分離效果高,純度高,綠色安全,但成本較高。

2.8 高壓脈沖電場法

高壓脈沖電場法是近年來興起的一項(xiàng)高效節(jié)能的非熱處理提取技術(shù)。在植物多酚提取過程中,它能夠有效破碎植物細(xì)胞壁,促進(jìn)多酚等其他生物活性成分浸出,具有耗時短、耗能低、溫升小及目標(biāo)產(chǎn)物不易變性等優(yōu)點(diǎn),在植物提取方面的應(yīng)用研究已收到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[35]。

殷涌光等[36]研究了高壓脈沖電場法提取干松針總黃酮,運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)工藝條件:電場強(qiáng)度20 kV/cm,脈沖數(shù)8個,料液比1∶50。在此條件下,節(jié)省20%的溶劑用量,總黃酮提取率達(dá)到9.515%。因此在工業(yè)生產(chǎn)中,可以采用此方案。唐守勇等[37]通過高壓脈沖電場提取竹葉中黃酮和茶多酚,在最優(yōu)化工藝條件下,黃酮提取率達(dá)到2.49%,茶多酚提取率可達(dá)1.26%。此方法與傳統(tǒng)溶劑超聲提取茶多酚[38]、微波輔助提取[39]竹葉黃酮進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用脈沖電場法提取竹葉茶多酚的提取率是超聲浸提的兩倍,竹葉黃酮的提取率基本一致。

2.9 聯(lián)用法

為提高天然產(chǎn)物的提取率,常采用多種提取方法聯(lián)用的方式進(jìn)行提取。徐樹來等[40]采用酶解-超聲組合方法提取蒲公英中綠原酸,通過Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)得出最優(yōu)方案,最終綠原酸得率達(dá)到2.14%,與李立順[41]單獨(dú)使用超聲波提取蒲公英中的綠原酸相比增加了1.89%,再與倪悅[42]采用酶法提取蒲公英中綠原酸相比增加了1.61%。王文淵等[43]采用高壓脈沖電場協(xié)同酶法技術(shù)從竹葉中綜合提取竹葉黃酮、茶多酚和竹葉多糖三種活性成分,通過正交實(shí)驗(yàn)確定其最優(yōu)工藝條件,在此條件下,黃酮提取率達(dá)到2.49%,茶多酚提取率可達(dá)1.26%,竹葉多糖提取率為3.47%。通過對比,可發(fā)現(xiàn)酶法耦合高壓脈沖電場法比傳統(tǒng)熱水浸提法單獨(dú)提取竹葉多糖提取率提高了39.8%,比乙醇超聲浸提茶多酚提取率高出近兩倍,與微波輔助提取竹葉黃酮的提取率基本接近。因此,實(shí)驗(yàn)室常采用兩張?zhí)崛》椒?lián)用提高得率及縮短時間。

3 多酚不同提取方法的對比

從植物多酚的提取時間、多酚得率、多酚受破壞程度和成本這四個方面對不同的提取方法進(jìn)行比較,見表2?？芍?多酚不同的提取方法之間各有優(yōu)缺點(diǎn):溶劑萃取法、生物酶降解法、樹脂吸附法和高壓脈沖電場法提取時間較長,多酚得率雖高,但較高的成本不適用于大批量工業(yè)化生產(chǎn);超聲波提取法、微波提取法、閃式提取法和超臨界提取法耗時較短,多酚得率也高,但超聲提取多酚受破壞程度較其他方法大,超臨界提取法提取成本較高,因而在一定程度上限制了這兩種方法的應(yīng)用。但微波提取法和閃式提取法由于自身的優(yōu)勢使得成為近年來短時間大量提取多酚較常用的方法。

4 結(jié)論與展望

近年來,天然產(chǎn)物中多酚類物質(zhì)所具有的生物學(xué)活性越來越受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注,且植物多酚存在于日常食物中,與人們生活息息相關(guān),因而成為研究熱點(diǎn)。在現(xiàn)有的研究中,人們已經(jīng)從茶葉、葡萄、石榴、菜籽等原料中提取出多酚類物質(zhì),廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品等領(lǐng)域。

從植物多酚現(xiàn)有的提取技術(shù)來看,傳統(tǒng)的溶劑萃取法提取技術(shù)由于高耗能、低產(chǎn)率等不足已經(jīng)被微波、閃式提取和超臨界流體萃取等新技術(shù)所代替。這一類新提取技術(shù)在目前具有高提取率、高純度和低耗能等優(yōu)點(diǎn),是植物多酚類物質(zhì)提取優(yōu)先考慮的方法。雖然隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,多酚的提取方法不斷更新,提取率也不斷提高,但是由于實(shí)驗(yàn)條件和成本的限制,并不能大規(guī)模實(shí)施,因此進(jìn)一步開發(fā)低成本、高提取率、高純度、綠色安全的多酚提取技術(shù)將成為科研工作者未來亟待研究的重要方向。