油茶多酚化合物主要活性成分及其提取工藝研究進(jìn)展*

楊婧蕾，徐桂嬋，李敏玲，游瑞云，盧玉棟，吳 陽

(福建師范大學(xué) 化學(xué)與材料學(xué)院，福建省先進(jìn)材料化工基礎(chǔ)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350117)

油茶(CamelliaoleiferaAbel)是山茶科(Theaceae)山茶屬(CamelliaL.)植物，常綠小喬木，陽性樹種，喜溫，在中國培養(yǎng)歷史長達(dá)2300余年，與油棕、油橄欖和椰子并稱為世界四大木本食用油料植物[1]。油茶也是我國經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益都極佳的一種純天然高級油料。目前，中國油茶種植面積超過367萬hm2，占據(jù)了超過全球種植區(qū)域面積的90%[2]。油茶果是由果殼和籽組成，且油茶果的綜合利用價值很高。其中，果殼質(zhì)量占比大約60%。作為副產(chǎn)物，油茶果殼常作為燃料或是被丟棄，難以實(shí)現(xiàn)植物廢棄物的高值化利用，且果殼中存在含量較多的多酚。油茶中含有豐富的茶油、多酚、多糖、多肽、皂素等活性物質(zhì)，其中的多酚含量較高且穩(wěn)定[3]。對油茶中的活性物質(zhì)進(jìn)行開發(fā)利用可以有效提高油茶籽、果殼、餅粕等的附加價值，進(jìn)一步提高種植戶的經(jīng)濟(jì)效益。

為此，本文針對油茶多酚活性組成分類以及對油茶不同部位的多酚的提取工藝研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，以期為進(jìn)一步研究油茶多酚高效提取工藝及良好利用提供依據(jù)。

1 油茶多酚主要活性組成與應(yīng)用

多酚涵蓋的化合物類型很多，結(jié)構(gòu)上較為簡單的物質(zhì)有楊梅素(arbutin)、丁子香酚、對苯二酚、肉豆蔻酸等，還包含了一些結(jié)構(gòu)上更加復(fù)雜的物質(zhì)，比如黃霉素(griseofuivin)、魚藤酮(rotenone)等。天然存在的酚類物質(zhì)大概有8000余種，其中約有一半均為黃酮類化合物，而最簡單的一類是酚類、酚酸類及酚酮類。因油茶中存在的活性物質(zhì)測試其抗氧化能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油茶中提取的天然提取產(chǎn)物能夠作為優(yōu)良的抗氧化劑可用于農(nóng)業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)及化妝品等領(lǐng)域。

油茶多酚是存在于油茶果中具有芳環(huán)結(jié)構(gòu)并結(jié)合有一個或多個羥基的一類復(fù)雜的酚類次生代謝物[4]。正是由于其具有的多元酚結(jié)構(gòu)，才能夠使油茶多酚能夠有效清除存在于羥基中的自由基，以及超氧化物的自由基。除此之外，油茶多酚還具有一些特殊的生理功能，主要表現(xiàn)在對人體抗衰、預(yù)防腫瘤、降低輻射和抗炎及殺菌等方面。目前，諸多學(xué)者對油茶多酚的成分及活性進(jìn)行了深入研究，涉及沒食子酸(GA)、兒茶素、表兒茶素、槲皮素、3,4-二羥基苯乙酸、鞣花酸(EA)和山茶甙等為主要特征化合物[5]。

1.1 多酚類物質(zhì)

油茶多酚含有不同分子量級的多酚類物質(zhì)，不同結(jié)構(gòu)的差異，代表著有不同的性質(zhì)與功能。酚類物質(zhì)是植物界內(nèi)極為豐富的次生代謝產(chǎn)物，最顯著的生理作用是其抗氧化活性，是經(jīng)過莽草酸和苯基丙酸類化合物代謝而來的一類帶有羥基的芳環(huán)結(jié)構(gòu)化合物。很大一部分酚類物質(zhì)是水溶性的，也有一些是親酯性的，而多酚類的存在形式大部分是與糖絡(luò)合而成的糖苷形式。油茶多酚屬于水溶性的一類多酚，能夠抑制氧化酶的活性，還能通過絡(luò)合反應(yīng)對氧化反應(yīng)中的金屬離子(Fe2+、Cu2+等)催化而使其擁有很強(qiáng)的抗氧化性。

1.2 鞣質(zhì)類物質(zhì)

油茶多酚中含有的單寧(Tannins)，又名單寧酸、鞣質(zhì)、鞣酸，是一類相對分子質(zhì)量在500～3000之間的水溶性物質(zhì)，主要用于沉淀蛋白質(zhì)和生物堿。在單寧化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)中，存在有一定數(shù)目的酚羥基，使油茶多酚具有抗氧化的活性作用。此外，鞣質(zhì)類物質(zhì)清除自由基的功能，還使油茶多酚具有抗病毒腫瘤、抑菌等作用。由單寧的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)劃分為兩大類：水解型(hydrolysable tannins)和縮合型(condensed tannins)。隨著對鞣質(zhì)化合物的不斷深入，Nishioka等[6]發(fā)現(xiàn)了兒茶素與水解單寧的D-葡萄糖核以碳—碳鍵的方式連接形成的新型鞣質(zhì)，并將其定名為第三級鞣質(zhì)。不同類別鞣質(zhì)的主要差異在于酚羥基、甲氧基或者其他取代基數(shù)量的不同，這樣的結(jié)構(gòu)特性使油茶多酚具有一定的降低膽固醇、預(yù)防腫瘤等功能。

1.2.1 水解鞣質(zhì)

由于分子中具有酯鍵和苷鍵，水解鞣質(zhì)可以在烯酸、堿和酶的作用下水解產(chǎn)生較為簡單的化合物。水解鞣質(zhì)由其不同的水解產(chǎn)物主要可以分為：①棓酸(沒食子酸GA)，其水解后產(chǎn)生沒食子酸；②鞣花酸(EA)，其水解后產(chǎn)生鞣花酸或其他與六羥基聯(lián)苯二酸相關(guān)生源的物質(zhì)。棓酸大部分屬于由β-D-葡萄糖為主鏈與棓?；鶊F(tuán)或者縮酚?；鶊F(tuán)連接所形成的酯；對于鞣花酸基本上是D-葡萄糖作為分子核心、六羥基聯(lián)苯二酰基作為連接基團(tuán)的水解鞣質(zhì)多元醇結(jié)構(gòu)，這類化學(xué)結(jié)構(gòu)使這類鞣花酸穩(wěn)定性很高。而EA與GA之間有很密切的相關(guān)生源關(guān)系，可以通過聚合成為相對分子質(zhì)量更大、立體構(gòu)型更復(fù)雜的多酚。這些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能使油茶多酚具有很強(qiáng)的抗炎以及抗自由基的能力。

1.2.2 縮合鞣質(zhì)

縮合鞣質(zhì)(聚黃烷醇多酚)通常情況下由黃烷類化合物衍生而來，主要特點(diǎn)是具有C6—C3—C6的分子骨架結(jié)構(gòu)，在兩個芳香環(huán)之間通過一個三碳鏈相連。其中，黃烷醇單體進(jìn)行縮合后得到縮合鞣質(zhì)，在縮合鞣質(zhì)進(jìn)一步的縮合后生成紅粉和酚酸。原花色素由不同數(shù)量的兒茶素(黃烷-3-醇化合物)或表兒茶素絡(luò)合而成，是從油茶中分離得到一切無色可在熱酸處理下產(chǎn)生花色素的化合物，即可以認(rèn)為，大多數(shù)的縮合鞣質(zhì)從概念上就是原花色素，其具有特殊清除自由基的能力。此外，兒茶素在酸的處理下不產(chǎn)生花色素，即不屬原花色素類多酚。兒茶素類作為一類天然的抗氧化物質(zhì)，使得油茶多酚具有很強(qiáng)的抗氧化能力。

2 油茶多酚的提取工藝

2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法是現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)中提取多酚類化合物的最常見且實(shí)用的方法，其原理是利用相似相溶，使化合物溶于熱水、醇、醚、酯、酮等，然后把多酚提取出來。由于有機(jī)溶劑可以斷裂多酚與多糖和蛋白質(zhì)之間的氫鍵作用，可大大增加提取效率(7%～8%)。

白楊等[7]通過設(shè)定溶劑液料比(1∶20)，在 80 ℃ 的條件下，利用60%乙醇，提取時間 30 min 的油茶籽餅粕和油茶果殼中的多酚物質(zhì)，可以達(dá)到在總酚含量4.76%的條件下有1.34%的油茶多酚萃取率。唐文迪等[8]則運(yùn)用了醇-水作為溶劑提取方法提取油茶果殼中多酚，這種方法也叫固液萃取法(SLE)；萃取劑的選擇對得率有很大的影響；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)液料比(1∶12)，在 80 ℃ 條件下，通過60%乙醇溶劑提取 2 h，在此工藝下，可以得到油茶多酚的產(chǎn)出率為0.52%。但此法有工藝繁瑣復(fù)雜、易殘留有機(jī)溶劑、影響多酚提取物品質(zhì)的缺點(diǎn)。

2.2 超聲波輔助浸提法

超聲波輔助浸提法是指，通過超聲波的空化作用及機(jī)械的破碎作用所產(chǎn)生的剪切力和沖擊波，來破壞油茶植物細(xì)胞膜，以便提取其中的活性物質(zhì)。這個方法能夠有效增強(qiáng)工業(yè)化生產(chǎn)中提取酚類的活性物質(zhì)的提取速度以及產(chǎn)物數(shù)量，且超聲波的乳化、擴(kuò)散、擊碎等功能，也能夠加速多酚物質(zhì)在溶劑中的溶解。

陸愛霞等[9]調(diào)整超聲波條件后對油茶果皮進(jìn)行油茶多酚提取，實(shí)現(xiàn)浸提率為24.25%，相比常規(guī)的浸提方法，其產(chǎn)率提高49.2%，此法最優(yōu)化超聲條件為：調(diào)整超聲頻率 25 kHz、超聲處理時間 25 min、超聲功率 160 W，浸提溫度 70 ℃。賀芷菲等[10]結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)立了一組用油茶果殼提取油茶多酚的最佳工藝參數(shù)為：在液料比1∶15，用73%乙醇溶液，在 90 ℃ 溫度下，浸提 60 min，此組實(shí)驗(yàn)的多酚提取率預(yù)測值為1.887%，但實(shí)際提取率為1.748%。

2.3 微波輔助浸提法

微波輔助浸提法將微波與溶劑萃取相結(jié)合。其中，所提及的微波輔助是一種能夠從物料內(nèi)部開始有選擇性進(jìn)行加熱的能量傳遞過程，使物料在提取過程中受熱均勻，加速溶出可提取的物質(zhì)。微波輔助提取法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物樣品等的提取及應(yīng)用中。

李志強(qiáng)等[11]采用微波輔助法提取油茶葉中的多酚，采用了40%乙醇，在液料比1∶40條件下調(diào)整微波功率 400 W、微波時間 120 s，得到多酚得率為9.59%。Zhang等[12]采用微波輔助提取系統(tǒng)，以水為提取溶劑提取油茶果皮中的多酚。通過響應(yīng)面法得到的最佳條件：液料比為15.33∶1，在 76 ℃ 的溫度下萃取 35 min。使用 MAS-II 微波提取系統(tǒng)，頻率為 2 450 MHz，從油茶中提取多酚化合物。得到多酚得率為(15.05±0.04)%，RSD=0.21%(n=5)，與預(yù)測收率非常吻合，且提取時間和提取溫度的變化對油茶果殼多酚的產(chǎn)量有顯著影響(P<0.0001)。

2.4 協(xié)同提取法

在油茶相關(guān)工業(yè)以及精細(xì)化生產(chǎn)中，如果只是選取單一的油茶多酚提取法，會使得提取效率、提取純度以及產(chǎn)品得率結(jié)果等方面不太理想。近年來的實(shí)驗(yàn)研究不斷地將兩種及其以上提取方法技術(shù)相融合，在實(shí)驗(yàn)或是工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際運(yùn)用于油茶多酚提取生產(chǎn)中，取得了較好的實(shí)驗(yàn)成果。

2.4.1 微波-超聲波輔助浸提法

微波-超聲波輔助浸提是一種利用微波穿透性通過溶液中的極性分子在微波電磁場中發(fā)生高頻運(yùn)動而浸提的方法，其間由于分子間的頻繁摩擦使得細(xì)胞內(nèi)的溫度快速升高，從而使細(xì)胞破裂，導(dǎo)致有效成分流出及加速擴(kuò)散。Hu等[13]利用微波-超聲輔助的雙水相體系的方法，通過MUAE一種同步微波超聲波提取裝置(XO-SM50, Nanjing, China)提取油茶果殼中的多酚，調(diào)整微波頻率 2450 MHz，功率 400 W；超聲頻率 25 kHz，功率 550 W，提取時間 38 min，溶劑物料比 8 mL/g，提取溫度 70 ℃，將多酚提取比例從 87.50 μg/g 提高到 125.72 μg/g，提取率提高了43.68%。此法使提取油茶多酚的過程更加高效、節(jié)能。

2.4.2 超聲波輔助復(fù)合酶法

酶輔助提取法主要是利用不同酶對于不同物質(zhì)水解降解的專一及高效的特征，通過選擇合適的酶水解、降解細(xì)胞的細(xì)胞間質(zhì)以及細(xì)胞壁成分的纖維素、半纖維素與果膠，從而加速有效物質(zhì)的擴(kuò)散，在溫和條件下提高提取效率。高群等[14]采用超聲波-酶法提取油茶粕中的多酚，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝，所得最佳提取工藝條件為：料液比1∶23的條件下加酶 (1∶2)、乙醇(55%)，設(shè)定溫度 50 ℃，提取時間 0.85 h，得到多酚提取率為 18.94 mg/g。

2.4.3 超聲波輔助乙醇法

超聲波輔助乙醇法是一種能夠高效提取植物有效成分的輔助手段，是以乙醇為提取液，超聲波輔助浸提的提取工藝，通過超聲輔助浸提能夠提高傳統(tǒng)溶劑乙醇對油茶多酚的提取效率。謝陽姣等[15]利用此法提取油茶籽餅中的多酚，試驗(yàn)結(jié)果得到最佳工藝參數(shù)為：料液比為1∶15、乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%、設(shè)定超聲強(qiáng)度 300 W、在 60 ℃ 的溫度下提取 30 min，在此最佳工藝下，油茶多酚的浸提率可以達(dá)到(2.987±0.141)%，超過一般提取工藝。王徐卿等[16]采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，得出提取油茶果殼中的多酚提取率大于2.17%的最佳工藝：乙醇體積分?jǐn)?shù)66.31%～70.90%，料液比1∶16.245～1∶19.115，超聲時間28.775～31.24 5min。

2.5 低共熔溶劑法

低共熔溶劑(Deep eutectic solvents)是將一定計(jì)量比的氫鍵受體(如季銨鹽)以及氫鍵供體(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)所組成的兩組分或者三組分的低共熔混合物[17]作為共熔溶劑來提取天然產(chǎn)物，這個方法的獨(dú)特之處在于低共熔混合物的凝固點(diǎn)低于其各個組分純物質(zhì)的熔點(diǎn)，且其組分安全無毒性和生物可降解性，被認(rèn)為是一種綠色溶劑。但也有人認(rèn)為其物理化學(xué)性質(zhì)類似于離子液體而把它歸為一類新型離子液體或離子液體類似物。丁澤敏等[17]利用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝得到一組最佳低共熔溶劑體系配比來提取油茶蒲中的多酚：檸檬酸-氯化膽堿(物質(zhì)的量比1∶3)為提取溶劑，提取時間 37 min、溫度 81 ℃、液料比42∶1，多酚提取率為0.9321%。

2.6 超臨界二氧化碳萃取法

超臨界二氧化碳(SC-CO2)萃取法是目前國際上最先進(jìn)的實(shí)用物理萃取分離方法的新興手段之一，是以二氧化碳(CO2)為萃取溶劑的綠色分離技術(shù)[18]。伊文峰等[18]用超臨界CO2萃取法提取油茶葉中的多酚，優(yōu)化試驗(yàn)得到最佳提取油茶多酚的工藝條件為：用料液比為1∶69、乙醇體積分?jǐn)?shù)為32%，設(shè)置 69 ℃ 溫度提取 35 min，可以得到油茶葉中多酚的產(chǎn)量為 67.31 mg/g。Wang等[19]利用超臨界二氧化碳提取油茶果殼中的多酚，在最佳操作條件下(即溫度 46 ℃，壓力 30 MPa，種子質(zhì)量比0.35)，多酚的ABTS清除活性和TPC分別為(14.43±0.17)g/100 g 樣品和(73.70±0.34)%。此法較傳統(tǒng)萃取法得到更高提取率、高純度、環(huán)保以及無溶劑殘留的樣品。

2.7 其他提取工藝法

2.7.1 生物發(fā)酵法

由于傳統(tǒng)提取油茶多酚的方法工序復(fù)雜，消耗人力物力多，效率也較低，難以達(dá)到高效率的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，近年來不斷有研究對油茶的內(nèi)生真菌進(jìn)行分離，以期能夠找到一種能大量生產(chǎn)多酚的油茶內(nèi)生真菌，并通過發(fā)酵技術(shù)有效降解茶粕中具有溶血毒性的茶皂素[20]。之后利用生物發(fā)酵的方式替代傳統(tǒng)工藝浸提法，實(shí)現(xiàn)更高效、節(jié)約、節(jié)能、便捷的生產(chǎn)方法[21]。

2.7.2 亞臨界水萃取(SWE)

亞臨界水萃取法通過改變溫度來影響亞臨界水的極性，從而對植物多酚有選擇性提取，其具有一定的優(yōu)越性，由于萃取劑是水，所以成本低、無污染、無毒。但存在的問題是：提取過程中水的壓力和溫度并不固定，變化大，極易使不穩(wěn)定的多酚物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的破壞。吳潁潁等[22]通過亞臨界水(SWE)的方式對油茶籽種皮中的總多酚進(jìn)行萃取處理，在不同處理方式中通過結(jié)晶指數(shù)對比得出SWE的處理方法，可以使提取物得率損失最小[(80.07±0.01)%]，且活性物質(zhì)的穩(wěn)定性好，損失也極小。

2.7.3 膜分離技術(shù)(MST)

膜分離技術(shù)(MST)是一項(xiàng)新興的綠色分離技術(shù)，常用于濃縮、分離混合物，其原理是由膜的選擇透過性來分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)具有壓力差、濃度差以及電位差等力學(xué)影響時，在原料一側(cè)方就能選擇性地透過膜，從而達(dá)到分離、純化等的作用[23]。通過選擇截留不同相對分子質(zhì)量的膜將MST用于油茶多酚的提取，能夠在常溫下不破壞多酚的活性結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫和高效提取。工藝簡單、對于環(huán)境污染小。但卻由于膜價格高，所提取出來的產(chǎn)品純度不高、過濾速度較慢等原因沒有被廣泛應(yīng)用。

2.7.4 碳納米管富集(CNTs)

碳納米管富集法是以碳納米管為主要材料來富集多酚的新型方法。當(dāng)油茶多酚濃度在一定范圍內(nèi)時，解吸液與多酚濃度成一定的線性比例關(guān)系。此法通過采用CNTs為富集劑富集、分離多酚，擁有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，CNTs法也為油茶多酚的檢驗(yàn)提供了一條新途徑。許偉等[24]通過實(shí)驗(yàn)得出CNTs富集茶油中的多酚的一個最佳工藝條件是為管液比 1∶10(g/mL)的條件下，設(shè)定溫度 10 ℃、恒溫?fù)u床速率 100 r/min，富集 2 h。經(jīng)檢驗(yàn)該條件下油茶多酚的富集效果最好。

3 總結(jié)與展望

我國油茶資源豐富，目前國內(nèi)油茶種植面積正在逐年增加，提高提取油茶多酚的工藝效率，不僅可以做到資源的充分利用，同時還可以減少環(huán)境污染。近年來對油茶多酚的研究逐漸增多，但在提取開發(fā)利用方面仍存在許多問題亟待解決：提取技術(shù)不成熟，大部分提取方法局限于實(shí)驗(yàn)室，難以工業(yè)化生產(chǎn)；提取工藝不成熟，產(chǎn)率低，純度不高，難以推廣至市場；加工條件、儲藏方式都有待進(jìn)一步研究。因此對油茶多酚的研究不僅需要結(jié)合市場，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，還應(yīng)該積極對油茶多酚的活性成分進(jìn)行定量定性的研究，為油茶多酚類化合物的進(jìn)一步開發(fā)利用提供理論依據(jù)和發(fā)展方向。