亞臨界水萃取、改性多糖的研究進(jìn)展

楊冰潔，張 雨，趙 婧，李全宏

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

多糖是一種重要的生物大分子，越來越多的證據(jù)表明，多糖具有抗氧化、降血糖、降血壓、降血脂、抗腫瘤、抗炎等多種有益的生理活性[1-5]，與人類健康和疾病預(yù)防密切相關(guān)。此外，多糖還具有乳化、增稠、凝膠等特性。多糖來源十分廣泛，具有毒副作用小、無耐藥性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于功能食品、食品添加劑、疾病治療等領(lǐng)域。多糖的生物活性與其單糖組成、分子量、硫酸基團(tuán)含量、鏈構(gòu)象、糖苷鍵的類型和位置等特征密切相關(guān)[6-8]，而不同的提取方法會(huì)導(dǎo)致多糖的單糖組成、分子量等不同，進(jìn)而影響多糖的生物活性。因此，通過合適的提取方法從天然產(chǎn)品中獲得更有價(jià)值的多糖具有十分重要的意義。工藝簡(jiǎn)單、提取率高且能較好地保留多糖生物活性的提取方法是多糖產(chǎn)業(yè)化利用的關(guān)鍵。目前常用的提取方法有熱水提取法、酸堿提取法、酶提取法、超聲輔助提取法和微波輔助提取法等，此外還有超臨界CO2流體萃取法、高壓脈沖電場(chǎng)法、亞臨界水提取法等。其中，亞臨界水因其環(huán)境友好、提取率高、耗時(shí)短、無有機(jī)溶劑殘留且能很好地保持多糖生物活性而引起廣泛的關(guān)注。

近年來，多糖的研究受到廣泛關(guān)注，有許多關(guān)于亞臨界水萃取技術(shù)提取與改性天然多糖的研究，同時(shí)越來越多的研究發(fā)現(xiàn)亞臨界水萃取得到的多糖具有更好的生物活性。鑒于此，本文系統(tǒng)闡述亞臨界水萃取技術(shù)在多糖提取與改性方面的應(yīng)用，以期為工業(yè)化大規(guī)模制備具有良好生物活性的天然多糖提供重要參考。

1 亞臨界水萃取技術(shù)

水是一種綠色提取溶劑，廉價(jià)、易得且綠色環(huán)保，但由于其較高的極性和介電常數(shù)，難以提取中等極性和非極性的化合物。水在不同的溫度和壓力下可分為固態(tài)水、液態(tài)水、亞臨界水和超臨界水，而水的極性、介電常數(shù)等性質(zhì)會(huì)隨著溫度和壓力等條件的改變而發(fā)生明顯的變化。因此，可以通過調(diào)控水的性質(zhì)使其更有利于物質(zhì)的提取。

亞臨界水萃取技術(shù)作為一種綠色高效的提取方法，被廣泛應(yīng)用于多糖、多酚、精油、植物蛋白等天然產(chǎn)物的提取。亞臨界水是指溫度在100～374 ℃范圍內(nèi)，通過改變壓力使水體仍保持液體狀態(tài)的水，即高于沸點(diǎn)和低于臨界點(diǎn)的水。在亞臨界狀態(tài)下，隨著溫度和壓力的變化，水的介電常數(shù)、密度、粘度、擴(kuò)散率、表面張力等性質(zhì)均發(fā)生變化。隨著溫度的升高，水分子間氫鍵斷裂，水的電離常數(shù)（Kw）從25 ℃時(shí)的10-14mol2/L2增加到300 ℃時(shí)的10-11mol2/L2，而溫度超過300 ℃后，電離常數(shù)再次下降[9]。水的電離常數(shù)增加使其更像酸性溶液[10]，離子強(qiáng)度的增加，更容易電離生成氫離子和氫氧根離子，這些離子在水解過程中充當(dāng)酸/堿催化劑前體促進(jìn)水解[11]。溫度升高也會(huì)使水的介電常數(shù)迅速降低，極性從強(qiáng)極性逐漸變?yōu)榉菢O性[12]。當(dāng)溫度從25 ℃升高到250 ℃（2.5 MPa）時(shí)，水的介電常數(shù)從80迅速下降到25。在250 ℃時(shí)，水的介電常數(shù)介于甲醇（ε=33）和乙醇（ε=24）之間[13]。在這種條件下，水的某些性質(zhì)類似于有機(jī)溶劑，可以通過改變溫度和壓力實(shí)現(xiàn)選擇性的提取不同極性的化合物，如在較低溫度下提取極性較大的化合物，在較高溫度下提取極性較小的化合物。溫度和壓力升高，水的表面張力和粘度降低，更容易滲透到細(xì)胞中，擴(kuò)散速率和傳質(zhì)速率增加。同時(shí)，高溫也會(huì)破壞多糖和固體基質(zhì)間的氫鍵，加快多糖溶出，縮短提取時(shí)間[14]。亞臨界水提供的能量可以通過降低解吸過程所需的活化能來中斷粘合性（溶質(zhì)-基質(zhì)）和內(nèi)聚性（溶質(zhì)-溶質(zhì)）之間的相互作用[15]，而升高壓力可以通過迫使水滲透到基質(zhì)（孔隙）中來幫助提取[16]。此外，亞臨界水對(duì)分子結(jié)構(gòu)具有一定的修飾和改性作用，有利于提高活性成分的生物活性[17]。

亞臨界水的萃取過程分為四個(gè)步驟：首先在高溫和高壓條件下，樣品基質(zhì)中不同活性位點(diǎn)的溶質(zhì)被亞臨界水解吸；其次將提取物擴(kuò)散到基質(zhì)中；隨后，根據(jù)樣品基質(zhì)的不同，溶質(zhì)從樣品基質(zhì)中分離到萃取液中；最后，從萃取液中洗脫和收集樣品[18]。研究表明，亞臨界水的萃取機(jī)理符合熱力學(xué)模型[19]。因此，可以通過提高溶解度和傳質(zhì)效果以及增加對(duì)表面平衡的破壞來提高亞臨界水的萃取效率[20]。隨著亞臨界水溫度的升高，其性質(zhì)不斷變化，溶解分析物的能力也隨之增強(qiáng)。在亞臨界水動(dòng)態(tài)提取過程中，水不斷地流入，可以提高傳質(zhì)效率，提高提取率。溫度升高可以克服由氫鍵、范德華力、基質(zhì)中活性位點(diǎn)和溶質(zhì)分子的偶極吸引力引起的溶質(zhì)基質(zhì)相互作用。此外，在高溫和高壓下材料表面被破壞，這也有利于物質(zhì)的提取[21]。當(dāng)水的溫度超過沸點(diǎn)時(shí)，需要施加足夠的壓力使其保持液態(tài)。壓力的存在可以進(jìn)一步促進(jìn)分析物從基質(zhì)孔隙中溶出[22]。

亞臨界水提取只用水做溶劑，無有機(jī)溶劑殘留，可以安全地用于食品、醫(yī)藥、保健品和化妝品。亞臨界水提取可以分為動(dòng)態(tài)提取模式和靜態(tài)提取模式，主要的影響因素有提取溫度、提取壓力、提取時(shí)間、料液比、顆粒尺寸等，其中溫度是最主要的影響因素[23]。

2 亞臨界水技術(shù)在多糖提取中的應(yīng)用

目前，亞臨界水技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于天然多糖的萃取，如果蔬多糖、食用菌多糖等。亞臨界水萃取不僅能夠提高多糖的提取率，縮短提取時(shí)間，還能夠較好地保留多糖的抗氧化、抗腫瘤等生物活性。除了單一使用亞臨界水技術(shù)提取多糖，還可將其與超聲、微波等方法聯(lián)合使用，提高提取性能。

2.1 亞臨界水提取果蔬中的多糖

果蔬是日常飲食中必不可少的一部分，富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，多糖是果蔬中一類重要的活性物質(zhì)。果蔬來源十分豐富，果蔬多糖的研究應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢(shì)。Liu等[24]采用亞臨界水提取法從棗中提取得到ZP1、ZP2和ZP3三種多糖組分，主要由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖和半乳糖醛酸組成。其中，ZP3由于高糖醛酸含量和低分子量表現(xiàn)出最強(qiáng)的抗氧化活性，而低分子量多糖的末端可能具有更多的還原性羥基作用于自由基。Liew等[25]采用動(dòng)態(tài)亞臨界水提取柚皮中的低甲氧基果膠，并發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量和提取速率主要受溫度影響。當(dāng)提取溫度120 ℃、提取壓力3 MPa時(shí)，果膠提取率最高為19.6%，且提取過程符合單點(diǎn)動(dòng)力學(xué)解吸模型（R2＞0.94）。此外，在動(dòng)態(tài)亞臨界水條件下水的pH降低替代酸性溶劑且長(zhǎng)時(shí)間暴露于壓力下促進(jìn)了低分子量果膠而不是高分子量果膠的形成，取代了傳統(tǒng)的兩步提取-脫酯化工藝。Peighambardoust等[26]比較了亞臨界水提取與傳統(tǒng)方法提取甜菜果肉多糖的差異。傳統(tǒng)方法的最佳條件為溫度90 ℃、時(shí)間240 min、pH1，果膠回收率為20.8%。亞臨界水法在提取溫度130 ℃，提取時(shí)間20 min，液固比30:1（v/w）條件下，果膠產(chǎn)量最高為20.7%。與傳統(tǒng)方法相比，提取時(shí)間顯著減少，且亞臨界水法提取的果膠中半乳糖醛酸含量、甲基化度、乙?；群桶⑽核岷烤^高，而分子量較低。Zhang等[27]研究了不同亞臨界水條件對(duì)蘋果渣果膠提取的影響，并闡明了提取條件與果膠多糖理化性質(zhì)之間的相互關(guān)系。其中，溫度在亞臨界提取中比提取時(shí)間起更重要的作用，在低溫區(qū)（100～120 ℃），果膠的提取作用明顯強(qiáng)于降解，提取的多糖以果膠為主，分子量、酯化度、半乳糖醛酸含量高，顏色呈淺灰色，具有用作凝膠、增稠劑和抗氧化補(bǔ)充劑的潛力。在中溫區(qū)（140 ℃），提取和降解作用達(dá)到平衡，果膠提取率最高，顏色趨于白色。而在高溫區(qū)（160～180 ℃），降解作用比提取作用強(qiáng)，提取的多糖中性糖含量增加，多糖呈深褐色，具有低表觀粘度和分子量、高溶解性和流動(dòng)性以及良好的體外抗氧化活性，適合開發(fā)功能性食品。劉煥燕等[28]和馬若影等[29]還利用亞臨界水優(yōu)化了無花果和紅心火龍果莖多糖的提取工藝并得到較好的抗氧化效果。

利用亞臨界水萃取技術(shù)提取果蔬中的多糖，不僅可以提高多糖的產(chǎn)量與生物活性，還能全面利用果蔬原料，對(duì)果蔬廢棄物（果蔬皮、籽、渣等）進(jìn)行回收利用，可以實(shí)現(xiàn)果蔬垃圾“減量化、無害化、資源化”利用，對(duì)提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、構(gòu)建低碳綠色環(huán)保生產(chǎn)模式具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 亞臨界水提取食用菌中的多糖

食用菌主要是指可供食用的蕈菌，包括香菇、平菇、金針菇、黑木耳、猴頭菇等。食用菌口感較好且含有很多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，多糖是食用菌中重要的活性成分，在菌絲、子實(shí)體、發(fā)酵液和菌渣中含量較多[30]，食用菌多糖因其抗氧化、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等活性受到廣泛關(guān)注。Li等[31]對(duì)亞臨界水提取法和熱水提取法提取的羊肚菌多糖進(jìn)行了比較，亞臨界水提取法得到的粗多糖得率為18.09%，高于熱水提取法（4.95%），且具有更高的純度以及更強(qiáng)的脂肪結(jié)合能力。兩者含有相同的單糖組成且主要化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有改變，但具有明顯不同的分子量和微觀結(jié)構(gòu)，其中亞臨界水萃取后多糖分子量降低。生物活性測(cè)定結(jié)果表明，亞臨界水提取法提取的羊肚菌多糖具有較強(qiáng)的體外抗氧化和免疫調(diào)節(jié)活性，能顯著促進(jìn)RAW264.7細(xì)胞增殖和NO生成。Rizkyana等[32]采用不同溫度（120～200 ℃）的亞臨界水提取平菇多糖，并對(duì)不同條件下獲得的多糖進(jìn)行硫酸化修飾。結(jié)果表明，隨著溫度升高，平菇多糖的提取率先增加后減少，在180 ℃時(shí)具有最高的提取率20.35%。在此條件下通過化學(xué)修飾得到的硫酸多糖具有較好抗凝活性和抗氧化活性，且對(duì)HaCaT和HEK293正常細(xì)胞系的細(xì)胞毒性相對(duì)較低。Zhang等[33]研究了不同亞臨界水提取條件對(duì)香菇多糖的結(jié)構(gòu)和生物活性的影響。不同條件下獲得的香菇多糖均為雜多糖，由葡萄糖、甘露糖和半乳糖組成，但摩爾比不同。多糖的分子量隨著溫度升高先升高再降低，在150 ℃作用15 min后得到的多糖三螺旋結(jié)構(gòu)消失。不同亞臨界水條件下獲得的多糖對(duì)HepG2細(xì)胞和MCF-7cells均具有明顯的體外抗腫瘤活性。

亞臨界水微環(huán)境對(duì)食用菌多糖的結(jié)構(gòu)和生物活性具有極其重要的影響。不同提取條件下得到的多糖分子量有明顯差異，當(dāng)溫度過高時(shí)，多糖的三螺旋結(jié)構(gòu)和一些糖苷鍵被破壞。因此，未來可以通過改變亞臨界水微環(huán)境來開發(fā)一種更可控、更有效的多糖提取方法。

2.3 亞臨界水提取中藥材中的多糖

中藥材來源廣泛，且與化學(xué)合成藥物相比毒副作用較小，近年來對(duì)中藥材的研究不斷深入。中藥材中的天然活性成分是其防治疾病的基礎(chǔ)，其中，多糖物質(zhì)具有保肝、抗氧化等重要的生物活性。Luo等[34]采用亞臨界水技術(shù)提取蛹蟲草多糖，提取率為7.13%，高于堿提取法、微波輔助提取法、索氏提取法和熱水提取法。用DEAE-52和Sephadex G-100層析純化獲得兩種多糖組分，體外免疫活性試驗(yàn)表明這兩種多糖組分能與ConA或LPS協(xié)同顯著刺激淋巴細(xì)胞的增殖。Zhang等[35]研究了亞臨界水、水和乙醇提取三種人參中的糖、蛋白質(zhì)和多酚等活性成分。其中，當(dāng)提取溫度為200 ℃時(shí)，亞臨界水提取人參多糖提取率為67.87%，顯著高于水提法和乙醇提取法。Liu等[36]采用亞臨界水技術(shù)提取石斛多糖，采用響應(yīng)面法確定最佳試驗(yàn)條件為提取溫度129.83 ℃、提取時(shí)間16.71 min和提取壓力1.12 MPa，多糖提取率最高可達(dá)21.88%，顯著高于攪拌、回流、超聲提取法，且提取的多糖具有較好的羥基自由基和ABTS自由基清除活性。Limsangouan等[37]采用亞臨界水提取羅望子種子木聚糖，在175 ℃條件下提取率最高，可達(dá)62.28%，與傳統(tǒng)提取方法相比，亞臨界水提取木聚糖得率較高且純度較高，分子量減小、黏度降低、總酚含量和抗氧化能力下降。Zhao等[38]采用響應(yīng)面法優(yōu)化亞臨界水提取葛根中活性成分的工藝參數(shù)，最佳提取條件為：提取溫度141 ℃、提取時(shí)間58 min、液料比為23:1 mL/g，在此條件下，活性成分提取率為28.9%；與熱水提取法和乙醇回流提取法相比，亞臨界水提取率最高，并且能顯著提高總多糖產(chǎn)量。Cheng等[39]利用亞臨界水強(qiáng)化提取Semen richonsanthis中的多糖，在提取溫度140 ℃、提取時(shí)間10 min、載水量4 mL的條件下的多糖產(chǎn)率最高為0.474%，與超聲和加熱回流提取相比具有更高的提取率、抗氧化活性和對(duì)HeLa細(xì)胞的體外抑制作用。此外，亞臨界水和超聲提取對(duì)提取物細(xì)胞壁的破壞作用更大，而加熱回流提取則能夠保持相對(duì)完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

為了從中藥材中提取多糖等活性成分，人們開發(fā)了各種提取方法，其中，使用乙醇或有機(jī)溶劑的傳統(tǒng)方法被廣泛使用。然而，這些傳統(tǒng)方法大多耗時(shí)長(zhǎng)、能源效率低，并且涉及一些對(duì)環(huán)境或人類健康具有潛在毒性的有機(jī)溶劑。因此，亞臨界水萃取技術(shù)作為一種加工成本低、操作條件溫和、加工時(shí)間短、溶劑環(huán)保的新型萃取技術(shù)在中藥材活性成分的提取利用中有著至關(guān)重要的作用。

2.4 亞臨界水提取谷物多糖

谷物含有蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，人類生長(zhǎng)和生命活動(dòng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)很大一部分是從谷物中獲取的。谷物加工會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品仍用于低價(jià)值應(yīng)用，例如動(dòng)物飼料或材料填料。谷糠因其富含有價(jià)值的生物分子如細(xì)胞壁多糖和酚類物質(zhì)，成為第二代生物精煉廠的寶貴原料，而谷物細(xì)胞壁中的非淀粉多糖是其中十分重要的一種活性成分。Ruthes等[40]采用亞臨界水從小麥、黑麥和大麥的麩質(zhì)中提取多糖并進(jìn)行比較，結(jié)果表明亞臨界水提取能夠分離出具有目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)的細(xì)胞壁多糖，隨著提取時(shí)間的推移，提取物從富含葡聚糖轉(zhuǎn)變?yōu)楦吆康陌⑽乎；⒗揪厶牵瑥亩a(chǎn)生顯著的自由基清除活性。Li等[41]以麥麩為原料，利用亞臨界水和酶法交聯(lián)制備多種阿拉伯木聚糖水凝膠，采用亞臨界水萃取法從麥麩中提取阿拉伯木聚糖，并與水萃取法和堿萃取法進(jìn)行比較，亞臨界水提取的阿拉伯木聚糖具有更高的分子量，阿魏酸等組分也較多，交聯(lián)能力更強(qiáng)，而阿拉伯木聚糖的連接模式相似。Benito-Roman等[14]利用加壓熱水提取糯性大麥中的β-葡聚糖，研究了提取溫度、提取時(shí)間和提取壓力對(duì)糯性大麥中β-葡聚糖提取率、分子量的影響，當(dāng)提取溫度為155 ℃，提取時(shí)間為18 min，提取壓力為5 MPa時(shí)，β-葡聚糖的分子量和提取率均達(dá)到最大值，提取率為53.7%，平均分子量為200 kDa。與傳統(tǒng)提取方法相比縮短了提取的時(shí)間，也大大提高了β-葡聚糖的分子量。Yoo等[42]利用亞臨界水提取燕麥粉中的β-葡聚糖，并研究了提取溫度對(duì)中試亞臨界水提取中β-葡聚糖和羥甲基糠醛含量的影響，評(píng)估β-葡聚糖的規(guī)?；崛〉目尚行浴?shí)驗(yàn)室規(guī)模最佳提取條件為提取溫度200 ℃，pH4.0，提取時(shí)間10 min，燕麥粉粒徑425～850 μm，在此條件下β-葡聚糖提取率為6.98%，是60 ℃熱水提取3 h的2倍以上。然而，在高溫條件下β-葡聚糖則會(huì)降解為5-羥甲基-2-糠醛。因此，控制適當(dāng)?shù)奶崛囟瓤墒箒喤R界水法萃取多糖達(dá)到最佳效果。Zhang等[43]采用亞臨界水預(yù)處理從芝麻皮中提取纖維素并與傳統(tǒng)堿預(yù)處理比較，兩種預(yù)處理方法提取纖維素的提取率無顯著差異，但亞臨界水預(yù)處理提取的樣品結(jié)晶度更高，直徑更小，熱穩(wěn)定性更好。

谷物是人類主要的食物資源，又是重要的工業(yè)原料。利用亞臨界水技術(shù)對(duì)谷物副產(chǎn)物進(jìn)行綜合開發(fā)和利用，可使其綜合利用得到進(jìn)一步發(fā)展，而且還可增加產(chǎn)品的附加值，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，相比于其他提取技術(shù)，亞臨界水提取的產(chǎn)物具有更好的性質(zhì)。

2.5 亞臨界水提取海洋產(chǎn)品中的多糖

海產(chǎn)品資源十分豐富，海藻等海產(chǎn)品中含有豐富的褐藻多糖、卡拉膠、瓊脂和海藻酸鹽等，是良好的天然多糖的來源。越來越多的海產(chǎn)品多糖被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。Getachew等[44]利用亞臨界水提取牡蠣多糖，得到最佳提取條件為提取溫度125.01 ℃，提取時(shí)間14.93 min，液固比44.69:1 mL/g，多糖的得率可達(dá)到18.66%。該牡蠣多糖由葡萄糖組成、α-（1→4）糖苷鍵連接的D-葡聚糖，且具有較好的抗氧化、抗高血壓和抗糖尿病活性。Saravana等[45]優(yōu)化了亞臨界水提取Saccharina japonica（Areschoug）中褐藻多糖的工藝條件，當(dāng)提取溫度為127.01 ℃，提取壓力為8 MPa，液固比為25:1 mL/g，攪拌速度為300 r/min，反應(yīng)時(shí)間為11.98 min時(shí)，褐藻多糖的產(chǎn)率為13.56%。提取的褐藻多糖還具有良好的抗氧化、抗有絲分裂和抗增殖活性，并認(rèn)為利用亞臨界水萃取褐藻多糖可能是工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)褐藻糖膠的首選方法。Alboofetileh等[46-47]優(yōu)化了Nizamuddinia zanardinii中硫酸多糖的提取工藝條件，并與酶、超聲、微波、超聲-微波復(fù)合和熱水提取方法進(jìn)行對(duì)比，最佳提取條件為：提取時(shí)間29 min，提取溫度150 ℃，料液比21:1 g/mL。在此條件下，褐藻多糖的得率為25.98%，并具有抗氧化、抗癌和免疫調(diào)節(jié)活性。與其他方法相比，亞臨界水提取率最高。Bordoloi等[48]優(yōu)化了亞臨界水提取Ecklonia maxima中生物活性成分的工藝條件。在提取溫度120 ℃，提取時(shí)間5 min，液料比30:1 mL/g條件下，多糖得率最高為58.25%，硫酸鹽含量為48.53 mg SO42-/g，海藻酸鹽含量為15.65%。

海洋產(chǎn)品多糖以硫酸多糖為主且具有更好的生物活性。在亞臨界水環(huán)境下提取得到的硫酸多糖產(chǎn)量高、活性強(qiáng)，而硫酸基團(tuán)取代度則降低[47]。而石德玲等[49]則認(rèn)為海參硫酸多糖在高溫高壓條件下未見明顯降解，且在121 ℃加熱加壓條件下降解并不會(huì)導(dǎo)致海參硫酸多糖上硫酸根的脫落。這一結(jié)果與Lahrsen等[50]和Morimoto等[51]的研究結(jié)果一致。因此，亞臨界水萃取技術(shù)對(duì)海洋產(chǎn)品硫酸多糖的作用還有待進(jìn)一步研究。

2.6 亞臨界水提取其他種類原料中的多糖

亞臨界水萃取技術(shù)除被應(yīng)用在果蔬多糖、食用菌多糖、中藥材多糖、谷物多糖和海洋產(chǎn)品多糖等的提取外，在茶多糖、堅(jiān)果多糖等提取中也廣泛應(yīng)用。Munoz-Almagro等[52]比較了亞臨界水法和檸檬酸法從可可豆殼副產(chǎn)品中提取果膠，亞臨界水提取具有更高的效率、半乳糖醛酸含量和甲酯化程度，與檸檬酸法相比，在更短的時(shí)間內(nèi)獲得了更高的提取率，且含有的雜質(zhì)較少。顧艷耿等[53]采用亞臨界水提取法提取茶多糖，并與熱水浸提法進(jìn)行比較。亞臨界水提取法的得率為5.86%，高于熱水浸提法，且縮短了提取的時(shí)間。同時(shí)，兩者具有相似的抗氧化能力和保護(hù)修復(fù)DNA損傷作用。Gu等[54]利用熱水、超聲波輔助和亞臨界水三種方法提取慈姑多糖，與熱水、超聲波輔助提取相比，亞臨界水提取的多糖的糖醛酸含量更高，Zeta電位更大，有更好的穩(wěn)定性，且體外抗氧化活性和免疫調(diào)節(jié)活性更好。Rincon等[55]采用連續(xù)亞臨界水提取月桂樹修剪廢棄物多糖，并用于制備雜化殼聚糖膜，連續(xù)亞臨界水提取能夠保留多糖附著的功能性酚酸，改善薄膜的阻水性能、光學(xué)性能和清除自由基的能力，并保持殼聚糖的抗菌活性。

2.7 亞臨界水提取多糖的輔助強(qiáng)化方法

將亞臨界水提取技術(shù)與超聲、微波等方法聯(lián)合使用，通過協(xié)同作用提取多糖，能夠明顯提高多糖產(chǎn)率和生物活性。

超聲波能夠在介質(zhì)中產(chǎn)生熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)等，破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)多糖的溶出，提高多糖的提取率[56]。Zhang等[57]利用亞臨界水-超聲波兩步萃取法（USWE）提取香菇多糖，在提取溫度140 ℃，提取時(shí)間40 min，料液比25:1 mL/g，超聲功率190 W條件下，多糖的提取率達(dá)17.34%。與亞臨界水、超聲波和熱水提取法相比，亞臨界水-超聲波兩步萃取法獲得的多糖具有更好的抗氧化活性。此外，四種樣品單糖組成的摩爾比不同，形態(tài)存在顯著差異，表明USWE是一種從香菇中提取和分離多糖的有效技術(shù)。Zhao等[58]優(yōu)化了超聲強(qiáng)化亞臨界水萃取枸杞多糖的工藝，當(dāng)提取溫度、時(shí)間、料液比、超聲功率為100 ℃、53 min、26:1 mL/g、160 W時(shí)，多糖提取率最高為5.728%，與熱水、超聲波和亞臨界水提取相比，該方法預(yù)處理簡(jiǎn)單、萃取率高，且能較好的保留枸杞多糖的抗氧化性。Yan等[59]對(duì)比了亞臨界水、亞臨界檸檬酸水溶液、超聲輔助亞臨界檸檬酸水溶液提取麥麩中可溶性膳食纖維。超聲輔助亞臨界檸檬酸水溶液提取的提取率和碳水化合物含量最高，提取的可溶性膳食纖維分子量低、粒徑小、更均勻，具有更好的熱穩(wěn)定性、體外抗氧化活性和α-淀粉酶抑制活性。

微波輻射會(huì)使細(xì)胞內(nèi)的水分子獲取大量熱量，細(xì)胞中水分子蒸發(fā)會(huì)對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生巨大的壓力，導(dǎo)致細(xì)胞壁擴(kuò)張破裂，加快多糖從細(xì)胞中溶出[60]。杜易平等[61]通過微波輔助亞臨界萃取楊黃多糖，得到在壓強(qiáng)、料水比、萃取時(shí)間、微波功率分別為1.0 MPa、1:20、8 min、400 W時(shí)，粗多糖得率為19.68%，高于傳統(tǒng)的加熱回流提取法得率。此外，可以在亞臨界水中添加適量的乙醇、二氧化碳和酶等綠色添加劑提高提取性能，改變亞臨界水的性質(zhì)。Saravana等[62]在亞臨界水中加入深共晶溶劑提高了褐藻多糖的提取率，在提取溫度150 ℃、提取壓力1.985 MPa、含水量70%、液固比36.81:1 mL/g時(shí)為最佳提取條件，此條件下褐藻多糖提取率為14.93%。Klinchongkon等[63]研究了乙醇添加量對(duì)亞臨界水提取西番蓮果皮果膠的影響。結(jié)果表明，亞臨界水法提取可獲得低分子量的果膠多糖，且隨著乙醇含量的增加，提取的果膠中抗氧化物質(zhì)增多，果膠的抗氧化性增強(qiáng)。

通過亞臨界萃取技術(shù)與其他技術(shù)手段聯(lián)用，可以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，提高多糖產(chǎn)量的同時(shí)增加其活性功能。此外，綠色添加劑的使用可以改變亞臨界水的性質(zhì)，并大量獲得理想結(jié)構(gòu)的目標(biāo)多糖。因此，如何選取與亞臨界水萃取技術(shù)聯(lián)用手段和更好的添加劑是未來探索的方向。

3 亞臨界水對(duì)多糖的改性作用

利用亞臨界水還可以對(duì)多糖進(jìn)行改性，改變多糖的物理化學(xué)性質(zhì)及生物活性。Yu等[64]采用亞臨界水對(duì)南瓜多糖進(jìn)行改性。亞臨界水處理能有效降解南瓜多糖并改變其分子量分布。亞臨界水處理的南瓜多糖特性粘度、粘均分子量和表觀粘度降低，活化能和乳化活性增加，抗氧化活性增強(qiáng)。Khajavi等[65]采用管式反應(yīng)器研究了麥芽糖在亞臨界水中的分解過程。麥芽糖的分解是連續(xù)進(jìn)行的，溫度越高，麥芽糖的分解速度越快。隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，溶液pH降低，麥芽糖分解速率加快。Oomori等[66]采用管式反應(yīng)器測(cè)量由兩個(gè)葡萄糖殘基或葡萄糖、果糖或半乳糖殘基組成的二糖在亞臨界水中的水解。二糖在亞臨界水中水解的敏感性在很大程度上取決于單糖組成和糖苷鍵的類型。降解速率常數(shù)可能與糖苷氧原子的靜電勢(shì)電荷有關(guān)。二糖在亞臨界水中的水解具有焓-熵補(bǔ)償，水解基本上按照相同的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行。Getachew[17]利用亞臨界水技術(shù)（180 ℃/220 ℃；3/6 MPa）對(duì)咖啡多糖進(jìn)行改性，改性后的多糖具有較好的抗氧化活性和DNA保護(hù)作用，且改變了多糖的結(jié)晶度與熱特性。因此，多糖的亞臨界水修飾可以作為一種綠色、高效的方法，對(duì)天然多糖的結(jié)構(gòu)和分子進(jìn)行改變，以增強(qiáng)其生物功能。

亞臨界水對(duì)多糖的糖苷鍵具有一定破壞作用，可以在一定條件下使某些糖苷鍵斷裂。然而，對(duì)于亞臨界水對(duì)糖苷鍵作用機(jī)制的研究較少，亞臨界水是否可以在某一特定的溫度和壓力條件下使特定的糖苷鍵斷裂還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

多糖具有十分重要的生理活性，其生物活性與其結(jié)構(gòu)特征具有密切聯(lián)系。多糖的提取是多糖應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是關(guān)鍵的一步。在研究多糖提取技術(shù)時(shí)，不僅要考慮提高多糖的提取率，還要對(duì)多糖結(jié)構(gòu)的進(jìn)行表征、測(cè)定生物活性，并探究多糖結(jié)構(gòu)和生物活性間的關(guān)系，在保證多糖提取率的同時(shí)更好地發(fā)揮其生物活性。亞臨界水提取技術(shù)具有環(huán)境友好、萃取率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于多糖的提取。將亞臨界水提取技術(shù)與超聲波、微波輔助等方法協(xié)同作用能進(jìn)一步提高提取效能。但是亞臨界水提取也存在一些局限性，且不易精準(zhǔn)控制提取溫度與壓力，有待進(jìn)一步完善。一方面在高溫高壓條件下某些大分子物質(zhì)可能會(huì)發(fā)生降解，在亞臨界水中適當(dāng)添加綠色添加劑能夠提高提取率、抑制大分子物質(zhì)水解，可以進(jìn)一步探究綠色添加劑的種類以及添加量，提高亞臨界水提取的提取效能；另一方面，亞臨界水提取目前還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，缺少大規(guī)模的亞臨界水提取設(shè)備，需要加強(qiáng)進(jìn)一步研究，將亞臨界水提取應(yīng)用于工業(yè)化大規(guī)模提取。除了用于多糖的提取，亞臨界水還可用于多糖的改性，而在不同亞臨界水狀態(tài)下制備的多糖具有不同的理化性質(zhì)與結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)現(xiàn)有的亞臨界技術(shù)文獻(xiàn)，亞臨界水對(duì)生物活性化合物的提取具有良好的選擇性，可用于通過控制溫度和壓力來提取不同的目標(biāo)多糖。此外，亞臨界水高溫高壓環(huán)境對(duì)多糖糖苷鍵及鏈構(gòu)像也具有一定影響，而這種影響是導(dǎo)致多糖（三級(jí)）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的重要因素，同時(shí)，多糖的活性功能隨多糖的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而發(fā)生變化。因此，加強(qiáng)對(duì)亞臨界水提取多糖的相關(guān)研究，有望能夠針對(duì)性地獲得多糖?；趤喤R界技術(shù)的潛力和前景，未來的研究應(yīng)該集中在亞臨界水制備目標(biāo)多糖以及大規(guī)模運(yùn)營(yíng)和工業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)上，使亞臨界技術(shù)在食品工業(yè)中得到有效應(yīng)用。