植物多酚綠色提取技術(shù)研究進(jìn)展

周 婉，魏婉倩，李 猛，鮑妮娜，2，袁維風(fēng)，翟科峰，2

（1. 宿州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2. 安徽省皖北道地藥材開發(fā)與高值化利用工程研究中心，安徽宿州 234000）

0 引言

植物多酚具有酚官能基團(tuán)，是一類廣泛存在于植物體內(nèi)具有多元酚結(jié)構(gòu)的次生代謝物[1]。植物多酚可分為類黃酮類和非類黃酮類兩大類，其中類黃酮類化合物包括橙酮、花色素、蘆丁、兒茶素，而酚酸和木酚素等物質(zhì)則屬于非黃酮類化合物的范疇。Mignolet A 等人[2]研究表明，植物多酚及其衍生物已經(jīng)超過8 000 種。與此同時，學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)植物多酚具有抗氧化性（清除自由基）[3]、抗炎（促炎細(xì)胞因子表達(dá)地抑制）[4]、改善免疫功能（激活免疫細(xì)胞信號通路，促進(jìn)免疫細(xì)胞分泌）[5]和抑菌[6]等多種生物學(xué)功能，又加之，植物多酚具有廣泛性和來源豐富等優(yōu)點，日漸被學(xué)者所重視并成為研究熱點。

植物多酚的提取通常采用煎煮、回流、索氏提取等傳統(tǒng)提取方法，所用溶劑除水外，普遍使用甲醇、乙醇和乙酸乙酯等有機(jī)溶劑，故往往存在提取效果不佳和環(huán)境污染等問題。隨著科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多現(xiàn)代提取技術(shù)，較之前的傳統(tǒng)提取，不論從多酚得率還是節(jié)約能耗方面都有了很大的提升。除了在提取技術(shù)和方法上有所提升外，在溶劑方面也有所突破，將從以下幾個方面進(jìn)行綜述，以期為植物多酚的進(jìn)一步開發(fā)利用打下良好基礎(chǔ)。

1 傳統(tǒng)提取技術(shù)

溶劑萃取法是最為常見和傳統(tǒng)的多酚提取方法之一，利用系統(tǒng)中組分在溶劑中有不同的溶解度將目標(biāo)物質(zhì)分離出來。植物多酚結(jié)構(gòu)中含有屬于極性基團(tuán)的酚羥基，因此羥基數(shù)目和位置的不同決定了其具有不同的溶解能力，又因其屬于多羥基的結(jié)構(gòu)特點，且其通常以大分子復(fù)合物或者是單體混合物的形式存在，因此其浸提效果的好壞與溶劑的極性相關(guān)，主要依據(jù)了相似相溶的原理，為了得到更好的浸提效果，可采用混合溶劑按照不同的配比方式配制來提取植物中多酚類物質(zhì)，這也決定了所得到的物質(zhì)類型不同，生物活性也有差異[7-8]。

2 現(xiàn)代提取技術(shù)

2.1 超臨界流體萃取技術(shù)

超臨界流體萃取技術(shù)具有操作簡單、萃取效率高和產(chǎn)品性能穩(wěn)定等優(yōu)點[9]，因此可被廣泛應(yīng)用于植物多酚提取中。由于植物多酚中含有多羥基的結(jié)構(gòu)特性，決定了其分子具有極性強的特性，也決定了其在CO2流體中的溶解度會較低，可通過添加諸如乙醇等極性較強的夾帶劑用以提高植物多酚的溶解性，從而達(dá)到提高目標(biāo)產(chǎn)物的目的。CO2，N2O 和乙烷等均為較常用的超臨界流體，而CO2因其具有相對較低的臨界溫度，因此可在較低的溫度下實現(xiàn)多酚的萃取，以此保護(hù)多酚結(jié)構(gòu)避免受破壞而在多酚提取中被廣泛使用。董新艷等人[10]利用超臨界CO2對綠蘿的多酚類物質(zhì)提取進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)在萃取壓力28 MPa，萃取溫度50.4 ℃和乙醇（體積分率） 67%的水溶液為夾帶劑的條件下進(jìn)行提取，綠蘿多酚的含量可達(dá)11.015±0.150 mg/g。相較于李文茂等人[11]采用傳統(tǒng)回流提取得到0.976%的綠蘿多酚提取率顯得更為高效。關(guān)海寧等人[12]研究了超臨界CO2在玉米須多酚提取中的應(yīng)用，其采用了中心組合的優(yōu)化設(shè)計方法，結(jié)果表明，當(dāng)在37 MPa 萃取壓力，55 ℃萃取溫度和76%乙醇（體積分率） 水溶液為夾帶劑的條件下進(jìn)行提取，玉米須多酚提取含量可達(dá)8.54 mg/g。超臨界流體萃取技術(shù)，因其具有高效、環(huán)保、操作簡單等特點而被廣泛地在實驗室研究中使用，但其提取成本昂貴，又不能實現(xiàn)連續(xù)萃取，限制了其在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。

2.2 亞臨界水萃取技術(shù)

亞臨界水萃取技術(shù)，是一種植物多酚分離提取研究中的新興萃取技術(shù)，水是一種易得、成本低、無毒和無污染且環(huán)境友好型溶劑；其作用原理使水溫介于亞臨界狀態(tài)下，增加其滲透性的同時仍保持水的液態(tài)狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下的水具有較低的介電常數(shù)，使一些多酚類物質(zhì)溶解度明顯增加更利于分離提取，因此可以用于目標(biāo)物質(zhì)的提取[13-15]。唐仕榮等人[16]研究了5 種不同提取方法對余甘子中多酚類物質(zhì)提取的影響，結(jié)果表明，亞臨界水萃取與其他4 種提取方法提取得到的多酚成分具有較為明顯的差異性，其萃取得到的沒食子酸含量顯著高于其他4 種方法，充分說明其萃取組分的純度相對更高些，更有利于后續(xù)的分離純化操作。劉軒墀[17]研究發(fā)現(xiàn)，通過該方法得到的總酚含量可達(dá)746.71±3.35 mg GAE/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)提取方法。不僅如此，該方法提取得到的物質(zhì)的抗氧化性也均顯著高于傳統(tǒng)提取方法。顏征[18]研究蓮房多酚時采用亞臨界水萃取蓮房中多酚類物質(zhì)，并與傳統(tǒng)水萃取進(jìn)行比較；并且利用還原力測定、清除DPPH，ABTS+和NO2-活性評價的多酚物質(zhì)體外清除自由基和抗氧化活性。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)熱水萃取相比，亞臨界水萃取法在最佳條件下多酚物質(zhì)的得率為178.32 mg GAE/g DW 遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)熱水萃取（146.15 mg GAE/g DW） 且具有更好的還原能力和自由基清除活性。

2.3 酶解法輔助提取技術(shù)

酶解法主要的作用原理為在酶解作用下，植物基質(zhì)被破壞，胞內(nèi)物質(zhì)暴露，使其中的有效成分更易于溶解到提取體系中[19]。該方法具有提取效率高、提取條件溫和等優(yōu)點，因此可基本上保持植物多酚的天然構(gòu)象[1]。王榮芳等人[20]對蒙古櫟實殼的研究中發(fā)現(xiàn)，酶解法提取得到的多酚和黃酮含量均高于其他3 種方法，且該方法得到的提取物的體外抗氧化作用最強。研究結(jié)果表明，酶解法可以用于蒙古櫟實殼中活性物質(zhì)的開發(fā)利用。呂俊麗等人[21]研究了酶解法在莜麥多酚提取中的應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用纖維素酶和α -淀粉酶（1∶1） 作為復(fù)合酶，添加量0.8%，溫度55 ℃，pH 值5.0 的條件下酶解80 min，多酚類物質(zhì)得率可達(dá)2.950 mg/g，且比在同樣條件下的微波輔助提取得率高。雖然酶解法作用條件相對較為溫和，但在酶解過程中的條件要求相對比較嚴(yán)格，主要是為了能夠保證酶活。

2.4 超聲輔助提取技術(shù)

超聲細(xì)胞輔助法提取主要方向是如何將高頻超聲波技術(shù)產(chǎn)生出的超空化、粉碎、攪拌等各種綜合效應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于到細(xì)胞破壞其細(xì)胞壁，以此可加強到細(xì)胞腔內(nèi)有效物質(zhì)分子的快速釋放與高效擴(kuò)散，也加速促進(jìn)了體內(nèi)有效生物成分物質(zhì)的有效浸出。例如，武蕓等人[22]利用了該新技術(shù)方法研究出了其用于對黑果枸杞多酚成分的快速提取，同時還與溶劑提取法等進(jìn)行研究了對比。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)在各自的最優(yōu)工藝條件下，該方法提取的多酚得率約為39.684 5 mg/g，相較于溶劑提取法所得到35.902 1 mg/g 要高，且提取過程中使用的溶劑量較溶劑法要少。該研究為超聲輔助提取技術(shù)在黑果枸杞的開發(fā)和應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。茹月蓉等人[23]采用了該方法技術(shù)來提取青岡櫟果殼多酚，得到的其提取物最佳且該提取物也具有相對較強的生物體外生物抗氧化作用能力，其生物鐵氧還原作用能力強和生物氧自由基的吸收分解能力等均遠(yuǎn)高于常規(guī)商業(yè)用抗氧化劑BHT，該項目研究工作為開發(fā)青岡櫟果殼提取物作為一種天然活性抗氧化劑資源研究奠定了扎實的科學(xué)基礎(chǔ)。

2.5 微波輔助提取技術(shù)

微波輔助生物提取技術(shù)微波的作用機(jī)理主要是利用了微波能量的熱效應(yīng)，導(dǎo)致植物細(xì)胞組織內(nèi)的極性物質(zhì)分子在被吸收了微波的能熱后還會迅速氧化產(chǎn)生極大量能熱，促使植物細(xì)胞組織內(nèi)部的溫度快速上升，從而加速了細(xì)胞破裂，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)多酚類物質(zhì)溶解到提取體系中[24]。目前，該新技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于多酚植物提取工程中，如凌霄花、石榴皮、山核桃、桔梗根、蓮子殼等。回學(xué)寬[25]對蓮子殼多酚的提取研究結(jié)果表明，最佳條件為1∶25，50 s，700 W，50%的乙醇提取劑，蓮子殼多酚的提取率可達(dá)到7.71%，要高于纖維素酶輔助提取（7.14%），并通過紅外光譜驗證微波處理和纖維素酶處理對蓮子殼多酚結(jié)構(gòu)均未造成影響。李敬等人[26]首次提出采用微波輻照技術(shù)輔助進(jìn)行銀杏提取反應(yīng)的試驗評價方法，分析研究了其微波照射對銀杏提取物葉黃酮的銀杏提取反應(yīng)過程參數(shù)的最直接影響。結(jié)果表明，當(dāng)采用體積分?jǐn)?shù)為80%以下的乙醇水溶液作為銀杏提取劑，料液比一般均為1∶20，微波時間和功率設(shè)置為15 s 和640 W 時，黃酮的提取率可達(dá)到最高值6.82%。

3 新型提取溶劑

3.1 離子液體

離子液體是一種新型提取溶劑，因其具有揮發(fā)性低、對環(huán)境良好等特性而被作為“綠色”溶劑，廣泛應(yīng)用于植物活性物質(zhì)提取中，主要依賴于其與植物活性成分可進(jìn)行諸如氫鍵、疏水和偶極-偶極相互作用等。張文婷等人[27]研究了超聲離子液體法在甘薯葉片多酚物質(zhì)分離提取純化中取得的成果應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在超聲技術(shù)輔助的作用環(huán)境下，咪唑類離子液體的提取分離效果最好，這極可能又是其本身與甘薯葉片多酚化合物形成的氫鍵作用幅度更大所致。離子液體設(shè)為三溴化物1-氟乙基-或3-氯甲基咪唑，濃度應(yīng)設(shè)置為＞0.4 mol/L，料液比選取1∶40，提取時間40 min 時，其多酚得率可達(dá)55.614 mg/g。

3.2 低共熔溶劑

低碳共價熔解溶劑其主要化學(xué)作用機(jī)理主要為分子鏈間產(chǎn)生氫鍵作用，因此該反應(yīng)溶劑可由氫鍵受體分子和氫鍵供體組成，因其具有低成本、環(huán)境友好和生物可降解等特性而在近年來被作為“綠色”溶劑用于植物中有效成分的提取，如植物多酚、黃酮等。郭俊彤[28]課題組采用超聲波輔助低熔點共聚熔液溶劑反應(yīng)的試驗方法對覆盆子中的多酚類提取制備工藝設(shè)計進(jìn)行了試驗研究，并主要通過響應(yīng)面進(jìn)行了工藝優(yōu)化與設(shè)計。結(jié)果表明，當(dāng)超聲功率420 W，料液比1∶45，以氯化膽堿和乳酸作為試劑（含水量50%） 的條件下，提取50 min，覆盆子多酚含量可達(dá)95.08 mg GAE/g DW，其提取量約為水的2 倍，該條件下的黃酮得率也高于有機(jī)試劑的提取量。該研究也為覆盆子多酚的提取技術(shù)提出了許多新研究的理論思路模式和試驗方法。

3.3 甘油

甘油因具有溫和低殘毒、低成本和幾乎無需化學(xué)去除雜質(zhì)等諸多特性而經(jīng)常被科學(xué)家視為“綠色”溶劑廣泛應(yīng)用于各種植物油脂中多種活性物質(zhì)成分的精制提取加工中，包含有天然多酚類化合物、黃酮類激素和類木質(zhì)素等。陳向陽等人[29]采用甘油醇作為主溶劑，聯(lián)合高剪切分散乳化提取技術(shù)可應(yīng)用于白及須根多酚素的分離提取中。Bao N N 等人[30]同樣以甘油作為溶劑，聯(lián)合超聲波技術(shù)將其應(yīng)用于蓮房多酚的提取中。黃皓等人[31]采用甘油水溶液作為溶劑，探究了其在米糠多酚提取中的應(yīng)用，結(jié)果表明甘油可以作為溶劑提取米糠中的多酚。

4 結(jié)語

植物多酚因其具有廣泛性和來源豐富等優(yōu)點而逐漸成為研究熱點。所以，提高提取植物多酚的工藝效率，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。因為多酚的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易萃取分離使提取難度增加。雖然許多新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)運而生，但并沒有被普及實施。提取開發(fā)利用方面仍存在許多問題亟待解決：①提取技術(shù)不成熟，難以工業(yè)化生產(chǎn)；②提取工藝不成熟，難以推廣至市場；③在追求產(chǎn)率、純度及活性的同時, 有機(jī)溶劑、重金屬離子及低毒小分子殘留等安全問題在植物多酚應(yīng)用于食品、藥品、化妝品等行業(yè)領(lǐng)域過程中都有待進(jìn)一步研究。因此，持續(xù)開發(fā)新型提取方法，選擇更為綠色友好、無毒高效的理想材料或溶劑仍然是未來多酚能夠進(jìn)一步得到個性化開發(fā)和高值化應(yīng)用的研究目標(biāo)。