黃酮類化合物提取方法概述

李 偉

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江 齊齊哈爾 161005；

2.黑龍江省草原與牧草育種重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

0 引言

黃酮類化合物具有多種生物活性，如抗炎、抗氧化、抗病毒、抗菌等[1]。由于天然的無抗屬性，其在食品、醫(yī)藥、保健品、化妝品、飼料添加劑等領(lǐng)域都引起了極大關(guān)注，但如何將其從植物中高效提取出來，仍是急需解決的問題，回顧、分析和討論了多種回收（提取） 黃酮類化合物的方法，描述了提取方法的進展和未來將會面對的挑戰(zhàn)，為其進一步開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 黃酮類化合物的分類

黃酮類化合物通常由2 個苯環(huán)和中心三碳形成，根據(jù)雜環(huán)的連接部位、氧化程度和三碳的不飽和度等[2]，分為以下幾個亞類：黃酮類（Flavones）、黃酮醇類（Flavonols）、黃烷酮類（Flavanones）、黃烷醇類（Flavanol）、異黃酮類（Isoflavones）、花青素類（Anthocyanins）、查爾酮類（Chalcones）[3-4]。

2 黃酮類化合物的提取方法

黃酮類化合物中的極性苷元或類黃酮糖苷常用純醇或水- 乙醇混合物提取，對于極性較小的類黃酮，常用氯仿、二氯甲烷、乙醚或乙酸乙酯萃取[5]。傳統(tǒng)提取方法設(shè)備簡單、成本低，但溶劑用量大、提取時間較長、能耗高，有時需要用到有毒、有害、危險溶劑（如甲醇、乙酸乙酯和石油醚等）[6]。非傳統(tǒng)方法采用現(xiàn)代的、生態(tài)的方法，提取時間短，但設(shè)備昂貴、復雜，通常需要在高溫高壓下工作。

2.1 熱回流提取法

熱回流提取（Heating Reflux） 是一種固- 液萃取，通過讓熱溶劑從固體組織中浸出化合物來實現(xiàn)，該技術(shù)允許在高溫下提取固體，而不會在蒸發(fā)過程中損失溶劑，但不適用于受熱易遭受破壞的原料成分的提取[7]。

2.2 煎煮提取法

煎煮（Decoction） 是用水煮沸植物材料來制備湯劑，湯劑是一種從藥用植物材料中提取活性化合物的水基制劑，當使用堅硬的纖維植物、樹皮和根，以及含有水溶性化學物質(zhì)的植物時，煎煮是首選方法，材料需要被粉碎成小塊或粉末，便于活性成分釋放到湯劑中[8]。

2.3 浸漬提取法

浸漬（Maceration） 是通過將植物材料浸泡在水或乙醇中來制備溶液，是一種固液萃取方法。在此過程中，將粉末狀固體材料置于密閉容器中，并添加溶劑，靜置，偶爾搖晃，溶劑有足夠的時間通過細胞壁擴散，以溶解植物中的成分。該過程僅通過分子擴散進行，在達到所需時間后，液體被過濾掉，壓榨固體殘留物以回收盡可能多的溶劑，當溶劑為水且浸漬時間較長時，可添加少量酒精以防止微生物生長[9]。

2.4 滲透提取法

滲透（Percolation） 是將粉末狀的有組織藥用植物包裝在一個滲濾器中，隨著溶劑的添加，干燥材料膨脹，浸漬后，打開出口，以受控速度過濾溶劑，并連續(xù)添加新鮮溶劑，直到滲濾液達到成品所需體積的75%左右，壓榨殘渣，并將壓出的液體添加到滲濾液中，得到80%~90%的最終體積，混合液通過過濾或靜置，然后傾析來澄清，重復該過程，直到滲濾器中沒有殘留的溶劑[8]。

2.5 索氏提取法

索氏提取法（Soxhlet Extraction） 最早由德國化學家Soxhlet 于1879 年提出。首先，將少量干燥樣品放置在濾紙?zhí)坠苤?，然后將套管放在蒸餾瓶中，蒸餾瓶中含有溶劑，達到溢流液位后，用虹吸管吸出濾紙?zhí)坠苤Ъ艿娜芤?，虹吸管將溶液卸回到蒸餾瓶中，該過程重復進行，直到提取完成[10]。索氏提取最重要的優(yōu)點是反復使樣品與溶劑的新鮮部分接觸，可以防止溶劑被可萃取材料飽和的可能性，增強從基質(zhì)中提取分析物的能力[11]。

2.6 超聲輔助提取法

超聲波是指頻率（Ultrasound-Assisted Extraction）（>20 kHz） 高于人類聽覺可聽頻率范圍（20 Hz~20 kHz） 的機械波。這些波由一系列壓縮和稀薄循環(huán)組成，可以通過固體、液體或氣體介質(zhì)傳播，導致分子從其原始位置移位，在高強度聲波中，稀疏過程中的負壓超過了將分子連接在一起的吸引力，從而將它們拉開并產(chǎn)生空化氣泡，這些氣泡通過聚結(jié)生長，然后在壓縮階段崩塌，形成熱點和極端局部條件，坍塌的空化氣泡產(chǎn)生沖擊波，加速粒子間碰撞導致細胞結(jié)構(gòu)的碎裂，使活性成分溢出[12]。

2.7 微波輔助提取法

微波輔助提?。∕icrowave assisted extraction）已成為從植物基質(zhì)中分離生物活性化合物的常用方法。微波是非電離電磁波，位于電磁頻譜中低頻率的射頻范圍和高頻率的紅外范圍之間，在300 MHz~300 GHz 的頻帶內(nèi)；915 MHz 被認為最適用于更大穿透深度的工業(yè)應(yīng)用，而2 450 MHz 頻率通常用于家用微波爐和提取應(yīng)用，以及用于分析化學目的的各種裝置[13]。微波會導致細胞結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度突然升高，細胞壁破裂，活性成分被釋放到周圍的介質(zhì)中。

2.8 紅外輔助提取法

紅外輔助提?。↖nfrared assisted extraction） 中紅外能量從紅外發(fā)射器（燈） 分散，從而暴露產(chǎn)品表面，產(chǎn)品表面容易吸收并受熱，是一種直接的加熱形式，通過紅外輻射加熱溶劑和植物材料，加速分子振動，加快了植物材料中化合物的溶出，這也是紅外系統(tǒng)固有的高能效激活反應(yīng)或有利于提取的主要原因[14]。

2.9 酶輔助提取法

酶法（Enzyme-Assisted Extraction） 是傳統(tǒng)溶劑法的潛在替代方法，酶是幫助提取、修飾或合成天然復合生物活性化合物的理想催化劑。酶提取是基于酶催化反應(yīng)的固有能力，具有精細的特異性、區(qū)域選擇性和在水溶液中溫和加工條件下發(fā)揮作用。酶具有降解或破壞細胞壁和膜的能力，從而能夠更好地釋放和更有效地提取生物活性物質(zhì)，與非酶法相比，酶輔助提取法具有提取速度快、回收率高、溶劑用量少和能耗低等優(yōu)點[15]。但市場上存在的酶無法全部水解植物細胞壁中的鍵，對這種方法的使用產(chǎn)生了一定的限制。

2.1 0 高壓放電提取法

高壓放電（High-Voltage Electrical Discharges）產(chǎn)生的沖擊波和強烈的液體湍流可導致產(chǎn)品破碎和細胞組織的機械破壞，高密度的自由基可通過細胞氧化破壞細胞，增強從細胞到溶液的質(zhì)量傳遞，從而大大提高生物活性化合物的產(chǎn)量，作為一種非熱技術(shù)，高壓放電提取可以在溫和的條件下提取生物活性化合物，提取后的溫度升高較低，因此可以防止目標生物活性化合物的熱降解[16]。

2.1 1 脈沖電場提取法

脈沖電場技術(shù)（Pulsed Electric Field） 使用中高強度電場，分批模式下為100~300 V/cm，連續(xù)模式提取為20~80 kV/cm。脈沖電場機制分為2 種，在生物細胞膜中，一種是加速各種化合物的化學反應(yīng)，以提高溶劑的溶解度，另一種是電穿孔過程，電滲透或電穿孔涉及一種外力，可增強細胞膜的滲透性。植物或任何其他目標材料放置在電極和高壓電場之間，細胞膜通過形成親水孔被刺穿，從而打開蛋白質(zhì)通道，當通過電極施加高壓電脈沖時，膜失去其結(jié)構(gòu)功能，植物材料的活性成分被提取出來[17]。

2.1 2 超臨界流體提取法

超臨界流體（Supercritical Fluid （Sc-CO2）） 通過降低溶劑壓力可以將溶質(zhì)從溶劑中分離出來，是一種綠色提取技術(shù)，因其使用綠色可再生溶劑CO2，其相較于丙烷、一氧化二氮具有無毒性和熱力學參數(shù)等諸多優(yōu)勢，有助于在超臨界狀態(tài)（31.1 ℃和7.4 MPa 以上） 下使用，因其不使用或較少使用有害的有機溶劑，可以減少對人類健康的傷害[18]，但CO2排放到環(huán)境中可能會造成溫室效應(yīng)。

2.1 3 亞臨界水提取法

亞臨界水（Subcritical Water Extraction） 是指溫度和壓力低于其臨界點（T=374.15 ℃、P=22.1 MPa） 的液態(tài)水，亞臨界水的壓力必須高于給定溫度下的蒸汽壓力，以使水保持液態(tài)。隨著溫度的升高，亞臨界水的物理化學性質(zhì)急劇變化。其介電常數(shù)、黏度和表面張力均穩(wěn)步下降，其擴散系數(shù)隨著水溫的升高而提高，水的極性從強極性變?yōu)槿鯓O性，有利于弱極性化合物的提取。理論上，亞臨界水的極性可調(diào)，因此可以通過調(diào)節(jié)提取溫度和壓力條件來提取多種物質(zhì)[19]。

2.1 4 高靜水壓力提取法

高靜水壓（High Hydrostatic Pressure） 是一種將材料置于靜水壓下的方法，通常為100~1 000 MPa，改善生物活性化合物的提取，從而提高其生物可利用性。高靜水壓提取被認為是一種從植物中提取生物活性化合物的綜合方法，比傳統(tǒng)萃取更快、更有效，并且它也被公認為一種環(huán)境友好的技術(shù)[20]。其可導致結(jié)構(gòu)脆弱材料的某些結(jié)構(gòu)變化，如細胞變形、細胞膜損傷，理論上，壓力越大滲透到細胞膜外的化合物越多，滲透速率越快[21]。

2.1 5 加速溶劑提取法

加速溶劑提取法（Accelerated Solvent Extraction）是在高溫和高壓下使用環(huán)境友好的液體溶劑，溶劑保持在液態(tài)，使植物基質(zhì)中存在的基本化合物更好地傳質(zhì)到溶劑中，并保持工藝的穩(wěn)定性，溫度升高會導致水的物理化學性質(zhì)發(fā)生劇烈變化，提高分析物的溶解度，破壞基質(zhì)- 分析物之間的相互作用，實現(xiàn)更高的擴散速率[22]。

2.1 6 負壓空化提取法

負壓空化提取法（Negative Pressure Cavitation Ex- traction） 是一種廉價而有效的方法，可以在室溫下進行，從而減少或防止熱敏化合物的降解，同時，還可以控制萃取溫度。在整個萃取過程中，負壓會產(chǎn)生空化現(xiàn)象，氮氣會不斷引入液固系統(tǒng)，以增加萃取溶劑與基質(zhì)之間的湍流、碰撞和傳質(zhì)。該過程可以改善樣品與提取液的混合，并將目標化合物從樣品中移出，容易氧化的化合物可以在氮氣中得到保護，從而減少氧化的機會[23]。

2.1 7 蒸汽爆破法

蒸汽爆破法（Steam-Explosion） 是將原料在高溫高壓下放入圓筒中，產(chǎn)生的蒸汽滲入材料內(nèi)部，用蒸汽填充組織孔，然后立即釋放飽和蒸汽產(chǎn)生的高壓（0.008 75 s 內(nèi)），導致生物質(zhì)基質(zhì)中的蒸汽膨脹并進一步爆炸，從而導致細胞壁上形成微孔，有助于細胞釋放小分子物質(zhì)[24]。

2.1 8 高速逆流色譜提取法

高速逆流色譜（High-speed counter-current chromatography） 是一種基于液- 液分配色譜的現(xiàn)代色譜分離和制備技術(shù)，是20 世紀80 年代初由美國國立衛(wèi)生研究院的Yiochiro Ito 博士開發(fā)的，其持續(xù)高效、高回收率和制備大量化合物的能力，可直接應(yīng)用于粗提物，分離僅依賴于其不同化合物的溶解性，并避免因不可逆吸附和表面化學引起的分析物退化而導致的樣品損失等不足，近年來被廣泛應(yīng)用于植物黃酮類化合物的分離純化[25]。

2.1 9 機械化學提取法

機械化學處理（Mechanochemical Extraction） 會破壞細胞壁，并由光滑表面變?yōu)殚_放的多孔結(jié)構(gòu)而增加總接觸表面積，細胞破壞是一個關(guān)鍵步驟，決定了生產(chǎn)的總成本，以及可提取細胞內(nèi)代謝物的數(shù)量和質(zhì)量，機械化學提取的機理是獲得更小的顆粒尺寸，破壞細胞壁，分解纖維素，消除了植物基質(zhì)和溶劑之間的擴散阻力，加速溶解，提高提取效率，縮短提取時間[26]。

2.2 0 半仿生提取法

半仿生提取法（Semi-bionic Extraction Method）不同于常規(guī)植物化學方法，是一種遵循中藥使用指南和人體胃腸環(huán)境特點的特殊提取技術(shù)，結(jié)合了整體藥物研究和分子醫(yī)學研究，克服中藥藥效物質(zhì)復雜且難以預測的問題，半仿生提取中不使用有機溶劑，提取過程中沒有殘留有機溶劑，萃取溫度相對較低，對熱敏感的成分可以避免損壞。已應(yīng)用在葛根黃酮、蜂膠黃酮等的提取中[27]。

3 結(jié)語

未來，隨著科技的發(fā)展及物理、化學、生物等各學科的交叉融合，還會涌現(xiàn)出更多的節(jié)能環(huán)保方法，如以深共晶溶劑為媒介的天然黃酮類化合物萃取等，將推動活性成分提取方法的進一步改進優(yōu)化。通過提取方法的合理選擇，不僅有利于黃酮類化合物產(chǎn)量的提高，而且可以有效提高黃酮類化合物的純度，使其應(yīng)用更加多樣化。