亞臨界水萃取技術(shù)在植物提取方面的應(yīng)用

紀(jì)麗麗，于丹梅

（黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011）

亞臨界水萃取技術(shù)（subcritical water extraction，SWE）是近幾年發(fā)展起來的一種新興的提取分離技術(shù)，該技術(shù)最早應(yīng)用于廢棄物處理上。1994年，S.B.Haw thorne等利用亞臨界水從土壤、泥沙以及固體廢物中萃取多環(huán)芳香烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）等，并利用 GC-MS對產(chǎn)物鑒定分析［1］，1998年，亞臨界水首次被應(yīng)用到天然產(chǎn)物萃取上，Basile等用亞臨界水提取迷迭香葉子中的揮發(fā)油，并從動力學(xué)角度證明亞臨界水萃取技術(shù)在提取植物精油方面的優(yōu)越性［2］，此后該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴展到天然產(chǎn)物提取及食品領(lǐng)域中。

1 亞臨界水萃取技術(shù)的基本原理

亞臨界水是指在一定壓力下，將水加熱到100℃以上臨界溫度374℃以下的高溫，水體仍然保持在液體狀態(tài)（或指壓力和溫度在其臨界值之下的附近區(qū)域的液態(tài)水）［3］。常溫常壓狀態(tài)下，水的介電系數(shù)為78.85，為中等極性溶液。在亞臨界狀態(tài)下，隨著溫度的上升，水分子間的氫鍵作用力減弱，水的極性由強極性逐步變?yōu)榉菢O性，從而促進溶質(zhì)分子的溶解。在亞臨界狀態(tài)下，不僅可以降低固液相界面的液膜強度，還能改善動力學(xué)特征，降低表面張力及黏度，增加有機活性物質(zhì)在水中的溶解度，從而提高萃取率。

2 亞臨界水在植物提取中的應(yīng)用

2.1 酚類物質(zhì)的提取

植物酚類物質(zhì)是天然產(chǎn)物的重要組成部分，包括植物單寧、黃酮類、木質(zhì)素和一些簡單的酚類等。目前國內(nèi)外已經(jīng)有大量文獻報道植物酚類物質(zhì)的萃取、分離和利用情況。Budrat等采用亞臨界水提取苦瓜中多酚化合物，結(jié)果表明：在溫度為150～200℃、壓力10MPa、流速2mL／min條件下，提取物中總多酚質(zhì)量分數(shù)為52.63mg／g，大大高于甲醇超聲波提取的6.00mg／g和沸水回流提取的6.68 mg／g［4］；Antuon采用亞臨界水提取葡萄籽中多酚化合物，并用HPLC法對提取物進行了化學(xué)分析。結(jié)果表明：在溫度145～180℃、pH 值4.5～7.8條件下，提取效果最好，總多酚含量最高，并且隨著提取溫度提高，總多酚提取得率也隨之增加，當(dāng)提取時間同為20min時，亞臨界水提取的總多酚含量是乙醇常規(guī)提取方法的2倍［5］；薄采穎，鄭光耀等采用亞臨界水提取松樹皮多酚成分，結(jié)果表明：當(dāng)提取溫度150℃、提取時間5min、液料比20∶1（mL∶g）、提取壓力4MPa，多酚的提取得率為4.86%，1次提取且相同液料比條件下，比超聲波輔助提取法和熱回流提取法分別提高了33.52%和37.68%。亞臨界水提取所得松樹皮提取物DPPH自由基具有良好的清除效果，其半數(shù)抑制質(zhì)量濃度為7.10mg／L，抗氧化性高于常用抗氧化劑BHA（7.82mg／L）［6］；李振艷、張永忠等利用亞臨界水法提取萌發(fā)大豆中的異黃酮，結(jié)果表明，提取時間65min，提取溫度137.3℃，液料比為28.4∶1，此時大豆異黃酮得率最大預(yù)測值為0.170%，實測值為0.1784%，基本達到了70%乙醇回流提取法的水平，且顯著縮短了提取時間，實現(xiàn)了綠色節(jié)能、高效的目的［7］。

2.2 精油的提取

精油含有多種活性成分，在醫(yī)藥、食品、煙草、化妝品等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)精油萃取方法，如水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法等由于萃取溶劑殘留、萃取時間過長造成的成分破壞等問題，嚴(yán)重影響了精油品質(zhì)。1998年，Basile等首次采用亞臨界水提取迷迭香揮發(fā)油，并與水蒸氣蒸餾法進行了比較。結(jié)果表明：亞臨界水提取時間短，含氧化合物產(chǎn)量高，揮發(fā)油質(zhì)量好，而且亞臨界水不需要蒸發(fā)汽化，大部分熱量又可循環(huán)利用，與水蒸氣蒸餾法相比能耗低，因而證實了亞臨界水萃取技術(shù)是提取揮發(fā)油的切實可行方法［8］；應(yīng)麗亞、蘇平在研究亞臨界水萃取技術(shù)在植物精油提取中的應(yīng)用潛力時，通過例舉、考查亞臨界水萃取技術(shù)在迷迭香、丁香、牛至葉、茴香、月桂、薄荷、石菖蒲、砂仁、干花椒、洋蔥等植物提取精油中的研究，結(jié)果表明，亞臨界水萃取的精油含硫化物含量較高，而且省時、省能、高效、高質(zhì)；高蔭榆等通過對近幾年亞臨界水萃取技術(shù)應(yīng)用于重要揮發(fā)油提取的研究，得出結(jié)論：與其它傳統(tǒng)的揮發(fā)油提取方法相比較，亞臨界水萃取技術(shù)萃取能力強、快速，揮發(fā)油回收率高、油質(zhì)干凈純正、便于成分分離，是一種對中藥生產(chǎn)現(xiàn)代化具有重要意義的新型技術(shù)［9］。

2.3 其他有效成分的提取

徐志宏等采取亞臨界水萃取技術(shù)提取丹參中脂溶性成分，考察溫度、壓力、提取時間、提取物顆粒度等因素對提取量的影響，并有機溶劑提取法進行了比較。結(jié)果表明：當(dāng)兩者具有相同的提取效率時，亞臨界水提取法的提取時間及提取溶劑的消耗大大減少，并避免了因使用有機溶劑而造成的污染［10］，同時，徐志宏等學(xué)者，還通過黃岑中黃岑苷的亞臨界水提取及高效液相色譜分析，得出類似結(jié)論；楊海、張春偉等利用亞臨界水提取腐竹中的甲醛，采用乙酰丙酮分光光度法進行分析，并與蒸餾法進行了對比研究，結(jié)果表明，對于腐竹樣品，在亞臨界水優(yōu)化條件下的提取回收率為70%～90%，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)蒸餾法的40%～60%，蒸餾法需時1h左右，而且操作繁瑣［11］。

3 亞臨界水萃取技術(shù)的優(yōu)勢

眾多研究表明，與傳統(tǒng)的預(yù)處理技術(shù)相比，亞臨界水萃取方法具有設(shè)備簡單、萃取時間短、消耗低等優(yōu)點，而且，亞臨界水萃取通過改變溫度和壓力來控制水的介電常數(shù)，選擇性的提取不同極性的化合物，也避免了因添加有機溶劑而造成的溶劑殘留污染問題，是一種很有潛力的綠色提取技術(shù)。

4 亞臨界水萃取技術(shù)存在的問題及展望

由于亞臨界水萃取技術(shù)在植物提取領(lǐng)域的應(yīng)用研究還處于起步階段，大多屬于實驗室研究，因此在應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中還存在工程設(shè)備、工藝流程及操作技術(shù)等方面的問題，但是，作為一種綠色提取技術(shù)，亞臨界水萃取由于其顯著的優(yōu)勢，必將會得到更多的重視與應(yīng)用，給社會創(chuàng)造更多的價值。

［1］ 何李，高彥祥.亞臨界水萃取植物酚類物質(zhì)研究進展［J］.天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2010（22）.

［2］ 應(yīng)麗亞，蘇平.亞臨界水萃取技術(shù)在植物精油提取中的應(yīng)用潛力［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2011（5）.

［3］ 趙健，趙國華.亞臨界水萃取技術(shù)及其在食品方面的應(yīng)用［J］.食品工業(yè)科技，2009（4）.

［4］ Budrat P，Shot Ipruk A.Enhanced recovery of phenol lic compounds from bitter melon（Mom ordica charantia）by subcritical water extraction［J］.Separation and Purification Technology，2009（1）.

［5］ ANTUON I D.Use of sub-critical water for the extraction of natural antioxidants from by-products and wastes of the food industry［C］／／14thWorkshop on the Developments in the Italian PhD Research on Food Science Technology and Biotechnology-University of Sassari Oristano，2009.

［6］ 薄采穎，鄭光耀.松樹皮多酚的亞臨界水提取及抗氧化活性初探［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2011（6）.

［7］ 李振艷，張永忠.亞臨界水法提取萌發(fā)大豆中的異黃酮［J］.中國油脂，2010（3）.

［8］ 鄭光耀，薄采穎.亞臨界水萃取技術(shù)在植物提取領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2010（5）.

［9］ 高蔭榆，趙強，張彬.亞臨界水萃取技術(shù)應(yīng)用于中藥揮發(fā)油提取的研究［J］.食品科學(xué)，2008（1）.

［10］ 徐志宏，錢廣生.丹參中脂溶性成分的亞臨界水提取方法研究［J］.分析化學(xué)，2003（11）.

［11］ 楊海，張春偉.腐竹中甲醛的亞臨界水快速提取方法研究［J］.分析化學(xué)，2007（6）.