亞臨界水提取技術(shù)在多糖類化合物提取方面的應(yīng)用

楊家琛

摘 要 多糖是一種重要的生物活性物質(zhì)，本文在簡要介紹亞臨界水及亞臨界水提取的基礎(chǔ)上，大致分析了提取過程中的影響因素，并列舉了近年來亞臨界提取技術(shù)在多糖類化合物提取方面取得的進展，最后展望了該研究可能進行的方向，為其進一步發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞 亞臨界水提取技術(shù)（SCWE） 多糖類化合物 提取

多糖，一類具有免疫調(diào)節(jié)、降血脂、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗炎等眾多生理功效和臨床作用的生物活性物質(zhì)，在藥物開發(fā)、疾病治療、身體保健等方面具有眾多的應(yīng)用實例和廣闊的應(yīng)用前景。[1]因此，在多糖類生物活性物質(zhì)的提取方面取得了一定的成就，但傳統(tǒng)的溶劑浸提、水提醇沉等方法多使用有機溶劑、且提取周期長、操作繁瑣、產(chǎn)物收率低、后處理麻煩，既不符合綠色化學(xué)的理念，提取效率也有待提高。繼而發(fā)展出眾多新型提取手段，其中亞臨界水提取技術(shù)憑借眾多優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于多糖類生物活性物質(zhì)的提取方面，取得了眾多進展，為其后續(xù)研究、生產(chǎn)提供了新的選擇。

一、亞臨界水提取技術(shù)

亞臨界水（Sub-critical water，SCW），水的一種特殊存在狀態(tài)，即當溫度控制在水沸點至水臨界溫度間（100℃～374℃），壓力小于水臨界壓力（≤22.05MPa）時，仍然保持液體的一種特殊狀態(tài)。亞臨界水提取（Sub-critical Water Extraction，SCWE）技術(shù)，是以亞臨界水為提取溶劑，控制相應(yīng)的影響因素，對原料中目標成分進行提取的新型提取技術(shù)。

水為提取溶劑，與傳統(tǒng)提取方法相比，具有少或無溶劑雜質(zhì)殘留、對環(huán)境無污染、后處理簡單等優(yōu)點，更加符合綠色化學(xué)的理念。且在亞臨界這種特殊的狀態(tài)下，水的微觀結(jié)構(gòu)會發(fā)生一些相應(yīng)的變化，從而使亞臨界水提取技術(shù)具有一些獨特的提取原理及應(yīng)用優(yōu)勢。例如，在亞臨界狀態(tài)下升高溫度，水的介電常數(shù)逐漸減小，極性逐漸減弱，溶劑的表面張力及粘度降低，水的電離程度也會增加，產(chǎn)生的H+、OH-濃度也比正常溫度下要高，從而可擴展用于不同極性溶質(zhì)的提取，也有利于溶質(zhì)分子的擴散，提高擴散系數(shù)，從而加快提取速度，縮短相應(yīng)溶質(zhì)的提取時間，提高生產(chǎn)效率，并且增加的H+、OH-可作為體系中酸、堿催化劑，減少反應(yīng)中強酸強堿等傳統(tǒng)化學(xué)催化劑的使用。是一種提取率高，耗時短，無有機溶劑殘留，環(huán)境友好的綠色、高效的提取技術(shù)。

二、亞臨界水提取技術(shù)的影響因素及優(yōu)化

（一）提取溫度

通常是亞臨界水提取技術(shù)的主要影響因素，多數(shù)情況下，隨著溫度的升高，溶質(zhì)的溶解度及擴散速率等相應(yīng)增大，并且亞臨界狀態(tài)下溶劑水粘度降低，因而多體現(xiàn)出提取率隨溫度升高而增加的結(jié)果，而當溫度過高時，多糖類化合物會發(fā)生焦糖化，分解等反應(yīng)，溶劑的極性、承載力、密度也會減小，可能并不適合相應(yīng)多糖溶質(zhì)的提取，因而多出現(xiàn)一定溫度后提取率不同程度減小的變化趨勢。

（二）提取料液比

提取率隨著料液比的升高而多呈現(xiàn)先增后減或先增加后趨平的變化趨勢，可能是因為最初料液比過低時，多糖類目標產(chǎn)物濃度梯度較小，不利于擴散，而當料液比過高時又可能導(dǎo)致提取液過于稀釋，使得可分解多糖部分水解，并且不利于后期濃縮、純化等操作。

（三）提取時間

提取時間延長，其對提取率的影響同樣多呈現(xiàn)先增后減或先增加后趨平的變化趨勢。時間過短，有可能造成原料提取不充分，從而提取率過低的問題。當時間延長，多糖類化合物從原料中充分提取，則提取率不再增加，若多糖類化合物可部分分解，則在亞臨界溫度下長時間高溫提取，可能會造成部分水解，從而導(dǎo)致提取率下降。

（四）提取壓力

由于在水保持液態(tài)的亞臨界狀態(tài)下，提取壓力對提取率的影響較弱，多呈現(xiàn)平穩(wěn)或較微弱增長后平穩(wěn)。提取率微弱提高的原因可能是壓力升高，溶劑水密度略微增加，有利于滲入被提取物中，并且溶解能力可能有一定的提升，從而加速了多糖類化合物的提取。

通常，方案優(yōu)化是在單因素實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過正交法、響應(yīng)面法等分析方法進行參數(shù)優(yōu)化選擇。

上述為大多數(shù)學(xué)者在探究提取條件時選擇的考察參數(shù)及大致變化規(guī)律和分析方法，除此之外，在多糖類化合物甚至在生物活性物質(zhì)提取方面還有學(xué)者選擇了pH、粒徑、水流流速、提取次數(shù)等因素作為影響因素進行研究。對于所研究的參數(shù)對象及范圍、以及最終確定的最優(yōu)工藝條件，應(yīng)根據(jù)不同原料及目標提取物的性質(zhì)，配合所使用的儀器設(shè)配，綜合考慮實驗、生產(chǎn)實際要求，提取效率，能源消耗，環(huán)境保護等反面進行選擇。

三、亞臨界水提取技術(shù)的在多糖類化合物提取方面的應(yīng)用

（一）提取技術(shù)應(yīng)用實例

（二）提取技術(shù)輔助強化

杜易平[2]等人采用微波輔助亞臨界水提取技術(shù)提取楊黃多糖，經(jīng)過四因素三水平的正交實驗確定最佳提取條件為料液比1∶20，提取時間8 min，微波功率400 W，提取壓強1.0 MPa，不僅縮短時間，對應(yīng)19.68%的楊黃粗多糖得率也高于傳統(tǒng)加熱回流提取法8.64%的多糖得率，適合于楊黃多糖的提取。

閔志玲[3]利用超聲耦合亞臨界水提取方法提取香菇多糖，在實驗的基礎(chǔ)上通過響應(yīng)曲面法確定了最佳工藝條件：提取溫度187℃，提取時間40min，料液比1∶30，提取壓力5MPa，超聲電功率200W。通過實驗證明，在最優(yōu)條件下，不僅提取得率最高，而且多糖抗氧化能力也是最強。并且通過實驗與模型分析，證明超聲對于亞臨界水提取技術(shù)的增強作用原理是超聲空化效應(yīng)及機械效應(yīng)。為亞臨界水提取技術(shù)的實際應(yīng)用及理論研究做出貢獻。

亞臨界水提取技術(shù)以純水為溶劑，而加入適當?shù)男》肿訜o機化合物或少量有機溶劑，可以進一步增加相應(yīng)物質(zhì)的提取能力。常用夾帶劑有硫酸、氫氧化鈉、乙醇等。例如韓業(yè)輝[4]在提取豆渣多糖時加入鹽酸，并將鹽酸添加量也作為一個考察因素，經(jīng)過五因素四水平的正交試驗確定提取溫度140℃，料液比1∶30，提取時間7 min，壓力1.2 MPa，鹽酸用量為6 ml，為最佳提取工藝，還原糖得率達到57.2%，高于傳統(tǒng)提取手段。

此外在其他生物活性物質(zhì)提取方面取得一定進展的酶輔助法[5]等也應(yīng)可用于某些特殊多糖類化合物的提取，但目前少有報道。

四、展望

亞臨界水提取技術(shù)，憑借收率高、用時短、無有機溶劑殘留、后處理簡單、環(huán)境友好等優(yōu)勢，廣泛地應(yīng)用于不同原料，尤其是中藥、食品以及殘渣廢棄物中多糖類有效成分的提取，取得了眾多進展，為其后續(xù)研究、生產(chǎn)提供了新的選擇，是一種前景廣闊的新型提取手段。除了現(xiàn)階段在多糖類化合物提取方面取得的成就外，在（一）確定更多原料來源所含多糖類生物活性物質(zhì)的提取工藝條件，提高相關(guān)原料附加值；（二）與強化輔助手段相結(jié)合，進一步提高產(chǎn)率；（三）與相關(guān)反應(yīng)結(jié)合，對更高活性、更高價值的反應(yīng)產(chǎn)物進行一步提取，縮短工藝路線；（四）亞臨界中、大規(guī)模提取設(shè)備及針對性工藝路線的開發(fā)等方面可能可以進行更加深入的研究。

參考文獻：

[1]楊日福.亞臨界水提取香菇多糖的研究[A].中國國際科技促進會、國家級安陽高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管委會、河南省亞臨界萃取設(shè)備工程技術(shù)研究中心.首屆中國亞臨界生物萃取技術(shù)發(fā)展論壇論文集[C].中國國際科技促進會、國家級安陽高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管委會、河南省亞臨界萃取設(shè)備工程技術(shù)研究中心：北京城建聯(lián)企業(yè)管理咨詢中心，2016：9.

[2]杜易平，張亞婕，李艷，夏國華，解冰.微波輔助亞臨界水提取楊黃多糖[J].實用藥物與臨床，2017，20（12）：1407- 1409.

[3]閔志玲.超聲耦合亞臨界水提取香菇多糖的研究[D].華南理工大學(xué)，2015.

[4]韓業(yè)輝.亞臨界水水解豆渣多糖工藝條件的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（35）：151- 152+175.

[5]盧薇，丁簡，官燕華，王金梅，楊曉泉.酶輔助亞臨界水提取高溫豆粕蛋白及其性質(zhì)研究[J].現(xiàn)代食品科技，2015，31（01）：126- 130+95.