亞臨界水萃取技術在植物提取方面的應用

紀麗麗，于丹梅

（黑龍江林業職業技術學院，黑龍江 牡丹江 157011）

亞臨界水萃取技術（subcritical water extraction，SWE）是近幾年發展起來的一種新興的提取分離技術，該技術最早應用于廢棄物處理上。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芳香烴（PAHs）、多氯聯苯（PCBs）等，并利用 GC-MS對產物鑒定分析［1］，1998年，亞臨界水首次被應用到天然產物萃取上，Basile等用亞臨界水提取迷迭香葉子中的揮發油，并從動力學角度證明亞臨界水萃取技術在提取植物精油方面的優越性［2］，此后該技術的應用領域逐漸擴展到天然產物提取及食品領域中。

1 亞臨界水萃取技術的基本原理

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（或指壓力和溫度在其臨界值之下的附近區域的液態水）［3］。常溫常壓狀態下，水的介電系數為78.85，為中等極性溶液。在亞臨界狀態下，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為非極性，從而促進溶質分子的溶解。在亞臨界狀態下，不僅可以降低固液相界面的液膜強度，還能改善動力學特征，降低表面張力及黏度，增加有機活性物質在水中的溶解度，從而提高萃取率。

2 亞臨界水在植物提取中的應用

2.1 酚類物質的提取

植物酚類物質是天然產物的重要組成部分，包括植物單寧、黃酮類、木質素和一些簡單的酚類等。目前國內外已經有大量文獻報道植物酚類物質的萃取、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，提取物中總多酚質量分數為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分析。結果表明：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，結果表明：當提取溫度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，其半數抑制質量濃度為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大豆中的異黃酮，結果表明，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，實現了綠色節能、高效的目的［7］。

2.2 精油的提取

精油含有多種活性成分，在醫藥、食品、煙草、化妝品等行業有廣泛應用。傳統精油萃取方法，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，嚴重影響了精油品質。1998年，Basile等首次采用亞臨界水提取迷迭香揮發油，并與水蒸氣蒸餾法進行了比較。結果表明：亞臨界水提取時間短，含氧化合物產量高，揮發油質量好，而且亞臨界水不需要蒸發汽化，大部分熱量又可循環利用，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是提取揮發油的切實可行方法［8］；應麗亞、蘇平在研究亞臨界水萃取技術在植物精油提取中的應用潛力時，通過例舉、考查亞臨界水萃取技術在迷迭香、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；高蔭榆等通過對近幾年亞臨界水萃取技術應用于重要揮發油提取的研究，得出結論：與其它傳統的揮發油提取方法相比較，亞臨界水萃取技術萃取能力強、快速，揮發油回收率高、油質干凈純正、便于成分分離，是一種對中藥生產現代化具有重要意義的新型技術［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。結果表明：當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，結果表明，對于腐竹樣品，在亞臨界水優化條件下的提取回收率為70%～90%，優于標準蒸餾法的40%～60%，蒸餾法需時1h左右，而且操作繁瑣［11］。

3 亞臨界水萃取技術的優勢

眾多研究表明，與傳統的預處理技術相比，亞臨界水萃取方法具有設備簡單、萃取時間短、消耗低等優點，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，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。

4 亞臨界水萃取技術存在的問題及展望

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

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

［2］ 應麗亞，蘇平.亞臨界水萃取技術在植物精油提取中的應用潛力［J］.食品與發酵工業，2011（5）.

［3］ 趙健，趙國華.亞臨界水萃取技術及其在食品方面的應用［J］.食品工業科技，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］.林產化學與工業，2011（6）.

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

［8］ 鄭光耀，薄采穎.亞臨界水萃取技術在植物提取領域的應用研究進展［J］.林產化學與工業，2010（5）.

［9］ 高蔭榆，趙強，張彬.亞臨界水萃取技術應用于中藥揮發油提取的研究［J］.食品科學，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，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，2007（6）.