超臨界流體萃取技術在蜂產品加工中的應用

張文文龐 倩王 康吉 挺孫麗萍

（1揚州大學動物科學與技術學院，揚州225000；2中國農業科學院蜜蜂研究所，北京100093）

超臨界流體萃取技術在蜂產品加工中的應用

張文文1，2龐 倩1王 康1吉 挺1孫麗萍2

（1揚州大學動物科學與技術學院，揚州225000；2中國農業科學院蜜蜂研究所，北京100093）

超臨界流體萃取技術具有條件溫和、無環境污染、易操作等特點，可用于蜂產品等多種天然產物的有效成分提取和加工。本文主要介紹了超臨界流體萃取技術的原理和特點以及該技術在蜂花粉和蜂膠等天然產物活性成分萃取中的優越性和萃取工藝、萃取產物有效成分研究及應用。超臨界流體萃取技術因其安全、無毒、綠色的優質特性，符合人類社會健康發展的要求，應用前景廣闊。

超臨界流體萃取技術；蜂花粉；蜂膠；天然產物；萃取工藝

我國是處于快速發展中的資源大國，自然資源豐富。由于科學技術的不斷進步，人們生活水平逐漸提高，對生活質量有了更高的追求，對食品類、醫藥類以及化妝品類等產品的質量有了更高的要求。作為一種新型、獨特、高效、具有良好選擇性的萃取技術，超臨界流體萃取技術（Supercritical Fluid Extraction，縮寫為SFE）很有效地克服了以往傳統分離方法的不足，以其獨特的優勢獲得了很大成功，具有很大的應用前景[1-3]。該技術不僅在蜂產品等天然產物提取加工方面得到應用，在食品工業、煙草工業、分析化學、化學工業、醫藥工業、環境科學中都已經得到了廣泛的應用[4]。

1 超臨界流體萃取原理和特點

超臨界流體（Supercritical Fluid，縮寫為SCF）是指超過臨界溫度與臨界壓力的高密度流體，當超臨界狀態時，其密度與液體密度相接近，且受流體壓力和溫度的影響變化較大。它不是氣體也不是液體，而是處于氣體和液體之間，兼具二者的優點，有著較好的溶劑性質。超臨界流體萃取利用其性質，在高壓力時，使特定溶質溶解，壓力下降或者流體溫度升高時，特定溶質析出，從而達到特定溶質萃取的目的[5]。超臨界流體的材料有很多種，如二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮、甲烷、乙烷、正戊烷、甲醇、乙醇、丁醇、氨和水等。其中目前研究應用的最多的是二氧化碳。其萃取流程圖如下：

超臨界二氧化碳萃取操作的條件溫和，所需要的臨界溫度（Tc=31.1℃，與室溫相接近）和臨界壓力（Pc= 7.38 MPa）都很低，而且對溶質的溶解能力強，有效成分破壞少。此外，二氧化碳本身價格比較便宜，來源于空氣，易得，而且對空氣無污染，性質也比較穩定[6-8]。超臨界二氧化碳萃取的特點決定了其廣闊的應用范圍，目前已經被廣泛的應用于食品、香精香料、醫藥、生物工程、材料化學、化妝品、石油化工以及環境工程等各個方面[9]。

2 超臨界流體萃取在蜂產品加工中的應用

近些年蜂產品因其豐富的營養和藥用價值被廣泛應用于食品、保健品和藥物生產等方面，蜂產品組成復雜，有著獨特的生理活性，具有調節機體生理功能、提高免疫力、抗衰老、抗腫瘤等多種功能。在蜂產品有效成分的提取方面，由于超臨界二氧化碳流體萃取的優越性，國內許多學者開展了超臨界流體萃取在蜂產品加工方面的應用研究，主要集中在蜂花粉和蜂膠有效成分萃取方面。

蜂花粉是由工蜂采集的植物花粉混合了少量的花蜜和蜜蜂分泌的唾液組成，呈不規則的扁圓團狀。作為一種高質純天然的營養補品，蜂花粉富含糖類、蛋白質、維生素、脂類、有機酸、核酸、礦物質和其他營養物質[10]，對于增強免疫力、改善內分泌、延緩衰老、調節肝功能等具有較強的生物活性功能[11]。

蜂膠是由蜜蜂從植物的樹干上或者芽孢中采集的分泌物與蜜蜂的上顎腺分泌的物質以及蜂蠟混合形成的天然膠狀物，具有芳香氣味，被蜜蜂用來填補蜂巢中的空隙部分，以防巢內異物腐爛。蜂膠具有增強免疫力、預防高膽固醇、高血脂、動脈粥樣硬化、抗癌、抗氧化、美容、促進生長發育等多種生物功能[12-14]，是一種能有效預防疾病，調節人體健康的天然補品。蜂膠成分復雜，營養物質和生物活性物質十分豐富，目前已經分離出來的有黃酮類、酚類、萜烯類、醌類、有機酸類、脂類、醛類、醇類，此外還有氨基酸、維生素、各種酶、多糖和微量元素等多種成分[15]。

國內外在食品、醫藥和化妝品等方面對蜂膠和蜂花粉的研究和應用越來越多。超臨界流體萃取技術在細胞破壁、有效成分萃取等方面得到很好的研究和應用，現綜述如下。

2.1 花粉細胞破壁

蜂花粉外有一層堅韌的用來保護花粉的花粉壁，提取蜂花粉有效成分的前提是蜂花粉的破壁處理，傳統的破壁方法主要分為生物法、物理法和化學法三類，其中生物法又分為發酵破壁法和酶解破壁法；物理法又分為機械破壁法、超聲波破壁法和溫差破壁法；化學破壁法主要是有機溶劑破壁法。傳統的破壁方法各有優點但同時也有明顯的不足，其不足之處要么是易造成雜菌污染，破壁時間較長，使花粉營養損失較大，要么是破壁時產熱，酶活性喪失，也有的方法成本太高，不易推廣[16-18]。采用超臨界二氧化碳流體萃取方法進行蜂花粉破壁的方法是將含水量為4～20%的蜂花粉通過超臨界萃取裝置，以壓力8～50 MPa，溫度32～50℃，通入二氧化碳，破壁5～30 min，使花粉壁因壓力差而破裂，此方法操作簡單，生產成本低，破壁時間短，且受熱變性影響小，使蜂花粉中的活性成分和營養成分能夠保存完整[19]。

2.2 花粉功能油脂的萃取

自20世紀80年代后期開始，蜂花粉中油脂類成分的潛在價值被人們發現并引起國內外學者們的關注，人們開始探究其提取方法。孫麗萍等[20]通過研究發明了超臨界流體萃取蜂花粉油脂的方法，以萃取溫度10～60℃、壓力0.1～1 MPa條件下通入丙烷、丁烷或其混合物（液化石油氣）萃取1～10 h，萃取時進行適宜攪拌，萃取完并對其進行蜂花粉粕脫溶和混合油脫溶，得到蜂花粉粕和蜂花粉油脂。此萃取方法條件溫和，時間周期短，成本低，產品品質高，有廣闊的應用前景。蜂花粉的超臨界二氧化碳流體萃取受到溫度、壓力、二氧化碳流量、萃取時間以及原料的顆粒度等多種因素的影響，可以通過改變萃取溫度和壓力來優化提取效率[21]。馮武等[22]采用該技術從云南松花粉中萃取松花粉油脂，實驗結果表明影響松花粉油脂得率的主要因素有萃取溫度、壓力、萃取時間及二氧化碳流量等，其中流量的影響最為顯著。徐響等[23]成功研究出通過超臨界二氧化碳先對蜂花粉進行破壁再對油脂成分進行萃取的方法，此法通過控制調節萃取裝置的溫度和壓力，使在不同的控制條件下，花粉壁受壓力差破裂，并萃取得出油脂。與其他萃取方法比，工藝簡單，萃取時間短，能耗低，無污染，且效率高。試驗證明CO2超臨界萃取蜂花粉溫度低，處理時間短，且營養成分保留效率高；在萃取壓力為45 MPa下破壁效果最佳，脂肪中的多不飽和脂肪酸均在51%以上[24]。

基于與蜂花粉功能油脂萃取的相同原理，超臨界流體萃取技術在許多天然產物提取中得到了廣泛應用。宋玉卿等[25]以大豆為原料、以二氧化碳為溶劑，采用超臨界流體萃取技術萃取大豆胚芽油，對萃取溫度、壓力、時間以及CO2的流量對萃取效率的影響進行了優化實驗，確定最佳萃取條件為溫度45℃、壓力30 MPa,溶劑CO2流量為25 kg/h，大豆胚芽油的萃取效率為91.38%。功能成分亞麻酸、亞油酸為74%，不飽和脂肪酸為84.2%。采用該技術從大豆中萃取大豆磷脂的最佳萃取條件為溫度50℃、壓力20 MPa、萃取時間5 h，其中萃取溫度的影響>萃取的時間>萃取的壓力[26]。

卵黃中含有豐富的卵黃磷脂，采用超臨界二氧化碳萃取卵黃磷脂的最佳條件為萃取溫度50℃，萃取壓力36 MPa，萃取時間6 h，在此條件下卵黃磷脂純度達97.92%，各因素間的影響力大小為萃取的溫度>萃取的時間>萃取的壓力[27]。吳定等[28]通過Placket-Burman和Box-Behnken進行試驗設計和響應面優化組合試驗，得出通過超臨界二氧化碳萃取小麥胚芽油的最佳工藝參數:壓力25 MPa、萃取時間141 min、溫度40℃，此條件下萃取小麥胚芽油得率達82.79%。

2.3 蜂膠揮發油的萃取

與傳統提取方法比較，經超臨界二氧化碳流體萃取的蜂膠揮發油保留了蜂膠的有效成分，有著較強的抗癌抗過敏功效[29]。趙強等[30]用超臨界二氧化碳在溫度55℃，壓力30 MPa，CO2的流量50 kg/h，萃取時間4 h的條件下萃取脫蠟蜂膠，冷凍分離后得到揮發性油，經GC-MS分析后得出51種成分，其中萜烯類及其衍生物種類繁多總相對含量為15.21%，黃酮類化合物含量為2.32%，該揮發性油能有效抑制羥自由基和超氧陰離子自由基誘導的化學發光，抑制率隨樣品濃度增加而增強。

揮發油是中草藥的重要組成部分，普遍存在于解表藥、行氣活血藥以及芳香化濕藥中，發揮著顯著作用。錢華麗等[31]用超臨界二氧化碳萃取溫郁金得出的揮發油活性成分比傳統方法高出了3～4倍。艾娜絲[32]等以干制啤酒花為原料，通過正交試驗得到了超臨界二氧化碳萃取啤酒花精油的最佳萃取條件為萃取溫度50℃，萃取壓力40 MPa，萃取時間2 h，三因素對萃取得率的影響為萃取的壓力>萃取的時間>萃取的溫度。啤酒花精油除了具有能使啤酒香味增加的功能以外，還有著抗菌、抗氧化的功能活性[33，34]。利用超臨界流體萃取技術，以生姜為原料、以二氧化碳為溶劑萃取的生姜精油可用于食品調味料和軟飲料的調香，在溫度35℃、壓力20 MPa的條件下萃取的姜精油不僅能使其精油收率增加，還使其保有生姜的獨特香味[35]。

2.4 蜂膠中酚類和芳香類成分萃取

通過超臨界二氧化碳萃取蜂膠的工藝研究和液相色譜分析可知，超臨界二氧化碳萃取能有效分離蜂膠中的弱極性黃酮類和芳香類成分，且萃取產物純度較高[36]。實驗結果表明超臨界二氧化碳萃取工藝中萃取壓力、萃取溫度以及CO2的流速對萃取效率的影響較大，其最佳操作條件為萃取壓力33 MPa,溫度45.4℃，CO2的流量16.8 L/h，萃取產物中烷烴類、烷醇類、苯甲酸、肉桂酸肉桂酯、肉桂醛、肉桂醇、5-甲基柯因、愈瘡木醇類物質、柯因等含量較高[37]。

超臨界二氧化碳流體萃取技術廣泛應用于天然產物的酚類和芳香類成分的提取。應用超臨界二氧化碳萃取技術，使用低檔普洱茶作為實驗原材料進行茶多酚的生產，可大幅節約生產成本[38]。通過單因素和正交試驗確定了超臨界二氧化碳萃取茶多酚的最優條件為萃取溫度50℃，壓力35 MPa，動、靜態萃取時間分別為1 h，萃取效率達10.5%，該萃取物通過簡單的真空冷凍干燥能得到77.35%的茶多酚制品[39]。周江等[40]在萃取溫度為55℃、萃取壓力為39 MPa條件下，用超臨界二氧化碳萃取香蘭素，萃取率高達97.2%，且有效保持了其營養和活性組成成分。

3 結論

超臨界二氧化碳流體萃取技術操作簡單，分離效率高，成本低，不需要有機溶劑的使用，符合本世紀的綠色化學理念[39]。該技術在蜂產品等天然產物中的加工應用因其安全、無毒、綠色的優質特性，符合人類社會健康發展的要求，代表了蜂產品萃取技術的發展方向，有著潛在的市場需求，應用前景廣闊。

[1]S Sarrade,C Guizard,GM Rios.New applications of supercritical fluids and supercritical fluids processes in separation [J].Separation and Purification Technology,2003,32(1-3)：57-63.

[2]WH Hauthal.Advances with supercritical fluids [review][J]. Chemosphere,2001,43(1):123-135.

[3]R.Marr,T.Gamse.Use of supercritical fluids for different processes including new developments—a review [J].Chemical Engineering and Processing,2000,39(1):19-28.

[4]趙丹，尹潔.超臨界流體萃取技術及其應用簡介[J].安徽農業科學，2014，42(15)：4772-4780.

[5]陳文偉，王震宙.超臨界萃取技術的應用研究進展[J].西部糧油科技，2003(06):38-40.

[6]丁一剛，霍旭明.超臨界流體的技術與應用 [J].醫藥工程設計，2002,2(4)：3-6.

[7]郝常明，黃雪菊.淺談超臨界流體萃取技術及其應用[J].醫藥工程設計，2003,24(2)：1-4.

[8]廖勁松，郭勇.超臨界流體萃取的應用技術研究[J].食品科技, 2002(12):12-15.

[9]Herrero M，Mendiola JA，Cifuentes A，et al.Supercritical fluid extraction:recent advances and applications[J].Journal of Chromatography A，2010，1217(16):2495－2511.

[10]李英華，呂秀陽，胡福良，等.花粉中化學成分的研究現狀及發展趨勢[J].中國現代應用藥學雜志，2006，23(7):613-615.

[11]許具曄.蜂花粉對人體的保健作用[J].農產品加工，2004(10): 24-25.

[12]Bankova V，Christov R，Kujumgiev A，et al.Chemical composition and antibacterial activity of Brazilian propolis[J].Zeitschrift fur Naturforschung，1995，50(3-4):167-172.

[13]Sahinler N，Kaftanoglu O.Natural product propolis:chemical composition[J].Natural Product research，2005，19(2):183-188.

[14]胡福良，詹耀鋒，陳民利，等.蜂膠對高脂血癥大鼠血液和肝臟脂質的影響[J].浙江大學學報，農業與生命科學版，2004，30(5) :510-514.

[15]Funari CSD，Ferro VDO，Mathor MB.Analysis of propolis from Baccharis dracunculifolia DC.(Compositae)and its effects on mouse fibroblasts[J].Journal of Ethnopharmacology，2007，111(2):206-212.

[16]Chichiricco G,Pacini E.Cupressus arizonica pollen wall zonation and in vitrohydration [J].Plant Systematics and Evolution, 2008,270(3):231-242.

[17]Kroon GH,Praagh JPV,Velthuis HHW.Osmotic shock as a prerequisite to pollen digestion in the alimentary tract of the worker honey bee[J].Journal of Apicultural Research,1974(13):177-181.

[18]Kurmann M H.Pollen morphology and ultrastructure in the Cupressaceae[J].Acta Bot Gallica,1994,141(2):141-147.

[19]孫麗萍，徐響，高彥祥，等.蜂花粉超臨界二氧化碳破壁方法[P].北京：CN101268815，2008-09-24.

[20]孫麗萍，田文禮，董捷.超臨界流體萃取蜂花粉油脂的方法[P].北京：CN1872971，2006-12-06.

[21]謝國秀，黃康，吳小波，等.蜂花粉CO2超臨界萃取研究[J].安徽農業科學，2008(04):1303-1304.

[22]馮武，范國棟，劉嘉寶.云南松花粉超臨界CO2脫脂研究[J].云南林業科技，2003，102(1):63-65.

[23]徐響，孫麗萍，高彥祥，等.超臨界二氧化碳破壁萃取蜂花粉油脂方法[P].北京：CN101269093，2008-09-24.

[24]孫麗萍，徐響.超臨界二氧化碳處理對油菜蜂花粉破壁的影響[J].食品科學，2008，29（06）:56-58.

[25]宋玉卿，于殿宇，張曉紅，等．大豆胚芽油的超臨界CO2萃取研究[J]．食品科學，2007，28（10）：293-297．

[26]呂維忠，鐘振聲，黃少烈.超臨界CO2萃取大豆磷脂的影響因素研究[J].精細化工，2001，18（3）：151-152.

[27]夏楊毅，李洪軍，魯言文，等.超臨界CO2高效萃取卵黃磷脂的研究[J].糧油加工與食品機械，2004(08):46-50.

[28]吳定，謝惠惠，黃卉卉，等.小麥胚芽油超臨界CO2萃取影響因素篩選及工藝優化[J].中國糧油學報，2014,29(12):88-94.

[29]唐傳核，孟岳成.蜂膠的生理功能以及開發研究[J].食品工業科技，1999，20(2):30-33.

[30]趙強，張彬，李豈凡，等.蜂膠揮發油抗氧化性能及其成分研究[J].天然產物研究與開發，2008，20(1):82-86.

[31]錢華麗，陶文沂，王利平，等.溫郁金超臨界萃取物的化學成分研究[J].天然產物研究與開發，2007，19(5):814.

[32]艾娜絲，蔣玉梅，畢陽，等.啤酒花精油的超臨界CO2萃取工藝優化及其組成分析[J].食品工業科技，2011，32(04):232-235.

[33]應雀森，潘勤，張娟.啤酒花的化學成分、藥理作用與臨床應用[J].國外醫藥·植物藥分冊，2008，23(4):139-141.

[34]Mourey A，Cnaillac N.Anti-Listeria monocytogenes activity of essential 0ils components of conifers[J].Food Control,2002,13(4-5):289-292.

[35]江偉強，伍培輝.采用超臨界CO2萃取天然香料[J].冷飲與速凍食品工業，2001，7(2):31-35.

[36]李樹嵐，余蘭平，盛文勝.蜂膠液的超臨界萃取工藝研究[J].蜜蜂雜志，2006(09):3-5.

[37]徐響，孫麗萍，董捷.響應面法優化蜂膠超臨界二氧化碳萃取工藝的研究[J].食品科學，2009，30(08):86-89.

[38]夏為龍，邢思敏.超臨界流體萃取普洱茶多酚的可行性初探[J].云南化工，2000，27(4):6-8.

[39]王朝瑾，馬紅青，陳溫嫻.超臨界萃取茶葉中茶多酚的提取與應用[J].分析科學學報，2009，6(3)：25.

[40]周江，鄧亦峰，黃茂芳.超臨界CO2提取香草蘭中香蘭素的研究[J].食品與機械，1998(6):16.

The Application of Supercritical Fluid Extraction in Bee Products Processing

Zhang Wenwen,Pang Qian,Wang Kang,Ji Ting,Sun Liping
(1 College of Animal Science and Technology,Yangzhou University,Yangzhou 225000,China;2 Institute of Apicultural Research,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100093,China)

The supercritical fluid extraction because of its mild conditions,no environmental pollution,easy to operate and other characteristics can be used for bee products and other natural products of the active ingredients extraction and processing.This is a review about supercritical fluid extraction principles,characteristics,the study on its superiority in the extraction of active ingredients and its extraction process about bee pollen and propolis;the study on the effective components of extracted products and its application.The supercritical fluid extraction is widely used and has broad prospects.

supercritical carbon dioxide extraction;bee pollen;propolis;natural products;extraction process

國家蜂產業技術體系項目（CARS-SYZ-06）

張文文（1992-），女，碩士研究生，研究方向為蜂產品加工

吉挺（1974-），男，博士生導師，研究方向為特種經濟動物飼養（蜂學）；孫麗萍（1963-），女，碩士生導師，研究方向為蜂產品功能成分分離提取和功能研究。