植物多酚提取研究進展

田富林 黃文晶 王 展, 2 秦先魁, 2 沈汪洋, 2 蔡喬宇

(1. 武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430000； 2. 大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430000)

植物多酚對人體健康有許多積極作用，不同多酚的功能存在差異：原花青素具有很高的抗氧化能力[1]，單寧表現出極強的抗炎特性[2]，此外，多酚在抑菌、預防糖尿病和心血管疾病、抗癌細胞增殖[3-5]等方面均表現出很好的效果。植物多酚的這些功能使其具有作為保健品和藥物的潛能。

目前已有較多關于多酚提取的研究，文章擬對這些研究中未提及的提取方法(如亞臨界萃取、低共熔溶劑萃取、加壓溶劑萃取等)進行補充，對不同提取方法的作用原理和優缺點進行深入分析，并展望其未來發展方向，旨在為高效、綠色、安全的植物多酚提取方法的研究提供參考。

1 植物多酚的提取

傳統的植物多酚提取方法是通過有機溶劑進行萃取，但該提取方法耗時長、提取率低、萃取劑消耗量大等，且有機溶劑的使用也限制了其在食藥品中的應用；此外，萃取過程中可能產生的降解產物也會影響其應用范圍。隨著科學技術的發展，許多先進的提取技術得到了開發和運用，如微波輔助提取、加壓溶劑提取、超聲輔助提取和超臨界流體提取等，這些先進的提取技術可以較好地克服傳統提取工藝的不足。

1.1 固液萃取(SLE)

SLE是最常用的酚類萃取方法之一，利用各組分在溶劑中的不同溶解度進行酚類物質的提取，采用有機溶劑或有機溶劑的水溶液作為萃取劑，提取物中含有可溶性非酚類物質，產物較為粗糙，需對其進行純化才能得到純度較高的多酚。

多酚易與其他植物成分(如碳水化合物、蛋白質等)形成復合物，這對酚類物質在溶劑中的溶解度有較大影響，增大了其提取難度。Akowuah等[6]研究發現，采用極性不同的溶劑萃取貓須草多酚時，不同萃取劑所得提取物的組分和含量存在較大差異，表明不同種類的多酚在不同極性溶劑中的溶解度存在差異。說明萃取劑的選擇對SLE的得率有重要影響。目前，乙醇—水溶液是植物多酚提取常用的固液萃取劑。Ramón-Gon?alves等[7]使用乙醇—水溶液作為萃取劑，對廢咖啡渣中的多酚進行了萃取，經色譜法和化學計量學分析后確定了在廢咖啡渣中提取多酚的最佳條件。

1.2 加壓溶劑萃取(PLE)與加速溶劑萃取(ASE)

加壓溶劑萃取(PLE)是在高壓條件下提高溶劑沸點，利用高溫溶劑對物質進行萃取。加速溶劑萃取也是加壓溶劑萃取中的一種，其是在相對高溫及高壓條件下使溶劑保持液態形式，對物質進行靜態萃取[8]。高溫有利于促進待萃取物的溶解，能在較短時間內完成萃取[9]。lvarez-Casas等[10]發現，白葡萄渣多酚的最佳PLE條件為：以63%的甲醇為萃取劑，最佳提取溫度為105 ℃，提取時間為5 min。Garcia-Jares等[11]研究表明，白葡萄籽中酚類物質的最佳PLE條件為：以65%的甲醇為萃取劑，最佳提取溫度為105 ℃，萃取時間為2 h，此時不同品種白葡萄籽提取物中的總多酚含量為99～121 mg沒食子酸當量/g干重。Díaz-de-Cerio等[12]建立了PLE與高效液相色譜串聯四極桿飛行時間質譜聯用的方法檢測桃金娘葉中的酚類化合物，縮短了檢測時間，進一步證明了PLE的高效性。曹會凱等[13]研究發現，在最優的PLE條件下，山楂黃酮的提取率可達4.99%；而常壓條件下的最大提取率只有3.64%，且溶劑用量約為前者的6～20倍。

與SLE相比，PLE/ASE溶劑消耗量小、耗時短，且對樣品的處理過程較為簡單，但該方法也存在較大的局限性，不適用于熱不穩定多酚(如花青素、蘆丁、單寧、沒食子酸等)的提取[14]。

1.3 超臨界流體萃取(SFE)

氣液體系中，當流體的溫度、壓力超過一定區域時，氣相與液相的界面會消失，形成單一的均相流體，稱為超臨界流體(SCF)[15]。由于SCF具有密度大、黏度小、擴散系數居中的特性，其可以作為有效的萃取劑[16]。與PLE/ASE不同的是，SFE過程中，溶劑達到氣液平衡點，其存在狀態會發生改變。

最常用的SCF是超臨界CO2，乙烷、丁烷、戊烷、一氧化二氮、水等也常用作SCF。超臨界CO2的臨界溫度相對較低(為31.1 ℃)，可在較低溫度下完成多酚萃取，避免了高溫對多酚結構的破壞。Lazzè等[17]采用超臨界CO2對葡萄皮、籽等廢料中的多酚進行了提取，該多酚物質表現出很強的抗氧化和抗增殖活性，說明超臨界CO2提取物可以保持較高的生物學活性。由于CO2是非極性化合物，可在SCF中加入第3組分增加極性多酚的溶解度，該組分被稱為夾帶劑。顧仁勇等[18]研究表明，與不使用夾帶劑相比，以乙醇溶液為夾帶劑提取的八月瓜幼果多酚得率提高了約2.45倍，產品純度提高了約15.49%，說明夾帶劑對提高多酚得率有顯著促進作用。劉迪等[19]研究表明，核桃青皮多酚的最佳超臨界二氧化碳提取工藝為：萃取溫度50 ℃，萃取壓力30 MPa，萃取時間6 h，乙醇體積分數75%，夾帶劑用量3 mL/g，CO2流量30 kg/h；該條件下的提取量可達8.83 mg/g；且提取物中含有豐富的單寧、蘆丁、沒食子酸等多酚物質。

CO2是一種不活潑的氣體，作為超臨界流體，其在萃取過程中不會與待提取物發生化學反應，且無臭無毒，是一種安全性極好的提取載體，較為適合應用于食藥品領域。但CO2作為一種非極性化合物，限制了其在極性多酚提取方面的應用，需添加合適的夾帶劑以增加極性多酚的溶解度。

1.4 亞臨界水萃取(SWE)

亞臨界流體萃取技術是一種應用亞臨界流體來完成萃取的提取方法。溶劑在高于其沸點但低于其臨界溫度的溫度區間內、在一定壓力下以液態存在的狀態稱為溶劑的亞臨界狀態，在此狀態下利用其相似相溶的物理性質，用作生物成分萃取的溶劑稱為亞臨界萃取溶劑[20]。

亞臨界水具有一系列優點，被較多用作植物多酚的亞臨界萃取劑。隨著溫度的升高，處于亞臨界狀態下的水極性發生改變，可以實現對植物中多酚的選擇性提取。Moreira等[21]研究發現，亞臨界水萃取的葡萄藤蔓多酚對不同的細菌和酵母菌均有抑菌作用，該研究擴充了食品或制藥行業天然抗氧化劑的來源。Luo等[22]研究發現，高粱麩皮多酚的最佳SWE提取條件為提取溫度144.5 ℃，提取時間21 min，液料比35∶1 (mL/g)，此時的多酚得率為(47.253±0.375) mg沒食子酸當量/g麩皮干重，該方法提高了多酚提取速率，且由于多酚組分增加，提取率也有所提升。Cova等[23]研究了SWE對菊苣多酚的提取效果，發現每公斤新鮮菊苣中多酚的回收率最高可達3 g沒食子酸當量，僅耗時15 min，而常規提取需240 min才能取得相同的結果，該研究進一步證明了SWE的高效性。

SWE具有一定優越性，采用的萃取劑為水，廉價無污染，且對人體不會產生毒性，具有廣闊的前景。與PLE/ASE不同的是，SWE過程中的溫度和壓力并不是固定的，而是通過溫度和壓力的變化來改變水的極性，從而實現對非極性多酚的提取。但此過程中水的溫度和壓力變化較大，易造成對熱不穩定多酚結構的破壞。Doctor等[24]研究發現，香豆素在100，150 ℃等較低溫度下是穩定的，但在200 ℃或更高溫度下加熱60 min后會發生部分降解；扁豆多酚更易溶于溫度更高的亞臨界水。

1.5 膜分離技術(MST)

膜技術是一項新興的用于澄清、分離和濃縮的綠色節能技術。其以選擇性透過膜為分離介質，當膜兩側存在某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差等)時，原料側組分選擇性地透過膜，從而達到分離、提純、濃縮等目的[25]。平板型聚酰胺商業膜的截留分子量在超濾到納濾范圍內，Conidi等[26]使用平板型聚酰胺商業膜從澄清的橄欖研磨廢渣水提物中回收酚類化合物，發現納濾膜具有較高的滲透通量和較低的污染指數，且對生物活性物質的截留率也明顯高于超濾膜；截留分子量在150～500 Da 的膜對黃烷醇和羥基肉桂酸衍生物的截留率約為100%，對總多酚的截留率約為72%。Mieres-Castro等[27]在研究智利本土植物Gaultheriaphillyreifolia和G.poeppigii果實中多酚的抗氧化活性時，為分離其中的花色苷，使用了膜色譜系統，結果顯示花色苷被有效地保留在膜中，回收率為83.4%～113.0%。Cassano等[28]采用膜法對紅酒糟水提物進行了澄清與分級，使用了NP010、NP030和MPF36 3種平板型商業膜分離其多酚，所選擇的膜均對花色苷有較高的截留率(>93%)，進一步驗證了膜對花色苷的高截留率。這些研究可以證明MST是一種有效的多酚分離方法，在分離植物多酚中具有應用價值。另外，膜不會破壞多酚的結構，因此納濾保留物具有較高的抗氧化活性，在食品添加劑和食品補充劑的生產中具有重要的實用價值。

通過選擇截留不同分子量的膜，可以實現對植物多酚的提取和分離，且提取率較高，膜分離以壓力差、濃度差等作為推動力，這些因素對多酚的結構影響甚微，因而不會降低其生物學活性。其綠色、無污染的特性也使其十分適用于食藥品加工。但膜的表面易被污染，導致性能下降；并且膜的穩定性、耐熱性、耐溶劑性等能力有限，限制了其使用范圍。單獨的膜分離技術功能有限，比如無法實現分離物的干燥、無法實現同分異構體的分離，因而常與其他分離技術聯用。并且膜的造價較高，會增加工業化生產成本。

1.6 低共熔溶劑法(DES)

低共熔現象又稱低溫共熔，是指將2種或2種以上固體物質進行混合，使其混合物的熔點發生下降的現象[29]。研究[30]表明，DES的極性范圍廣，對多種化合物，特別是難溶于水的化合物具有較高的增溶能力，對某些天然產物具有較高的萃取能力和穩定能力，已被廣泛應用于食品行業的目標成分提取、分離和濃縮，包括酚類化合物、糖、蛋白質等[31]。

Lakka等[32]將L-乳酸/甘氨酸(質量比為5∶1)組成的DES用于藏紅花多酚的提取，在50～60 ℃的低溫條件下即可完成萃取，所得提取物表現出極高的抗氧化性，可能是因為該溫度下藏紅花多酚的結構不會被破壞，保持了其生物活性。Pal等[33]分別使用氯化膽堿與蔗糖、尿素、山梨醇組成的DES對洋蔥中的多酚進行提取，由氯化膽堿與尿素組成的低共熔溶劑體系對洋蔥皮中總酚的提取效果最好，而其他兩種DES體系的提取率相對較低，提取液中的主要黃酮類化合物為槲皮素、山奈酚和楊梅素。DES不僅具有高提取率，耗時也更短，Yin 等[34]應用DES結合組織破碎提取法對刺槐種子中4種主要黃酮類化合物進行了提取優化，再結合高效液相色譜分析發現，黃酮類化合物的分析僅需6 min。

DES具有低成本、低毒性、易制備、可再生、可生物降解[35]等優點，可以在較低的溫度下實現高效提取，因此不會破壞多酚的活性，使其提取物保持較好的抗氧化等性能，可實現對熱不穩定多酚的提取。但不同極性的多酚在不同DES中的溶解度不同，因此需根據不同的待提取物來選擇適當的溶劑，這是未來發展該技術需要克服的困難。此外，該法也無法實現對分離物的干燥，故還需對其提取物進行后續處理。

1.7 濁點萃取法(CPE)

CPE是液—液萃取技術的一種，但不以揮發性有機溶劑作萃取劑，不會造成環境污染。該技術利用了非離子型表面活性劑膠束水溶液的增溶作用和“濁點”特性，通過改變試驗條件(如溫度)到達其濁點時引發相分離，從而將待測物質與基質進行分離，并達到一定程度的富集。

近年來，濁點萃取法已成功被應用于植物體多酚的提取。Sliwa等[36]使用非離子表面活性劑成功萃取了三葉鬼針草中的黃酮類物質，證明了CPE在多酚提取應用中的可行性，同時也在理論層面揭示了其作用原理。Lee等[37]使用非離子表面活性劑Genapol X-080提取五味子中的木脂素，并與甲醇提取進行了比較，發現前者耗時相對要長，但其得率約為后者的1.5倍，綜合萃取劑的耗費量、環保性等因素，前者是一種更為理想的植物多酚提取方法。

利用表面活性劑對植物多酚進行萃取是一種具有廣泛應用前景的技術，但目前所使用的大部分表面活性劑會導致細胞毒性。Miek等[38]使用表面活性劑(Triton X-100)和丙酮水溶液提取蒲公英花、葉中的多酚，并以兔腎細胞系RK13為試驗對象，評價了兩種不同提取系統制備的提取物對活體的影響，結果表明，即使干燥的粗提取物中僅殘留少量的表面活性化合物，也可能在細胞水平上產生毒性作用。這在一定程度上限制了表面活性劑在食藥品中的應用。

1.8 輔助提取技術

1.8.1 超聲輔助提取(UAE) UAE是一種溫和的提取技術，與傳統提取方式相比，其效率更高、耗溶劑量較少。有學者[39-40]發現，超聲可以通過破壞植物組織細胞壁、加快內含物的釋放來增強提取效果。Herrera等[41]發現超聲輔助提取的草莓酚類化合物效率明顯高于傳統浸提法，且大大縮短了提取時間(僅需90 s)。Arteaga-Crespo等[42]應用響應面分析法進行了超聲輔助提取番石榴葉多酚的優化，最佳提取條件下的總多酚含量為(3.46±0.17) g 沒食子酸當量/100 g干重；與普通溶劑萃取相比，經優化后的UAE提取效率大幅提升，耗時更少、產量更高。

作為一種快速提取技術，UAE已在食品工業的各過程中進行了測試，由于其消耗的化石能源很少，且可以減少溶劑消耗，從而產生更純凈的產品和更高的產量[43]。但由于超聲波可傳遞很強的能量，故其對人體存在一定的傷害，因此，在進行UAE時需做好一定的防護措施，或者與聲源保持一定的距離。

1.8.2 微波輔助提取(MAE) 微波輔助提取技術是具有高性能的提取方法之一，被廣泛應用于天然產物的提取，與傳統提取方法相比，其具有時間短、效率高等優點[44-45]。

MAE與UAE的原理不同，前者通過促進溶劑滲入植物細胞壁內增加待提取物在溶劑中的溶解量[42]；后者則通過破壞植物細胞壁促進待提取物的釋放，從而增加其溶解量。黃菊等[46]使用MAE對石榴皮中的黃酮類物質進行了提取優化，并對提取物進行了抗氧化活性測試，發現其提取物具有較強的抗氧化能力。

1.8.3 酶法輔助提取(EAE) 細胞壁內含有半纖維素、淀粉、果膠等多糖，除了植物細胞壁內的可溶性多酚外，還有一些結合在細胞壁上的多酚很難用傳統的水溶劑提取方法進行提取，降低了常規提取技術的提取效率[47]。此外，部分多酚易與植物體中存在的蛋白質等物質發生絡合反應，生成絡合物，導致多酚提取率下降[48]。針對這些問題，學者嘗試使用酶法輔助提取多酚，而酶法輔助提取過程中，各種碳水化合物水解酶、蛋白酶等是較為常用的酶。

相應的碳水化合物水解酶作用于植物細胞，從而破壞細胞壁的致密結構，引起細胞壁及細胞間質結構產生局部疏松、膨脹、崩潰等變化，有利于有效成分的浸出[49]。陳東方等[50]發現酶解處理后可顯著增加燕麥全麥粉中總多酚含量，尤其是阿魏酸含量提高了11～24 倍，且提取物的抗氧化能力顯著增強。程拯艮等[51]研究表明，浸漬處理和果膠酶協同作用，能夠顯著增加蘋果酒總多酚含量和多酚組分，這是由于果膠酶能夠催化綠原酸和根皮苷的降解，促進咖啡酸、對香豆酸、阿魏酸、兒茶素和根皮素等多酚類物質的生成。

蛋白酶可以通過分解蛋白質，減少多酚與蛋白質的結合，從而提高多酚含量。趙文凈等[47]發現使用木瓜蛋白酶處理白茶浸提液后，可以顯著提高白茶多酚浸出量。熊俐等[52]使用纖維素酶和蛋白酶對菜籽餅進行復合預處理，再以乙醇為溶劑浸提多酚，與非酶解法相比，雙酶法對多酚的提取率提高了約 54.46%。

經酶預處理后，植物細胞壁被破壞，游離多酚含量增加，同時也更易浸出，大幅度提高了提取率。大部分酶是蛋白質，因此不會對環境和人體健康造成威脅，是一種安全的提取技術。但酶的作用條件較為溫和，因此，為了保證酶的活性，對酶處理過程中的條件(包括溫度、pH等)要求較為嚴格。

2 植物多酚提取方法的優缺點

SLE是使用最為廣泛的一種提取方法，但提取率較低，且以有機溶劑為萃取劑，存在多種弊端。而PLE/ASE、SFE、SWE、DSE及CPE也是一種溶劑萃取技術，但與傳統的溶劑萃取有區別：① PLE/ASE對溶劑進行了加溫、加壓處理，有利于多酚的溶解，對于提高其得率有顯著效果。② SWE對溶劑(水)進行了加溫、加壓處理，但該過程中的溫度和壓力是變化的，會導致水的極性發生改變，有利于不同組分多酚的浸出；而水的極性變化范圍是有限的，因此并不能實現對所有多酚組分的有效提取，其提取率可能低于PLE/ASE，但SWE是一種純綠色的提取手段，其提取物具有較高的生物活性，在抗氧化等方面表現出優越的性能。③ SFE使用超臨界流體為萃取劑，與PLE/ASE和SWE的最大區別是，溶劑的狀態會發生變化，采用超臨界CO2作萃取劑時可實現低溫萃取，解決PLE/ASE和SWE無法完成的熱不穩定多酚的提取問題。④ DES是一種混合溶劑，其極性范圍廣，可實現低溫萃取，但DES的配比問題不易確定。⑤ CPE是一種液液萃取技術，不以有機溶劑為萃取劑，對極性化合物和非極性化合物的分離有較好效果。⑥ MST是利用膜的選擇透過性分離植物多酚，與其他方法存在較大區別。⑦ UAE和MAE都是利用物理手段促進多酚的溶解，但對于結合態多酚的提取無顯著促進效果。⑧ EAE可通過生化反應促進結合態多酚的游離化，有利于其溶解。

3 總結

目前，關于植物多酚的研究較多，但植物多酚組分的復雜性和結構的不穩定性為提取增加了難度。近年來，許多新型提取分離技術被應用于植物多酚的提取，但大多僅停留在實驗室階段，遠達不到大規模生產應用的要求。工業化生產中，傳統的提取分離工藝依然占據著主導地位。但是傳統溶劑萃取法存在效率低、污染大、安全問題等諸多弊端。發展高效、綠色、安全的提取技術成為迫切需求。

因此，未來的研究重心應著重于以下兩個方面：① 推動現有技術在實際生產中的應用，充分考慮各提取工藝的優缺點，對不同原料采取不同的提取方法，達到有效提取的目的，可以考慮多種提取方法聯用(如SFE可以實現對熱不穩定多酚的提取，SWE可以實現對極性多酚的提取，理論上二者可以聯用，但其實際效果還有待驗證)。② 進一步開發新的提取和分離技術，逐步取代傳統溶劑浸提，實現高效、綠色提取，保證提取物對人體安全無害。