药食植物提取废水中活性成分的研究进展

张笮晦，钱信怡，童永清，李石兰，邓家刚

(1.广西中医药大学 药学院，广西 南宁 530200；2.广西中药药效研究重点实验室，广西 南宁 530200；3.广西庚源香料有限责任公司，广西 东兴 538100)

随着我国经济发展和人们生活水平提高，人们越来越认可“追求天然，崇尚自然”的生活理念，天然食品的保健作用备受关注，植物提取物行业也因此成为近10年来国内发展最快的行业之一。植物提取废水是指在用物理、化学或生物学等方法从植物中提取某些有特殊作用的物质后所产生的废水。早期植物提取废水大多直接排放，造成了资源浪费及环境污染。药食植物在我国具有悠久的应用历史，广泛应用于食品、保健用品、医药等领域。本文拟着重对药食植物提取废水中的黄酮类、糖类、蛋白质等天然活性成分及其回收利用加以论述，以期为药食植物提取废水的综合利用提供参考。

1 药食植物提取废水的活性成分

1.1 黄酮类

黄酮类化合物具有抗氧化活性，是药食植物的主要活性成分。刘海英等[1]测定了86种药食两用植物中的黄酮含量，发现它们黄酮含量差异较大，在0.00～318.75 mg/g。董华强等[2]的研究结果表明，合水粉葛废渣、废水干物质中葛根素含量分别为0.46%和0.34%，高于葛粉(0.21%)和葛芯(0.26%)；葛渣中葛根素及总异黄酮含量超过根头。赵冬梅等[3]对豆制品生产中排放的高浓度黄浆水和乳清废水的检测结果表明，黄浆水中含有大豆皂苷、功能性低聚糖、蛋白质和脂肪；乳清废水中含有大豆皂苷、异黄酮、水苏糖、棉籽糖、 蛋白质和脂肪。沈维亮等[4]从紫薯加工废水中快速沉淀分离回收花青素，水溶液中的花青素均能很好地离心沉淀下来，当pH=4时，离心沉淀效果最佳，沉淀效率达90%以上。周小华等[5]采用D-254树脂从柑桔加工废水中回收橙皮苷，在pH 8.0，树脂∶废水=1∶100(W/V)时，可吸附废水中96.3%的橙皮苷。

1.2 多糖

多糖是药食植物中重要的活性成分之一，具有增强免疫力、抗肿瘤、抗病毒等广泛的药用价值[6]。Sonda等[7]研究了豆腐加工废水中高纯度多糖、水溶性多糖和大分子量多糖的提取，发现大分子量多糖产生于提取过程中，水溶性多糖由阿拉伯半乳聚糖组成，而部分多糖在提取过程中分解成木糖和鼠李糖。叶子等[8]的研究表明甘薯淀粉废水中蛋白质的提取率为92.2%，多糖的提取率为62.6%。尹丽敏[9]发现水酶法提取油茶籽油后产生的工业废水中成分仍保留着原有的天然活性，对其进行提取分离，得到较高纯度的茶籽多糖、油茶皂素等成分。崔雯等[10]发现木薯淀粉生产过程中产生的黄浆水中主要含有大量的水溶性物质，利用胰蛋白酶可以从木薯淀粉黄浆废水中回收粗淀粉。

1.3 蛋白质

孔令知等[11]利用天然聚电解质复合法回收马铃薯淀粉废水中蛋白质，结果表明，在pH 3.5，蛋白/卡拉胶=2.5∶1(w/w)下，蛋白质回收率达到100%。邓国龙等[12]利用酸沉淀法回收木薯黄浆废水中蛋白质，在pH为4.0、温度为35 ℃、提取时间为3.0 h及蛋白质浓度为1 400 mg/L的条件下，木薯黄浆废水中蛋白质沉淀率达到最高，为98.3%。沈凤梅[13]对菜籽粕加工废水中的多酚、蛋白质等天然物质进行资源化利用，总酚回收得率达40.14%，蛋白质得率达79.83%。

1.4 皂苷类

大豆黄浆水中含有的大豆皂甙占大豆原料中皂甙原含量的 58%，姜浩奎等[14]将除盐后的料液用非极性大孔树脂吸附，80%乙醇洗脱，浓缩后加入 95% 丙酮搅拌析出，后期经喷雾干燥，可得到含量 30% 的大豆皂甙成品。冯自立等[15]对盾叶薯蓣皂素淀粉预分离产生废水中的水溶性皂苷进行富集回收工艺研究，经D-101C大孔树脂吸附处理，浓缩洗脱液，得到纯度较高的水溶性甾体皂苷粉末。

1.5 其它成分

孙清华等[16]采用气相色谱对薄荷油生产废水进行分析，主要含有萜烯、薄荷酮、薄荷醇以及少量的焦油。杨盛鑫[17]对玫瑰精油采用传统蒸馏法提取产生的工业废水进行研究，发现其中大部分有机污染物是很值得回收利用的物质，如玫瑰色素、玫瑰黄酮、玫瑰多糖等。龚美珍等[18]针对黄姜生产皂素废水高浓度、高色度、低pH值的特性，用粉末状活性炭对色素进行吸附，经热碱液解析得到焦糖色素，在利用粉状活性炭提取焦糖色素的过程中废水的固形物的去除率达到72.97%，色素回收率为98.8%。沈晓莉等[19]采用乙醇沉淀法从柑橘加工产生的酸洗水、碱洗水和分选水中提取果胶。研究表明，3种废水中均含有一定量的果胶，其中碱洗废水中果胶含量最高，酸洗水中果胶含量最低。碱洗废水经5倍浓缩后与乙醇用量比为2.5∶1，乙醇沉淀60 min，其果胶得率可达1.46 mg/L废水。

2 药食植物提取废水中活性成分的回收方法

2.1 树脂吸附法

宋刚等[20]采用AB-8大孔树脂分离葛根淀粉废水中的葛根素，以pH 5.5的80%乙醇作为洗脱剂，可有效回收葛根淀粉废水中的葛根素，其回收率达到了89.24%，纯度达到53.97%。李传润等[21]利用大孔树脂吸附法处理废水，制备葛根黄酮，酸水解法制备葛根素，100 kg 鲜野葛可同时制备18.4 kg 纯天然葛粉、205 g 精制黄酮 (葛根素含量为 40.6%) 或20 g葛根素 (97.6%)。刘国庆等[22]研究了10种吸附树脂对大豆乳清中异黄酮的吸附特性，研究表明，D312、AB-8树脂对异黄酮的吸附较好，吸附量大，容易解析附。适宜条件：温度为20 ℃左右，pH值为7.5左右。刘宇等[23]研究大孔树脂吸附法提取豆制品废水中的大豆异黄酮，使用AB-8树脂进行动态吸附，洗脱流速0.6 mL/min，依次经10%乙醇洗脱1 BV，40%乙醇洗脱1 BV，80%乙醇洗脱2 BV，收集40%乙醇和80%乙醇洗脱液，得到大豆异黄酮洗脱率为85.5%，大豆异黄酮总回收率为59.6%。杜正彩等[24]对八角枝叶提油废水中莽草酸的提取工艺优选，以莽草酸含量为指标，通过正交实验优选石灰膏和活性炭脱除废水中杂质的工艺条件，将除杂后废水通过201×7(717)型树脂柱进行阴离子交换，用1%HCl洗脱，洗脱液经浓缩、重结晶得到纯度为98.84%莽草酸，平均得率为37.60%。

2.2 有机溶剂萃取法

有研究表明[25]乙酸乙酯对大豆异黄酮的溶解度较高，是较好的萃取溶剂。采用1∶1体积比进行萃取2次废水，萃取率为62.8%，回收豆制品废水中大豆异黄酮比较经济。王超萍等[26]对废水中异黄酮进行乙醇超声萃取的研究表明，提取时间为30 min，超声波功率450 W，料液比为16∶1，乙醇浓度为70%，大豆乳清废水中异黄酮提取率可达到0.661%。

2.3 膜分离技术

袁其朋等[27]采用膜分离技术回收、处理大豆乳清废水。大豆乳清废水通过截留分子量为8 000的超滤膜，可以回收几乎全部的蛋白质。对超滤透过液进行浓缩，选用了可脱除蔗糖和单糖的纳滤膜，回收超过90%的水苏糖和棉籽糖。有文献报道[28]采用膜集成技术处理大豆蛋白废水，90%以上的废水作为工艺用水回用，同时年回收大豆低聚糖 3 600 t；处理回用海带提碘废水并提取浓缩甘露醇，水回用率为60%，年产甘露醇2 300 t。崔春月等[29]采用超滤(UF)+纳滤(NF)组合，回收甘薯淀粉生产废水中的多糖。研究表明，当操作压力为0.2 MPa，进水流量为550 L/h时，超滤(截留分子量为60 ku)对蛋白截留率为94.1%。纳滤最佳运行条件：操作压力0.3 MPa，进水流量450 L/h，运行时间3 h，透过液多糖浓度<4.8 mg/L，多糖、COD截留率分别为98%、85.2%。王飞[30]采用纳滤从油茶籽水酶法提油废水中提取糖萜素，经过纳滤浓缩后的废水进行喷雾干燥，得到的产品符合糖萜素国标。

2.4 活性炭吸附法

袁其朋等[31]用树脂和活性炭吸附方法，对回收大豆乳清废水中大豆异黄酮、低聚糖研究。研究表明，用60 L的5%乙醇洗脱，除去单糖和二糖，再用30 L的60%乙醇洗脱棉子糖及水苏糖，最后回收60%乙醇，得大豆低聚糖。顾建明等[32]用粉末∶颗粒活性炭 =1∶2～1∶3 的混合活性炭充填的吸附柱，丙酮作为洗脱液，回收黄浆水中大豆异黄酮，回收效果优于其它吸附剂。

2.5 絮凝剂法

Bartova等[33]研究絮凝剂法回收马铃薯淀粉废水中的蛋白质，当FeCl3添加量为0.02 g/mL时，废水中蛋白质的回收率可达到82.7%。刘宇等[34]通过絮凝-超滤技术分离豆制品废水中的蛋白质、 低聚糖和异黄酮，先加入0.3 mg/mL壳聚糖对废水进行絮凝实验，再用10 kDa的聚醚砜膜进行超滤处理，废水的蛋白质回收率达到76.1%，总糖透过率达到76.0%，异黄酮透过率达到 77.2%。褚绍霞等[35]研究生物絮凝法处理豆制品废水，采用壳聚糖和海藻酸钠复合絮凝剂，在壳聚糖添加量为0.5 mg/mL，海藻酸钠添加量为0.3 mg/mL时达到最好的絮凝效果，最佳絮凝pH为4.5，絮凝以后原液中蛋白质脱除率为76.84%。

2.6 其他方法

对含有异黄酮的豆制品废水，采用酸碱沉淀废水中的可溶性蛋白，然后，经纳滤浓缩，可得到大豆异黄酮[36]。田贝贝等[37]对小麦淀粉生产废水中回收阿拉伯木聚糖(AX)进行研究，分析其相对分子量和单糖组分的理化性质。分级醇沉法，可以有效分离具备不同相对分子质量、分支结构和单糖比例的阿拉伯木聚糖。曾家豫等[38]采用醇沉法沉降红三叶预加工废水中的有机物，再采用醇提法浸提沉淀物中的叶绿素。结果表明，从废水中沉降有机物的最佳乙醇浓度为30%，固形物沉降率为39.45%，从沉淀物中浸提叶绿素的最佳条件为：乙醇浓度90%，浸提温度60 ℃、浸提时间6 h和料液比1∶25 g/mL，叶绿素提取率为1.72 mg。陈全斌等[39]采用磨浆法从葛根淀粉废水中富集到的黄酮含葛根素39%。

3 结论与展望

我国药食植物资源丰富，近年来植物提取物产业快速发展，研究药食植物提取废水中活性成分的回收利用不仅可以避免因废水的随意排放引起的环境问题，还提高了原料综合利用率、降低生产成本，具有经济和环境的双重意义。目前对从药食植物提取废水中回收黄酮类、多糖等活性成分的研究大多仍处于实验室阶段，距离工业化应用还有一段距离。解决药食植物提取废水中活性成分工业化再利用的问题迫在眉睫。综合利用药食植物资源，变废为宝，提高药食植物的附加值，促进植物提取产业可持续发展，将是植物提取产业今后发展的方向。