微波辅助提取植物多酚技术的研究进展

◎ 江华明

（四川职业技术学院 食品与生物技术学院，四川 遂宁 629000）

多酚是一类分子结构中含有若干个酚羟基的植物成分的总称，是植物性食物中由莽草酸/苯丙酸或聚酮途径产生的最大的次生代谢产物家族，具有感官、健康和工业价值。研究表明，特定多酚有益于健康状况，食用富含多酚的食物可以预防心血管疾病、糖尿病、肥胖症等疾病，特别是在某些慢性病的预防和管理领域具有更多的可能性[1-2]。

目前多酚常规提取技术包括索氏提取、浸渍和水蒸气蒸馏，这些方法既耗时又需昂贵的设备，还需高纯度溶剂，因此开发提取时间短、低能耗、提取率高的多酚提取方法具有重要意义。常用的绿色提取技术主要有微波辅助提取技术（Microwave-Assisted Extraction，MAE）和超声波辅助提取技术，其中微波技术比超声技术更具优势，可在更短时间内提取含量更多的多酚。MAE是一种利用微波从植物材料中提取可溶性物质的新方法，与传统提取方法相比，具有提取时间短、溶剂消耗少、提取率高、提取反应产物CO2水平低等优点，提取的多酚生物活性保留好、操作温度低、能耗低，是一种符合美国环保局制定标准的绿色技术[3]。MAE利用电磁波引起细胞结构变化，通过离子传导和偶极旋转直接作用于分子，极性分子吸收能量从而破坏细胞结构[4]。本文讨论MAE在植物多酚提取中的作用机制及其对植物多酚的提取率、生物活性和组成的影响，以期为MAE在提取植物多酚中的进一步应用提供参考。

1 微波辅助萃取技术的作用机制研究进展

MAE使用于0.3～300 GHz振荡的磁场和电场，即在0.3～300 GHz范围内垂直循环的非电离波，当电磁波与极性化合物相互作用时会产热，热量通过离子或偶极旋转传递[5-6]。加热导致氢键破裂和离子迁移，从而增加溶剂在样品中的渗透率，使待提取物更易提取出来，减少所需的时间和溶剂量，从而提高回收率并节约能源[7-8]。MAE有利于通过破坏细胞壁从植物基质中扩散不耐热的化学成分。

MAE提取过程分为平衡阶段、中间过渡阶段和扩散阶段。①在平衡阶段时，通过增加温度或辐照功率，目标溶质以恒速从植物活性中心分离出来，此阶段涉及增溶和分配现象。②在中间过渡阶段则以对流和扩散传质为主，溶质从原料扩散到溶剂中，传质阻力开始出现固-液界面。③在扩散阶段，溶质从固体基质分离扩散到提取溶剂中[4]。作用机制有以下6个步骤，包括溶剂渗透到固体基质中、组分增溶/或分解、溶质从固体基质中迁移出来、提取的溶质从固体外表面迁移到主体溶液中、提取物相对于固体基质运动及提取物和固体基质分离[6,9]。MAE在实际样品检测中的步骤一般从样品准备开始，进入提取程序、清理过程、后处理（如离心样品、过浓缩滤提取液等），最后进行数据分析。

2 微波辅助技术提取植物多酚研究进展

2.1 微波辅助提取技术对植物多酚提取率的影响

传统的多酚提取技术需要长时间浸提，耗时耗力且提取效率低下，近年来，MAE作为绿色提取技术被广泛应用于提取多酚中。利用微波和传统溶剂提取相结合，具有减少提取时间、针对性加热、减少溶剂消耗及提取率高等优点，是提取多酚的有效方法。

研究表明，MAE利用电磁波与极性化合物相互作用时产生的热量导致氢键破裂和离子迁移，从而增加溶剂在样品中的渗透率，使待提取物更易提取出来，减少所需的时间和溶剂量，从而提高回收率并节约能源，而加热还会破坏细胞基质，使多酚更易从植物组织中释放出来。ÖZBEK等[10]采用微波辅助溶剂萃取法（Microwave-Assisted Solvent Extraction，MASE）从开心果壳中提取酚类化合物，并与传统的溶剂提取法进行比较，其中MASE法提取得率为51.67%，CSE得率为42.85%，微波辐射通过离子传导和偶极旋转引起分子运动从开心果壳中高效提取极性化合物。微波辅助提取多酚受多种因素影响，如微波功率、频率和辐射时间、植物基质特性、溶剂组成和浓度、料液比、提取温度和压力等。在利用橙渣和石榴汁提取多酚的实验中，由于微波功率增大使溶剂更易渗透到植物结构中，因此增加微波功率会促使总多酚提取量增加；而随着水渣比的增加，提取率也增加，但比例超过一定限度时，总多酚的提取量逐步下降，此现象由暴露在微波下的橙渣体积过多，使橙渣的波浪效应降低所导致[11]。

目前MAE技术已用于食品中包括多酚在内的多种活性物质的提取，MAE的最佳操作条件确定通常是通过统计优化研究来进行的，通过严格控制操作条件使MAE在实际生产过程中获得对多酚更高的提取率，还能最大程度保留其生物活性。

2.2 微波辅助提取技术对植物多酚生物活性的影响

随着现代饮食结构的变化，人体亚健康问题已经成为重大社会问题，研究表明，人体氧化过程会损害体内的组织和细胞，从而导致慢性疾病和老化效应，植物多酚具有抗氧化、抑菌等活性和降血脂、抗癌等作用[12-13]。多酚由于其氧化还原特性，可用作供氢剂、还原剂和单线态氧猝灭剂，起着关键抗氧化作用。

多酚类物质能清除体内自由基，降低血脂水平，有效调节人体免疫系统，维持人体的正常功能。利用微波提取桔梗根中的多酚并测定其体外抗氧化活性，并与传统水提法进行比较，发现采用MAE技术提取的桔梗根多酚抗氧化能力较强，其IC50值分别为329.918 μg·mL-1、0.076 μg·mL-1、10.129 μg·mL-1及0.164 μg·mL-1，为桔梗功能性产品开发提供一定的指导与依据[14]。LIN等[15]进行草莓叶中具有抗氧化活性的酚类化合物的微波提取优化研究，在最佳条件下，自由基抑制率为79.80%±3.67%。MAE提取多酚，不仅酚类物质回收率高，而且具有更好的抗氧化活性。

抗生素的滥用易导致临床病原菌产生强耐药性，因此从天然产物中筛选抗菌药物成分已成研究热点。研究表明，多酚具有良好的抑菌作用，且呈现广谱抗菌特性[16]。SAHIN等[1]研究无溶剂微波辅助提取技术在最佳提取条件下得到的橄榄叶提取物的抑菌活性，其中金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的最小抑菌浓度为1.25 mg·mL-1。研究者还发现橄榄叶中所提取的多酚对细菌和真菌具有重要的浓度依赖性和抗菌活性。MAE提取时间、微波功率、料液比等因素不仅影响多酚提取率，还会导致多酚生物活性变化。SILVA等[17]通过优化微波辅助提取孜然海棠叶多酚的方法，以增强多酚对敏感和耐药菌株的抑菌活性，结果表明，MAE条件优化后所有受试微生物对多酚均敏感，证明MAE提取条件的优化对多酚的抗菌活性有促进作用。

综上所述，MAE对多酚生物活性的改进具有促进作用，MAE提取的多酚可作为天然抗氧化剂和抑菌剂的潜力，对食品和临床医药行业具有重要意义。

2.3 微波辅助提取技术对植物多酚组成的影响

多酚是具有苯环并结合多个羟基化合物结构的物质总称，主要通过莽草酸和丙二酸途径合成，包括黄酮类、类黄酮类、单宁类、酚酸类及花色苷类等物质。

MAE作为一种环境友好的提取工艺广泛应用于植物多酚中的提取，研究表明MAE不影响多酚提取物的组成，且提取条件不会影响多酚的组成和结构。PAL等[18]研究从芒果皮中利用MAE与常规提取方法所提取多酚中芒果苷含量，数据表明，常规方法提取物中芒果苷含量为0.930 1 mg·g-1，而MAE法提取物中芒果苷含量为0.930 1 mg·g-1，说明MAE法不会影响多酚提取物的含量组成。MAE的高提取率是其典型优势，ASOFIEI等[19]使用高效液相色谱对MAE和毛细管电泳法所得提取物的第一、四级进行分析，发现MAE提取物中所有鉴定组分量都更高。沙棘叶提取物的主要成分为没食子酸、儿茶素、对香豆酸和阿魏酸、芦丁、山奈酚-3-O-葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷和槲皮素，其中没食子酸是主要的多酚物质，其次是儿茶素。在提取毛竹笋中多酚作抗氧化剂的实验中发现，MAE提取物比常规提取物富含更多的多酚类化合物，尤其是在320 nm处吸收的多酚类物质，即烃基肉桂酸（即咖啡酸、绿原酸和p-香豆酸）或黄酮（即芹菜素和木犀草素苷）家族[20]。

MAE的高提取率是热梯度和质量梯度协同作用的结果。使用MAE提取多酚类化合物不仅不影响多酚提取物的组成，还能通过其特殊作用机制提高多酚提取物各组分含量，提高多酚提取物的生物活性。

3 结语

MAE作为一种绿色提取技术已广泛应用于植物多酚的提取中。MAE提取多酚具有提取时间短、回收率高、提取溶剂消耗少及产生废物少等优势，微波通过偶极旋转和离子传导迅速升高植物细胞内的温度，导致细胞壁破裂，促进化合物释放到溶剂中。MAE在提高多酚提取率的同时，不会影响多酚提取物的组成和生物活性，甚至通过优化MAE的提取条件能够促进多酚的生物活性，提高其抗氧化性和抗菌性。然而MAE作为一种辅助提取技术需要与一种溶剂分离法共用，现有研究设计了一种无溶剂微波辅助提取技术并进行试验，结果初有成效。MAE的特殊提取特性在某些情况下会影响不耐热的物质，造成其生物活性和产率的损失，因此要严格控制MAE反应条件，同时研究者对MAE提取条件优化的研究仍是热点之一。随着工业绿色化的进程，生态友好的提取技术MAE在食品加工中提取多酚已是研究热点，将该技术应用于工业中实现植物多酚产业升级具有重大意义。