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油料作物中黄酮类化合物的提取方法研究进展

发布日期:2017-10-25 中国油脂网

 李慧娜,田少君
 
(河南工业大学粮油食品学院,郑州450001)
 
摘要:黄酮类化合物是植物体内常见的天然多酚抗氧化剂,在预防心血管疾病、调节免疫、防癌抗癌、调节内分泌系统、抑菌、抗病毒等方面有显著功效。综述了我国主要油料作物大豆、花生、油菜籽中黄酮类化合物的组成、结构和理化性质。重点介绍了有机溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、超临界流体萃取法等技术在黄酮类化合物提取中的应用,并对其研究现状、提取原理和优缺点进行了评析,旨在为油料作物中黄酮类化合物的进一步开发利用提供参考。
 
关键词:黄酮类化合物;油料作物;提取方法
 
中图分类号:TS202;R284.2文献标识码:A
 
文章编号:1003-7969(2017)08-0111-05

Progress in extraction methods of flavonoids from oil plants
LI Huina, TIAN Shaojun
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)
 
 
Abstract:Flavonoids are natural polyphenol antioxidants in plants, which have significant effect on the prevention of cardiovascular disease, immune regulation, anti-cancer, regulation of endocrine system, antibacterial, anti-virus, etc. The composition, structure and physicochemical property of flavonoids in main oil plants such as soybean, peanut and rapeseed in China were summarized. The applications of some extraction methods in flavonoids extraction were introduced emphatically, such as organic solvent extraction, ultrasound-assisted extraction, microwave-assisted extraction and supercritical fluid extraction. And its research status, extraction principle, advantage and disadvantage were analyzed in order to provide a reference for the further study and application of flavonoids in oil plants.
Key words:flavonoids; oil plant; extraction method

黄酮类化合物是植物体内一类低相对分子质量的次级代谢产物,大都呈黄色或淡黄色[1]。黄酮类化合物在植物体内多数与糖结合成糖苷形式存在,少数以游离苷元形式存在[2]。黄酮类化合物作为一种功能成分,具有优良的抗氧化活性及多种药理和保健性能,如黄芩、洋蓟等有护肝功效,异黄酮能美容、预防衰老。近年来国内外相继开发出黄酮类的茶叶、牙膏、口香糖等产品,目前更注重研发纯度更高的保健品和药品。由此可见,黄酮类化合物在食品、医疗等方面具有较高应用价值。然而选取何种原料、采用何种分离技术以获取活性好、纯度高的黄酮类化合物,同时具有经济可行性是该领域的研究关键所在。研究发现大豆、花生、油菜籽中黄酮类化合物含量丰富,且来源广泛、价格低廉,适合作为提取黄酮类化合物的原料[3]。本文对此类黄酮类化合物提取方法的研究现状进行详细介绍,可为其在食品医药领域的进一步开发应用提供参考。
 
1黄酮类化合物简介
 
黄酮类化合物广泛存在于蔬菜、水果及药用植物的花、果、叶部位,以芸香科、唇形科、豆科、伞形科、银杏科、菊科植物中居多[4]。黄酮类化合物的基本骨架如图1所示,根据C3部分形成方式(氧化、取代、成环)的差异,可将其分为黄酮类、二氢黄酮类、黄酮醇类、二氢黄酮醇类、查儿酮类、异黄酮类、花色素、双黄酮类等[5]。不同植物中黄酮类化合物的种类差异较大:黄酮类、二氢黄酮类广泛分布于被子植物;黄酮醇类(山萘酚和槲皮素)和二氢黄酮醇类多分布于双子叶植物,二氢黄酮醇类还分布于豆科、蔷薇科植物;查儿酮类主要分布于菊科、豆科、莴苣苔科植物;异黄酮类和花色素类多分布于被子植物,如豆科、桑科及鸢尾科;黄烷类主要分布于含鞣质的木本和蕨类植物;橙酮类多存在于玄参科、菊科、莴苣苔科及单子叶植物;双黄酮类分布于除松科以外的裸子植物[6]。黄酮类化合物的性质与其结构密切相关,在实际应用中,应根据植物及黄酮类化合物的种类、结构,选择合适的提取方法。
 
 
2油料作物中的黄酮类化合物
 
油料作物是我国最重要的农产品之一,也是人们的生活必需品,可分为草本油料作物和木本油料作物,我国以草本油料作物为主,其中大豆、花生和油菜籽的产量占国内油料总量的80%,是居民消费的主要品种[7]。这3种油料作物不仅经济易得,而且黄酮类化合物含量丰富,可作为黄酮类化合物的提取原料。其他油料作物由于种植面积较少或黄酮成分含量有限,开发较少,因此本文主要针对大豆、花生和油菜籽,分析其中的黄酮成分及合适的提取方法。
 
化学法、光谱分析、HPLC是功能物质常用的分析技术,常被用来检测油料中的黄酮类化合物。研究发现大豆荚壳、豆粕、豆渣中均含较多黄酮成分,龚凌霄[8]、Mirzaei[9]等运用HPLC、化学法、紫外光谱对大豆中黄酮化合物进行鉴定,发现大豆中主要含异黄酮,如大豆黄酮苷、大豆黄素、染料木苷和染料木素等,且其含量与大豆品种有很大关系[10-11]。红衣是花生中黄酮成分最丰富的部位,张秀尧等[12]运用红外光谱和紫外光谱,杜蕾[13]利用有机化合物的官能团反应,对花生衣进行分析鉴定,结果发现黄酮成分主要为花色苷、黄酮、二氢黄酮。除红衣外,花生植株(壳、茎、叶、根)也含有黄酮成分,以花生壳中含量最多,主要为木犀草素和圣草酚等[14]。油菜中油菜花粉富含黄酮化合物,杨必成等[15]采用HPLC技术对油菜花粉进行分析,结果显示油菜花粉中主要黄酮成分为槲皮素、山萘酚、异鼠李素。此外,油菜籽饼中也含有少量异黄酮成分。
 
大豆、花生、油菜籽是富含黄酮类化合物的优质油料,如何在保持黄酮原有活性的基础上将其安全高效地提取出来并应用于医药、食品等行业十分重要。
 
3黄酮类化合物提取方法
 
黄酮类化合物的提取方法主要有有机溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、超临界流体萃取法、酶提取法、半仿生提取法等,目前油料作物中黄酮类化合物的提取方法主要为前4种,其特点如表1所示。
 
 
 
 
 
3.1有机溶剂提取法
 
有机溶剂提取法利用相似相溶的原理,依据植物中有效成分在不同溶剂中溶解性的差异,将有效成分从原料中浸出[16]。常用的溶剂有乙醇、甲醇、乙醚等,因最常用的溶剂是乙醇,此法被称为醇提法[17]。醇浓度是影响此法提取效果的决定性因素,高浓度乙醇(90%~95%)适用于提取黄酮苷元类,低浓度乙醇(60%)适用于提取黄酮苷类。
 
有机溶剂提取法是目前应用最广,唯一实现工业化的提取方法。赵卫星等[18]以80%乙醇为溶剂提取大豆荚壳中类黄酮,最优条件下以10∶1液料比在70℃条件下提取24h,提取率可达8.58%。李文亮[19]运用此法提取豆粕中异黄酮,其粗提物经大孔吸附树脂分离纯化后,产品纯度显著提高。陆文蔚等[20]以60%乙醇为有机溶剂,以1∶300料液比在pH2.5和40℃条件下提取黑花生衣45min,总黄酮提取率为74.7mg/g。邢福国等[21]以50%乙醇提取花生粕3h,最优条件下总黄酮提取率为1.60mg/g。郑敏燕等[22]以95%乙醇提取油菜蜂花粉中黄酮物质,经HPLC分析发现,槲皮素、山萘酚、异鼠李素三者含量分别为0.928%、0.295%、0.0834%。
 
有机溶剂提取法操作简单、生产成本低、浸出杂质少,而温度、时间、料液比是影响提取率的主要因素。为了获得高提取率,往往需要提高温度,延长提取时间,但容易破坏原料中的黄酮类化合物,导致其生物活性降低,因此有机溶剂提取法适于提取热敏性较低的物料。若能与其他技术如超声波、微波等相结合,缩短提取时间、降低提取温度,将更有助于黄酮类化合物的提取。
 
3.2超声波辅助提取法
 
超声波辅助提取法是利用超声波产生强烈振动、高加速度、空化以及搅拌作用加速提取液的振荡,促进溶质扩散,破坏细胞膜促进黄酮类化合物的释放与溶出,目前在食品工业中应用较为广泛[23]。
 
超声波辅助提取法的影响因素主要为料液比、超声波功率、提取温度和提取时间。研究发现黄酮类化合物提取4因素对提取效果的影响主次顺序为:超声波功率>提取温度>提取时间>料液比。王桃云等[24]以料液比1∶25、70%乙醇、超声波功率270W萃取豆荚20min,浸提3次,总黄酮类得率为8.49%,经分析产品有较强的体外抗氧化活性。杨欢等[25]以料液比1∶30、70%乙醇、超声功率120W、70℃提取花生壳40min,加入4g/LSDS活性剂后,黄酮提取率达到2.15%,比单独超声提取提高了51.4%。杨洁等[26]以料液比1∶30、76%乙醇、超声温度51℃提取油菜蜂花粉33min,得率为1.89%,经HPLC进一步分析鉴定,油菜蜂花粉提取物中约有9种黄酮苷元,提取较为彻底。
 
3.3微波辅助提取法
 
微波辅助提取法利用不同物质吸收微波能力的差异,使得样品中某些组分被选择性加热,从而获得巨大能量,挣脱束缚从基体物质中分离出来[27]。微波依据介质性质的不同,将产生反射、吸收以及穿透等现象,可快速破坏细胞壁,直接作用于分子,加剧分子之间的碰撞、挤压,使有效成分快速浸出[28]。
 
影响微波辅助法提取效果的因素主要有提取溶剂、提取时间、微波功率、提取温度等。与传统溶剂相比,微波辅助提取法能在极短时间萃取更高含量的大豆异黄酮,且提取物活性较好。王舒等[29]以微波和溶剂法提取豆粕中异黄酮,最佳条件下得率分别为26.86、7.518mg/g,微波法得率明显高于溶剂提取法的。Careri等[30]对大豆中大豆黄素和染料木素的回收率进行探究,结果发现二者回收率高达(94±8)%和(97±5)%。李芳清等[31]运用该法提取花生壳中黄酮成分时,与乙醇回流法相比,提取时间由4h缩短至4min,黄酮类化合物提取量提高了2.4倍。邓斌等[32]以料液比1∶30、功率515W微波辐照花生壳120s,黄酮类化合物提取率高达83.7%。Yu等[33]研究此法提取花生壳所得黄酮成分的抗氧化性,发现提取物对羟自由基、超氧阴离子自由基和DPPH自由基的清除值分别为0.78、6.66、5.12mg/mL,抗氧化性较高。焦士蓉等[34]采用此法提取油菜花粉中总黄酮,最佳条件下提取率为(2.64±0.05)%;进一步分析发现,DPPH自由基半清除质量浓度为0.325mg/mL。
 
微波辅助提取法加热迅速,操作简便,与传统有机溶剂提取法相比,极大缩短了提取时间,因此可避免高温对有效成分的破坏,使提取物保持良好的抗氧化活性。但该法不适于提取热敏性成分,因为微波加热会导致这些成分的变性、失活,此外,提取物中可能会有溶剂残留,且微波穿透原料内部时其强度会发生衰减,这些问题仍亟待解决。
 
3.4超临界流体萃取法
 
超临界流体萃取技术利用不同密度超临界流体对物质溶解能力的差异,达到分离纯化的目的[35]。CO2价格低廉、性质稳定、安全无毒,是超临界流体萃取法常用的萃取剂之一[36]。但是由于萃取剂极性弱、溶解能力差,容易导致提取率低。Reverchon等[37]指出在超临界萃取的同时,引入夹带剂或采取多级萃取、分离和连续固体处理等技术,可解决这些问题;夹带剂还有助于实现粗提物的分离纯化。常用的夹带剂有乙醇、水和甲醇等[38]。Zuo等[39]将80%改性甲醇作为助溶剂,最佳条件下豆粕异黄酮回收率高达87.3%;Yu等[40]以大豆胚轴为提取原料,以35MPa、CO2流速5L/min在45℃萃取2h,异黄酮提取率为21.8mg/g;Pyo等[41]对此法和有机溶剂萃取大豆异黄酮的提取率进行比较,二者染料木素的提取率分别为0.6599mg/g和0.6763mg/g,虽然前者比后者稍低,但前者样品处理步骤少,样品损失少,无有机溶剂参与,安全清洁;王哲等[42]对大豆异黄酮的溶剂萃取法、超临界流体萃取法、超声波萃取法以及微波萃取法进行了对比研究,结果表明超临界流体萃取法提取率和纯度高,清洁高效,但对设备要求较高。
 
超临界流体萃取法选择性好、回收率高、能耗低,作用时间短,能避免高温对黄酮类化合物的破坏。目前此法在提取大豆异黄酮中展现了诸多优越性,但其在花生和油菜籽等其他油料作物中应用较少,主要是因为此法工艺复杂,花生和油菜花粉中黄酮成分含量有限,提取成本较高,因此若超临界流体萃取法能改善工艺、降低成本,则必将在黄酮成分的提取中发挥优势。
 
3.5其他提取方法
 
黄酮类化合物的提取方法还有很多,如酶提取法、半仿生提取法等。酶提取法安全高效、反应条件温和、专一性强,主要应用于黄酮物质被细胞壁包裹不易提取的物料,如山楂等,酶解破除细胞壁后,黄酮物质充分暴露,更易被充分提取。半仿生提取法是一种新型的提取方法,此法模拟口服给药及药物在胃肠道中的转运过程,对原料进行连续提取,在药物中黄酮成分的提取发挥了较大优势[43]。对这两种技术在油料作物中黄酮成分的提取和应用,期待有深入的开发探究。
 
4结束语
 
大豆、花生、油菜籽3种主要油料作物中黄酮类化合物的提取,有机溶剂提取法应用最广,已经实现了工业化,但提取温度较高,耗时较长,容易破坏提取物的活性。超声波辅助提取法和微波辅助提取法在提取大豆、花生、油菜籽中黄酮时均展现了诸多优势,提取效率高、安全性好,能避免高温对有效成分的破坏,保持其原有活性。因此,溶剂提取与超声波、微波等其他技术联用,是目前较好的应用选择。超临界流体萃取法在大豆异黄酮的提取中优势明显,但生产成本高,萃取工艺较为复杂。其他提取技术如酶提取法、半仿生提取法是优良的新兴工艺,很有必要将其运用到油料作物中黄酮类物质的提取,但其提取技术还有待进行深入的开发探究。

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