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(nóng)業(yè)科學院蜜蜂研究所，北京100093）

超臨界流體萃取技術在蜂產(chǎn)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(nóng)業(yè)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(huán)境污染、易操作等特點，可用于蜂產(chǎn)品等多種天然產(chǎn)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(chǎn)物活性成分萃取中的優(yōu)越性和萃取工藝、萃取產(chǎn)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(yōu)質(zhì)特性，符合人類社會健康發(fā)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(chǎn)物；萃取工藝

我國是處于快速發(fā)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(zhì)量有了更高的追求，對食品類、醫(yī)藥類以及化妝品類等產(chǎn)品的質(zhì)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(tǒng)分離方法的不足，以其獨特的優(yōu)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(chǎn)品等天然產(chǎn)物提取加工方面得到應用，在食品工業(yè)、煙草工業(yè)、分析化學、化學工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、環(huán)境科學中都已經(jīng)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(tài)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(yōu)點，有著較好的溶劑性質(zhì)。超臨界流體萃取利用其性質(zhì)，在高壓力時，使特定溶質(zhì)溶解，壓力下降或者流體溫度升高時，特定溶質(zhì)析出，從而達到特定溶質(zhì)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(zhì)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(zhì)也比較穩(wěn)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(jīng)被廣泛的應用于食品、香精香料、醫(yī)藥、生物工程、材料化學、化妝品、石油化工以及環(huán)境工程等各個方面[9]。

2 超臨界流體萃取在蜂產(chǎn)品加工中的應用

近些年蜂產(chǎn)品因其豐富的營養(yǎng)和藥用價值被廣泛應用于食品、保健品和藥物生產(chǎn)等方面，蜂產(chǎn)品組成復雜，有著獨特的生理活性，具有調(diào)節(jié)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(chǎn)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(yōu)越性，國內(nèi)許多學者開展了超臨界流體萃取在蜂產(chǎn)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(guī)則的扁圓團狀。作為一種高質(zhì)純天然的營養(yǎng)補品，蜂花粉富含糖類、蛋白質(zhì)、維生素、脂類、有機酸、核酸、礦物質(zhì)和其他營養(yǎng)物質(zhì)[10]，對于增強免疫力、改善內(nèi)分泌、延緩衰老、調(diào)節(jié)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(zhì)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(nèi)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(fā)育等多種生物功能[12-14]，是一種能有效預防疾病，調(diào)節(jié)人體健康的天然補品。蜂膠成分復雜，營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)十分豐富，目前已經(jīng)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(nèi)外在食品、醫(yī)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(xiàn)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)的破壁方法各有優(yōu)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(yǎng)損失較大，要么是破壁時產(chǎn)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(chǎn)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(yǎng)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(fā)現(xiàn)并引起國內(nèi)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(fā)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(chǎn)品品質(zhì)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(yōu)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(diào)節(jié)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(yǎng)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(chǎn)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(yōu)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(yōu)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(shù):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(fā)油的萃取

與傳統(tǒng)提取方法比較，經(jīng)超臨界二氧化碳流體萃取的蜂膠揮發(fā)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(fā)性油，經(jīng)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(fā)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(fā)光，抑制率隨樣品濃度增加而增強。

揮發(fā)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(fā)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(fā)油活性成分比傳統(tǒng)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(diào)味料和軟飲料的調(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)、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(chǎn)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(chǎn)，可大幅節(jié)約生產(chǎn)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(yōu)條件為萃取溫度50℃，壓力35 MPa，動、靜態(tài)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(yǎng)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(chǎn)品等天然產(chǎn)物中的加工應用因其安全、無毒、綠色的優(yōu)質(zhì)特性，符合人類社會健康發(fā)展的要求，代表了蜂產(chǎn)品萃取技術的發(fā)展方向，有著潛在的市場需求，應用前景廣闊。

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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(chǎn)業(yè)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(chǎn)品加工

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