薄荷浸提液的亚临界水提取及其在农畜产品中的应用

汪可馨

摘 要：针对农畜产品在工业化处理过程中的腐败、污染问题，该文提出采用亚临界水提取技术来开展薄荷浸提物的工业生产，以保留其绝大多数挥发性油和部分非挥发性油，并将其应用于农畜产品的抑菌防腐。文章给出了应用亚临界水法提取薄荷浸提液的原理、操作条件及步骤，并通过和水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法及超临界萃取法等技术的对比，发现该方法具有溶剂无毒，挥发性油纯度高，黄酮类、多酚类物质的提取率和氨基酸、蛋白質的保留率高，对环境无害等优点，适合应用于薄荷浸提物的工业生产。

关键词：亚临界水提取 薄荷浸提物 农畜产品 抑菌防腐

中图分类号：TQ420.66 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0086-03

Abstract：Aimed at the problem of pollution and corruption in commercial process， the method that applying subcritical water extraction technology to carry on the industrial production of the mint extract has been put forward in this paper， which can reserve the major of volatile oil and part of involatile constituents and thus can be used to anti-microbial of agricultural and animal products. The paper provides the principle， operations and process about the application of extracting mint extract. And comparing with distillation， ethanol extraction， supercritical fluid extraction show that the subcritical water extraction technology is suitable for the industrialized extracting of superior mint extract because of its merits， such as nontoxic solvent， the high purity of volatile oil， the high reservation of protein and amino acid and the high extraction rate of flavonoids and polyphenols.

Key Words：Subcritical water extraction；Mint extract；Agricultural and animal products；Antisepsis and anti-microbial

在农畜产品的运输、加工、生产、包装、销售、储存的过程中，常因机械损坏、加工条件、微生物滋生等理化或微生物因素造成食品的氧化、腐败，为了使产品在运输过程中不受污染及延长产品货架期，通常采用添加防腐剂来实现。而化学防腐剂在使用过程中会对食品的风味产生一定的不良影响，且当其超量使用时会对人体产生毒副作用。因此近几年来，有少部分工厂已致力于植物源防腐剂的生产，但以薄荷为原材料的并非主流。由于薄荷适应力强，在各地均有分布，且产值大、成本低，因此非常适合用作原料以进行大规模工业化生产。目前应用于提取植物性精油的技术有水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法等传统方法，及超临界萃取法、同时蒸馏萃取、微波辅助提取等高新技术，但上述这几种提取技术多有能耗高、耗时长、污染大、提取率低、设备昂贵等明显缺点，而这几年应用较成熟的新绿色技术亚临界水提取方法[1]具有溶剂无毒、无残留，提取率高，操作简单，成本较低，对环境无害等优点，被誉为一项变革性技术。因此该文针对农畜产品在工业化处理过程中的腐败、污染问题，提出采用亚临界水提取技术来开展薄荷浸提物的工业生产，并将其应用于农畜产品的抑菌防腐。

1 薄荷精油的现有提取技术

水蒸气蒸馏法是利用水通过水散作用使有效成分从植物中渗透出来，在其原料表面形成油斑，最后对油水混合物进行分离后得到植物精油[2-3]。有机溶剂萃取法是根据相似相容原理在一定的操作温度下对原料进行连续萃取，使得绝大部分油溶性浸提液溶于有机溶剂中，再通过将混合物加热使得有机溶剂蒸发，得到粗制浸提液。超临界CO2萃取是利用超临界CO2流体在操作温度或操作压力微小改变时带来流体密度极大变化的特性，先在高密度条件下提取出所需成分后，再改变所处条件，将有效成分从溶剂中溶解出来，达到分离效果[4-5]。

目前在传统技术都较成熟的情况下，仍没有将精油作为防腐剂进行大量工业生产的原因，笔者认为有以下几点。

（1）采用水蒸气蒸馏时，其较高的蒸馏温度有可能使得某些植物化学物发生变性，丧失其原有生理活性。另外，不排除部分热敏性成分容易发生热分解反应，或不稳定物质发生水解反应，在这个过程中生成某些有毒有害物质，从而污染薄荷浸提液，降低其质量。

（2）使用有机溶剂萃取会溶解植物色素和蜡质成分等脂溶性成分的杂质，并有部分溶剂残留现象，影响产品的质量和外观[6]。

（3）采用超临界CO2萃取技术时，其对原料的预干燥处理额外增加了成本，且使少量短链化合物挥发，减少了有效成分的含量。此外，超临界CO2在萃取极性较强、相对分子质量大的化合物时，常加入辅助有机萃取剂来增加化合物的溶解度和选择性，这就导致提取液中有可能会残留部分有机溶剂[1]。

（4）以上三种方法都存在提取时间长、能耗高[7]、所需操作压力大，且都有其应用的局限性等缺点，如多糖类、皂苷类、黄酮类[1]等化合物的提取效果很差等。

2 亚临界水法提取薄荷精油

2.1 亚临界水提取原理

在一定的压力条件下（临界压力22.1 MPa以下），升高水的温度至100 ℃以上（临界温度374 ℃），此时仍处于液体状态的水称为亚临界水。亚临界状态下的水因处于异常的温度及压力条件下，水分子间的氢键作用、结构等都发生了巨大的变化，因此流体的多种理化性质也发生了相应的变化，如极性、固液相界面的液膜强度、表面张力及黏度的降低，水的离子积常数增大等，利用这些特殊的变化便可选择性萃取出原料中不同极性的物质，提高萃取率[8-9]。

2.2 操作条件

（1）萃取温度和压力。

改变水的温度，使得水的极性发生相应的改变，从而使得原料中极性相似的目标成分根据相似相容的原理被选择性的萃取出来；而压力的选择一般只要控制流体仍处于液体状态即满足条件，一般压力选择在4～6 MPa，适当的提高压力虽可以提高萃取效率，但大部分实验结果表明，其变化并不太明显，且过高的操作压力对设备的要求也越高。Ozel M.Z[8-10]等通过GC-TOF/MS方法分析得到的薄荷精油的有效成分仅需静态提取，温度维持在150 ℃即可保证大部分有效成分的提取，且能耗较低。

（2）萃取时间。

萃取时间的长短对萃取效果影响不大，吴晓菊[11]等通过进行多次单因素实验，结果显示当萃取时间由30 min增至60 min时，薄荷精油得率仅从2.0%提至2.5%左右；当萃取时间由60 min延长至120 min时，得率几乎无变化；当萃取时间超过120 min时可能由于部分萃取出来的物质又重新分配回样品，挥发性油的提取率有所降低，氨基酸、有机酸和多酚物质等非挥发性油发生降解等不良反应，致使提取得率降低。因此利用亚临界萃取法提取薄荷精油时60 min左右得率最佳。

（3）萃取料液比和水流速。

萃取的料液比合适与否决定了萃取是否成功。料液比越大，原料堆积问题越严重，亚临界水无法顺利透过，造成提取率下降；料液比越小，所得浸提液在分离提纯时质量会有所降低，且料液比过低时成本较高、效率也较低。考虑其在工业化生产过程中成本和生产效率的问题，最佳液料比选择1∶1.5（g∶mL）[11]。

另外，在萃取过程中亚临界水的流速不宜过大或过小，过大导致流体与原料接触不充分，得油率降低，而过小将引起较严重的物料积累现象，因此选择适宜的水流速有利于提高传质速度，同时有助于提高萃取率。

2.3 操作步骤

以1 500 g薄荷叶的提取为例，具体操作流程图如图1所示。

2.4 亚临界水法提取薄荷精油的优势

大部分数据统计证明，将该方法与传统方法进行对比，结果普遍显示在提取时间、操作压力、有效成分萃取率、产品外观质量、提取溶剂消耗量及对环境的污染程度等方面，亚临界水提取技术均优于其他传统方法。如郭娟等[6]采用水蒸气蒸馏与亚临界水萃取提取洋葱精油时，结果对比发现亚临界水萃取的精油中含硫化合物含量明显较高；薄采颖[12]利用亚临界水萃取提取松樹皮多酚实验中，结果表明应用该方法提取对多酚类物质的破坏最小，保留了其消除自由基的生物活性；Baek[13]等采用亚临界水提取甘草的抗氧化营养物质，结果表明甘草提取物的抗氧化活性增强；Sereewatthanawut[14]等利用亚临界水对脱脂米糠进行热分解处理，氨基酸和蛋白质的所得率远高于常规的碱法提取，这一结论也进一步说明该方法对于保留薄荷浸提液中的多种氨基酸、蛋白质等有良好效果。

另外，大量文献还表明，薄荷精油中挥发性油中薄荷酮、薄荷脑、柠檬烯和其他醇、酮、萜类物质及非挥发性油中黄酮类、糖苷物质对微生物都有较强抑制作用，并非单独某纯物质起抑菌作用。而由于采用亚临界水萃取技术恰好能保留绝大部分的挥发性油和部分非挥发性油，因此能最大化实现薄荷精油的保鲜功能；同时保留精油中的多种氨基酸、脂肪酸、蛋白质等，能起到改善食品口感、补充营养的作用。

3 结语

该文针对农畜产品在工业化处理过程中的腐败、污染问题，提出将亚临界水提取技术应用于薄荷浸提物的工业生产，并将其应用于农畜产品的抑菌防腐。该研究为优质薄荷精油的工业化提取及其在农畜产品抑菌防腐中的应用提供了新的思路和方法。

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