酶辅助提取植物天然活性物质的研究进展

2024-05-16 03:34居秀荣李加友于建兴丁煜涛邹若楠张景驭徐涛
食品研究与开发 2024年9期
关键词:细胞壁皂苷微波

居秀荣,李加友,于建兴,丁煜涛,邹若楠,张景驭,徐涛

(1.浙江理工大学生命科学与医药学院,浙江杭州 310018;2.嘉兴大学生物与化学工程学院,浙江嘉兴 314001)

植物天然活性物质指构成植物体内除水分、糖类、蛋白质类、脂肪类等必要物质外,还包括其次生代谢产物(如苷类、萜类、黄酮、生物碱、甾体、多糖、色素等)。研究发现,植物天然活性物质具有多种生物活性,包括抗肿瘤、抗氧化、抗病毒、抗炎、降血糖、降血脂、降血压、抑菌、提高免疫力、改善肥胖、降低心血管疾病、预防骨质疏松等[1-2]功能。植物天然活性物质是重要的医药原料,在医疗、保健、生物医药领域中占有非常重要的地位,同时作为添加剂在食品、化妆品等领域的应用已成为发展新方向,具有广阔的市场空间。

目前,关于植物天然活性物质的提取方法主要有热水回流提取法、溶剂浸提法、酸(碱)沉淀法、微波辅助提取法、超声辅助提取法、超微粉碎技术辅助提取法、酶辅助提取法等。热水回流提取法工艺简单,提取剂安全无污染、经济易得,但需多次浸提、耗时、废料、提取率低[3];溶剂浸提法操作简单,但回收率低[4];酸(碱)沉淀法可利用活性物质酸碱性差异进行提取,但酸(碱)易破坏产物的立体结构和活性,且提取后的液体酸碱中和时产生大量的盐;超声辅助提取法耗时短,但单位体积的能耗高,也可能会改变活性成分的分子结构[5];微波辅助提取法省时高效、无污染,但设备要求高、规模化生产难以实现[6];超微粉碎技术辅助提取法对活性物质提取率的提升最为显著,但需要专用设备,提取成本高;酶辅助提取法条件温和、时间短、效率高,在多糖、黄酮、油脂、生物碱、三萜皂苷、有机酸等提取中广泛应用,是一种颇具发展潜力的提取方法[7]。因此本文从酶辅助提取法的基本原理、优势及影响因素、应用及其与其他方法联合运用等多个角度综述近年来国内外酶辅助提取植物天然活性物质的主要成果和最新进展,以期为酶辅助提取植物天然活性物质的相关研究和产业发展提供参考。

1 酶辅助提取植物天然活性物质的概述

1.1 酶辅助提取植物天然活性物质的基本原理

酶辅助提取是一项从植物组织中提取活性物质的酶解技术,即先在提取液中加一定量的酶进行预处理,再以适宜的提取方法进行提取。由于植物天然活性物质通常被细胞壁包裹,其结构严密、组分复杂、机械强度高,起到支撑保护细胞的作用,是活性物质的天然屏障。在活性物质提取过程中,活性物质不仅需要克服细胞壁的抗降解屏障,还要克服细胞壁及细胞间质的双重阻力[8]。酶通过高度专一性和高效的催化性,对细胞壁进行降解,使细胞质中的活性物质能够克服细胞壁及细胞间质的双重屏障,并释放到提取物中。酶辅助提取原理就是利用外源酶(纤维素酶、木质素酶、果胶酶、蛋白酶等)对植物细胞壁的高度选择性降解,细胞壁的结构被破坏,植物活性物质充分释放到提取介质中,减少活性物质溶出及溶剂提取时的传质阻碍,从而能够更充分提取活性物质、提高反应速率和提取率[9]。例如,纤维素酶可以将细胞壁的主要成分纤维素中的β-D-葡萄糖苷键裂解,裂解后的键再进行催化,故纤维素酶能够使植物中的活性物质浸出。植物细胞壁酶解过程见图1。

图1 植物细胞壁酶解过程Fig.1 Enzymatic hydrolysis process of plant cell wall

1.2 酶辅助提取植物天然活性物质的优势

酶辅助提取具有选择性高、反应条件温和、反应速率快、提取率高、优化有效组分、增强活性等优点,是一种高效节能的提取方法,满足绿色化、低温化的可持续行业发展需求,近年来,酶辅助提取的快速发展受到广泛关注,已成为植物天然活性物质提取的重要手段。酶催化纤维素、果胶等屏障物质分解是在温和条件下完成的,反应温度一般不超过60 ℃。同时,经过酶处理后的植物材料、活性物质提取时通常采用低温溶剂浸提(传统方法为高温浸提),提取温度大幅降低[10]。由于生物活性物质和浸提溶剂的传递速率显著提高,经过酶辅助处理的提取时间更短[11]。另外,添加的纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等可以对部分活性物质进行修饰,因此酶辅助提取物的生物活性也显著提高。

1.3 酶辅助提取植物天然活性物质的影响因素

提高酶解温度可以缩短催化时间,但是部分活性物质对温度敏感,如花青素温度超过50 ℃时,降解速率加快。催化时间过长,也会对部分活性物质的结构造成破坏,影响产品品质[12]。酶解时需要调整体系pH值,满足酶的最佳催化条件,纤维素酶水解纤维素的适宜pH 值为4.5,但有些活性物质的稳定性受pH 值影响较大,如青霉素水溶液稳定的pH 值为6.0~6.5,在pH4.5 时会加速青霉素分解。一般情况下,随着酶用量的增加,活性物质的提取率逐步升高[13]。随着料液比的增加而增加,提取率呈现先增加后下降的趋势,在提取率达到最大值后继续增加提取液总体积,导致酶浓度降低,使活性物质提取率降低[14]。因此,酶辅助提取的温度、时间、pH 值、酶量以及酶的种类都会对活性物质提取产生影响,是相关工艺开发过程中需要重点考察的因素。

1.4 酶种类及提取效果

植物细胞壁具有多层结构,需要使用不同的酶作用于不同的聚合物,分解细胞壁。根据植物种类不同,细胞壁的化学成分和结构也不同,分解细胞壁最常用的酶有纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等,它们通常由微生物和植物产生[7]。

不同酶在各自较适宜的条件下对活性物质提取率的影响存在较大差异,其中纤维素酶的提取效果普遍高于半纤维素酶、果胶酶[15]。说明半纤维素酶能将细胞壁的半纤维素分解成己糖、戊糖等,起到一定的破壁效果,但效果有限。果胶酶可以分解细胞壁上的果胶质,降低细胞间的黏度。纤维素细胞壁组分是阻碍活性物质析出的最大因素,多糖和果胶质的影响效果较小。

另外复合酶的效果优于单一酶,复合酶对植物天然活性物质的细胞组织较单一酶(无酶)具有更强的分解能力,多酶协同作用更有利于细胞壁的分解。但复合酶之间也会产生相互抑制作用,由于每种酶最适pH值不同,难以协调最优酶解条件,以致提取活性物质效果下降[16]。表1 总结了不同种类的酶对天然活性物质提取的研究实例。

表1 不同种类的酶对天然活性物质提取的研究实例Table 1 Examples of studies on extraction of natural active substances by different types of enzymes

2 酶辅助提取在天然活性物质中的应用

2.1 酶辅助提取多糖的应用

多糖是由单糖以糖苷键连接而成的聚合物,是中药开发领域的重要研究方向。随着新技术的不断发展和探索,酶辅助提取植物多糖得到了广泛应用。

Shang 等[33]对比了传统热水提取法及酶辅助提取法对白三叶草多糖提取的工艺,发现酶辅助提取的白三叶草多糖较传统热水提取法提高了26.59%。丁霄霄等[27]在正交试验的基础上利用响应面法优化了酶辅助提取灵芝多糖的提取条件,结果发现,酶法提取温度和时间分别为50 ℃和81 min,灵芝多糖提取率为3.73%。综上,与传统热水提取法相比,酶辅助提取法能够缩短提取时间、降低提取温度、提高提取率,并且大幅度减少能源消耗。因此,酶辅助提取法是一种节能环保的提取方法。

酶辅助提取法对于提高多糖的活性也具有重要意义。项飞兵等[28]在酶辅助提取茯苓多糖过程中发现,所得茯苓多糖提取液的抗氧化能力是水提法的2.9 倍。Liu 等[34]比较不同提取方法提取山药多糖的乳化特性表明,酶辅助提取的多糖组分具有更好的乳化活性和稳定性。Ai 等[35]研究了水提法和酶辅助提取黑桑椹多糖的结构特征和体外发酵模式,结果表明,酶辅助提取显著提高了多糖得率,同时改变了多糖的化学成分和结构,增强了黑桑葚多糖的发酵性能和益生潜力。由此可见,与传统水提法相比,酶辅助提取法能提高多糖的生物活性,如增强抗氧化、稳定性和发酵性等活性。

2.2 酶辅助提取黄酮的应用

黄酮的基本骨架具有C6-C3-C6 的特点,即由两个芳香环A 和B,通过中央三碳链相互连结而成的一系列化合物,具有多种良好的生物活性,广泛存在于各类植物中,但是含量较低。目前提取黄酮的主要方法为乙醇浸提,而溶剂残留与回收问题会导致工艺复杂化,应用酶法打破细胞壁释放,有效地避免有机溶剂残留,并提高提取率。

詹力等[29]在用酶辅助提取桑叶异槲皮苷、紫云英苷、芦丁等黄酮类物质时发现,产品得率分别比同等条件下乙醇浸提提高了60.37%、42.42%、24.74%。Jiao 等[17]在沙棘果皮渣黄酮提取的研究中发现,酶辅助提取法的黄酮类化合物得率从4.34 mg/g 提高到8.04 mg/g。贾冬舒等[36]对比了不同提取方法对稻壳中黄酮的提取,得率分别为0.6%(乙醇浸提法)、0.62%(超声协同酶辅助提取法)、0.72%(酶辅助提取法)。酶辅助提取法更有助于黄酮类物质溶出,且提取时间是乙醇浸提法的1/3。综上,与传统乙醇浸提法相比,酶辅助提取黄酮不仅具有乙醇浸提法的优势,更重要的是可以边分解基质中纤维素边利用乙醇快速侵入,在同等条件下提取率显著提高,原料残渣和有机溶剂的用量减少。

酶辅助提取法在提高黄酮活性上具有重要意义。De Queirós 等[37]研究了酶辅助提取对全脂大豆粉水提物中生物活性成分异黄酮苷元的可提取性、生物转化率、生物利用度、总酚含量和抗氧化活性的影响。结果显示,与对照试验相比,大豆苷元和染料木素黄酮的浓度分别从29.0 μg/g 增加到158.2 μg/g 和从27.0 μg/g增加到156.5 μg/g,酶辅助提取法提取后经体外消化可显著提高异黄酮苷元的生物利用度,总酚含量提高了22%~45%、抗氧化活性提高了15%~22%。于翠翠等[30]通过对比不同提取方法提取芜菁黄酮抗氧化能力后发现,酶辅助提取黄酮对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除率为95.65%,比水提法和超声-醇提法分别提高了5.95%和0.96%,酶辅助提取黄酮对羟基自由基清除能力为90.40%,比水提法和超声-醇提法分别提高了14.84%和49.74%。同时,酶辅助提取黄酮总抗氧化能力为9.04 U/mL,比水提法提高了22.16%。由此可见,酶辅助提取法可以增强植物黄酮的生物转化率、生物利用度、抗氧化等活性。

2.3 酶辅助提取油脂的应用

目前,应用酶辅助提取植物油脂多达十几种,许多研究将水提法与生物酶制剂相结合,形成水酶法提油技术。酶的添加可以破坏植物细胞结构,降解脂多糖和脂蛋白的降解,有利于油脂释放,提高油脂的提取率。因此,酶辅助提取技术已经成为油脂类活性物质生产的常用工艺。

许万乐[31]在紫苏籽油的提取中使用了蛋白酶和纤维素酶。在复合酶用量2.4%、液料比4∶1(mL/g)、酶解温度55 ℃、酶解时间3.5 h 的条件下,紫苏籽油的得率为74.25%,与理论值相符合。王凯等[23]使用果胶酶对油菜蜂花粉进行破壁处理,最佳破壁条件下,即pH 3.5、温度50 ℃,蛋白分散指数和可溶性糖含量明显增加,同时花粉颗粒的孔洞面积增加39.20%,1 μm 以下粒径范围内的花粉碎片增加339.92%。De Souza 等[26]研究了水提取和酶辅助提取对杏仁饼油脂的影响。结果显示,酶辅助提取的油脂提取率为29.1%,比水提法提高了11.07%。此外,酶辅助提取的奶油乳液更容易破乳,化学破乳后的乳膏回收率为98.7%,而水提法的乳膏回收率仅为62.8%。因此,酶辅助提取植物油不仅提高了活性物质的得率,而且具有良好的破乳效果。

申爱荣等[38]研究发现,酶辅助提取光皮树果实油精炼后色泽浅、透明澄清,折光指数、相对密度、不饱和脂肪酸浓度较高,品质优于常规的榨取法、水提法、化学溶液浸提法和索氏抽提法得到的油。Xu 等[25]采用酶辅助提取米糠油,并与索氏提取油进行了比较。结果显示,酶辅助提取的油脂的碘值和皂化值均高于索氏提油。且中蜡和磷脂含量较低,可简化精制步骤。酶辅助提取的油脂中不饱和脂肪酸(76.31%)、生育酚和生育三烯醇(1 004 mg/kg)、甾醇(7 749 mg/100 g)、角鲨烯(2 962 mg/kg)、谷草素(2.43 g/100 g)含量较高。另外,酶辅助提油的抗氧化活性(EC50=5.52 mg/mL)优于索氏提取油(EC50=8.66 mg/mL)。可见,酶辅助提取法可以明显提高植物油品质。

2.4 酶辅助提取生物碱的应用

生物碱是一类含氮有机物,大多数存在于植物中。在医药和农药领域,生物碱的应用引起了广泛关注。近年来,有许多方法用于生物碱的提取,其中酶辅助提取的应用日益增多。

韩建军等[39]以酶辅助提取黄连中小檗碱及总生物碱,确定了最佳提取工艺,与传统冷浸提取工艺相比,酶辅助提取的小檗碱及总生物碱提取率分别提高了25.47% 和30.46%。薛璇玑等[40]通过对比不同提取方法提取的拐枣七总生物碱,结果发现,酶辅助半仿生法的效率明显高于其他几种方法。其中,采用复合酶辅助半仿生法得到的总生物碱含量比半仿生法提高了29.3%,比复合酶提取法提高了15.4%。邓志勇[41]使用酶辅助提取法提取叶下珠中的总生物碱,发现与传统酸水浸泡法相比,酶辅助提取法具有更短的时间、更高的提取率和更低的能耗。植物中生物碱含量低,而酶辅助提取法能增加植物细胞内容物的溶出量,利用该技术提取生物碱的简单易行、所需设备少、污染少、产品得率高,为未来的工业化生产奠定了坚实的基础。

张玥等[21]为综合利用石斛资源,分析测定传统法及酶辅助提取法对石斛水提液清除DPPH 自由基及羟基自由基能力的影响,测定结果表明,经7.5 U 果胶酶处理的石斛上清液对DPPH 自由基及羟基自由基的IC50值分别为1.25 mg/mL 和4.1 mg/mL,而传统提取法得到的上清液的IC50值分别为6.50 mg/mL 和6.25 mg/mL,两者相差较大。由此可见,酶辅助提取法可以增强活性物质的抗氧化活性。

2.5 酶辅助提取皂苷的应用

皂苷又名皂素,是一类重要的次生代谢产物,广泛存在于植物茎、叶和根,作为中草药的活性成分有着广泛的应用。皂苷提取主要先用醇提取,再用有机溶剂萃取法,也可以在酶辅助提取条件下提高得率。

在研究芜菁总皂苷提取率的过程中,证实了酶辅助提取法与水提法相比能显著提高总皂苷的提取率[30]。郑林禄等[22]在仙人掌皂苷试验中发现,酶辅助乙醇法提取仙人掌皂苷的得率为18.25%,比传统的单纯乙醇提取法提高了57.46%。此外,酶辅助提取法还能大大缩短提取时间,具有短时高效的特点。Le Thao My 等[42]研究了酶辅助提取人参皂苷Rb1 的提取率,结果显示其为25.1 mg/g,比传统的乙醇浸提法(13.5 mg/g)提高了85.93%。综上,乙醇浓度可能导致人参皂苷的溶解,而细胞壁的刚性和复杂性会抑制人参皂苷的释放,从而减少两者之间的接触,导致人参皂苷Rb1 含量较低,通过应用酶水解反应,可以引起细胞壁的降解,进而提高皂苷的提取率。结果表明,酶辅助提取法在提取皂苷过程中具有潜在的应用价值。

颜廷才等[43]以酶辅助提取法制备楤木嫩芽皂苷,结果表明,经过β-葡萄糖苷酶酶解后,辽东楤木嫩芽皂苷黏度明显减小,颜色变为浅黄,溶解度增大,挥发性增加,刺激性气味增强,甜度降低。这是因为β-葡萄糖苷酶酶解了部分单糖,使皂苷单体分子变得更小,单体数量减少,从而改变其物理化学特性,提高了其对自由基的清除效果。可见,酶辅助提取能够显著提高皂苷的抗氧化能力。

2.6 酶辅助提取有机酸的应用

有机酸指具有酸性的有机化合物,有绿原酸、迭香酸、总酚酸、丹酚酸等。酶辅助提取有机酸的优势日益显著。酶作为一种有效的催化剂,可以帮助提取、修饰或合成天然来源的复杂生物活性化合物。因此,酶辅助提取植物有机酸的技术研究和生产应用日益增多。

Ferri 等[44]对分步酶解麦麸提取阿魏酸的方法进行研究,首先用碱性蛋白酶和耐热淀粉酶进行预处理,去除蛋白质和糖类。然后用戊聚糖酶和阿魏酸酯酶进行酶解,使苯酚溶解,得到最大阿魏酸产量0.82~1.05 g/kg。该工艺步骤较少,并且不需要使用缓冲剂、强酸/强碱或有毒化合物。黄丹丹等[45]探究了酶(纤维素酶)辅助提取对紫苏叶中迷迭香酸的优势。结果显示,采用纤维素酶辅助提取可以获得6.17%的迷迭香酸提取率。这种方法具有选择性高、提取时间短、操作简便等优点。通过去除紫苏叶的细胞壁,使迷迭香酸大量溶出,从而显著提高迷迭香酸得率。Cho 等[46]研究了酶辅助对微藻脂质提取的影响。结果显示,经酶解后,微藻总脂肪酸甲酯产率比未进行酶解时提高了1.10~1.69 倍。克服了传统提取法的温度高、时间长等问题。综上,酶辅助提取中草药中有机酸可以作为一种潜在的替代溶剂提取方法。

El Sayed Mehanni 等[47]比较了酶辅助水提法和有机溶剂提取法从沙漠枣仁中提取油时的理化性质。结果表明,与有机溶剂提取法相比,酶辅助水提法所得到的油具有更低的酸值、过氧化值、颜色强度和磷脂含量。由此可见,酶辅助提取沙漠枣仁油的工艺环保,不需要有机溶剂,不会产生有害废物。这不仅有利于员工的安全,而且利于环境保护。此外,磷脂保留在残余固相中,无需脱胶,降低精炼成本。

3 酶辅助提取法的联合运用

随着天然活性物质的提取技术不断成熟,酶辅助提取法由单独应用发展为多种技术联合运用,例如,酶-超声波辅助提取、酶-微波辅助提取、酶-微波-超声波辅助提取、酶-表面活性剂辅助提取、酶-离子液体辅助提取等。这些技术的组合使用,改善了单独使用活性物质提取技术的不足,提高了活性物质的提取率,将成为未来活性物质提取的发展趋势。

3.1 酶-超声波辅助提取

超声波提取法是一种常用的活性成分提取方法,利用声波的空化作用和机械作用使细胞瞬间破裂,加速溶剂渗透药材,促进活性成分的释放,从而缩短提取时间,降低提取温度[48]。而经过酶预处理的酶辅助提取同样加速了细胞壁的破裂,提高了有效成分的提取率。冀德富等[49]优选酶辅助超声波提取防己总生物碱,结果显示总生物碱提取率(3.92%)明显高于单纯用回流(1.78%)、酶辅助(1.47%)和超声波法(1.35%)。此外,田春莲等[50]以酶辅助超声波协同提取石蒜属植物生物碱,提取效果显著,且复合酶辅助提取法较单一酶的效果更为显著。辛明等[51]通过比较水提法、酶提法、醇提法和超声波协同复合酶4 种不同提取方法对圣女果皂苷提取率的影响,得出酶辅助超声波协同提取为最佳提取方法。由此,酶-超声波辅助提取法更省时高效,提取率明显高于单独使用酶辅助提取法或超声波法。

3.2 酶-微波辅助提取

微波提取法利用微波热效应及电磁波的作用,使细胞内温度及压力升高,导致细胞壁破裂,并加速分子运动[52]。Ma 等[53]利用酶辅助微波提取法制备澳洲坚果油。通过优化提取条件(提取温度50 ℃、提取时间64 min、酶浓度1.60%、照射功率450 W),在最佳条件下,油产量为58.09%,通过气相色谱-质谱分析显示,与索氏提取相比,酶辅助微波提取的坚果油中存在更多气味成分,并且具有更优异的理化性质。此外,酶辅助微波提取的油还具有卓越的抗氧化能力。综上所述,酶辅助微波提取法具有显著的提取效果,并更好地保留了坚果油的香气和功能,与不可持续和不环保的传统方法相比,保留了风味物质的初始成分,并增强了坚果油中健康有益化合物的提取。酶-微波辅助提取的联合使用可能导致细胞内能量升高,从而改变了细胞的结构及其理化性质,进而影响活性成分的释放。因此,酶辅助微波提取油可用于开发功能性食用油,甚至可以用于药用、化妆品和药物制剂。

3.3 酶-微波-超声波辅助提取

在使用酶法、微波和超声单独提取活性物质时,存在一定的缺点。当3 种方法共同作用时,会加速细胞壁的破裂,使活性物质更快地溶于浸提液中,能更好地避免活性物质提取过程中的问题。Yin 等[54]将酶-微波-超声辅助提取法应用于提取香菇多糖,评价了与其他提取方法(包括热水提取、酶辅助提取、微波辅助提取和超声辅助提取)在多糖的产量、性质和抗氧化活性方面的差异。结果表明,在优化的提取条件(酶解温度48 ℃、酶促pH5.0、微波功率440 W、微波时间10 min)下,多糖提取率为9.38%。与热水回流、酶辅助、超声辅助和微波辅助提取相比,酶-微波-超声辅助提取方法的多糖得率分别提高了50.32%、26.59%、16.38%和8.56%。此外,不同提取方法得到的香菇多糖都表现出抗氧化活性,但与其他方法相比,酶-微波-超声辅助提取的多糖具有最高的还原力。因此,微波-超声-酶三者的协同作用在很大程度上提高了多糖的提取率,缩短了提取时间,降低了提取温度和液料比,实现了能源、时间和物料成本的节约,并提高了生产效益。

3.4 酶-表面活性剂辅助提取

表面活性剂是一种能够活跃于表面和界面上的物质,它能降低溶剂与物料之间的界面张力,使得物料更容易浸润,微溶或不溶的物质得以溶解。Papaioannou等[55]用酶辅助表面活性剂(Span 20)提取番茄果皮红素以提高番茄红素的提取率。传统有机溶剂提取方法效率低,溶剂分子难以穿透番茄皮的致密组织并溶解色素。但将酶制剂与表面活性剂辅助提取结合,先用酶对番茄皮进行预处理,然后再用表面活性剂进行提取,与未经过酶处理的番茄皮相比,提取率提高了4~10 倍。Yu 等[56]采用酶辅助(表面活性剂)提取黑胡椒中的风味物质胡椒碱,在优化条件下,胡椒碱的含量从0.16% 显著提高到4.54%,酶解可以有效促进黑胡椒细胞的破坏,加速风味物质的释放,而表面活性剂可减少酶的失活。综上,利用表面活性剂的增溶作用协同酶辅助提取天然活性成分,可以提高酶的水解效率,降低物质之间的张力,使得溶剂分子更易渗入颗粒中。表面活性剂不仅成本较低,容易在食品和化妆品行业中使用。同时避免使用有机溶剂,更加环保,是一种提取中药有效成分的新方法。

3.5 酶-离子液体辅助提取

离子液体是一种新型绿色溶剂,具有很强的溶解能力,饱和蒸汽压小、挥发性低、绿色无污染、可循环。封易成等[57]使用酶(纤维素酶)辅助离子液体提取山楂有机酸。离子液体(溴化-1-丁基三甲基咪唑)浓度0.039 mol/L、纤维素酶添加量1.059%、液料比29.84∶1(mL/g)、浸提温度55℃、浸提时间25.3 min,该条件下得到有机酸提取率为16.42%。通过高效液相色谱分析,与传统水浸泡法相比,酶辅助离子液体提取法得到的有机酸(柠檬酸)含量提高了2.50%。此外,酶辅助离子液体有效地缩短了提取时间,提高了山楂有机酸的提取率。Liu 等[58]也提出了一种基于离子液体的酶辅助提取杜仲绿原酸的新方法。总而言之,经过酶处理的细胞壁在离子液体溶液中进行提取,降低了传质屏障,提高了提取效率。离子液体具有良好的溶解性能,可溶解有机和无机物质。与普通有机溶剂相比,离子液体的极性、疏水性、黏性和溶剂混溶性可以通过改变阳离子、阴离子和取代基进行调整。与其他传统提取技术相比,酶-离子液体辅助提取法在产量和效率方面具有优势,是一种有前景且有效的技术,可在更短的时间内保证更高的产量。

4 酶辅助提取天然活性物质存在的问题与展望

综上所述,植物天然活性物质的提取方法有很多。与传统提取法相比,酶辅助提取工艺具有很多技术上的优越性,在高效、绿色天然活性物质提取的可持续发展方面表现出巨大潜力。然而,随着酶辅助提取在植物活性物质提取中的研究和应用增多,部分不足之处受到了重视和关注。例如:1)部分酶制剂的价格高,用量大,导致生产成本增加;2)适用材料、代谢物和所需酶(酶种类、酶解温度、时间、pH 值、浓度)的最佳工艺对于酶辅助提取法的高效应用至关重要;3)在酶辅助提取同时,含有多糖、蛋白质等杂质较多;4)产生大量的有机酸、多肽等活性物质的废水,然而现阶段对废水中有价值的副产物进行直接回收研究较少。

目前,本课题组已经建立了一种生物酶原位定向降解植物细胞壁提取天然活性物质的技术路线。即通过专用菌种的筛选、生物酶的原位代谢和细胞壁的定向生物降解、提取工艺再优化等步骤,成功地解决了酶的选择、用量和比例等难题,并解决了生产成本高的问题。充分利用酶辅助提取的优势,在灵芝、黄芪、桔皮等多种中药材的活性物质提取中得到良好的应用效果[59]。对于提取液中的杂质,在后期可以结合大孔树脂纯化工艺进行处理。对于酶处理后产生的废水,可进一步用于沼气或堆肥生产,或用于更有价值的应用,如食品和饲料原料的生产。此外,酶辅助提取技术与其他方法联合运用,能够弥补单独使用的不足,扬长避短。综上,酶辅助提取技术具有简单、高效和温和的提取条件,为工业化应用拓展提供了发展基础,相信在未来酶辅助提取技术将会有广阔的发展前景。

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