绿原酸提取工艺研究进展

2012-08-15张露陈豆弟

杭州化工 2012年4期

张露，陈豆弟

（陕西理工学院化工学院，陕西汉中723001）

绿原酸又名咖啡鞣酸，3-咖啡酰奎尼酸，广泛存在于高等双子叶植物和蕨类植物中，以忍冬、山银花中含量最多，是植物体有氧呼吸过程中经莽草酸途径产生的一种苯丙素类化合物。它具有较强的药理活性，对消化系统、血液系统和生殖系统疾病具有一定的疗效，同时还具有抗菌消炎、保肝利胆、镇痛止血、抗菌抗病毒、抗衰老及提高白血球数量等生物活性，可广泛应用于医药、食品、日用化工等领域[1]。

我国绿原酸资源丰富，近年来合成药物的毒性及副作用使消费者深刻认识到天然植物活性成分的重要性，从植物中提取绿原酸比用化学方法合成绿原酸更具有研究开发前景。高纯度的绿原酸价格昂贵，是目前国际公认的“植物黄金”[2]。因此，绿原酸的提取和纯化具有十分显著的经济效益，必将成为各国学者研究开发的热点。笔者简要介绍了绿原酸的理化性质和生物活性，将各种提取工艺的研究热点及发展趋势做了归纳与概述，希望能为绿原酸资源的开发和利用提供一些参考。

1 绿原酸的理化性质

绿原酸是由奎尼酸和咖啡酸缩合而成的酯类物质，分子式为C16H18O9，其半水化合物呈白色或微黄色针状结晶，在110 ℃变为无水化合物。它在植物中常以混合物的形式存在，其分子结构中存在酯键、不饱和双键及多元酚三个不稳定自由基，在提取过程中易通过水解和分子内酯基迁移而发生异构化。绿原酸的这种特殊结构决定了其易溶于乙醇、水、甲醇和丙酮等溶剂，它的水溶性较好，25 ℃时水中溶解度可达4%，且溶解度随温度升高而增大，利用这一性质可以选择适合的提取溶剂将绿原酸从植物中提取出来[3]。

2 绿原酸的提取工艺

绿原酸的理化性质体现了它具有易提取性，因此有不同的提取方法。绿原酸的提取方法有：超声波提取法、微波辅助提取法、溶剂浸提法、回流提取法和超临界CO2萃取法。

2.1 超声波提取法

超声波提取法是近年来新兴的一种节能高效的提取方法，借助于超声波作用过程中传递超声波能量产生的正负压强交变周期，可在溶剂和样品之间产生空化作用，同时超声波的粉碎、搅拌等特殊作用破坏植物细胞壁，可使溶剂穿透提取介质进入细胞内部提取目标产物。提取液经过滤离心，然后减压浓缩，最后干燥即得绿原酸提取物粗品。它具有提取时间短、提取效率高、节能环保等优点，因而得到广大研究者的青睐，应用比较广泛。在苎麻叶绿原酸的提取研究中，范飞军等[4]利用超声波提取法，有效地提取绿原酸，得到最佳提取工艺条件。祝眀思等[5]利用超声波提取法提取牛蒡子中的绿原酸，在单因素试验的基础上，利用正交试验设计确定最佳提取工艺条件：乙醇水比2.5∶1、超声时间25 min、超声频率8 s、超声功率900 W，在此条件下绿原酸的提取率为2.922%。

超声辅助提取绿原酸目前的研究热点主要集中在工艺条件的优化。它若能与其他方法结合，如超声-乙醇辅助提取法，效果将会更好，但有关这方面的研究报道不多，应引起研究者的注意。由于超声波辅助提取绿原酸周期短、操作简单易行，提取率高。因此它作为提取绿原酸的一种非常有效的方法，近年来在工业上得到了广泛的应用。

2.2 微波辅助提取法

微波辅助提取法具有加热迅速、操作简单、能耗低、节省溶剂等优点，因此它在天然产物的提取中能够产生较好的效果。微波作用过程中产生的高频电磁波能增加绿原酸向溶剂扩散的速度，同时高能量的微波能使细胞内部迅速升温，分子热运动加剧，细胞内压强增大至细胞壁所能承受最大负压，细胞大量破裂，细胞内的有效成分从细胞中释放出来，再加上微波所产生的电磁场增加了绿原酸从内部向外部扩散的速度，从而可提高产率。

张霞等[6]利用微波法提取金银花中的绿原酸，以甲醇浓度、料液比、提取时间为考察因素，以提取液在327 nm 波长的吸光度和二苯代苦味酰基自由基清除率为响应值，采用响应面法优化提取工艺。结果显示最佳工艺条件是：甲醇体积分数43%、料液比40 mL／g、微波功率400 W，在此条件下提取8 min，提取率达7.62%。房李艳等[7]利用微波辅助浸提法提取杜仲叶中的绿原酸，确定最佳工艺条件是：提取温度60 ℃，乙醇浓度70%，pH＝6，料液比为1∶30（g／mL），浸提25 min，绿原酸的提取率为4.8568 mg／g。

微波辅助提取绿原酸具有节能高效、选择性好、产品质量高、重现性好、设备简单等优点；但微波辅助提取法存在温升难以控制的致命缺陷，如果操作不当，绿原酸会变质，因此微波提取法对操作特别是对温度的控制有着严格的要求。随着自动控制技术的发展，微波反应器的温控性能正在逐步提高，一旦这个缺陷被弥补，微波提取法将会越来越多地应用于各种物质的提取，同时也可以通过其它方法辅助提取，效果会更好。

2.3 溶剂浸提法

溶剂浸提法主要是根据原料被提取成分的极性和共存杂质的理化特性的不同，遵循相似相溶原则，在原料中加入有机溶剂，使有效成分从原料表面或组织内部向溶剂转移，再从溶剂中进行分离提取，从而得到提取物的方法。此法常常被用来提取水溶性色素或醇溶性、醚溶性、醇水溶性色素等，应用较广泛。

利用相似相溶的特性，使有效成分得到转移是浸提法最有效的特点，实验中往往为了达到高效率，而与其它方法协同作用。付明等[8]研究采用超声波辅助甲醇提取法提取藜蒿中的绿原酸，并用紫外分光光度计测其含量，通过正交实验探索绿原酸的最佳提取工艺是：甲醇浓度75%、料液比1∶25（g／mL）、温度70 ℃、pH＝3.0。殷书平等[9]利用乙醇浸提法从蒲公英中提取绿原酸，以绿原酸的含量为指标，对提取工艺中的物料比、反应温度、反应时间、乙醇质量分数等因素进行考察，得到提取绿原酸的最佳工艺是：料液比1∶17（g／mL），乙醇浓度80%，提取温度60 ℃，提取时间1.5 h。

溶剂浸提法除了将醇类作为提取剂之外，在提取率相近的情况下，工业上还常用水代替醇类进行物质的提取，以降低能耗及提取费用，同时达到环保的要求，是现今提取工艺中可取的一种绿色提取方法。魏锐等[10]以杜仲叶为原料，在单因素试验的基础上，选取料液比、提取温度、提取次数、提取时间作为考察因素，以绿原酸的得率为响应值，采用中心组合设计，利用响应面分析法优化杜仲叶绿原酸的水提工艺，得到最佳工艺条件是：料液比1∶16 （g／mL），提取时间20 min，提取次数2 次，提取温度65 ℃，绿原酸的提取率达92.550% 。

溶剂浸提法操作简单且成本低，但提取率相对较低，因此，使用此法提取绿原酸，比较适用于一些定性试验，如果是定量实验的话，对结果影响较大。当采用水为提取溶剂时，提取物中没有有机溶剂残留，安全性高，可广泛应用于食品和保健品等对纯度要求不高，而安全性要求较高的领域。现今人们常常利用多种方法辅助溶剂浸提法提取绿原酸，这样大大提高了效率，获得了广泛的推广。

2.4 回流提取法

回流提取法是在浸提法的基础上，利用回流加热装置使溶剂回流，因此每次与原料接触的都是新鲜溶剂。该方法溶剂的消耗量比较大，但由于溶剂反复利用，提高了提取效率。与传统的溶剂浸提法相比，回流提取法避免了溶剂的浪费。

刘刚等[11]采用乙醇回流提取法提取葵花粕中的绿原酸，探讨乙醇溶剂体积分数、料液比、提取温度、提取时间、pH 值对绿原酸提取量的影响，采用正交试验对绿原酸的提取工艺进行优化，得到其最佳工艺条件为：乙醇溶液体积分数55%，提取温度60 ℃，提取时间1.5 h，料液比1∶12 g／ml，pH＝6，提取1 次，提取率较理想。张海娟等[12]利用回流提取法探讨了菊芋叶片中绿原酸的提取工艺，以提取剂浓度、提取温度、提取时间、固液比等作为绿原酸含量的影响因素，在单因素试验的基础上，采用正交试验优化了菊芋叶片绿原酸的提取工艺，得到最佳工艺条件为：70%的甲醇，提取温度80 ℃，固液比1∶25（g／mL），在此条件下提取2.5 h，最终测得绿原酸的含量为1.6375 mg／g。

回流提取法溶剂耗量大，操作周期长，受热时间长，因此难以保证提取物的质量，同时还存在溶剂污染等问题。目前回流提取法还有很大的研究及改进空间，工艺条件的优化以及工艺过程的放大是其今后主要的发展方向。

2.5 超临界CO2 萃取法

超临界CO2萃取法具有高效率和高产率的特点，在萃取的同时就进行萃取物的分离与浓缩，具有其他技术无法比拟的优越性。超临界流体萃取分离过程的原理是超临界流体对脂肪酸、植物碱、醚类、色素类等物质具有特殊溶解作用，利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。

超声波辅助CO2萃取法在色素及酸类萃取领域内有很大发展。在葵粕绿原酸的提取实验中，阳元娥[13]利用超声波辅助临界CO2萃取法成功地萃取出了绿原酸。其工艺条件为：乙醇体积分数70%，料液比100∶400（g／mL），萃取温度、压力、时间、CO2流量分别为50、30 MPa、3.5 h、3.0 L／h，超声频率和功率密度分别为20 kHz、100 W／L，提取率高达4.71%。

超临界流体提取具有无溶剂残留、无污染、提取费用低等优点，同时还可避免高温下提取物变性，而且超临界流体传热速率快，温度易于控制，是目前较为理想的绿原酸提取方法。

3 绿原酸的纯化技术研究

绿原酸不管在医疗方面还是工业方面都具有较大的作用，然而它作为一种重要的化学试剂，我国目前生产的厂家极少，其纯品只能依靠进口，价格十分昂贵，因此绿原酸的纯化便成为现今重要的研究课题。不同的物质中提取出来的绿原酸中含有不同的杂质，例如杜仲叶提取物中除了含有绿原酸外，还含有鞣质、蛋白质和多糖等物质，因此，为了得到纯度较高的绿原酸，常常需要对提取物进行多级纯化。绿原酸的纯化方法有多种，传统的纯化方法溶剂耗量大且纯化效果差。近年来，高效液相和分子印迹纯化方法已广泛应用于绿原酸的纯化，但纯化费用昂贵且受到仪器的限制。因此寻求简单易行的方法大量制备高纯度的绿原酸具有重要意义[14]。实验中常采用醇沉-萃取复合工艺、大孔树脂吸附法、高速逆流色谱法、水提法、超滤法、凝胶过滤法等。不同的行业可以根据各自的需求选择合适的精制纯化绿原酸的方法。工业中常用水提法、超滤法、大孔树脂法等。水提法较经济，但就成本来看，大孔树脂法虽然也需要一定的装置和填料，但填料可以再反复利用，因此在一定程度上降低了成本。

4 展望

溶剂浸提法和回流提取法是比较成熟的工艺，但由于溶剂用量大、提取物粘度大等缺点面临被淘汰的趋势。微波辅助提取法、超声波辅助提取法、超临界CO2萃取法是目前研究的热点。水提法成本低，无污染，如果加上一些辅助方法的话，效率会更高，多种方法联用也是近几年提取领域的研究热点。不同的绿原酸提取工艺有其优点，也有缺点，对于不同的原料，我们可以根据具体的要求选择合适的提取方法，以使其实现规模化生产。

目前，在银黄制剂、双黄连制剂等药品的生产中，已将绿原酸作为质量控制的重要指标之一，纯的绿原酸已成为医药界的宠儿。绿原酸作为一种重要的生物活性物质，在医药及其他领域有一定的应用价值。我国绿原酸资源丰富，但其提取、纯化及开发的程度与发达国家相比还有很大的差距。因此，我们应该着重于绿原酸有关产品的开发，同时还应加强其安全性方面的研究，以拓宽其应用范围。相信随着提取及纯化技术的不断改进，绿原酸将会发挥更大的作用。

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