超临界流体萃取技术在蜂产品加工中的应用

张文文庞 倩王 康吉 挺孙丽萍

（1扬州大学动物科学与技术学院，扬州225000；2中国农业科学院蜜蜂研究所，北京100093）

超临界流体萃取技术在蜂产品加工中的应用

张文文1，2庞 倩1王 康1吉 挺1孙丽萍2

（1扬州大学动物科学与技术学院，扬州225000；2中国农业科学院蜜蜂研究所，北京100093）

超临界流体萃取技术具有条件温和、无环境污染、易操作等特点，可用于蜂产品等多种天然产物的有效成分提取和加工。本文主要介绍了超临界流体萃取技术的原理和特点以及该技术在蜂花粉和蜂胶等天然产物活性成分萃取中的优越性和萃取工艺、萃取产物有效成分研究及应用。超临界流体萃取技术因其安全、无毒、绿色的优质特性，符合人类社会健康发展的要求，应用前景广阔。

超临界流体萃取技术；蜂花粉；蜂胶；天然产物；萃取工艺

我国是处于快速发展中的资源大国，自然资源丰富。由于科学技术的不断进步，人们生活水平逐渐提高，对生活质量有了更高的追求，对食品类、医药类以及化妆品类等产品的质量有了更高的要求。作为一种新型、独特、高效、具有良好选择性的萃取技术，超临界流体萃取技术（Supercritical Fluid Extraction，缩写为SFE）很有效地克服了以往传统分离方法的不足，以其独特的优势获得了很大成功，具有很大的应用前景[1-3]。该技术不仅在蜂产品等天然产物提取加工方面得到应用，在食品工业、烟草工业、分析化学、化学工业、医药工业、环境科学中都已经得到了广泛的应用[4]。

1 超临界流体萃取原理和特点

超临界流体（Supercritical Fluid，缩写为SCF）是指超过临界温度与临界压力的高密度流体，当超临界状态时，其密度与液体密度相接近，且受流体压力和温度的影响变化较大。它不是气体也不是液体，而是处于气体和液体之间，兼具二者的优点，有着较好的溶剂性质。超临界流体萃取利用其性质，在高压力时，使特定溶质溶解，压力下降或者流体温度升高时，特定溶质析出，从而达到特定溶质萃取的目的[5]。超临界流体的材料有很多种，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。其中目前研究应用的最多的是二氧化碳。其萃取流程图如下：

超临界二氧化碳萃取操作的条件温和，所需要的临界温度（Tc=31.1℃，与室温相接近）和临界压力（Pc= 7.38 MPa）都很低，而且对溶质的溶解能力强，有效成分破坏少。此外，二氧化碳本身价格比较便宜，来源于空气，易得，而且对空气无污染，性质也比较稳定[6-8]。超临界二氧化碳萃取的特点决定了其广阔的应用范围，目前已经被广泛的应用于食品、香精香料、医药、生物工程、材料化学、化妆品、石油化工以及环境工程等各个方面[9]。

2 超临界流体萃取在蜂产品加工中的应用

近些年蜂产品因其丰富的营养和药用价值被广泛应用于食品、保健品和药物生产等方面，蜂产品组成复杂，有着独特的生理活性，具有调节机体生理功能、提高免疫力、抗衰老、抗肿瘤等多种功能。在蜂产品有效成分的提取方面，由于超临界二氧化碳流体萃取的优越性，国内许多学者开展了超临界流体萃取在蜂产品加工方面的应用研究，主要集中在蜂花粉和蜂胶有效成分萃取方面。

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组成，呈不规则的扁圆团状。作为一种高质纯天然的营养补品，蜂花粉富含糖类、蛋白质、维生素、脂类、有机酸、核酸、矿物质和其他营养物质[10]，对于增强免疫力、改善内分泌、延缓衰老、调节肝功能等具有较强的生物活性功能[11]。

蜂胶是由蜜蜂从植物的树干上或者芽孢中采集的分泌物与蜜蜂的上颚腺分泌的物质以及蜂蜡混合形成的天然胶状物，具有芳香气味，被蜜蜂用来填补蜂巢中的空隙部分，以防巢内异物腐烂。蜂胶具有增强免疫力、预防高胆固醇、高血脂、动脉粥样硬化、抗癌、抗氧化、美容、促进生长发育等多种生物功能[12-14]，是一种能有效预防疾病，调节人体健康的天然补品。蜂胶成分复杂，营养物质和生物活性物质十分丰富，目前已经分离出来的有黄酮类、酚类、萜烯类、醌类、有机酸类、脂类、醛类、醇类，此外还有氨基酸、维生素、各种酶、多糖和微量元素等多种成分[15]。

国内外在食品、医药和化妆品等方面对蜂胶和蜂花粉的研究和应用越来越多。超临界流体萃取技术在细胞破壁、有效成分萃取等方面得到很好的研究和应用，现综述如下。

2.1 花粉细胞破壁

蜂花粉外有一层坚韧的用来保护花粉的花粉壁，提取蜂花粉有效成分的前提是蜂花粉的破壁处理，传统的破壁方法主要分为生物法、物理法和化学法三类，其中生物法又分为发酵破壁法和酶解破壁法；物理法又分为机械破壁法、超声波破壁法和温差破壁法；化学破壁法主要是有机溶剂破壁法。传统的破壁方法各有优点但同时也有明显的不足，其不足之处要么是易造成杂菌污染，破壁时间较长，使花粉营养损失较大，要么是破壁时产热，酶活性丧失，也有的方法成本太高，不易推广[16-18]。采用超临界二氧化碳流体萃取方法进行蜂花粉破壁的方法是将含水量为4～20%的蜂花粉通过超临界萃取装置，以压力8～50 MPa，温度32～50℃，通入二氧化碳，破壁5～30 min，使花粉壁因压力差而破裂，此方法操作简单，生产成本低，破壁时间短，且受热变性影响小，使蜂花粉中的活性成分和营养成分能够保存完整[19]。

2.2 花粉功能油脂的萃取

自20世纪80年代后期开始，蜂花粉中油脂类成分的潜在价值被人们发现并引起国内外学者们的关注，人们开始探究其提取方法。孙丽萍等[20]通过研究发明了超临界流体萃取蜂花粉油脂的方法，以萃取温度10～60℃、压力0.1～1 MPa条件下通入丙烷、丁烷或其混合物（液化石油气）萃取1～10 h，萃取时进行适宜搅拌，萃取完并对其进行蜂花粉粕脱溶和混合油脱溶，得到蜂花粉粕和蜂花粉油脂。此萃取方法条件温和，时间周期短，成本低，产品品质高，有广阔的应用前景。蜂花粉的超临界二氧化碳流体萃取受到温度、压力、二氧化碳流量、萃取时间以及原料的颗粒度等多种因素的影响，可以通过改变萃取温度和压力来优化提取效率[21]。冯武等[22]采用该技术从云南松花粉中萃取松花粉油脂，实验结果表明影响松花粉油脂得率的主要因素有萃取温度、压力、萃取时间及二氧化碳流量等，其中流量的影响最为显著。徐响等[23]成功研究出通过超临界二氧化碳先对蜂花粉进行破壁再对油脂成分进行萃取的方法，此法通过控制调节萃取装置的温度和压力，使在不同的控制条件下，花粉壁受压力差破裂，并萃取得出油脂。与其他萃取方法比，工艺简单，萃取时间短，能耗低，无污染，且效率高。试验证明CO2超临界萃取蜂花粉温度低，处理时间短，且营养成分保留效率高；在萃取压力为45 MPa下破壁效果最佳，脂肪中的多不饱和脂肪酸均在51%以上[24]。

基于与蜂花粉功能油脂萃取的相同原理，超临界流体萃取技术在许多天然产物提取中得到了广泛应用。宋玉卿等[25]以大豆为原料、以二氧化碳为溶剂，采用超临界流体萃取技术萃取大豆胚芽油，对萃取温度、压力、时间以及CO2的流量对萃取效率的影响进行了优化实验，确定最佳萃取条件为温度45℃、压力30 MPa,溶剂CO2流量为25 kg/h，大豆胚芽油的萃取效率为91.38%。功能成分亚麻酸、亚油酸为74%，不饱和脂肪酸为84.2%。采用该技术从大豆中萃取大豆磷脂的最佳萃取条件为温度50℃、压力20 MPa、萃取时间5 h，其中萃取温度的影响>萃取的时间>萃取的压力[26]。

卵黄中含有丰富的卵黄磷脂，采用超临界二氧化碳萃取卵黄磷脂的最佳条件为萃取温度50℃，萃取压力36 MPa，萃取时间6 h，在此条件下卵黄磷脂纯度达97.92%，各因素间的影响力大小为萃取的温度>萃取的时间>萃取的压力[27]。吴定等[28]通过Placket-Burman和Box-Behnken进行试验设计和响应面优化组合试验，得出通过超临界二氧化碳萃取小麦胚芽油的最佳工艺参数:压力25 MPa、萃取时间141 min、温度40℃，此条件下萃取小麦胚芽油得率达82.79%。

2.3 蜂胶挥发油的萃取

与传统提取方法比较，经超临界二氧化碳流体萃取的蜂胶挥发油保留了蜂胶的有效成分，有着较强的抗癌抗过敏功效[29]。赵强等[30]用超临界二氧化碳在温度55℃，压力30 MPa，CO2的流量50 kg/h，萃取时间4 h的条件下萃取脱蜡蜂胶，冷冻分离后得到挥发性油，经GC-MS分析后得出51种成分，其中萜烯类及其衍生物种类繁多总相对含量为15.21%，黄酮类化合物含量为2.32%，该挥发性油能有效抑制羟自由基和超氧阴离子自由基诱导的化学发光，抑制率随样品浓度增加而增强。

挥发油是中草药的重要组成部分，普遍存在于解表药、行气活血药以及芳香化湿药中，发挥着显著作用。钱华丽等[31]用超临界二氧化碳萃取温郁金得出的挥发油活性成分比传统方法高出了3～4倍。艾娜丝[32]等以干制啤酒花为原料，通过正交试验得到了超临界二氧化碳萃取啤酒花精油的最佳萃取条件为萃取温度50℃，萃取压力40 MPa，萃取时间2 h，三因素对萃取得率的影响为萃取的压力>萃取的时间>萃取的温度。啤酒花精油除了具有能使啤酒香味增加的功能以外，还有着抗菌、抗氧化的功能活性[33，34]。利用超临界流体萃取技术，以生姜为原料、以二氧化碳为溶剂萃取的生姜精油可用于食品调味料和软饮料的调香，在温度35℃、压力20 MPa的条件下萃取的姜精油不仅能使其精油收率增加，还使其保有生姜的独特香味[35]。

2.4 蜂胶中酚类和芳香类成分萃取

通过超临界二氧化碳萃取蜂胶的工艺研究和液相色谱分析可知，超临界二氧化碳萃取能有效分离蜂胶中的弱极性黄酮类和芳香类成分，且萃取产物纯度较高[36]。实验结果表明超临界二氧化碳萃取工艺中萃取压力、萃取温度以及CO2的流速对萃取效率的影响较大，其最佳操作条件为萃取压力33 MPa,温度45.4℃，CO2的流量16.8 L/h，萃取产物中烷烃类、烷醇类、苯甲酸、肉桂酸肉桂酯、肉桂醛、肉桂醇、5-甲基柯因、愈疮木醇类物质、柯因等含量较高[37]。

超临界二氧化碳流体萃取技术广泛应用于天然产物的酚类和芳香类成分的提取。应用超临界二氧化碳萃取技术，使用低档普洱茶作为实验原材料进行茶多酚的生产，可大幅节约生产成本[38]。通过单因素和正交试验确定了超临界二氧化碳萃取茶多酚的最优条件为萃取温度50℃，压力35 MPa，动、静态萃取时间分别为1 h，萃取效率达10.5%，该萃取物通过简单的真空冷冻干燥能得到77.35%的茶多酚制品[39]。周江等[40]在萃取温度为55℃、萃取压力为39 MPa条件下，用超临界二氧化碳萃取香兰素，萃取率高达97.2%，且有效保持了其营养和活性组成成分。

3 结论

超临界二氧化碳流体萃取技术操作简单，分离效率高，成本低，不需要有机溶剂的使用，符合本世纪的绿色化学理念[39]。该技术在蜂产品等天然产物中的加工应用因其安全、无毒、绿色的优质特性，符合人类社会健康发展的要求，代表了蜂产品萃取技术的发展方向，有着潜在的市场需求，应用前景广阔。

[1]S Sarrade,C Guizard,GM Rios.New applications of supercritical fluids and supercritical fluids processes in separation [J].Separation and Purification Technology,2003,32(1-3)：57-63.

[2]WH Hauthal.Advances with supercritical fluids [review][J]. Chemosphere,2001,43(1):123-135.

[3]R.Marr,T.Gamse.Use of supercritical fluids for different processes including new developments—a review [J].Chemical Engineering and Processing,2000,39(1):19-28.

[4]赵丹，尹洁.超临界流体萃取技术及其应用简介[J].安徽农业科学，2014，42(15)：4772-4780.

[5]陈文伟，王震宙.超临界萃取技术的应用研究进展[J].西部粮油科技，2003(06):38-40.

[6]丁一刚，霍旭明.超临界流体的技术与应用 [J].医药工程设计，2002,2(4)：3-6.

[7]郝常明，黄雪菊.浅谈超临界流体萃取技术及其应用[J].医药工程设计，2003,24(2)：1-4.

[8]廖劲松，郭勇.超临界流体萃取的应用技术研究[J].食品科技, 2002(12):12-15.

[9]Herrero M，Mendiola JA，Cifuentes A，et al.Supercritical fluid extraction:recent advances and applications[J].Journal of Chromatography A，2010，1217(16):2495－2511.

[10]李英华，吕秀阳，胡福良，等.花粉中化学成分的研究现状及发展趋势[J].中国现代应用药学杂志，2006，23(7):613-615.

[11]许具晔.蜂花粉对人体的保健作用[J].农产品加工，2004(10): 24-25.

[12]Bankova V，Christov R，Kujumgiev A，et al.Chemical composition and antibacterial activity of Brazilian propolis[J].Zeitschrift fur Naturforschung，1995，50(3-4):167-172.

[13]Sahinler N，Kaftanoglu O.Natural product propolis:chemical composition[J].Natural Product research，2005，19(2):183-188.

[14]胡福良，詹耀锋，陈民利，等.蜂胶对高脂血症大鼠血液和肝脏脂质的影响[J].浙江大学学报，农业与生命科学版，2004，30(5) :510-514.

[15]Funari CSD，Ferro VDO，Mathor MB.Analysis of propolis from Baccharis dracunculifolia DC.(Compositae)and its effects on mouse fibroblasts[J].Journal of Ethnopharmacology，2007，111(2):206-212.

[16]Chichiricco G,Pacini E.Cupressus arizonica pollen wall zonation and in vitrohydration [J].Plant Systematics and Evolution, 2008,270(3):231-242.

[17]Kroon GH,Praagh JPV,Velthuis HHW.Osmotic shock as a prerequisite to pollen digestion in the alimentary tract of the worker honey bee[J].Journal of Apicultural Research,1974(13):177-181.

[18]Kurmann M H.Pollen morphology and ultrastructure in the Cupressaceae[J].Acta Bot Gallica,1994,141(2):141-147.

[19]孙丽萍，徐响，高彦祥，等.蜂花粉超临界二氧化碳破壁方法[P].北京：CN101268815，2008-09-24.

[20]孙丽萍，田文礼，董捷.超临界流体萃取蜂花粉油脂的方法[P].北京：CN1872971，2006-12-06.

[21]谢国秀，黄康，吴小波，等.蜂花粉CO2超临界萃取研究[J].安徽农业科学，2008(04):1303-1304.

[22]冯武，范国栋，刘嘉宝.云南松花粉超临界CO2脱脂研究[J].云南林业科技，2003，102(1):63-65.

[23]徐响，孙丽萍，高彦祥，等.超临界二氧化碳破壁萃取蜂花粉油脂方法[P].北京：CN101269093，2008-09-24.

[24]孙丽萍，徐响.超临界二氧化碳处理对油菜蜂花粉破壁的影响[J].食品科学，2008，29（06）:56-58.

[25]宋玉卿，于殿宇，张晓红，等．大豆胚芽油的超临界CO2萃取研究[J]．食品科学，2007，28（10）：293-297．

[26]吕维忠，钟振声，黄少烈.超临界CO2萃取大豆磷脂的影响因素研究[J].精细化工，2001，18（3）：151-152.

[27]夏杨毅，李洪军，鲁言文，等.超临界CO2高效萃取卵黄磷脂的研究[J].粮油加工与食品机械，2004(08):46-50.

[28]吴定，谢惠惠，黄卉卉，等.小麦胚芽油超临界CO2萃取影响因素筛选及工艺优化[J].中国粮油学报，2014,29(12):88-94.

[29]唐传核，孟岳成.蜂胶的生理功能以及开发研究[J].食品工业科技，1999，20(2):30-33.

[30]赵强，张彬，李岂凡，等.蜂胶挥发油抗氧化性能及其成分研究[J].天然产物研究与开发，2008，20(1):82-86.

[31]钱华丽，陶文沂，王利平，等.温郁金超临界萃取物的化学成分研究[J].天然产物研究与开发，2007，19(5):814.

[32]艾娜丝，蒋玉梅，毕阳，等.啤酒花精油的超临界CO2萃取工艺优化及其组成分析[J].食品工业科技，2011，32(04):232-235.

[33]应雀森，潘勤，张娟.啤酒花的化学成分、药理作用与临床应用[J].国外医药·植物药分册，2008，23(4):139-141.

[34]Mourey A，Cnaillac N.Anti-Listeria monocytogenes activity of essential 0ils components of conifers[J].Food Control,2002,13(4-5):289-292.

[35]江伟强，伍培辉.采用超临界CO2萃取天然香料[J].冷饮与速冻食品工业，2001，7(2):31-35.

[36]李树岚，余兰平，盛文胜.蜂胶液的超临界萃取工艺研究[J].蜜蜂杂志，2006(09):3-5.

[37]徐响，孙丽萍，董捷.响应面法优化蜂胶超临界二氧化碳萃取工艺的研究[J].食品科学，2009，30(08):86-89.

[38]夏为龙，邢思敏.超临界流体萃取普洱茶多酚的可行性初探[J].云南化工，2000，27(4):6-8.

[39]王朝瑾，马红青，陈温娴.超临界萃取茶叶中茶多酚的提取与应用[J].分析科学学报，2009，6(3)：25.

[40]周江，邓亦峰，黄茂芳.超临界CO2提取香草兰中香兰素的研究[J].食品与机械，1998(6):16.

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

国家蜂产业技术体系项目（CARS-SYZ-06）

张文文（1992-），女，硕士研究生，研究方向为蜂产品加工

吉挺（1974-），男，博士生导师，研究方向为特种经济动物饲养（蜂学）；孙丽萍（1963-），女，硕士生导师，研究方向为蜂产品功能成分分离提取和功能研究。