超临界CO2与序贯萃取技术用于南洋木叶生物质的全面利用

《The Journal of Supercritical Fluids》：Supercritical CO2 and sequential extractions for the integral valorization of Nectandra megapotamica leaf biomass

　　

Kátia Andressa Santos|Edson Ant?nio da Silva

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  通过顺序应用SFE、PLE和UAE工艺实现叶生物量的高效综合利用。
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  超临界CO₂萃取法得到的角鲨烯浓度高于索氏萃取法。
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  从*N. megapotamica*叶片中提取的角鲨烯含量可达108.95 mg·(100 g)^?1。
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  SFE处理后的残渣可提取出富含(?)-表儿茶素及多种酚类化合物的极性物质。
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  从SFE处理后的生物质中可分离出具有强抗糖尿病和抗氧化作用的成分。

引言

*Nectandra megapotamica*（樟科）是一种广泛分布于巴西从南马托格罗索州到南里奥格兰德州各州的树种，同时也在阿根廷、巴拉圭和乌拉圭有分布[1]。它常被用于森林恢复工程和城市景观美化[2]。对该植被的系统化管理会产生大量叶生物量，这些生物量通常被视为低价值废弃物或被用于生产木炭[3]；但实际上，它们可能蕴含丰富的植物化学物质。

在这种背景下，生物精炼厂模式作为一种综合利用植物生物量的有效策略应运而生，其核心是通过依次提取不同极性的成分来实现高效利用。这种结合了超临界流体萃取、加压液体萃取和超声辅助萃取的技术已在一些植物材料上得到了验证，包括*Psidium myrtoides*粉[4]、*Pachira aquatica*种子[5]、*Caryocar brasiliense*杏仁[6]以及*Pereskia aculeata*叶片[7]。此外，该综合策略还成功用于从*Salvia*属植物和蔓越莓渣中分离出亲脂性和亲水性抗氧化剂[8][9]，同时通过最大化生物量利用率体现了绿色化学的理念。

在*N. megapotamica*叶片中可提取的成分中，富含倍半萜和单萜的精油是文献中报道最多的产品[10][11][12]。此外，樟科植物还是高分子量萜类化合物的来源，包括三萜、植物甾醇和生育酚等，这类化合物都具有重要的生物活性[13][14][15]。不过，*N. megapotamica*叶片中的非挥发性亲脂性成分至今尚未得到充分研究。至于极性成分，(?)-表儿茶素的含量尤为突出[12][16]，因为这种单体黄烷-3-醇具有很强的抗氧化作用，同时在治疗炎症性疾病和代谢性疾病方面也展现出潜在益处[17][18][19][20]。

对于非极性成分的提取，超临界流体萃取技术被认为比传统方法更高效且更具选择性。CO₂因其临界温度和压力相对较低（31℃和73.8巴），以及无毒、惰性、不可燃的特性，成为该技术中最常用的溶剂[21][22]。与仅能提取挥发性成分且可能破坏热敏感分子的水蒸气蒸馏不同，超临界流体萃取在受控条件下进行，符合绿色萃取原则，因此可作为六烷等有毒有机溶剂的可持续替代品[23]。超临界CO₂能够选择性地提取非极性化合物，从而得到富含二萜和三萜等较难挥发萜类物质的提取物[24]。此外，该技术还能在不留下溶剂残留的情况下保留植物基质，便于后续提取极性成分。

在分离出亲脂性成分后，植物基质可进入第二阶段处理，重点提取极性次生代谢物。采用乙醇-水混合溶剂（体积比为70:30），并结合加压液体萃取和超声辅助萃取等非传统方法，可以快速高效地提取这些化合物。从该基质中获得的提取物不仅含有较高的(?)-表儿茶素含量，总酚类和黄酮类含量也很高[16]。这些极性成分具有显著的抗氧化活性，更重要的是，它们对α-葡萄糖苷酶还具有体外抑制作用。

虽然顺序萃取技术已被用于其他植物资源以提升生物量利用效率，但将其应用于*N. megapotamica*尚属首次。因此，本研究旨在通过一种综合萃取方法来评估该植物叶片生物量的利用价值，具体流程如图1所示。该策略通过运用非传统萃取技术来提高处理效率并降低环境影响：首先用超临界流体萃取获取亲脂性成分，这一方法在该植物生物质上尚未被研究过；随后再通过加压液体萃取和超声辅助萃取来提取极性成分。除了对这两种成分的植物化学特性进行分析外，本研究还评估了提取物的抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶抑制活性，并运用Sovová数学模型分析了超临界萃取的动力学行为。这些研究结果表明，该植物生物质有望作为高价值应用的可持续原料。

章节要点

化学品与试剂

萃取过程中使用的试剂包括纯度为99.99%的二氧化碳（Air Liquide公司）、纯度为99%的正己烷（êxodo Científica公司）、纯度为99.5%的乙醇（êxodo Científica公司）以及超纯水。在化学成分分析和角鲨烯定量时，则使用了HPLC级正己烷（Macron Fine Chemicals公司）和乙腈（Panreac公司）、含有1%三甲基氯硅烷的N,O-双(三甲基硅基)三氟乙酰胺（BSTFA+TMCS，Supelco公司）、C₇–C₄₀饱和烷烃标准品（Supelco公司）以及角鲨烯标准品。

SFE与正己烷萃取法的提取率

表1展示了在2²实验设计确定的温度和压力条件下，对*N. megapotamica*叶片进行超临界CO₂萃取120分钟后所得的提取率。实验中还记录了CO₂密度（${\rho }_F$）以及提取物在溶剂中的表观溶解度（$Y_S$）。

提取率在1.28%（60℃、15 MPa条件）到2.42%（60℃、20 MPa条件）之间，对应的溶剂密度最低为0.604 g·cm^?3。

结论

本研究提出了一种绿色的顺序萃取策略，用于全面开发*Nectandra megapotamica*叶片生物量的价值。该策略基于成分极性的差异实现了对植物化学物质的高效分离。首先，超临界CO₂萃取在提取亲脂性成分方面表现出很高的选择性，在60℃、20 MPa条件下，所得提取物中的角鲨烯含量为45.02 mg·g^?1，而使用正己烷的常规索氏萃取法所得含量仅为29.40 mg·g^?1。

CRediT作者贡献说明

Edson Ant?nio da Silva：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资源协调、项目管理、方法设计、正式分析、概念构思。Kátia Andressa Santos：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、资源协调、项目管理、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究部分得到了巴西国家科学技术发展委员会（CNPq，项目编号150941/2024-2）和Araucária基金会（资助编号1007/2025）的支持。

利益相关声明

无。