综述:植物多酚的超高压提取:一种用于食品应用的绿色可持续技术

《Biomass and Bioenergy》:Ultra-high-pressure extraction of plant polyphenols: a green and sustainable technology for food applications

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月23日 来源:Biomass and Bioenergy 5.8

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   •整理了副产物的增值利用和协同提取路线。•分析了超高压在热敏性酚类提取中的优势。•从细胞到分子层面系统解析了超高压机制。引言植物多酚具有显著的抗氧化和抗炎活性 [1],近年来其在食品和制药等领域的发展和利用引起了广泛关注,市场需求也稳步增长 [2,3]。Vázquez-Gon

  
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    整理了副产物的增值利用和协同提取路线。
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    分析了超高压在热敏性酚类提取中的优势。
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    从细胞到分子层面系统解析了超高压机制。

引言

植物多酚具有显著的抗氧化和抗炎活性 [1],近年来其在食品和制药等领域的发展和利用引起了广泛关注,市场需求也稳步增长 [2,3]。Vázquez-González 等人 [4] 使用超高压 (UHP) 技术获得的菠萝蜜叶提取物中,多酚含量约为传统溶剂提取法的四倍。Garofulic 等人 [5] 使用微波辅助提取 (MAE) 和超高压 (UHP) 从黑加仑和蓝莓叶片中回收多酚。在最佳提取条件下,黑加仑和蓝莓叶片的 MAE 提取物产量分别为 62.10 和 56.06?mg/g 干重 (dw),而 UHP 提取物的产量分别为 78.90 和 70.55?mg/g 干重。这表明超高压提取技术可以更好地从植物中提取多酚。由于其高热敏性,传统提取方法通常需要升温和长时间的提取,这可能导致氧化降解和提取效率降低。相比之下,具有高效、低温和低能耗特点的超高压 (UHP) 技术,在植物多酚的高效提取方面显示出巨大的潜力 [6]。
超高压 (UHP) 提取是一种绿色技术,在密封、低温条件下施加 100–1000?MPa 的压力 [7,8]。它通过物理相互作用促进多酚等生物活性化合物的快速释放,从而提高提取效率 [[9], [10], [11]]。与常规方法相比,超高压减少了提取时间并增加了产量(见表 1)[14,19,20]。这些优势使其成为植物多酚绿色高效工业化规模提取的一种有前途的方法。
然而,与常规提取技术相比,超高压提取涉及更复杂的设备,需要精确控制操作条件。由于多酚易氧化和降解 [21],这一挑战在多酚提取中进一步加剧,增加了工艺优化的难度。这些因素在某种程度上限制了超高压技术在该领域的深入研究和大规模应用。有多篇综述文章专注于超高压加工和植物多酚提取,但在研究覆盖范围上存在明显不足,难以满足当前食品废物资源利用的研究需求。Xi [22] 未涵盖近年来出现的新耦合提取工艺、连续超高压设备、分子动力学微模拟和生命周期环境评估等前沿方向,仅广泛讨论了各种植物活性物质的提取,未对多酚进行专门的综述;Navarro-Baez 等人 [23] 仅关注浆果类水果和蔬菜中的多酚,原料系统单一,缺乏对油茶籽壳和枣叶等木质食品废物的研究;2024 年 CSAE 综述提供了所有植物活性物质的总体概述,缺乏针对多酚的具体分析,且仅对机制进行了宏观定性描述。
基于上述研究空白,本文选择 PubMed、Web of Science 和 ScienceDirect 等国际主流英文数据库进行搜索。搜索策略采用主题词和自由文本术语的组合,适应不同数据库的搜索语法。搜索关键词包括超高压提取、植物多酚、天然产物、绿色提取、食品副产物、工艺优化等。研究重点是从食品副产物中高效提取多酚。使用多种关键词组合以减少遗漏文献。本研究建立了初步的文献筛选标准:纳入与研究主题高度相关、有完整研究计划、数据可靠和结论清晰的文献;排除仅零星提及相关概念、包含不完整信息或缺乏完整实验结果的文献。文献筛选过程包括去重、标题和摘要初步筛选以及全文详细阅读和重新筛选。此外,根据研究设计类型对纳入文献进行证据等级评估,区分证据的可靠性以支持综述讨论。所选文献主要集中在过去五年。由于超高压提取仅在近年来成为研究热点,早期文献旨在回顾该领域发展的关键阶段。
本研究首先概述了超高压提取多酚的机制、核心工艺参数和设备特性;其次,解释了提取条件与提取效率之间的相关性,填补了当前对相关机制理解的空白。同时,总结了超高压技术在植物副产物资源利用领域的研究现状。最后,讨论了工艺优化和大规模生产的未来研究方向。总之,本综述为改进使用超高压技术提取植物多酚的工艺提供了系统的参考框架。

章节摘要

超高压技术详细介绍

本节简要描述了超高压的静态低温基本特性,相关基本定义已在之前的研究中阐述 [22]。本文进一步补充了多酚特异性效应的逻辑:基于近年来分子动力学和食品副产物的实验数据,重点解释了低温环境中多酚氧化酶失活和热敏性多酚保护的机制。不同于

提取设备

超高压提取系统是支持高效回收植物多酚的核心硬件。其结构性能和密封安全性直接决定了提取率、多酚生物活性保留和工业可扩展性。Xi [22] 在之前的综述中系统描述了实验室超高压的基本配置(见图 3)。本节进一步阐述了适用于多酚醇溶剂提取的工业结构。A

影响超高压提取的关键因素

使用超高压提取技术从植物中提取多酚受到多种因素组合的影响,这些因素既影响提取效率又影响产品质量。核心机制涉及高压对细胞结构的破坏作用以及溶质和溶剂之间的传质动力学。

超高压提取的应用

许多研究报告了超高压 (UHP) 技术在从各种植物基质中提取天然生物活性成分的应用(表 1)。由于不同原料的物理和化学性质差异,其预处理方法和提取系统的最佳工艺参数、产量增益和活性增强效果也显示出显著差异。表 1 定量总结了关键技术参数和提取

超高压提取与其他绿色提取技术的对比分析

超声辅助提取 (UAE) 依赖于声空化效应破坏植物细胞并提高提取效率,是传统绿色提取技术的代表。Koraqi 等人 [84] 使用红甜菜(Beta vulgaris L.)皮作为原料和绿色生物溶剂,实现了废物的增值利用。在最佳条件下,总酚含量为 121.6?mg 没食子酸当量 (GAE)/g,抗氧化活性优异(DPPH: 114?μmol

总结与未来趋势

本文系统分析了超高压技术在植物多酚提取过程中的机制。核心机制是利用超高压环境破坏植物细胞壁内部的氢键和疏水相互作用等分子间作用力,导致植物细胞破裂,加速细胞内多酚物质的释放并扩散到提取溶剂中。研究结果表明,这种提取技术

CRediT 作者贡献声明

王静:概念化、数据管理、调查、方法论、撰写 – 初稿、撰写 – 审查与编辑。唐璐:调查、资源、撰写 – 审查与编辑。赵玉珠:调查、资源、撰写 – 审查与编辑。甄峰:概念化、撰写 – 审查与编辑。桑雪婷:概念化、撰写 – 审查与编辑。曲斌:概念化、调查、资源、验证、撰写 – 审查与编辑。王明:概念化,

数据可用性

文章描述的研究未使用数据。

致谢

作者感谢国家自然科学基金(52570148) 的资金支持。
王静 | 唐璐 | 赵玉珠 | 甄峰 | 桑雪婷 | 曲斌 | 王明
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