氢气+超临界二氧化碳法提取薄荷叶
氢气真是好东西，不仅能帮助动植物，促进生物健康，还能在工业上广泛应用，在生物成分提取方面也具有价值，这其实具有非常大的创新性。也证明氢气的性质和作用远远超过预期。氢气的神奇一直都在延续。
研究亮点
- 首次采用超临界二氧化碳‑氢气（Sp‑CO₂‑H₂）法提取薄荷叶。
- 结合响应面法（RSM）、数学建模与优化技术对Sp‑CO₂‑H₂提取工艺进行优化。
- 植物化学物质的最佳提取条件为：80 bar、60 ℃、5 min。
- 总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）与抗氧化活性之间呈显著正相关。
- Sp‑CO₂‑H₂法表现出较高的工艺选择性与预分离潜力。
摘要
本研究旨在采用一种新型超临界二氧化碳‑氢气（Sp‑CO₂‑H₂）耦合提取法，结合数学建模、统计方法与多种优化技术，从薄荷中提取植物化学物质。优化过程以提取时间、压力和温度为自变量，以抗氧化活性（DPPH、ABTS）、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）及酚类化合物为因变量（响应值）。
在Sp‑CO₂‑H₂最佳工艺条件（压力80 bar、时间5 min、温度60 ℃）下，测得：
总酚含量（TPC）52.59 mg GAE/100 mL，
总黄酮含量（TFC）41.93 mg RE/100 mL，
反式阿魏酸2.05 mg/L，
迷迭香酸6.10 mg/L，
抗氧化活性ABTS为39.99 %、DPPH为33.20 %，
没食子酸19.27 mg/L，
儿茶素19.27 mg/L，
高效液相色谱法测定总酚（TPC‑by‑HPLC）45.01 mg/L。
多变量综合分析（主成分分析PCA、层次聚类、热图）进一步验证：预测值与实验值高度相关，揭示了提取参数与植物化学组分间的相互作用，明确证实优化取得成功。实验结果与响应面法预测值高度吻合。多变量分析显示总酚、黄酮与抗氧化活性之间呈极强正相关（r > 0.9），并可清晰将生物活性物质分为两大类：一类以酚类‑抗氧化关联为主（TPC、TFC、DPPH、ABTS），另一类为羟基肉桂酸衍生物（反式阿魏酸、对香豆酸、咖啡酸）。
结果揭示了薄荷中生物活性物质（酚类、黄酮类、抗氧化物质）的天然聚类关系，以及提取条件对其活性组分的影响。表明将Sp‑CO₂‑H₂提取法与响应面法、数学建模及优化技术相结合，可高效从薄荷中提取植物化学物质。
薄荷（*Mentha spicata* L.）属于唇形科植物，除南极洲外，在各大洲温带地区广泛野生生长。它是饮用最广泛的药草茶之一，富含多种植物化学物质，具有优异的抗炎、抗氧化和抗菌活性，其提取物还可用于治疗消化紊乱、发热与咳嗽。
从植物原料中提取植物化学物质的技术可分为传统方法与新型方法。传统方法包括水蒸馏、煎煮、浸提、索氏提取和浸渍提取等，但耗时、耗能，且需使用有毒、存在环境风险的有机溶剂。与传统方法不同，新型绿色提取技术能耗低、耗时短、溶剂用量少，更加环保高效。常见的新型方法包括超声辅助提取、挤压提取、微波辅助提取、加速溶剂萃取、超临界二氧化碳萃取和酶解提取等。对于每种提取方法，确定植物样品特性、目标化合物类型及最优提取参数至关重要。
超临界二氧化碳（Sp‑CO₂）萃取是一种绿色技术，其超临界流体无毒、不爆炸，且易于从样品中分离。二氧化碳为非极性化合物，在较低压力（7.4 MPa）和近常温下即可实现超临界萃取，但难以提取植物中的极性物质。因此，常采用水、乙醇、甲醇等极性共溶剂作为改性剂，提高体系极性以提取极性化合物。
在薄荷提取中，以水为改性剂的超临界流体萃取在30 min内可得到：总酚含量2.31 mg GAE/g、总黄酮含量25 %、铁离子还原抗氧化能力（FRAP）14.06 µmol Fe²⁺/g、DPPH自由基清除率65 %。采用响应面法优化留兰香薄荷叶提取工艺，以压力、温度和共溶剂（乙醇为改性剂）为变量，可从样品中提取出7种黄酮化合物（儿茶素、表儿茶素、杨梅素、芦丁、木犀草素、柚皮素、芹菜素）。微波辅助提取、水蒸馏、室温超声辅助提取、回流提取等其他新型技术也已用于薄荷属植物中生物活性物质的提取。
近年来，分子氢（H₂）因可选择性清除细胞毒性自由基（尤其是羟基自由基和过氧亚硝酸盐）而备受关注。它被列为食品添加剂（代码E 949），在食品工业中具有诸多潜在应用。目前已开发富氢溶剂浸提法，用于从葡萄渣、红茶与绿茶、黄花九轮草花、柠檬皮、红甜菜根、蜂胶等多种原料中提取植物化学物质。
氢气在空气中的易燃易爆体积分数为4 %–75 %，爆炸极限为18.3 %–59 %。若环境中氧浓度低于爆炸极限或无氧，即使加压也不会发生爆炸。因此本研究计划使用4 % H₂，该低浓度氢气可在实验室与工业中安全使用，尤其可用氮气稀释以构建安全气体环境。
在前期研究中，本团队探究了以富氢水（HRW）为改性剂的超临界二氧化碳技术从多种农业食品废弃物中提取植物化学物质的效果，结果表明溶解于改性剂中的氢气可提升酚类、黄酮类及抗氧化物质的提取率。据此我们提出假设：将氢气直接与二氧化碳耦合，而非仅作为改性剂，同样可正向影响植物中植物化学物质的提取。
本研究首次评估引入氢气作为还原剂的新型超临界二氧化碳萃取（Sp‑CO₂‑H₂）技术，确定从薄荷中提取植物化学物质的最优操作参数。我们假设以H₂作为还原剂可保护酚类等敏感植物化学物质免于氧化。为此，采用响应面法（RSM）结合数学建模与优化（MMO）技术确定最优条件，并通过统计模型解析结果、筛选最佳工艺。
