超临界流体萃取技术

发展现状 最早将超临界CO2萃取技术应用于大规模生产的是美国通用食品公司，之后法、英、德等国也很快将该技术应用于大规模生产中。90年代初，中国开始了超临界萃取技术的产业化工作，发展速度很快。实现了超临界流体萃取技术从理论研究、中小水平向大规模产业化的转变，使中国在该领域的研究、应用已同国际接轨，在某些方面达到了国际领先水平。目前，超临界流体萃取已被广泛应用于从石油渣油中回收油品、从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花中提取有效成分等工业中

一、超临界流体萃取的原理 超临界流体(SCF)是指处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上，其物理性质介于气体与液体之间的流体。这种流体(SCF)兼有气液两重性的特点，它既有与气体相当的高渗透能力和低的粘度，又兼有与液体相近的密度和对许多物质优良的溶解能力。溶质在某溶剂中的溶解度与溶剂的密度呈正相关，溶质在SCF中的溶解度也与此类似。因此，通过改变压力和温度，改变SCF的密度，便能溶解许多不同类型的物质，达到选择性地提取各种类型化合物的目的。

SFE的基本流程是：由钢瓶提供高纯液体（CO2）经高压泵系统，流入保持在一定温度（高于Tc）下的萃取池。在萃取池中可溶于SCF的溶质扩散分配溶解在SCF中，并随SCF一起流出萃取池，经阻尼器减压获升温后进入收集器，多余的SCF排空或循环使用。

超临界二氧化碳萃取流程图

二、超临界流体技术的应用 SFE-CO2技术的主要应用范围 1 食品工业 2 医药、化妆品 (1)在生物活性物质和天然药物提取中的应用 (EPA、DHA 沙棘油 、γ-亚麻酸 、β-胡萝卜素等 ) (2)在手性药物合成中的应用 (3)在药剂学中的应用 (4)在药物分析中的应用 3 化学工业

超临界萃取技术在食品行业的研究和应用 1 咖啡中咖啡因的脱除：超临界流体萃取技术最早应用于食品领域是从咖啡中脱除咖啡因。由于健康理念的改变,西方国家对脱咖啡因的咖啡需求增加了,1979 年,西德的HAG公司率先建成了处理2万t 的生产线,采用CO2 萃取,然后用活性炭吸附以分离咖啡因。与此相类似的还有从烟草中脱除尼古丁,从红茶中脱除咖啡因,从绿茶中脱茶多酚等。

2 啤酒花有效成分的提取：1982 年,西德HEG 公司建造的工业规模超临界萃取啤酒花生产线投入生产。用有机溶剂萃取的啤酒花萃取液,色泽暗绿,成分复杂,且残留有机溶剂。如采用CO2超临界萃取,萃取液颜色为橄榄绿色,不仅萃取率高,芳香成分也不被氧化,而且可避免萃取农药。

3 植物油脂的萃取：油茶是我国重要的木本食用油料,我国传统的茶油制取一般采用压榨法和浸出法,前者残油率高,后者味差色深。如用超临界CO2萃取,所得油的颜色、外观,理化指标均优于溶剂法,且提取率高,杂质少,水分低,无需精炼。与此相类似的还有利用超临界萃取豆油、菜籽油、米糠油、棕榈油、茶籽油、玉米胚芽油、杏仁油、紫苏油、花生油、山苍子油。另外,采用超临界萃取技术提取微生物油脂也是近年来研究的热点,如孢霉菌丝体油脂提取的研究已取得进展。

4 生理活性物质的提取：超临界CO2能选择性地溶解卵黄中的中性脂质和胆固醇,却不能溶解磷脂和蛋白质,因此可用于蛋黄中卵黄油的分离,分离得到的卵黄油品质较好,且卵黄蛋白的功能性质也不受影响。儿茶素也是一种功能性成分,用超临界技术萃取儿茶素,提取率较高,所得的物质纯度也较高。二十碳五烯酸(EPA) 对于防止心脏病、动脉硬化及糖尿病有积极疗效。传统方法是用混合溶剂萃取,产品脂肪酸组成较复杂,如用超临界萃取,产品纯度较高。

5 色素的提取：玉米黄色素属于异戊二烯类色素,生理上可作为维生素A的来源,超临界CO2萃取的玉米黄色素,性能指标优于有机溶剂法萃取所得产品,萃取率高且不含残留溶剂。利用超临界萃取分离的枸杞油,不仅不饱和脂肪酸含量高,亚油酸含量高达66. 2%～67. 8% ,还能从中分离出枸杞色素,即β-胡萝卜素,色素提取率达51. 5%。超临界CO2还能对马铃薯和番茄榨汁后的副产品进行分离,从中提取出胡萝卜素。在胭脂红等其他植物染料提取中也有应用。

6 香精香料的提取：香荚兰精油是一种天然的食品增香剂,用超临界CO2萃取的香荚兰精油,为淡黄色油状物,香气突出,具有奶香、豆香和膏香,天然感好,无需调和可直接用于食品中。采用超临界技术制取茴香油,产率比蒸馏法高35% ,所得产物更具天然香料的芳香味。此外,超临界萃取还可用于肉豆蔻、肉桂、胡椒、子丁香、介子胺、生姜油、蒜油、辣椒油等香辛料的提取,以及董衣草、鼠尾草、百里香、迷迭香等常用香料的提取。

7在食品分析方面的应用：1988年,国际上推出了第一台商品化的超临界流体萃取(SFE)仪, 早期主要用于食品分析,如食用香料,脂肪油脂,维生素等,采用超临界技术分析,能节省时间,节约化学试剂,排除溶剂干扰,减少人身伤害。紫外(UV)和常压化学解离质谱法(APCIMS) 的填充柱超临界流体色谱法(PS-FC),是鉴别和定量测定β-兴奋剂的通用方法,对于牛肝样品的β-兴奋剂,该法显示出良好的回收率和较低的交量(RSD <15%) ,此法还可用于双氯醇胺和柳丁氨醇的测定。对于农药残留的测定,特别是水中碳硫化合物的测定,超临界萃取法比较迅速 。对于中药有效成分的分析,超临界萃取也有应用。

8 酶制剂工业上的应用：超临界CO2可用于蒜酶的失活和大蒜中SOD的保留,在酸性条件下能够抑制的蒜酶,经超临界CO2萃取后会失活。 9 其他应用：最近有研究表明,超临界萃取还可用于葡萄中糖苷类的提取,不仅节省时间,而且有利于实现自动化。

超临界流体在颗粒制备中的应用 研究表明,材料在超临界流体中与在常用溶剂中制备比较,得到的晶形、颗粒度、抗烧结能力等性质大不相同。在超临界流体中,得到小的、高度微晶化的颗粒;而在常用溶剂中,则得到团聚或非晶态的颗粒,这些颗粒的粒径分布较宽,这对材料的性质是不利的。而超临界流体技术在这方面的应用已日益受到关注。日前主要有快速膨胀法、抗溶剂法和压缩抗溶剂法等。