超临界CO2流体萃取技术在植物油脂萃取中的应用(9页).doc

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1、-超临界CO2流体萃取技术在植物油脂萃取中的应用-第 - 6 - 页超临界CO2流体萃取技术在植物油脂提取中的研究进展周海莲 2010808093摘 要：简单概述了超临界流体萃取的概念，对超临界CO2流体萃取技术的基本原理、技术特点进行了简单阐述，重点综述了国内外超临界CO2流体萃取技术在植物油脂提取中的研究进展，针对几种比较常见的植物油脂作了具体介绍。同时也分析了超临界CO2萃取技术的局限性及存在的问题，并对其在植物油脂萃取方面的应用前景进行了展望。关键词：超临界CO2萃取技术；植物油脂；研究进展Research Advances on Supercritical CO2 Fluid Ext

2、raction Technology of Vegetable OilsAbstract:This paper simply summarized the definition of supercritical fluid extraction，and The principles and characteristicsof supercritical CO2 fluid extraction were introduced .The focus of this paper was the research advances on supercritical CO2 fluid extract

3、ion of vegetable oils at home and abroad.Inaddition, the limitations and problems of the supercritical CO2 fluid extraction technology were analyzed, and the application prospect of the technology was performed .Key words:supercritical CO2 fluid extraction; vegetable oils ; research advances引言植物油脂是是

4、人类膳食中主要的食用油脂，同时也是食品、香料、化工等的重要原料1。随着人们不断开发新的植物油脂资源以及其生理功能和作用逐渐被人们揭示了解，人们越来越重视植物油脂在萃取工艺方法的选择。目前植物油脂制取方法主要有压榨法、水酶法、浸出法以及超临界流体萃取法等2。其中超临界CO2萃取技术是目前国内外竞相研究开发的新型高效萃取分离及分析技术3，因其具有操作条件温和、工艺简单、效率高、对有效成分破坏少、产物易于分离、无污染等优点，特别适合于萃取、提取和纯化生物、食品、化妆品和药物等，因而被广泛地应用于植物油脂的提取4-5。本文对超临界CO2萃取技术的相关原理、特点、影响因素等进行简单分析，综述近年来其在植

5、物油脂萃取方面的应用现状，并简述其不足之处，同时展望其作为目前研究的热点技术之一在植物油脂萃取领域发展前景。1 超临界CO2流体萃取技术简单介绍1.1 超临界流体萃取定义以及其基本原理研究发现，每一种液体都存在一个特殊的温度，在该温度以上，无论压力有多大，都不可能使气体液化，则把这个温度称为临界温度，对应的饱和蒸汽压称为临界压力6。早在1879年国外研究者在做超临界乙醇溶解碘化钾的试验时发现超临界流体的独特溶解现7-8。而所谓超临界流体，是指物质处于其临界温度和临界压力以上时的流体状态，这种流体兼有液体和气体的优点9，密度大，粘度低，表面张力小，有极高的溶解和扩散能力10-11。这些特性使得超

6、临界流体成为性质可调的溶剂，从而被广泛应用于化学反应和有机物质的萃取12。而超临界流体萃取技术的基本原理是：利用超临界流体的特殊性质，在较高压力下，将被萃取物溶解于流体中， 然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度， 使溶解于超临界流体中的溶质因其密度下降、溶解度降低而析出， 从而实现特定溶质的萃取13-14。常见的超临界萃取溶剂有乙烷、丙烷、二氧化碳、一氧化碳、正戊烷、氟利昂等15。用超临界萃取方法提取植物油脂时，一般首选用CO2作为萃取剂16，并称之为超临界CO2流体萃取技术。1.2 超临界CO2流体萃取技术特点超临界CO2流体萃取技术是一种新型的萃取分离技术，具有很多优点，归纳起来主要

7、有以下几点14,17-18：第一、 与传统的压榨法、溶剂萃取法相比较，具有提取率高，溶剂回收简单等优点，同时可以对物质成分进行选择性萃取。第二、 CO2的临界温度和临界压力均比较低，不存在相变的过程。这样可以在室温或比室温略高的条件下实现超临界流体萃取的操作，很大程度上减少了对能量的消耗，另一方面也降低了对设备的要求，提高了生产操作的安全性。第三、 在CO2的临界点附近，温度和压力微小的增加，都可以引起流体密度极大的提高，从而引起超临界CO2流体溶解能力的显著改变。因此通过改变超临界CO2的温度和压力就可以有选择性地进行物质的萃取。第四、 使用SFE是最干净的提取方法，与一些传统的有机溶剂相比

8、，二氧化碳活泼性比较低，从而不易与待分离物质发生反应，全过程中也不用有机溶剂，因此萃取绝无残留物，同时也防止了萃取过程对人体的毒害和对环境的污染，是100%的纯天然。第五、 超临界CO2流体萃取植物油脂后的残粕仍保留了原样，可以很方便的用于提取蛋白质、掺入食品或者用作饲料，利于实现对原料的综合利用。第六、 CO2与产物的分离可以很容易地通过等温降压或等压升温的方法实现。第七、 CO2更有价格低廉，易于生产等优点，同时具有不易燃、无毒性、无溶剂残留、不造成环境污染等特点，在植物油脂提取方面有非常广阔的应用前景。2 超临界CO2流体萃取技术在植物油脂萃取中的研究进展植物种子等原料富含油脂，而植物油

9、脂中脂肪含量很高，含有丰富的维生素E，少量的钾、钠、钙和微量元素18，此外植物油脂含不饱和脂肪酸，溶点低，常温下呈液态，消化吸收率高。植物油脂是人体必需脂肪酸的重要来源，为了满足人体的需要，在膳食中不应低于总脂肪来源的50%19。目前，利用超临界CO2流体萃取技术对植物油脂的萃取应用比较广泛、成熟。人们已经对大豆、沙棘、小麦、葡萄籽、玉米、米糠、芝麻等品种作了大量的研究，并取得了工业应用成果，本文选取几种做简单介绍，如下：2.1 大豆油 在油料作物中最重要的是大豆，而大豆油、大豆胚芽油是营养价值很高、很受人们喜爱的的优良食用油以及保健食用油20。从营养价值以及保健价值角度看，大豆油中含棕榈酸7

10、-10%，硬脂酸2-5%，花生酸1-3%，油酸22-30%，亚油酸50-60%，亚麻油酸5-9%。大豆油的脂肪酸构成较好，它含有丰富的亚油酸，不含胆固醇。因此，长期食用大豆油有显著的降低血清胆固醇含量，预防心血管疾病的功效。大豆中还含有多量的维生素E、维生素A、维生素D以及丰富的卵磷脂，对人体健康均非常有益。另外，大豆油的人体消化吸收率可以高达98%21。因此，超临界CO2流体萃取大豆油、大豆胚芽油自然成为国内外研究者的研究热点22-23。其中国内曾虹燕等24在研究超临界CO2流体萃取大豆油和与大豆磷脂工艺条件研究是研究确定大豆油的最佳萃取条件为萃取压力25MPa，温度50，CO2流量30kg

11、/h，萃取时间150min，萃取得率为15.72 %。宋玉卿等25通过超临界CO2流体萃取大豆胚芽油的实验发现：最适宜的萃取条件为萃取压力30MPa、萃取温度45、萃取时间120min、CO2流量25kg/h，在此条件下萃取率为91.38%；超临界CO2法得到的大豆胚芽油不饱和脂肪酸含量为84.2%，其中亚麻酸和亚油酸占74%，碘值为152gI/100g。2.2 沙棘油沙棘，俗称酸刺，酸柳，一种胡颓子科沙棘属野生植物，浑身有刺，结橙黄色果实。沙棘的果实中含有多种对人体有益的物质：其中的氨基酸多达十八种，包括人体内必须但体内不能合成的8种26；还含丰富的天然维生素E、胡萝卜素、黄酮、不饱和脂肪酸

12、等。其中维生素C含量极高，每100克果汁中，维生素C含量可达到825-1100毫克，是猕猴桃的2-3倍，素有维生素C之王的美称27。沙棘油，从沙棘果、籽、皮中提取，浓缩了沙棘全身之精华28，对人体心血管疾病、消化道疾病、免疫系统疾病、皮肤病等有明显的综合治疗和保健作用，被科学家称之为“液体黄金”29-31。因此，超临界CO2流体萃取沙棘油自然成为国内外研究者的研究热点32-33。其中国内秦学磊等32在进行超临界CO2流体萃取沙棘油最佳工艺条件研究是研究得出最后原料颗粒度为1.0 mm最佳萃取工艺为萃取压力25 Mpa、萃取温度50、萃取时间5 h、CO2流量10 kg/h，沙棘油得率可达8.1

13、2%。银建中等33研究得出75 %80 %的装填量，萃取压力30MPa，温度313K，物料粒径 36目为最佳工艺条件。2.3 小麦胚芽油小麦胚芽油是以小麦芽为原料制取的一种谷物胚芽油，它集中了小麦的营养精华，富含维生素E、亚油酸、亚麻酸、甘八碳醇及多种生理活性组分，具有很高的营养价值。特别是维生素E含量为植物油之冠34。具有调节内分泌，减肥、防止色斑、黑斑及色素沉着；抗氧化作用，减少过氧化脂质生成，促进皮肤保湿功能，使皮肤润泽，延缓衰老35；促进新陈代谢和皮肤更新，抗皱、防皱、防皮肤老化、消除疤痕；调解血脂，软化血管，预防动脉硬化、高血压、中风的作用36-37。因此，超临界CO2流体萃取小麦胚

14、芽油自然成为国内外研究者的研究热点38。其中国内李书国等39在研究分析影响超临界CO2流体萃取小麦胚芽油的主要因素时确定了最佳的试验条件即为：萃取压力为3236MP，温度为4550、时间为6h，CO2流量为1520kg/h，小麦胚芽水份含量为5.0%，粒度为1015目。纳鹏军40采用正交试验研究了超临界CO2萃取小麦胚芽油的工艺条件，确定确定最佳萃取压力、温度、时间分别是30 MPa、45 、2 h。2.4 葡萄籽油葡萄是世界上产量最大的水果之一，伴随着葡萄酒工业的稳步发展，葡萄的综合利用引起科研和生产者广泛的关注。葡萄籽含油率在 14 %17 %之间，且营养成分很高41。葡萄籽油的工艺研究见

15、表葡萄籽油的成分包括维生素B1、B3、B5，VF、VC、叶绿素，微量矿物元素，必需脂肪酸，果糖，葡萄糖，矿物质，钾，磷，钙，镁和葡萄多酚，其主要成份是亚油酸与原花青素，亚油酸含量达70%以上。亚油酸是人体必需而又为人体所不能合成的脂肪酸。同时，葡萄籽油还能防治心血管系统疾病，降低人体血清胆固醇和血压，其营养价值和医疗作用均得到国内外医学界及营养学家的充分肯定42。将超临界流体技术用于萃取葡萄籽油克服了传统压榨法和溶剂萃取法的缺点，为综合开发利用开辟了新途径，并带来巨大的经济和社会效益。目前国内外学者对超临界CO2萃取都做了很多的研究43-47。张连富等45对超临界流体CO2萃取法提取葡萄籽油的

16、工艺进行了研究，结果表明原料预处理方式 (原料水分含量、粉碎细度)、萃取压力、萃取温度、CO2流量等因素对葡萄籽油提取率有显著影响。超临界CO2流体萃取葡萄籽油的最佳工艺是：葡萄籽粉碎度40目、水分含量4.5%、萃取压力30MPa、温度45、CO2流量10L /h，在此条件下，葡萄籽油的萃取率为98 .32%。董海洲等46研究得出在本实验条件下最佳萃取工艺为葡萄籽粒度40目、水分含量5. 0 %，湿蒸时间30min、萃取压力28Mpa、温度33 、循环气速3. 5kg/h，80min内萃取率为94. 6 %；葡萄籽油感官和理化指标优于国际标准；不饱和脂肪含量高达90 %以上，其中亚油酸含量高达

17、75. 8 %，U/ S比值12. 0。2.5 其他植物油脂与传统萃取方法想比，超临界CO2流体萃取得到的油品，油收率高，杂质含量低，色泽浅等优点，因此各国研究者将超临界CO2流体萃取技术广泛用于很多植物油脂的萃取。Bernardo 等48采用基于中心复合设计对超临界CO2萃取南瓜籽油进行响应面优化萃取工艺(包括压力、温度、流速)，最佳工艺条件为压力19MPa，温度35和流速6. 010 - 4 ms。Gianpaolo等49对脱壳葵花籽进行了超临界CO2萃取工艺研究，然后以乙醇为夹带剂继续对萃余物中多酚类物质进行萃取。张丽等50为了研究超临界CO2萃取核桃油的工艺条件，利用Box-Benhn

18、ken中心组合实验和响应面分析法，得到超临界CO2萃取核桃油的最优条件为萃取压力：32 MPa，萃取温度 43，时间4.5 h，在此条件下萃取率为90.87%。除了上述的一些常见的植物油脂以外，超临界CO2流体萃取技术还用于其他很多植物油脂的萃取，比如杏仁油51、米糠油52、榛子油53、椰子油54、石榴籽油55等等。3 超临界CO2流体萃取技术的局限性 目前，超临界CO2流体萃取技术在各方面的应用正日益受到前所未有的重视，它在理论上和应用上都已经被证明了具有广阔的前景。但是作为一种新技术，超临界CO2流体萃取也有其局限性10。首先，超临界CO2流体萃取技术较适合于亲脂性的和相对分子质量较小的物

19、质的萃取，但是它对极性偏大或相对分子质量偏大的有效成分的提取效率却较差，还需要加入合适的夹带剂。而夹带剂在产品中有可能残留，这就会影响产品的质量，也有违使用超临界CO2流体萃取技术的本意。另外，超临界CO2流体萃取技术提取的油其氧化稳定性要明显低于传统方法生产的油，这是由于超临界CO2流体萃取技术提取的油磷脂含量太低的缘故，磷脂本身并无抗氧化能力，但它是抗氧化剂生育酚的显著增效剂。不过此缺点可以通过向油中添加一定的磷脂来克服。另外，超临界CO2流体萃取技术在应用过程中面临设备须耐高压、 密封性好等一次性投资较大的问题，其产品成本较高，普及率较低 ，难以规模化、 企业化，在应用方面也因此受到限制

20、，只能选择附加值高的产品作为萃取对象。并且在油脂提取分离中，由于各种脂肪酸的化学结构非常相近，极性也相当，夹带剂的作用只能使CO2的萃取能力增强，体系操作压力降低而不能改变溶剂极性，提高选择性。此外，超临界技术研究在我国仅仅经历了20多年的发展，很多研究仅限于萃取工艺的改进，对超临界萃取的基础研究不够深入，基础数据不够完善，很多时候以萃取物的得率为指标，未能明确目的产物，导致萃取物的有效物质成分含量低，产品等级就相应降低；对产物的产品质量指标、产品的溶解度等的研究都还很缺乏18。4 展望 目前，超临界CO2流体萃取技术作为一种新兴技术，已初步显示其优势，在植物油脂提取、中药有效成分提取、天然产

21、物研究、食品、化工、香料等多个方面都得到了广泛的应用，尤其在植物油脂的萃取方面具有较好的应用前景。超临界萃取技术还可与现代分析技术相结合，如薄层色谱、气相色谱、液相色谱、气-质联用仪、液-质联用、精馏等，因而更能高效、 快速地对所提取的植物油脂进行成分分离和分析10。今后研究的一个重点方向，应在夹带剂方面有新的突破，以扩大超临界CO2流体萃取技术萃取的应用范围，提高选择性，简化工艺，降低因不良夹带剂带来的成本增加，有残留使其分离纯化困难以及操作中的燃、 爆危险性。另外，开发一种低压、低温、不带夹带剂的超临界装置，其意义重大。有理由相信，超临界CO2流体萃取技术必将有更加广阔的未来。参考文献：1

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