1、-作者xxxx-日期xxxx超臨界CO2流體萃取技術(shù)在植物油脂萃取中的應(yīng)用【精品文檔】超臨界CO2流體萃取技術(shù)在植物油脂提取中的研究進(jìn)展周海蓮 2010808093摘 要：簡(jiǎn)單概述了超臨界流體萃取的概念，對(duì)超臨界CO2流體萃取技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，重點(diǎn)綜述了國內(nèi)外超臨界CO2流體萃取技術(shù)在植物油脂提取中的研究進(jìn)展，針對(duì)幾種比較常見的植物油脂作了具體介紹。同時(shí)也分析了超臨界CO2萃取技術(shù)的局限性及存在的問題，并對(duì)其在植物油脂萃取方面的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：超臨界CO2萃取技術(shù)；植物油脂；研究進(jìn)展Research Advances on Supercritical CO2

2、Fluid Extraction 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 flui

3、d extraction 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 advance

4、s引言植物油脂是是人類膳食中主要的食用油脂，同時(shí)也是食品、香料、化工等的重要原料1。隨著人們不斷開發(fā)新的植物油脂資源以及其生理功能和作用逐漸被人們揭示了解，人們?cè)絹碓街匾曋参镉椭谳腿」に嚪椒ǖ倪x擇。目前植物油脂制取方法主要有壓榨法、水酶法、浸出法以及超臨界流體萃取法等2。其中超臨界CO2萃取技術(shù)是目前國內(nèi)外競(jìng)相研究開發(fā)的新型高效萃取分離及分析技術(shù)3，因其具有操作條件溫和、工藝簡(jiǎn)單、效率高、對(duì)有效成分破壞少、產(chǎn)物易于分離、無污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于萃取、提取和純化生物、食品、化妝品和藥物等，因而被廣泛地應(yīng)用于植物油脂的提取4-5。本文對(duì)超臨界CO2萃取技術(shù)的相關(guān)原理、特點(diǎn)、影響因素等進(jìn)行簡(jiǎn)單分析

5、，綜述近年來其在植物油脂萃取方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)述其不足之處，同時(shí)展望其作為目前研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一在植物油脂萃取領(lǐng)域發(fā)展前景。1 超臨界CO2流體萃取技術(shù)簡(jiǎn)單介紹1.1 超臨界流體萃取定義以及其基本原理研究發(fā)現(xiàn)，每一種液體都存在一個(gè)特殊的溫度，在該溫度以上，無論壓力有多大，都不可能使氣體液化，則把這個(gè)溫度稱為臨界溫度，對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓稱為臨界壓力6。早在1879年國外研究者在做超臨界乙醇溶解碘化鉀的試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)超臨界流體的獨(dú)特溶解現(xiàn)7-8。而所謂超臨界流體，是指物質(zhì)處于其臨界溫度和臨界壓力以上時(shí)的流體狀態(tài)，這種流體兼有液體和氣體的優(yōu)點(diǎn)9，密度大，粘度低，表面張力小，有極高的溶解和擴(kuò)散能力10-1

6、1。這些特性使得超臨界流體成為性質(zhì)可調(diào)的溶劑，從而被廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)和有機(jī)物質(zhì)的萃取12。而超臨界流體萃取技術(shù)的基本原理是：利用超臨界流體的特殊性質(zhì)，在較高壓力下，將被萃取物溶解于流體中， 然后降低流體溶液的壓力或升高流體溶液的溫度， 使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因其密度下降、溶解度降低而析出， 從而實(shí)現(xiàn)特定溶質(zhì)的萃取13-14。常見的超臨界萃取溶劑有乙烷、丙烷、二氧化碳、一氧化碳、正戊烷、氟利昂等15。用超臨界萃取方法提取植物油脂時(shí)，一般首選用CO2作為萃取劑16，并稱之為超臨界CO2流體萃取技術(shù)。1.2 超臨界CO2流體萃取技術(shù)特點(diǎn)超臨界CO2流體萃取技術(shù)是一種新型的萃取分離技術(shù)，具有很多

7、優(yōu)點(diǎn)，歸納起來主要有以下幾點(diǎn)14,17-18：第1、 與傳統(tǒng)的壓榨法、溶劑萃取法相比較，具有提取率高，溶劑回收簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行選擇性萃取。第2、 CO2的臨界溫度和臨界壓力均比較低，不存在相變的過程。這樣可以在室溫或比室溫略高的條件下實(shí)現(xiàn)超臨界流體萃取的操作，很大程度上減少了對(duì)能量的消耗，另一方面也降低了對(duì)設(shè)備的要求，提高了生產(chǎn)操作的安全性。第3、 在CO2的臨界點(diǎn)附近，溫度和壓力微小的增加，都可以引起流體密度極大的提高，從而引起超臨界CO2流體溶解能力的顯著改變。因此通過改變超臨界CO2的溫度和壓力就可以有選擇性地進(jìn)行物質(zhì)的萃取。第4、 使用SFE是最干凈的提取方法，與一些

8、傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比，二氧化碳活潑性比較低，從而不易與待分離物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，全過程中也不用有機(jī)溶劑，因此萃取絕無殘留物，同時(shí)也防止了萃取過程對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染，是100%的純天然。第5、 超臨界CO2流體萃取植物油脂后的殘粕仍保留了原樣，可以很方便的用于提取蛋白質(zhì)、摻入食品或者用作飼料，利于實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的綜合利用。第6、 CO2與產(chǎn)物的分離可以很容易地通過等溫降壓或等壓升溫的方法實(shí)現(xiàn)。第7、 CO2更有價(jià)格低廉，易于生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有不易燃、無毒性、無溶劑殘留、不造成環(huán)境污染等特點(diǎn)，在植物油脂提取方面有非常廣闊的應(yīng)用前景。2 超臨界CO2流體萃取技術(shù)在植物油脂萃取中的研究進(jìn)展植物種子等原料

9、富含油脂，而植物油脂中脂肪含量很高，含有豐富的維生素E，少量的鉀、鈉、鈣和微量元素18，此外植物油脂含不飽和脂肪酸，溶點(diǎn)低，常溫下呈液態(tài)，消化吸收率高。植物油脂是人體必需脂肪酸的重要來源，為了滿足人體的需要，在膳食中不應(yīng)低于總脂肪來源的50%19。目前，利用超臨界CO2流體萃取技術(shù)對(duì)植物油脂的萃取應(yīng)用比較廣泛、成熟。人們已經(jīng)對(duì)大豆、沙棘、小麥、葡萄籽、玉米、米糠、芝麻等品種作了大量的研究，并取得了工業(yè)應(yīng)用成果，本文選取幾種做簡(jiǎn)單介紹，如下：2.1 大豆油 在油料作物中最重要的是大豆，而大豆油、大豆胚芽油是營養(yǎng)價(jià)值很高、很受人們喜愛的的優(yōu)良食用油以及保健食用油20。從營養(yǎng)價(jià)值以及保健價(jià)值角度看，

10、大豆油中含棕櫚酸7-10%，硬脂酸2-5%，花生酸1-3%，油酸22-30%，亞油酸50-60%，亞麻油酸5-9%。大豆油的脂肪酸構(gòu)成較好，它含有豐富的亞油酸，不含膽固醇。因此，長(zhǎng)期食用大豆油有顯著的降低血清膽固醇含量，預(yù)防心血管疾病的功效。大豆中還含有多量的維生素E、維生素A、維生素D以及豐富的卵磷脂，對(duì)人體健康均非常有益。另外，大豆油的人體消化吸收率可以高達(dá)98%21。因此，超臨界CO2流體萃取大豆油、大豆胚芽油自然成為國內(nèi)外研究者的研究熱點(diǎn)22-23。其中國內(nèi)曾虹燕等24在研究超臨界CO2流體萃取大豆油和與大豆磷脂工藝條件研究是研究確定大豆油的最佳萃取條件為萃取壓力25MPa，溫度50，

11、CO2流量30kg/h，萃取時(shí)間150min，萃取得率為15.72 %。宋玉卿等25通過超臨界CO2流體萃取大豆胚芽油的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：最適宜的萃取條件為萃取壓力30MPa、萃取溫度45、萃取時(shí)間120min、CO2流量25kg/h，在此條件下萃取率為91.38%；超臨界CO2法得到的大豆胚芽油不飽和脂肪酸含量為84.2%，其中亞麻酸和亞油酸占74%，碘值為152gI/100g。2.2 沙棘油沙棘，俗稱酸刺，酸柳，一種胡頹子科沙棘屬野生植物，渾身有刺，結(jié)橙黃色果實(shí)。沙棘的果實(shí)中含有多種對(duì)人體有益的物質(zhì)：其中的氨基酸多達(dá)十八種，包括人體內(nèi)必須但體內(nèi)不能合成的8種26；還含豐富的天然維生素E、胡蘿卜素、

12、黃酮、不飽和脂肪酸等。其中維生素C含量極高，每100克果汁中，維生素C含量可達(dá)到825-1100毫克，是獼猴桃的2-3倍，素有維生素C之王的美稱27。沙棘油，從沙棘果、籽、皮中提取，濃縮了沙棘全身之精華28，對(duì)人體心血管疾病、消化道疾病、免疫系統(tǒng)疾病、皮膚病等有明顯的綜合治療和保健作用，被科學(xué)家稱之為“液體黃金”29-31。因此，超臨界CO2流體萃取沙棘油自然成為國內(nèi)外研究者的研究熱點(diǎn)32-33。其中國內(nèi)秦學(xué)磊等32在進(jìn)行超臨界CO2流體萃取沙棘油最佳工藝條件研究是研究得出最后原料顆粒度為1.0 mm最佳萃取工藝為萃取壓力25 Mpa、萃取溫度50、萃取時(shí)間5 h、CO2流量10 kg/h，沙

13、棘油得率可達(dá)8.12%。銀建中等33研究得出75 %80 %的裝填量，萃取壓力30MPa，溫度313K，物料粒徑< 36目為最佳工藝條件。2.3 小麥胚芽油小麥胚芽油是以小麥芽為原料制取的一種谷物胚芽油，它集中了小麥的營養(yǎng)精華，富含維生素E、亞油酸、亞麻酸、甘八碳醇及多種生理活性組分，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值。特別是維生素E含量為植物油之冠34。具有調(diào)節(jié)內(nèi)分泌，減肥、防止色斑、黑斑及色素沉著；抗氧化作用，減少過氧化脂質(zhì)生成，促進(jìn)皮膚保濕功能，使皮膚潤澤，延緩衰老35；促進(jìn)新陳代謝和皮膚更新，抗皺、防皺、防皮膚老化、消除疤痕；調(diào)解血脂，軟化血管，預(yù)防動(dòng)脈硬化、高血壓、中風(fēng)的作用36-37。因此，

14、超臨界CO2流體萃取小麥胚芽油自然成為國內(nèi)外研究者的研究熱點(diǎn)38。其中國內(nèi)李書國等39在研究分析影響超臨界CO2流體萃取小麥胚芽油的主要因素時(shí)確定了最佳的試驗(yàn)條件即為：萃取壓力為3236MP，溫度為4550、時(shí)間為6h，CO2流量為1520kg/h，小麥胚芽水份含量為5.0%，粒度為1015目。納鵬軍40采用正交試驗(yàn)研究了超臨界CO2萃取小麥胚芽油的工藝條件，確定確定最佳萃取壓力、溫度、時(shí)間分別是30 MPa、45 、2 h。2.4 葡萄籽油葡萄是世界上產(chǎn)量最大的水果之一，伴隨著葡萄酒工業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，葡萄的綜合利用引起科研和生產(chǎn)者廣泛的關(guān)注。葡萄籽含油率在 14 %17 %之間，且營養(yǎng)成分很高

15、41。葡萄籽油的工藝研究見表葡萄籽油的成分包括維生素B1、B3、B5，VF、VC、葉綠素，微量礦物元素，必需脂肪酸，果糖，葡萄糖，礦物質(zhì)，鉀，磷，鈣，鎂和葡萄多酚，其主要成份是亞油酸與原花青素，亞油酸含量達(dá)70%以上。亞油酸是人體必需而又為人體所不能合成的脂肪酸。同時(shí)，葡萄籽油還能防治心血管系統(tǒng)疾病，降低人體血清膽固醇和血壓，其營養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)療作用均得到國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界及營養(yǎng)學(xué)家的充分肯定42。將超臨界流體技術(shù)用于萃取葡萄籽油克服了傳統(tǒng)壓榨法和溶劑萃取法的缺點(diǎn)，為綜合開發(fā)利用開辟了新途徑，并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)超臨界CO2萃取都做了很多的研究43-47。張連富等45對(duì)超臨界流體

16、CO2萃取法提取葡萄籽油的工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明原料預(yù)處理方式 (原料水分含量、粉碎細(xì)度)、萃取壓力、萃取溫度、CO2流量等因素對(duì)葡萄籽油提取率有顯著影響。超臨界CO2流體萃取葡萄籽油的最佳工藝是：葡萄籽粉碎度40目、水分含量4.5%、萃取壓力30MPa、溫度45、CO2流量10L /h，在此條件下，葡萄籽油的萃取率為98 .32%。董海洲等46研究得出在本實(shí)驗(yàn)條件下最佳萃取工藝為葡萄籽粒度40目、水分含量5. 0 %，濕蒸時(shí)間30min、萃取壓力28Mpa、溫度33 、循環(huán)氣速3. 5kg/h，80min內(nèi)萃取率為94. 6 %；葡萄籽油感官和理化指標(biāo)優(yōu)于國際標(biāo)準(zhǔn)；不飽和脂肪含量高達(dá)90

17、%以上，其中亞油酸含量高達(dá)75. 8 %，U/ S比值12. 0。2.5 其他植物油脂與傳統(tǒng)萃取方法想比，超臨界CO2流體萃取得到的油品，油收率高，雜質(zhì)含量低，色澤淺等優(yōu)點(diǎn)，因此各國研究者將超臨界CO2流體萃取技術(shù)廣泛用于很多植物油脂的萃取。Bernardo 等48采用基于中心復(fù)合設(shè)計(jì)對(duì)超臨界CO2萃取南瓜籽油進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化萃取工藝(包括壓力、溫度、流速)，最佳工藝條件為壓力19MPa，溫度35和流速6. 0×10 - 4· ms。Gianpaolo等49對(duì)脫殼葵花籽進(jìn)行了超臨界CO2萃取工藝研究，然后以乙醇為夾帶劑繼續(xù)對(duì)萃余物中多酚類物質(zhì)進(jìn)行萃取。張麗等50為了研究超臨界

18、CO2萃取核桃油的工藝條件，利用Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法，得到超臨界CO2萃取核桃油的最優(yōu)條件為萃取壓力：32 MPa，萃取溫度 43，時(shí)間4.5 h，在此條件下萃取率為90.87%。除了上述的一些常見的植物油脂以外，超臨界CO2流體萃取技術(shù)還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 超臨界CO2流體萃取技術(shù)的局限性 目前，超臨界CO2流體萃取技術(shù)在各方面的應(yīng)用正日益受到前所未有的重視，它在理論上和應(yīng)用上都已經(jīng)被證明了具有廣闊的前景。但是作為一種新技術(shù)，超臨界CO2流體萃取也有其局限性10。首先，超臨界CO2

19、流體萃取技術(shù)較適合于親脂性的和相對(duì)分子質(zhì)量較小的物質(zhì)的萃取，但是它對(duì)極性偏大或相對(duì)分子質(zhì)量偏大的有效成分的提取效率卻較差，還需要加入合適的夾帶劑。而夾帶劑在產(chǎn)品中有可能殘留，這就會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，也有違使用超臨界CO2流體萃取技術(shù)的本意。另外，超臨界CO2流體萃取技術(shù)提取的油其氧化穩(wěn)定性要明顯低于傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的油，這是由于超臨界CO2流體萃取技術(shù)提取的油磷脂含量太低的緣故，磷脂本身并無抗氧化能力，但它是抗氧化劑生育酚的顯著增效劑。不過此缺點(diǎn)可以通過向油中添加一定的磷脂來克服。另外，超臨界CO2流體萃取技術(shù)在應(yīng)用過程中面臨設(shè)備須耐高壓、 密封性好等一次性投資較大的問題，其產(chǎn)品成本較高，普及率較低

20、 ，難以規(guī)模化、 企業(yè)化，在應(yīng)用方面也因此受到限制，只能選擇附加值高的產(chǎn)品作為萃取對(duì)象。并且在油脂提取分離中，由于各種脂肪酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相近，極性也相當(dāng)，夾帶劑的作用只能使CO2的萃取能力增強(qiáng)，體系操作壓力降低而不能改變?nèi)軇O性，提高選擇性。此外，超臨界技術(shù)研究在我國僅僅經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，很多研究?jī)H限于萃取工藝的改進(jìn)，對(duì)超臨界萃取的基礎(chǔ)研究不夠深入，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠完善，很多時(shí)候以萃取物的得率為指標(biāo)，未能明確目的產(chǎn)物，導(dǎo)致萃取物的有效物質(zhì)成分含量低，產(chǎn)品等級(jí)就相應(yīng)降低；對(duì)產(chǎn)物的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品的溶解度等的研究都還很缺乏18。4 展望 目前，超臨界CO2流體萃取技術(shù)作為一種新興技術(shù)，已初步顯

21、示其優(yōu)勢(shì)，在植物油脂提取、中藥有效成分提取、天然產(chǎn)物研究、食品、化工、香料等多個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在植物油脂的萃取方面具有較好的應(yīng)用前景。超臨界萃取技術(shù)還可與現(xiàn)代分析技術(shù)相結(jié)合，如薄層色譜、氣相色譜、液相色譜、氣-質(zhì)聯(lián)用儀、液-質(zhì)聯(lián)用、精餾等，因而更能高效、 快速地對(duì)所提取的植物油脂進(jìn)行成分分離和分析10。今后研究的一個(gè)重點(diǎn)方向，應(yīng)在夾帶劑方面有新的突破，以擴(kuò)大超臨界CO2流體萃取技術(shù)萃取的應(yīng)用范圍，提高選擇性，簡(jiǎn)化工藝，降低因不良夾帶劑帶來的成本增加，有殘留使其分離純化困難以及操作中的燃、 爆危險(xiǎn)性。另外，開發(fā)一種低壓、低溫、不帶夾帶劑的超臨界裝置，其意義重大。有理由相信，超臨界C

22、O2流體萃取技術(shù)必將有更加廣闊的未來。參考文獻(xiàn)：1 朱秀清, 王瑾, 于坤弘, 等. 植物油脂加工安全性的探析J. 食品工業(yè)科技, 2008, 29(12): 260-262.2 倪培德. 油脂加工技術(shù)M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007:7-12.3 Ensieh Ghasemi, Farhad Raoe, Nahid Mashkouri Naja. Application of response surface methodology and central composite design for the optimisation of supercritical uid extra

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