超临界CO2萃取技术在β-胡萝卜素提取中的应用研究.pdf

1 4 2 0 1 1年第 5期 TIANJ I N S CIENCE T ECHNOL OGY 刨新技术 刘颖芬 辛乃宏( 中盐制盐工程技术研究院， 天津滨海索尔特生物技术中心 天津3 0 0 4 5 0 ) 刘洪岩 ( 中盐制盐工程技术研究院天津 3 0 0 4 5 0 ) 0引 言 超临界 C O2 萃取技术 在 p 一胡萝 卜 素提取中的应用研究 t ,N要】 采用超临界 C O 萃取技术萃取盐藻粉 中的 p一胡萝 卜 素 ， 结果表明， 萃取压力越高、 温度越 高， 萃取率越 大。超 临界 CO 。 萃取技术萃取盐藻粉 中的 13 一胡萝 卜 素适宜操作条件 为： 操作压力 3 5 MP a ， 温度 5 0 o C。在该条件 下得到的萃取物 占被 萃取 藻粉 的 3 4 9 ， B一胡萝 卜 素收率在 9 0 v T , _ P- ， 13一胡萝 卜 素含 量为 1 4 4 ， 萃取物呈 暗红 色膏状， 具有盐藻粉本 身气味。 【 关| l| I词 】 盐藻 13一胡萝 I、 紊超临界 C O 萃取 超 I临界 C O ： 萃取技术是最常 见的一种 超临界流体萃取技 术 ，它 利 用 C O： 在 特 定 条 件 下 具 有 优 良溶 解 能 力 的 特 性 ， 对 物质进行分离 和提取 ， 由于具有廉价 易得 、 安全无毒 等特点 ， 2 1 已广 泛 应 用 于 中 药 的 提取 分离 过 程 。 盐藻( D u n a l i e l l a s a l i n a ) 是一种耐高盐的单细胞绿 藻 ， 含有 丰富的类胡 萝 卜素 、 蛋 白质 、 多糖 以及微量 元素等多种生物活 性物质 和人体所需 的矿物质 ，其 中 B一胡 萝 卜 素含量最高可 达干细胞重量的 0 3 。t3 1 B一 胡 萝 1 - 素是 国家允许使用 的食 品 添加剂 ， 具有着色和营养作用 ， 同时具有抗 氧化 、 结合 活性 氧 、 破获 自由基 、 增强免疫力 、 抗 突变 和抗肿瘤 等保健功能和 医疗 作用 ， 作 为功 能食 品和 医疗品的原料早 已引起全世界广泛 的关 注 和 重 视 。 盐藻 粉及从中提取 的天然胡 萝 卜 素产品均属于海洋生物 新产 品， 其生产技术是海洋生物技术 的一个组成部分。从盐藻 中提 取8一胡 萝 卜素 的 方 法 有 很 多 ， 如 有 机 溶 剂 提 取 法 、 沉 淀 剂 富集法 、 超临界二氧化碳萃取 法等。6 1文 献中 B一胡萝 卜 素 的提取都是采用有机溶剂 ， 而多数有机溶剂污染产品且分离工 艺复杂。天然提取的胡萝 1- 素易于被人体吸收 ， 并具有较好的 抗氧化能力 ， 从而形成较高 的需求热潮。 因此 ， 大力发展超临 界 C O 萃取技术并广泛应用 于胡 萝 卜 素提取领域 ，对促进人 类健康有重要意义 ， 也有着更为广阔的应用市场 。 1 实 验部 分 1 1 原 料 与 设 备 盐藻粉由中盐制盐工程技术研究 院海洋生物所提供 。 超临界萃取 C O 设备 ： H A 一 2 2 0 4 0 1 1 型萃取装 置 ，南通 市华安超临界萃取有 限公司制造 。 收稿 日期： 2 0 1 1 一 O 9 一 O 6 分光 光 度 计 ： 7 2 2 N型 可 见 分光 光 度 计 ， 上 海精 密科 学 仪 器 有 限 公 司 制造 。 1 2 B一胡萝 I 、 素含量 的测定 0一胡萝 卜 素测定方法参照 G B方法 ， 8 1根据本 实验材料 ， 做出以下具体 调整 ：百分吸收系数是指 当溶液 的浓 度为 1 ， 液 层 厚度 为 1 c m 时 ， 指 定 波 长 的 吸光 度 。 即 El e m 1 = A C 化 合物对光 的选择吸收的波长以及相应 的吸收系数 ， 是该化合物 的物理常数 ，当已知某纯化合物在一定条件下的吸收 系数后 ， 即可由上式计算出样品中该化合物的含量。 百分比吸光系数是 指 1 O ( g 1 0 0 m L ) 的吸收值 。 测定 B 一胡萝 卜 素含量采用百分吸 收系数法 ，根据公式 E = A C L ， E为定值 ， 2 5 0 0 ； L也是定值 ， 为 1 e m， 所 以吸 光度 A和 浓 度 C成 正 比 。当浓 度 为 l g 1 0 0 mL的 时候 ， 吸光度为 2 5 0 0 。假设 实际测得 吸光度为 A ， 浓度为 c ， 那 么 2 5 0 0 ( 1 g mL) ： A。 C。 ， 则 C。 = ( A。 2 5 0 0) g mL 。然 后 根据 稀 释倍数计算 出最初溶解时 的 B一胡萝 卜 素的浓度 ，然后计 算 B一胡 萝 卜素 的浓 度 。 精确称取提取 好的 B 一胡萝 卜 素 o 0 7 o 0 8 g ， 采用 5 0mL 离心管做容器对样 品用丙酮进行萃取 ， 5 m i n后离心 ， 取 上清液 至 V。= 1 0 0 m L的棕 色容量瓶 中，继续用丙 酮萃取至样 品显 白 色 ， 证 明胡 萝 卜 素 已完全萃取 ， 加丙酮定容至 l O O mL刻度线 ； 摇匀 ， 取 V = 5 mL萃取液用丙酮稀释至另一个 V ： = 1 0 0 mL的容 量瓶 中 ， 以丙 酮做参 比 ， 4 5 0 n m波长下 ， 用分 光光度计测稀 释 液 的 吸 光 度值 A 。 样品中 B一 胡萝 卜 素含量计算 公式 ： 3 一胡 萝 卜 素 含 量 ( ) = l ( 1 0 0 1 3超 临界 Co 萃取盐藻藻粉中 13 一胡萝 I、 素 萃取的工艺流程 示意 图如 图 1 。将 藻粉放入萃取 釜 中密 封 ， 设定萃取釜温度 和压力 。 C O ： 从钢瓶经冷凝器液化 ， 柱塞泵 加 压 进 入 萃 取 釜 ， 在 萃 取 釜 中 CO 与 藻粉 充 分 接 触 ， 包 括13一 胡萝 卜 素在 内的可溶 物溶 入 c o ， c o 从萃取釜 中流 出经减 乐 阀进入分离釜 ， 在分离釜 中 C O 汽化 ， 萃取物沉 降。 C O ： 进入系 统循环使用 。 萃取物由分离釜底 部放 出。 聃 间隔一段时 间取样 ， 直 到萃取完全 ， 不再有萃取物放 出， 总共 萃取 时间约 23 h o 对 样 品称重 、 分 析。 1 一c O 气瓶；2 一纯化器 ；3 一冷凝器；4 一高压泵 ；5 一加热器 ；6 一萃取釜； 7 一分离釜 ；8 一放样阀； 减压阀；1 0 、I I 、l 2 一阀门 图 1 萃 取 工 艺 流 程 示 意 图 2结果 与讨 论 2 1 压 力对 萃 取 率 的 影 响 一 一 瓣 # r 图 2压 力对 萃取 率 的 影响 从 图 2 看 ， 压力升高 ， 萃取率增加 ， 尤 其是从 2 53 5 MP a ， 萃取率增加很多。说 明压力升 高 ，二氧化碳密度增加较大 ， 对 B一胡萝 卜 素溶解度增大 ， 同时说明溶解能力与压力有一定 的 线性关 系， 但是考虑到过 高的操作压力使 操作费用增加 ， 同时 对设备的耐压能力也 提出更 高要求 。因此选择 3 5 MP a 为最适 宜萃取压力 ， 既能达到较大收率 ， 设备也能承受 。 2 2温度对萃取率的影响 一 一 瓣 糌 温度(t 2) 图 3温 度 对 萃取 率 的 影响 从图 3看 ， 本 实验范 围内 ， 温度升 高 ， 萃取 率增加 ； 温度 的 升高能增加介质的扩散速度 ， 又能提高溶解 度 ， 因此选 择 5 O 为最适宜操作条件。 2 3正 交 试 验 结 果 从 图 4看 ， 相同压力下 ， 随着温度的提高 ， 萃取率会相应增 加 ； 相同温度下 ， 当温度选择 4 0和 5 O。 c 时 ， 萃取率随着压力 的提高而增加 ， 但在 6 O时 ， 萃取率并不与压力的提高呈线性 刨新技术 2 0 1 1 年 第 5 期 T IA N J IN S C IE N C E T E C H N O L O G Y 关 系。因此 ， 在温度低时 ， 提高压力对提高萃取率影 响很大 ； 温 度 高时 ，提高压力对提高萃取率影 响较小 。因此 ，选择压力 3 5 M P a ， 温度 5 0 c C 为最适宜操作条件 。 一 一 褂 盛 糌 温度 ( ) 图 4正 交 试 验 结 果 2 。 4超 临界 CO 。 萃取盐藻粉 中萃取物质量 在压 力为 3 5 M P a 、 温度 5 0的情 况下 ， 超临界 C O ： 萃取 盐藻粉中 p一胡萝 卜 素 ， 萃取物 占被萃取盐藻粉的 3 4 9 ， p一 胡萝 卜 素 收率在 9 0 以上 ， 萃取物呈暗红色膏状 ， 具有盐藻粉 本身气味 ， B一胡萝 t - 素含量为 1 4 4 。 3结 论 采用超 l临界 C O 萃取盐藻粉 中的 13一胡萝 卜 素 ，压力越 高萃取率越高 ，但是考虑到过高的操作压力使操作费用增加 ， 同时对设 备的耐压 能力也提 出更高要求 ，因此选择 3 5 MP a 为 最适 宜萃取压力 ， 既 能达到较大 收率 ， 设备 也能承受 ； 温度升 高 ， 萃取率增加 ； 温度 的升高能增加介质 的扩散速度 ， 又能提高 溶解度 ， 因此选择 5 O c C为最适宜操作条件 。 在压力为 3 5 MP a 、 温度 5 O o c 条件 下 ，超临界 C O 萃 取盐 藻粉 中 B一胡 萝 I- 素 ， 萃取物 占被萃取盐藻粉 的 3 4 9 ， B一胡萝 卜 素收率在 9 0 以 上 ， 萃取物呈暗红色膏状 ， 具有盐藻粉本身气味 ， B一胡萝 卜 素 含 量 为 1 4 4 。 目前 ， 国内 B一胡萝 卜 素的市场价格 ， 合成 的 1 1 万元 k g 左右 ， 天然 的在 1 8 万元 k g 左右 ， 国际上 天然 B一胡萝 卜 素的 价格是合成 的一倍左右 ，但 天然 B一胡萝 卜素只 占 B一胡萝 卜 素 总产 量 的 5 6 ，因 此天 然 B一胡 萝 卜素发 展空 间 极大 。 用超I 临界 C O 萃取的产品色泽纯正 、 气味 自然 ， 可 以作为 产品直接 出售 。同时 ， 用超 临界 C O ： 萃取过 的藻粉不被 污染 ， 可进一步深加工 ， 或仍可作 为产 品出售 。因此 ， 超临界 C O ： 萃 取技术在盐藻 中 B一胡萝 卜 素提取 中的应用 为盐 藻的综合利 用开辟了条新路 ， 具有广阔的生产 和实用价值。 参考文献 1 陈维 杠 超 临 界 流 体 萃 取 的原 理 和 应 用 M 北 京 ： 化 学工 业 出版 社 ， 1 9 9 8 ： 3 -6 2 C a r e r i a H， F u r l a t t i n i a L ， Ma n g i a A， e t a 1 S u p e r c r i t i c a l f l ui d e xt r a c t i o n f o r l i qu i d ch r O ma tO gr ap h 1 c de t er mi - n a ti o n o f c ar o te no i ds 1 n S pi r ul 1 n o P a c i fi c a a l ga e ： a c h e m o m e t r i c a p p r o a c h J J C h r o m a t o g r A， 2 0 0 1， 9 1 2 ( 1) ： 6171 3 刘晓娟 ， 段舜 山， 李爱芬 利用微 藻培养 生产 类胡萝 卜素的 1 5 1 6 2 0 1 1 年第5期 T I ANJ I N SCI E NCE8 【TE CHNOL OGY 创新技术 李广周 ( 天津重钢机械装备股份有限 公司 天津3 0 0 4 5 9 ) 蓄能器在 Y 4 1 5 0 0型油压机中的 节能应用实践 【 摘要】 蓄能器作为液压系统中的重要辅件， 对于间歇性 负荷且瞬间需提供大量压力油的油压机而言， 蓄 能器的应用必不可少。简单介 绍 了Y4 1 - 5 0 0型单柱油压机的设计背景 、 思路 以及应 用效 果， 并就蓄能器的 分 类、 功能及选 用， 以及 对油压机典型的液压回路和带有蓄能器液压 源回路的性能及其 流量进行 了比较 。 结 果表 明， 配置蓄能器的 Y 4 1 5 0 0型单柱油压机的液压 源回路具有明显的节能效果 。 【 关冀词】 蓄能器节能油压机液压系统虚拟样机 0引言 我公 司业务 主要 以承接重型装备 和高端 钢制品的生产制 造 为主 ， 经常会遇到板材 、 型材及构件需 冲压 、 弯 曲 、 翻边薄拉 伸或校 直等 多种 工艺 操作 ， 而本公司又没有油压机 ， 基本上所 有 需 冷 加 工 工 件 全 部外 包 ， 每 年 仅外 包 冷 加 工 费 就 在 2 0 0万 元 左 右。 设备的缺失 、 费用的高 昂 ， 在一定程度上影响了公司业 务 的快速健康发展 。 结合公司生产实际和油压机种类及性能， Y 4 I 一 5 0 0型单柱油 压机基本可以满足实际生产需要。 如购置费用大概在 1 3 0万 台 左 右 ， 但该机器间歇性操作能源浪费大 、 瞬间增大压力较差 、 机 型 和结 构 都 达 不 到 公 司 实 际 生产 所 需 。 考 虑 到 公 司 经 过 近几 年 的生产经营和技术储备 ， 厂区 内部余存大量废 旧钢板 、 报废 结 构 件 ， 同时公 司技术研发实力 的不断提高 ， 因此 ， 2 0 0 9年初 ， 公 司决定 自主研发一台带悬臂 吊的蓄能型 Y 4 I 一 5 0 0吨单 柱油压 机 以满 足生 产 所 需 。 1 Y4 1 5 0 0型单柱油压机主体虚拟设计与技术参数 Y4 I 一 5 0 0 ( Y 代 表 油 压 机 ， 4 1代 表 4个 导 向杆 和 1主 缸 ， 5 0 0代表许用最大压力 5 0 0 t ) 型单柱油压机 由主机及控制机构 两大部分组成。油压机主机部分包括机身 、 主缸 、 顶 出缸 、 充液 收稿 日期： 2 0 1 1 0 9 一 O 6 装置及悬臂 吊等 。动力机构 由油箱 、 高压泵 、 低压控制系统 、 电 动机及各种压力 阀和方向阀等组成 。 动力机构在 电气装置的控 制 下 ， 通 过 泵 和油 缸 及 各 种 液 压 阀实 现 能 量 的转 换 ， 调 节 和输 送 ， 完成各种工艺动作 的循环 。 1 1 Y4 1 5 0 0型 单 柱 油 压 机 主体 虚 拟 设 计 重新利用厂 区余存大量废铁和报废结构件 ， 运用虚拟样机 技术设 计 Y 4 1 5 0 0型单柱油压机机身 、 悬臂 吊、 梯子栏杆 等主 体结构 ， 虚拟样机详 见附图 1 。 图 1 Y41 5 0 0型 单柱 油压 机 模 型 机身为 c型结 构 ； 主缸采用单缸 布置 ， 其结构 为活塞式 ， 分别由缸体 、 活塞杆 、 导套等组成 ， 活塞杆下端与滑块 通过螺栓 连接 ； 滑块采用 4根导 向杆导向 ， 导 向杆通过 导套 与机身配合 ； 两 个悬 臂 吊 主要 由 H 型 钢 和板 材 拼 制 而成 ， 结 构 简 单 ， 承 重 较 研 究进展 J 天然产物研 究与开发 ， 2 0 0 7 ， 1 9 ( 2 ) ： 3 3 3 3 2 7 4 Z i e g l e r ， R C A r e v i e w o f e p 1 d e m 1 0 0 g 1 c e v i d e n c e