超临界CO2萃取微藻生物活性物质的研究进展.docx

2研究进展田文杰，郝小红，王锦秀，刘博轩( 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093)摘 要: 综述了超临界 co2 萃取微藻中 -类胡萝卜素、叶绿素 a、dha、epa、-亚麻酸、类胡萝卜素( 主要是角黄素和虾青素) 、生物活性油脂等生物活性物质的国内外研究进展。关键词: 微藻; 超临界 co2 萃取; 生物活性物质中图分类号: tq 028 32文献标识码: a文章编号: 1671 3206( 2013) 08 1524 03advance in supercritical carbon dioxide extraction of bioactivesubstance from microalgaetian wen-jie，hao xiao-hong，wang jin-xiu，liu bo-xuan( school of energy and power engineering，university of shanghai for science and technology，shanghai 200093，china)abstract: reviewed the microalgae co2 extraction of -carotenoid，chlorophyl a，dha，epa，-linolenicacid，carotenoid ( canthaxanthin and astaxanthin) and bioactive oil and other bioactive substances at homeand abroad for research progresskey words: microalgae; supercritical carbon dioxide extraction; bioactive substance微藻是一类原始而非常重要的海洋和水生生物资源，富含不饱和脂肪酸、藻胆蛋白、胡萝卜素、活性 多糖、虾青素、亚麻酸、隐藻素等各种生物活性物质，是许多高附加值生物制品的重要来源。如何提取和综合利用微藻中的这些有高价值的活性物质，已经 成为目前各个国家的研究热点之一。目前，微藻脂质萃取的方法主要有有机溶剂法、两相萃取法、索氏萃取法、酸热法及超临界 co2 萃 取法。有机溶剂萃取的分离效率不高、费时、产品质 量差、纯度低、有异味，且有机溶剂易挥发，对人体有 害; 索氏法的萃取率最高，但是耗时长，只能测定粗 脂肪; 酸热法不适用于含糖高的物质提取，因为糖类 遇强酸易碳化而影响测定结果。超临界 co2 法 可 在常温下进行，有效的防止了提取物氧化分解，并且 无溶剂残留、安全性高。广泛应用于生物活性物质 的提取、分离。因此，很多国家相继投入到利用超临 界 co2 从微藻中分离提取活性物质的研究。物的微 藻，国 外 很 多 国 家相继投入到利用超临界 co2 从微藻中萃取活性物质的研究。1 1 萃取类胡萝卜素和叶绿素 amendes 等1研究了在不同细胞破碎条件下，从 小球藻中萃取类胡萝卜素，其最优条件为: 35 0 mpa、55 ，在细胞破碎的条件下，萃取率 13 3% ，而细胞没有破碎的条件下为 5% 。因 此，采用细胞完全破 碎更有利于活性物质的提取。snchez 等2萃取微绿球藻中类胡萝卜素和叶绿素 a，实验得出的萃取类胡萝卜素的 最 佳 条 件 与 经验关联式的结果相同，都是在 30 mpa、50 的条 件下获得的最大萃取量 0 343 g 类胡萝卜素 /1 mg干微绿 球 藻，而 对 于 叶 绿 素 a，二 者的结果却不一 致。macas-snchez 还分析了类胡萝卜素与叶绿素 a 的比率，即在 20 mpa、60 条件下，二者的比率高 达 1 389，也就是 说，在 这 个 条 件 下，可 以 很 好 的 从萃取物中把这 2 种色素分离、提 纯。之 后，snchez等3从聚球藻中萃取类胡萝卜素和叶绿素 a，得出 最适宜条件: 在 30 mpa、50 、3 h 的 条 件 下，从 每1国外研究进展随着高科技的发展和培育出富含各种活性化合收稿日期: 2013-05-06修改稿日期: 2013-05-20基金项目: 2009 年度高等学校博士学科点专项科研基金( 新教师基金) ( 20093120120002)作者简介: 田文杰( 1989 ) ，女，福建沙县人，上海理工大学在读硕士研究生，师从郝小红讲师，从事新能源方向研究。电 话:e mail: summerhappy586 163 com通讯联系人: 郝小红，女，讲师，主要从事后继能源与能源新技术方向的研究。电话: 8 期田文杰等: 超临界 co2萃取微藻生物活性物质的研究进展15251 mg 的聚球藻中萃取出 1 511 g 的类胡萝卜素; 在50 mpa、50 、3 h 的条件下，每 1 mg 的聚球藻中萃 取出 0 715 g 的叶绿素 a; 在 20 mpa、60 的条件下，类胡萝卜素与叶绿素 a 的比率最大。nobre 等4 在 萃 取 压 力 30 mpa、萃 取 温 度60 、10% 的乙醇作为夹带剂 的 条 件 下，利 用 超 临 界 co2 从雨生红衣藻中萃取虾青素和其它的类胡 萝卜素，同时又分别分析了微藻细胞的破坏程度、有 无夹带剂、压力及温度对实验结果的影响。结果表明，从每克的雨生红衣藻中可以萃取出 1 8 mg 的类 胡萝卜素，并且雨生红衣藻中类胡萝卜素的主要成分是酯化虾青素，其次有叶黄素、游离的虾青素、-类胡萝卜素及角黄素。在最佳条件下，除了角黄素 的萃取回收率大约为 85% 外，其余的都超过了 90% 。hosikian 等5 萃取微绿球藻和聚球 藻 中 叶 绿( 如乙醇) 能够提高萃取率。其超临界最佳的萃取 条件为 40 mpa、40 、1 h 及每 16 g 的微藻中加入13 7 ml 的乙醇时，可 以 得 到 102 5% 的 -亚 麻 酸 ( 以布莱代尔的萃取率为基准) 。微藻的种类不同，所含的生物活性物质也不同，含量也不一样，所需的萃取条件也是不同的。一方 面，要更好的获得微藻细胞内的产物，应对细胞进行 破碎，如超声波、高温搅拌等。另一方面，夹带剂在 超临界 co2 萃取过程也占有很大的作用。例如 乙 醇，可以增加活性物质的溶解性，因为乙醇为极性夹 带剂，可以增大活性物质的极性，从而增大溶解度。 萃取不同的物质，可以选择不同的夹带剂。一般情 况下夹带剂的极性越大，与溶质分子间的作用力也越强，萃取效果就越好。22 1国内研究进展萃取 -亚麻酸素，前 者 最 佳 萃 取 条 件 为 60 、40mpa，后 者 为12胡秋辉等 采用超临界 co2 萃取技术对螺旋藻的化学成分进行了研究，并测定了螺旋藻粉萃取 前后营养成分的变化，得出萃取后除去了螺旋藻的 腥味，蛋白质含量和必需氨基酸含量变化不明显，氨 基酸总量、脂类物质总量稍有减少; 而且还研究了超 临界 co2 萃取条件对脂类物质得率和脂肪酸含量 的影响，得出其最佳条件: 萃取压力 35 mpa，萃取温 度 40 ，萃取时间 4 h 及 co2 流量 24 kg / h，最终的 脂类物质得率为 7 2% ，其中 -亚麻酸含量最多。60 、50 mpa。 palavra 等6 也研究了超临界 co2流体萃取布朗葡萄藻中的碳氢化合物 ( 主 要 是 c23 c31 ) 和小球藻中萃取类胡萝卜素。萃取 epa 和 dhaandrich 等7从绿微球藻中提取生物活性油脂， 并且利用超临界流体动力学的数学模型来分析实验 变量因素( 压力和时间) 对结 果 的 影 响。得 出 从 微 绿球藻中萃取出的油脂主要含有 epa，其含量可达33% ，而长链的 n-3 多不饱和脂肪酸含量可以达到 总的脂肪酸含量的 40% 。ricardo 等8 从隐甲藻中提取 dha，其 优 化 条 件为: 萃取压力 30 mpa、萃取温度 50 及萃取时间3 h，油脂的提取率为 50% ，油脂中 dha 占总脂肪酸含量的 72% 。1 213程霜等 在萃取压力 25 mpa、萃取温度40 、萃取时间 2 h、co2 流量 30 kg / h 的条件下利用超临 界 co2 萃取螺旋藻油，萃取率达 95 3% ，其中 -亚 麻酸为脂肪酸组成的 26 78% 。2 2萃取 -胡萝卜素14李新等 分别以石油醚和超临界 co2 萃取螺旋藻中 -胡萝卜 素，结 果 表 明，超 临 界 co2 具 有 速 度快、萃取效率高、萃取物色味纯正、藻粉可以再利 用等优势。在萃取压力 30 mpa，萃取温度 50 的 条件下萃取 2 h，-胡萝卜素的萃取率为 94% 。1 3其它活性物质的萃取mendes 等9萃取布朗球藻中碳氢 化 合 物。结果表明，布朗球藻中有 20 4% 的油脂，其中 37 3%是碳氢化合物。萃取产量随着压力的增大而增加， 在 40 、30 mpa 的条件下，达到最大值。同时也得出，随着超临界流体实验的进行，c27 和 c29 的烃类所15隋晓 把超临界 co2 萃取技术应用于盐藻中-胡萝卜素的提取，并探讨其最适宜的工艺条件: 在 萃取压力 30 mpa，萃取温度 45 ，萃取时间为 6 h，co2 流量为 10 l / h 的条件下，-胡萝卜素的萃取率 为 95 09% 。与此同时，在其研究中还发现超临界10占的比例减小，而 c31 的却增加了。mendes 等 分别从布朗葡萄藻、小球藻、杜氏盐藻及大节旋藻中提 取碳氢化合物、类胡萝卜素、-类胡萝卜素和 -亚麻酸，并且分析了这些活性化合物在制药领域的作用。sajilata 等11分别利用超临界 co 萃取法和溶co 萃取条件对盐藻中 -胡萝卜素异构体的组成有22剂萃取法从钝顶螺旋 arm 740 中提取 -亚麻酸，并 且比较二者的萃取率，利用响应曲面法优化超临界 co2 萃取的条件，以便得到更精确更有利于亚麻酸萃取的条 件。同 时也通过实验验证了加入夹带剂 显著的影 响。对于萃取物中 顺 式 -胡 萝 卜 素 的 含量，利 用 超 临 界为 82% ，而用溶剂萃取为 co248 8% ，从而证实了超临界 co2 萃取物胜于溶剂萃取的 -胡萝卜素。1526应用化工第 42 卷2 3其它活性物质的萃取宋启煌等16 从扁藻中萃取 epa 和 dha，最佳carotenoids from the microalga haematococcus pluvialisj eur food res technol，2006，223: 787-790aris hosikian，su lim，ronald halim，et al chlorophyll extraction from microalgae: a review on the process engi- neering aspectsj international journal of chemical en- gineering，2010( 2010) : 1-11palavra a m f，coelho j p，barroso j g，et al supercriti- cal carbon dioxide extraction of bioactive compounds from microalgae and volatile oils from aromatic plantsj the journal of supercritical fluids，2011，60: 21-27gianpaolo andrich，francesca venturi，angela zinnai su- percritical fluid extraction of bioactive lipids from the mi- croalga nannochloropsis sp j eur j lipid sci techn- ol，2008，107: 381-386couto r m，simoes p c，reis a，et al supercritical fluid extraction of lipids from the heterotrophic microalga crypthecodinium cohnii j engineering in life sci- ences，2010，10( 2) : 158-164rui l mendes，helena l fernandes，jos a p coelho，et al supercritical carbon dioxide extraction of hydrocarbons from the microalga botryococcus brauniij journal of applied phycology，1994，6: 289-2935工艺条件为: 萃取压力 30 mpa，萃取温度 40 ，co2耗量 250 ml / g 及乙酸乙酯添加量为扁藻的 70% ， epa 和 dha 的萃取率分别为 91 3% ，87 4% ，为拓 宽综合利用海藻资源开辟了新的应用途径。peter 等17从亚热带红藻中萃取油脂及 n-3 脂 肪酸，最佳萃取条件为: 压力 37 9 mpa，温度 50 ， 此时油脂提取率达到 67 1 mg / g。从微藻中萃取活性物质具有很广的利用价值， 不同的活性物质具有不同的用途。利用超临界 co2 萃取技术从微藻萃取活性物质，很好的保留了这些 物质的活性。通过控制压力或者温度，来调整流体 的密度，从而改变超临界 co2 的溶解度，可以有 选 择性地进行微藻中活性物质的分离，减小萃取物中 非理想组分的含量。6783结束语超临界 co2 流体萃取技术是 近几十年来发展 9起来的绿色技术。经过几十年的发展，在基础理论和应用 发面都取得了 很 好 的 成 就，尤 其 是 超 临 界 co2 作为一种绿色分离技术，从微藻中萃取的生理 活性物质具有纯度高、保持生物活性、提取率高、色 味纯正、稳定性强、产品附加值高等优点，成为一种 具有巨大发展潜力的绿色、高新提取分离技术。随 着高新技术的发展和人们对微藻的深入认识、理解， 对保健意识的不断增强，超临界 co2 萃取技术将推 动微藻产业的不断发展，为人类的生存做出重要的 贡献。10 rui l mendes，beatriz p nobre，miguel t cardoso，et alsupercritical carbon dioxide extraction of compounds with pharmaceutical importance from microalgaej inorgani- ca chimica acta，2003，356: 328-33411 sajilata m g，rekha s singhal，madhusudan y kamat su-percritical co2 extraction of -linolenic acid ( gla) fromspirulina platensis arm 740 using response surface meth- odologyj journal of food engineering，2008，84: 321-32612 胡秋辉，王善荣 超临界 co2 萃取螺旋藻 成 分 的 研 究j 南京农业大学学报，1998，21( 4) : 103-10613 程霜，崔庆新，刘敏 螺旋藻油的超临界提取及 gc / ms分析j 食品工业科技，2001，22( 5) : 8-1014 李新，安鑫南，刘震 -胡萝卜素原料筛选及其超临界 二氧化碳萃取j 南京林业大学学报，1999，23 ( 3 ) :37-4015 隋晓 盐藻中 -胡萝卜素及多糖的研究d 青岛: 中 国海洋大学，200516 宋启煌，周家华，姚煜东，等 超 临 界 co2 从 扁 藻 中 萃 取 epa 和 dha 的 研 究j 精 细 石 油 化 工，1999，7( 4) : 25-2717 peter c，cheung k temperature and pressure effects on supercritical