超临界CO2流体萃取技术在植物油脂萃取中的应用

2-超临界CO2流体萃取技术在植物油脂提取中的研究进展摘要：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ResearchAdvancesonSupercriticalCO2FluidExtractionTechnologyofVegetableOilsAbstract:Thispapersimplysummarizedthedefinitionofsupercriticalfluidextraction，andTheprinciplesandcharacteristicsofsupercriticalCO2fluidextractionwereintroduced.ThefocusofthispaperwastheresearchadvancesonsupercriticalCO2fluidextractionofvegetableoilsathomeandabroad.Inaddition,thelimitationsandproblemsofthesupercriticalCO2fluidextractiontechnologywereanalyzed,andtheapplicationprospectofthetechnologywasperformed.Keywords:supercriticalCO2fluidextraction;vegetableoils;researchadvances引言植物油脂是是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，归纳起来主要有以下几点[14,17-18]：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。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。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。使用SFE是最干净的提取方法，与一些传统的有机溶剂相比，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。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。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。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%，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]朱秀清,王瑾,于坤弘,等.植物油脂加工安全性的探析[J].食品工业科技,2008,29(12):260-262.[2]倪培德.油脂加工技术[M].北京:化学工业出版社,2007:7-12.[3]EnsiehGhasemi,FarhadRaofie,NahidMashkouriNajafi.ApplicationofresponsesurfacemethodologyandcentralcompositedesignfortheoptimisationofsupercriticalfluidextractionofessentialoilsfromMyrtuscommunisL.Leaves[J].FoodChemistry,2011(126):1449–1453.[4]AriasM,PenichetI,YsamberttF,etal.Fastsupercriticalfluidextractionoflowandhighdensitypolyethyleneadditives:comparisonwithconventionalrefluxandautomaticSoxhletextraction[J].JSupercritFluids,2009,50(1):22-28.[5]ReverchonE,MarcoiD.Supercriticalfluidextractionandfractionationofnaturalmatter[J].J.SupercritFluids,2006,38(2):146-166.[6]陈耀彬,卿宁,罗儒显,等.超临界流体萃取技术及应用[J].中国皮革,2010,39(9）：43-47.[7]RiziviSH,BenadoAL,ZollwegJA,etal.Supercriticalfluidextraction:fundamentalprinciplesandmodelingmethods[J].FoodTechonlogy,NewYork,1986,40(6):55-65.[8]RiziviSH,BenadoAL,ZollwegJA,etal.Supercriticalfluidextraction[J].FoodTechonlogy,NewYork,1986,40(7):57-64.[9]MehughM,KrukonisV.SupercritiealFluidExtraction:Principlesandpractise[M].Boston:Butterworth-Heinemann,1994:1-3.[10]廖传华,黄镇仁.超临界CO2流体萃取技术工艺开发及其应用[M].北京:化学工业出版社,2004:14-15.[11]AraiY,SakoT,TakebayashiY.SupercriticalFluids:MolecularInteractions,PhysicalProperties,andNewApplications[M].Berlin,NewYork:Springer,2002:12-13.[12]潘秋月,刘悦,黄伟素,等.超临界流体萃取活性脂质的研究进展[J].中国粮油学报,2010,25(5):120-128.[13]陈必春,毛多斌,郭鹏,等.超临界萃取技术在食品工业中的应用[J].食品工程,2008,(2):6-9.[14]CliffordA,FundamentalsofSuPereritiealFluids[M].OxfordUniversityPress.1998:32-34.[15]孙林涛.白酒发酵副产物丢糟中风味组分的超临界CO2萃取工艺开发研究[D].陕西:西北大学,2010:9-10.[16]王忠华.超临界二氧化碳萃取葡萄籽油的研究[D].北京:首都师范大学,2008:3-5.[17]SihvonenMJ,RvnpE.Advancesinsupercriticalcarbondioxidetechnologies[J].TrendsinFoodScience&Technology,1999,10(6/7):217-222.[18]张德权,胡晓丹.食品超临界CO2流体加工技术[M].北京:化学工业出版社.2005:21-22.[19]彭阳生.植物油脂加工使用技术[M].北京:金盾出版社,2003:1-2.[20]石帅,张大红,骆耀峰.上海市食用油消费调查及消费者需求偏好研究[J].中国油脂,2010,35(10):1-5.[21]王华志,王道波,李秋霖,等.油脂中脂肪酸成分与人体健康[J].油脂工程,2010(6):16-19.[22]ClaudiaM.Trentin,AnaP.Lima,IsabelaP.Alkimim,etal.Co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