超臨界流體萃取技術(shù)及其在食品領(lǐng)域中的應用

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1、超臨界流體萃取技術(shù)及其在食品領(lǐng)域中的應用摘要：介紹了超臨界流體的特性，超臨界流體萃取的基本原理、萃取上藝，尤其是超臨界流體CO2萃取技術(shù)在食品上業(yè)中的應用進行了綜述。關(guān)鍵詞：超臨界流體萃取；食品上業(yè)；應用超臨界流體萃取(SupercriticalFluidExtraction,SFE)是一種新的分離技術(shù)。Hannay在1897年就發(fā)現(xiàn)了超臨界流體(Supercriticalfluid，SCF)的獨特溶解現(xiàn)象。20世紀50年代，美國Todd從理論上提出將超臨界流體用于萃取分離的可能性，但直到20世紀70年代才引起人們的普遍重視。1978年聯(lián)邦德國建成了第一個利用超臨界流體萃取技術(shù)從咖啡豆脫除咖

2、啡因的工廠。近年來，超臨界流體萃取技術(shù)在美國、德國、日本等發(fā)達國家發(fā)展極為迅速，其應用領(lǐng)域有食品、醫(yī)藥、化妝品、化工等領(lǐng)域，特別是在食品工業(yè)中的應用發(fā)展尤為迅速，由于其選擇性強，特別適用于熱敏性、易氧化物質(zhì)的提取和分離，因此，為天然食品原料的開發(fā)和應用開辟了廣闊的前景[1,2]。1超臨界流體（SCF）的定義和性質(zhì)任何一種物質(zhì)都存在氣相、液相、固相三種相態(tài)，三相成平衡狀態(tài)共存的點叫三相點。液、氣兩相成平衡狀態(tài)的點叫臨界點。不同的物質(zhì)其臨界點所要求的壓力和溫度各不相同。SCF是指熱力學狀態(tài)處于臨界點(Pc臨界壓力，Tc臨界溫度)之上的流體。此時流體處于氣態(tài)與液態(tài)之間的一種特殊狀態(tài)，氣液兩相性質(zhì)非

3、常相近，以至無法分別，具有十分獨特的物理化學性質(zhì)。SCF的粘度雖高于氣體但明顯低于液體,密度接近于液體，擴散系數(shù)介于氣體和液體之間，是液體的10～100倍，兼有氣體和液體的優(yōu)點，既像氣體一樣容易擴散，又像液體一樣有很強的溶解能力。因而SCF具有高擴散性和高溶解性。在其它條件完全相同的情況下，液體的密度在相當程度上反應了它的溶解能力，而超臨界流體的密度與壓力和溫度有關(guān)，隨著壓力的增大，介電常數(shù)和密度增大，超臨界流體對物質(zhì)的溶解能力增大。超臨界萃取就是利用SCF在臨界點附近體系溫度和壓力的微小變化，使物質(zhì)溶解度發(fā)生幾個數(shù)量級的突變的性質(zhì)來實現(xiàn)其對某些組分的提取和分離的目的[3,4]。常用作SCF

4、的溶劑有二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水、甲苯等。目前研究較多和工業(yè)上最常用萃取劑是二氧化碳，CO2臨界溫度31.04℃，臨界壓力7.38MPa，臨界條件易達到，并且具有化學性質(zhì)不活潑、對大部分物質(zhì)不反應、無色無毒無味、不燃燒、安全性好、價格便宜、純度高、容易獲得等優(yōu)點。超臨界CO2是一種非極性的溶劑，對非極性的化合物有較高的親和力，當化合物中極性官能團出現(xiàn)時，則會降低該化合物被萃取的可能性，甚至使之完全不能被萃取，此時就需要在超臨界CO2中加入少量夾帶劑，以增強其溶解力和選擇性。常與超臨界CO2一起使用的夾帶劑有甲醇、乙烷、乙醇、乙酸酯、丙酮、二氯甲烷、己烷、水、乙酸甲酯等[3]。2超臨

5、界流體萃?。⊿FE）的原理超臨界流體萃取分離的基本原理是利用SCF對物料有較好的滲透性和較強的溶解能力將SCF與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分萃取出來。并且SCF的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加,極性增大,利用程序升壓可將不同極性的成分進行分步提取。當然，對應各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以通過控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則自動完全或基本析出，從而達到分離提純的目的，并將萃取分離兩過程合為一體[4]。3超臨界流體萃取過程及特點超臨界流體萃取分離過程是以高壓下的

6、高密度超臨界流體為溶劑,萃取所需成分,然后采用升溫、降壓或吸附等手段將溶劑與所萃取的組分分離。超臨界流體萃取過程示意如圖1所示。過程包括原利預處理、萃取和分離以及二氧化碳增壓和循環(huán)。超臨界流體萃取工藝主要由超臨界流體萃取溶質(zhì)以及被萃取的溶質(zhì)與超臨界流體分離兩部分組成。根據(jù)分離槽中萃取劑與溶質(zhì)分離方式的不同,超臨界流體萃取可分為3種加工方式：(1)等壓升溫法：從萃取槽出來的萃取相在等壓條件下，加熱升溫，進入分離槽溶質(zhì)分離，溶劑經(jīng)調(diào)溫裝置冷卻后回到萃取槽循環(huán)使用。(2)等溫減壓法：從萃取槽出來的萃取相在等溫條件下減壓、膨脹，進入分離槽溶質(zhì)分離，溶劑經(jīng)調(diào)壓裝置加壓后再回到萃取槽中。(3)恒溫恒壓法

7、：從萃取槽出來的萃取相在等溫等壓條件下進入分離槽，萃取相中的溶質(zhì)由分離槽中吸附劑吸附，溶劑再回到萃取槽中復循循環(huán)使用。此外，還有添加惰性氣體方法，該方法的特點是在分離時加入惰性氣體如N2，Ar等，而使溶質(zhì)在超臨界流體中溶解度顯著下降。整個過程是在等溫等壓下進行，因此非常節(jié)能。但吸附法和添加惰性氣體方法存在如何使超臨界流體和吸附劑及惰性氣體分離的問題[1-3]。超臨界流體萃取的特點概括起來有以下幾方面：(1)萃