超臨界CO2萃取技術的應用及展望

●蘇照瑩

超臨界CO2萃取技術的應用及展望

●蘇照瑩

The application and prospect of Supercritical CO2Extraction Technology

超臨界流體萃取技術(supercritical fluid extraction,SFE)利用臨界壓力和臨界溫度以上流體借助特異增加的溶解能力而發展起來的一種化工分離技術。經濟的發展、人民生活水平的提高使得健康問題備受重視,人們對天然“綠色食品”和天然產物的需求也日益增加。目前常用的分離方法很多，由于SFE具有工藝簡單、低溫操作、無殘留溶劑等優勢而得到了廣泛重視和應用?，F已成為一種常用的分離方法廣泛用于生物技術產物分離階段中的各個領域。

超臨界CO2萃取技術，分離提純；夾帶劑

超臨界流體萃取其分離原理是利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而實現。在超臨界狀態下,超臨界流體與待分離的物質接觸,通過控制壓力和溫度，選擇性地將極性、相對分子量不同的組分萃取出來,借助減壓等方法將超臨界流體變為普通氣體,而使得被萃取物質自動析出?，F階段可作為超臨界流體萃取的溶劑很多,如甲醇、乙醇等,但因超臨界CO2密度大，強溶解能力，適中的臨界壓力,臨界溫度接近常溫,化學性質穩定,生產過程中易回收,無污染,同時價格低廉、不易燃等,因而目前絕大部分超臨界流體萃取都采用CO2作為溶劑。憑借這些優點，該技術現已成為從天然植物特別是天然植物、藥物中提取活性成分的一種新型工藝分離方法之一。

1 食品工業中的應用

用于脫咖啡因。咖啡因在咖啡豆和茶葉中居多，是一種較強的中樞神經系統興奮劑。從植物中脫除的咖啡因一方面可做藥用,常作為藥物中的摻合劑，另一方面能滿足因個人健康需求選擇性的獲取咖啡因；用于植物油脂的萃取。植物種子富含油脂,傳統的提取法是壓榨法或溶劑萃取法。壓榨法,油脂得率低，有機溶劑萃取,雖能提高油脂收率,但溶劑回收和產品中有溶劑殘留,因而都不能有效進行物質成分的選擇性萃取。若使用超臨界CO2萃取技術，得到的油品不僅收率高,雜質量低,且可省去后續減壓蒸餾等精制工序；用于辣椒紅色素和辣素的分離。合成色素相比天然色素不安全。天然色素安全,且具有一定營養價值?！?】辣椒紅色素是從成熟的辣椒果皮中提取出的一種天然紅色素,其色調鮮艷、熱穩定性較好、安全無毒,可廣泛用于食品、醫藥和化妝品著色,是一種很好的著色劑。辣椒中的辣味素,能促進食欲,幫助消化,還可溶解脂肪、減肥,因而可以開發為醫藥原料。由于辣椒色素與辣味素的理化性質相近,超臨界CO2萃取技術常用于分離接近組分。

2 醫藥工業領域

用于單一成分或幾種極性相似成分的提取分離。中草藥中含有大量的天然活性物質,應用超臨界萃取技術已成功提取了生物堿、黃酮等天然活性產物,另外該技術還可用于抗生素的回收,醫藥制品的精制、脫雜質,維生素和酶等的回收；用于去除或減少中藥粗提取物中農藥及重金屬。中藥作為天然藥物,具有資源豐富、療效獨特、小毒副作用而被國際社會所接受。但因中藥易受生長環境的影響,容易造成重金屬含量超標。重金屬會影響人體的新陳代謝及正常生理功能，導致疾病發生。采用超臨界CO2萃取技術凈化中藥中的重金屬，不會對藥物產生二次污染,亦不會損失藥物的有效成分。

3 環境保護方面的應用

處理固體污染物,超臨界CO2萃取方法具備優勢。污水處理時，其面臨流程的連續化和處理量不夠大等問題，只有萃取功能,而無氧化能力，但對小分子有機物萃取效果良好【2】。某些大分子量、極性高的有機物質則處理效果不佳。某些特殊條件下,如需回收環境污染物中特定物質,則超臨界CO2萃取技術有很好的應用前景。其萃取速度快,富集能力強,程序簡單使得超臨界CO2萃取技術有很強的競爭力。

4 植物化學物提取中的應用

酚類、糖及甙類的提取。酚類化合物廣泛存在中草藥中，具有顯著生理活性。酚類化合物屬中性物質，在中草藥中多數和糖類結合成甙，增加了極性。傳統酚類提取方法有醇提、堿水、堿醇、熱水等，這些方法存在排污量大、效率低、過程麻煩、成本高等缺點。而 SC-CO2流體萃取對于黃酮類化合物非常有效。對 SC-CO2萃取植物化學物中的酚類化合物的相關研究均證實該法較之其他傳統方法具有短流程，操作簡單，得率高，質量好等優勢【3】。糖及甙類化合物多羥基，分子量、極性大，用 SC-CO2流體提取，產率低，且夾帶劑配合使用可使產率提高?！?】廖周坤在超臨界 CO2萃取藏藥雪靈芝時發現，不加夾帶劑時，即使壓力加大也基本無法萃出總皂甙及多糖。同樣條件下加不同夾帶劑，隨著極性增大，萃取物多糖收率增大，而總皂甙粗品收率降低；而在梯度 SC-CO2萃取中，所得總皂甙粗品、多糖的收率分別為傳統萃取工藝的 18.9 倍和1.62 倍。由此可見，夾帶劑在糖及甙類的萃取過程中起著關鍵作用。

5 展望

超臨界 CO2萃取技術憑借其自身優點，現已經成為天然植物化學物研究與開發中具有一定發展潛力的高新提取分離方法。但對于植物化學物的提取同樣具有其自身固有缺點，對于許多強極性和高分子量的物質很難進行有效萃取，還需要加入合適的夾帶劑，所以，今后應在夾帶劑方面進行重點研究。改性劑的使用因缺乏足夠的理論指導,高壓技術也還未知。工業化生產也相對 困難等。因此,還需結合我國豐富的天然產物資源,結合已有實驗數據,進一步探索，同時，若能將傳統分離方法與現有方法進行聯合使用,進一步探索出新的分離純化方法，對于促進超臨界CO2萃取技術的應用發展也將具有十分重要的意義，也定會推動我國天然植物化學物的研究向著更高的層次發展。

（作者單位：西北民族大學）

[1]孫慶杰,丁霄霖.超臨界CO2萃取番茄紅素的初步研究[J].食品與發酵工業,1998,(24)：3.

[2]劉華.超臨界萃取技術在生物資源開發和有機廢水處理中的應用研究【J】.礦物巖石地球化學通報.1998，（17）：1

[3]王立紅, 周麗莉, 雷雪, 等. 超臨界CO2萃取徐長卿中丹皮酚的工藝[J]. 沈陽藥科大學學報, 2006, 23(1)：53-56

[4]廖周坤，姜繼祖，王化遠，等. 超臨界CO2萃取藏藥雪靈芝中總皂甙及多糖的研究[J]. 中草藥，1998，29(9)：601-602

蘇照瑩（1992～），女，西北民族大學生命科學與工程學院在讀學生，本科，生物技術專業。