超臨界流體萃取技術及其在食品中的應用

張愷容 解鐵民

摘要：綜述超臨界流體萃取技術的基本原理、萃取流程、溶劑、裝置和技術特點，介紹其在啤酒、煙草、色素、植物籽油，咖啡等食品生產中的應用現狀和相關試驗研究成果，為超臨界流體萃取技術的進一步發展提供理論參考。

關鍵詞：超臨界流體;萃取;食品;應用;原理

中圖分類號：TS205 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）06-0048-03

近年來，隨著人們食品安全意識的不斷提高，用于食品加工的綠色分離萃取技術備受青睞，這使得一種新型綠色的食品分離技術——超臨界流體萃取成為國內外的研究熱點。超臨界流體在超臨界狀態下具有雙重特性（高密度和低黏度），可以有目的地從一些天然物質中提取所需組分，多用于篩選或去除食品中的某些成分。與傳統的提取工藝相比，它具有高效、環保、節能、易控等特點。為此，介紹超臨界流體萃取技術的基本原理、萃取流程和技術特點，以及在食品工業中的應用，為其進一步應用和發展提供理論參考。

1 超臨界流體萃取技術

超臨界流體在超臨界溫度和臨界壓力下，與待萃取溶質有異常相平衡行為及傳遞性能，隨著壓力和溫度的變化，它對溶質的溶解能力也會發生很大改變。超臨界流體萃取技術利用這一特點達到萃取目的。用超臨界流體作溶劑，能夠使需要提取的組分從多種液態混合物或固態混合物中萃取出來。

1.1 基本原理

超臨界流體是指當某種物質超出其本身的臨界溫度和臨界壓力時，氣液兩相混合成均一的流體狀態，且同時具有氣體的高滲透性和液體的高溶解性。

在較高壓力下，溶質被溶解在流體中;當壓力漸漸減少或溫度增高時，流體的溶解能力變弱、密度減小，溶質析出后被萃取分離。根據流體密度根據溫度和壓力值變化的特性，使超臨界流體與要分離的物質接觸后建立流動相后，通過改變壓力和溫度溶解其中的某些成分，再按溶解能力、沸點、分子量的大小依次將萃取物提取出來，從而達到萃取有效成分或清除有害成分的目的。超臨界CO2流體萃取工藝如圖1所示。

1.2 萃取溶劑

與一些傳統的提取方法相比，超臨界流體萃取技術具有更高效、更環保、更節能、易控制等優點。超臨界流體萃取技術應用的溶劑類型較多，主要有CO2、乙烯、乙烷、丙烯、氨、水等，不同溶劑的臨界性質不同。乙烯、乙烷等溶劑對人體有害，多用于食品以外的其他工業。CO2無毒、無害、無腐蝕性，且易與化合物分離，是食品領域最常用的超臨界萃取劑。

CO2容易獲取、價格低廉，且臨界壓力和臨界溫度較低，能在低溫下進行分離萃取。同時，CO2的臨界密度大，溶解能力較強，化學性質穩定，不會對熱敏性物質和活性成分造成破壞。另外，CO2有抗氧化滅菌的作用，沒有溶劑殘留的問題，安全無毒。

1.3 萃取裝置

超臨界流體萃取技術的工藝過程可以分為連續式、半連續式和間歇式三種。目前，大多數的萃取裝置是間歇式的，裝料和卸料較麻煩，需打開萃取器的端蓋，以及重復升壓和降壓過程，不僅工作效率低，而且易發生意外。近年來，國內外學者致力于研究連續式的萃取裝置。連續萃取裝置可連續送入萃取物和排出萃取物，具有提高生產率、降低生產成本、增加萃取安全性和可靠性等優點。

1.4 溶質與溶劑的分離

分離超臨界流體中的溶質和溶劑的方法較多。常用的方法是通過改變溫度或壓力來改變超臨界流體的溶解能力，還可使用溶劑將溶質從超臨界流體中“洗滌”出來。Lancas等通過改變超臨界流體的溫度來去除溶質，直到溶質不再可溶且沉淀下來，這種方法也被稱為“低溫陷阱”。

2 超臨界流體萃取技術在食品領域的應用

2.1 提取啤酒花

采用超臨界流體萃取技術萃取啤酒花時，使超臨界CO2依次穿過萃取罐中的啤酒花碎片，然后含萃取物的CO2進入預熱器中預熱，接著進入下一個熱交換器，此時混合物中的CO2受熱蒸發，而啤酒浸膏脫溶后自動排出;熱交換器與上述混合物進行熱交換后，管內為再壓縮的CO2，管外為含萃取物的CO2混合物;冷凝后的CO2流入CO2貯罐，冷卻后返回到萃取罐。

與常規溶劑法相比，超臨界法萃取啤酒花的成本較高，但可避免使用化學物質，且萃取過程簡單，得到的浸膏富含風味物質，質量也較高。

2.2 提取色素

在常見的食品添加劑中，天然色素占據十分重要的位置，在糖果、飲料、糕點等食品生產中均有應用。因此，諸多科研人員致力于采用更先進的分離手段提高天然色素的品質，這使得在萃取方面有突出優勢的超臨界CO2萃取技術成為研究熱點。

超臨界CO2萃取技術不僅在提取蔬菜和水果香氣方面有突出優勢，在天然色素生產中的應用也越來越多。同時，超臨界CO2萃取技術還可實現辣椒脫辣，生產受人們歡迎的天然食品。

2.3 提取煙草中的成分

煙草中的煙堿是一種生物堿，會對中樞神經系統產生影響，可作為蔬菜水果等食品的殺蟲劑。用傳統方法提取煙堿能耗大、提取率低，而超臨界流體萃取技術可提高其純度。除此之外，超臨界流體萃取技術還被用于提取茄尼醇和煙草精油。

使用超臨界CO2萃取法可以將丁香、桂皮、肉豆蔻、黃蒿、芝麻、香草、玫瑰、春黃菊花、薄荷等氣味精油提取出來。另外，一些用于煙草的香精香料如桂醛、萜二烯、香芹酮、薄荷醇、芝麻素、母菊素等也可被提取出來。田景洲等的試驗表明，用超臨界CO2萃取技術可以較好地把精油從煙草中提取出來，提取率在80%以上，甚至可達100%，比傳統方法高得多。

2.4 提取植物籽油

植物籽油中含有大量的不飽和脂肪酸和生物活性成分，是一些功能性食品的重要原料。在高效獲取植物籽油領域，超臨界流體萃取技術展現了得天獨厚的優勢。