超临界CO2萃取技术及其发展方向

超临界CO2萃取技术及其发展方向

（摘要：流体技术在萃取、化学反应、材料制备等方面有广泛的应用。本文针对超临界co2萃取技术在食品、医药、环保等各行业的实际应用及发展方向进行了介绍。

关键词：超临界co2萃取技术；应用；发展方向

一、引言

co2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质，作为一种“绿色”溶剂，它具有无毒、无污染、易获取等优点。由于co2是一种温室气体，其减排、捕获和储埋的研究日益得到重视，资源的可利用化研究也一直受到诸多学者的关注。特别是co2在超临界状态下所特有的物理化学性质，人们利用超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，sfe）技术在物质分离富集方面做到了快捷高效，使其在环境、食品、制药、化工等领域得到许多应用。

二、超临界co2萃取技术的应用及发展方向

由于超临界co2 萃取技术在食品工业、香料工业和中草药等天然产物的研究与开发中的应用现状及优越性，在食品生产中得到更加广泛地应用，不少成果已实现了工业化生产，如天然香料、天然色素的提取等。

1.在食品行业中的应用

超临界co2 萃取技术最早应用在食品方面，实现工业化。现在萃取工艺应用较多的领域有：从大豆中提取豆油，从烟草中提取尼古丁，从咖啡豆中提取咖啡因，从可可豆中提取可可脂，从鱼油中提

取dha和epa，从蛋黄中提取胆固醇，还用于奶脂脱除胆固醇、食品脱臭、食品杀菌等方面。用超临界co2 萃取技术为咖啡豆脱除咖啡因、从啤酒花萃取酒花浸膏的大规模工业化装置在德、美、日等地投产。中科院广州化学所和南方面粉厂联合开发的我国第一套超临界co2 萃取工业化装置于1994年投产，主要萃取小麦胚芽油。

2.在医药工业中的应用

在中药成分的提取方面应用广泛。从动植物中提取有效药用成分、药用成分分析及粗品的浓缩精制等，尤其是生化药品的提纯、干燥、造粒、制缓释丸等方面应用广泛。如从黄芬根、西番莲叶、月见草种子中萃取贝加因、类黄酮和月见草油，从长春花、红花中萃取长春碱和红花贰等。此外还有报道超临界co2 萃取技术用于去除或减少中药粗提取物中农药及重金属残留量。

3.中药作为天然药物

中药作为天然药物，以其丰富的资源、独特的疗效、毒副作用小而受到人们的青睐，并越来越被国际社会所接受。但是，由于中药受其生长环境的污染，中药中重金属含量超标的问题也越来越为人们所关注。一方面是因为重金属对人体的新陈代谢及正常的生理作用具有明显的伤害作用——人体内重金属含量过量会导致各种疾病的发生；另一方面也与西方发达国家的重金属限量标准相抵触，制约了中药的出口。多项研究表明，采用超临界co2 萃取技术净化中药中的重金属不会引起对药物的二次污染，亦不会引起药物的损害和有效成分的损失。目前处理的实例有黄芪、广藿香、熟地黄、

淫羊藿、党参和当归。此外，也有用中成药进行实验的。如采用超临界co2净化技术，以二乙基二硫代氨基甲酸钠（ddc-na）为金属络合剂，用sfe技术净化熟地黄中的重金属。结果表明，在最佳萃取条件下，重金属净化率达到85% 以上，中药材有效成分的损失低于5% 。此外，还可将此法应用于黄芪、淫羊藿中重金属的净化。控制中药材中的农药残留量是控制中药材质量的关键因素之一。如用sfe和固相吸附技术对人参中的有机氯农药残留成分进行分析；或用sfe法净化黄芪中的有机氯农药残留成分，并用毛细管气相色谱法测定除毒前后黄芪中的农药残留量，结果发现超临界co2，流体萃取法去除黄芪中残留有机氯农药效果理想，除毒率达87.6% 。另一方面与其他光谱、色谱分析方法（如uv、hplc、gc、tlc等）或mc等方法联用，对中药的有效成分能进行更准确更有效的定量分析，进样量可mg级（ml级），甚至可达g级。近些年来出现了一些sfe技术与其他技术的在线耦合方法，如超临界co2 流体萃取一气相色谱联用技术、超临界co2流体萃取一液相色谱联用。这些联用技术使得萃取物萃取后不用转移即可进行直接分析，将气相色谱或液相色谱用作检测手段，可以充分发挥这些现代分析技术的优点。对萃取效率、萃取物组分、有效成分含量以及萃取物纯度等进行深入研究，进而进行准确的定量分析，并以直观的色谱图反映出来。此外，还出现了超临界co2流体萃取—红外联用、超临界co2，流体萃取一质谱联用等技术。sfe法还可以与各种分离手段联用，出现了超声强化sfe技术。这些联用技术可以解决单独采用sfe法

萃取中药时，中药成分复杂、近似化合物多、萃取物纯度不高等问题。这些新技术对于促进超临界co2 萃取技术应用的发展具有重要意义，也是今后研究中草药分析的发展方向之一。

4.超临界co2 流体萃取应用在三废处理及环境监测上有很大潜

力

针对污物处理方法不同，有直接采用萃取污染物的一步法，其萃取物有高级脂肪醇、芳香族化合物、醋醚、醛及有机氯化物、重金属物质，还有用树脂吸附污染物后再利用此技术再生吸附剂的二步法。还有通过超临界水氧化法将污染物分解成小分子的无毒组分的反应分离法。如超临界水中进行聚苯乙烯泡沫的降解反应，使其降解为油状产物。此项技术为制理白色污染提供了经济、快捷的方法。在监测环境污染程度时，利用萃取植物或动物体内组织成分中的有毒物，或从土壤及大气中测定污染物。

此外超临界co2 流体萃取还应用于土壤修复。现在，sfe技

已不仅仅被认为是一种实验室分析方法。国外有学者自20世纪80年代初就将其作为一种土壤修复技术进行研究。尽管很多工作还停留在实验室研究阶段，但sfe技术已经使同时处理pahs、pcbs、重金属等不同类型的污染成为可能，不受污染物种类与污染地点多样性的局限.而且处理效率高，无二次污染。这些特点使其特别适合处理污染程度高、污染物种类复杂的土壤。相对于已有的土壤修复技术，sfe技术应用于土壤修复领域是很有前景的。hawthorne

等分别用sfe技术与生物修复技术处理炼油厂附近被pahs污染的

土壤，对比了2种技术的去除效率。该研究表明，在温度50℃和压力12mpa条件下，持续一小时的sfe处理所去除的pahs的量相当于生物修复用一年时间处理该土壤所能达到的效果。目前的研究工作已经积累了很多有价值的数据和经验建立经济有效的连续性

萃取装置是sfe应用于土壤修复领域的一个重要方向。

三、结语

超临界流体尤其是超临界co2 流体萃取具有高溶解性和高选择性，临界温度在室温附近，安全无毒，价廉，产品纯度高、能保持原有的品质等优点。在食品工业，特别对高附加值天然产物和生理活性物质的提取和分离等有着广阔的应用前景。与常规溶剂萃取相比，超临界流体萃取具有许多不可替代的优点，能满足食品、医药、生化、精细化工、农产品加工中的某些特殊要求。然而，在超临界萃取操作过程中，其高压技术与设备却在投资和参数设计方面造成不利影响，目前还只用在一些高附加价值的产品加工中。但随着高压技术的不断发展以及高压技术在农产品加工中的成熟运用，超临界流体萃取可以一并作为原料高压预处理或同步进行，从而有效减低成本。此外，将微粉技术与超临界流体萃取技术相结合，可大大提高萃取率，还能缩短操作时间。目前，人们已开始将超临界流体技术与微粉技术、短程分子蒸馏技术、微胶囊包埋技术、生化技术、高压技术等相结合，用于开展sfe萃取天然物质的高效分离与新产品开发的研究人们越来越重视该技术与其他高新技术相结合并将

其应用到更广泛。