超临界萃取技术及其在食品工业中的应用

超临界流体萃取技术及其在食品工业中的应用

摘要：超临界流体萃取技术作为一种环境友好、高效新型的分离技术，因其分离效率高、能耗低等诸多优点而受到人们越来越多的关注。本文对超临界萃取技术的基本原理及特点作了简要介绍，并对超临界流体萃取技术在天然香料、天然色素的提取、油脂的提取分离、食品中有害成分的分离等方面的应用进行了综述。关键词：超临界萃取；食品工业；应用

Supercritical Fluid Extraction Technology and its Application in

Food Industry

Abstract: Supercritical fluid extraction (SFE) technology as a clean, efficient separation method, it has attract attention of more and more people because of its feature that the advantages of higher separation efficiency and lower energy consumption. The basic principle, features and impact factors of Supercritical fluid extraction technology were briefly described in this article. And the applications of SFE in natural spices and pigment, oil extraction and separation, separation of the harmful ingredients in food were also introduced.

Keywords: Supercritical fluid extraction technology; Food industry; Application

超临界萃取技术(SCFE，Supercritical Fluid Extraction)，是利用超临界流体的特殊性进行萃取的一种新型高效分离技术，于20世纪70年代开始成功应用于工业中，在食品加工业、精细化工业、医药工业、环境领域等，超临界萃取技术作为一种独特、高效、清洁的新型萃取手段，已显示出良好的应用前景，成为替代传统化学萃取方法的首选。目前，在研究超临界萃取技术的基础理论、萃取设备和工业应用等方面，世界各国都取得明显进展。在食品、医药及化工领域发展迅速，特别在提取生物资源的活性有效成分方面取得了很大发展，在多个行业成为研究的新热点[1,2]。

1超临界萃取技术的概念

1.1超临界萃取技术的基本原理及流程

超临界流体萃取分离是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和相对分子质量大小不同的成分萃取出来[3,4]。

超临界流体没有明显的气液分界面，既不是气体，也不是液体，是一种气液不分的状态，性质介于气体和液体之间，具有优异的溶剂性质，粘度低，密度大，有较好的流动、传质、传热和溶解性能。流体处于超临界状态时，其密度接近于液体密度，并且随流体压力和温度的改变发生十分明显的变化，而溶质在超临界流体中的溶解度随超临界流体密度的增大而增大。超临界流体萃取正是利用这种性质，在较高压力下，将溶质溶解于流体中，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[5-8]，超临界萃取技术的工艺流程见图1。

图1.超临界萃取技术的工艺流程

1.2超临界萃取技术的特点

操作温度低能较完好地保存萃取物的有效成分，不产生次生化，可在接近常温下完成萃取，热敏性食品以及食品的风味不会发生变化；特别适用于热敏感性强、易氧化分解、易被破坏成分物质的提取和分离。

具有选择性萃取分离天然物质精华时在高压、密闭、惰性环境中具有选择性，在最适工艺条件下萃取率可接近100%，大大提升产品的收率和资源利用率。

萃取工艺较简单、高效且无污染萃取时，原料和超临界流体共同放入萃取釜，原料中的组分被选择性地溶解在超临界流体中，随后溶有萃取物的超临界流体再经过恒温降压或恒压升温过程后进入分离釜，萃取物与超临界流体在分离釜内发生分离，分离后的超临界流体经过精制可循环再用。

2超临界萃取技术萃取剂的选取

萃取剂的选取原则为化学性质和待分离物质的化学性质相近（相似相溶原理）；超临界流体的临界温度和操作温度相近。萃取剂应具备以下条件：化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物发生反应；临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低；操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度；临界压力低，以节省动力费用；对被萃取物的选择性高，容易得到纯产品；纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循环用量；货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。

到目前为止，已研究过作萃取剂使用的流体主要有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、二氧化碳等。目前应用最广范的SCF溶剂是CO2。CO2作为萃取剂具备以下优点：临界温度低（31.1℃），易实现，近常温对食物无破坏；压力为7.4MPa，容易达到；化学性质稳定不燃烧，不爆炸，无腐蚀性；无色、无毒，对于食品和医药行业无污染；具有防氧化和抑制好气性微生物活动的作用，因此在食品分离的过程中不易腐败，对分离过程有利；CO2容易得到纯产品来源方便，价格便宜。3超临界萃取技术在食品工业中的应用

超临界CO2流体萃取技术虽然在食品工业中仅有30年左右的应用历史，但其发展非常迅速。在日本，通过超临界CO2流体萃取技术对特种油脂已实现工业化生产。在欧美国家，这项技术在食品工业这方面也得到了广泛的应用。而现在，我国超临界CO2流体萃取技术已经逐步从研究阶段走向工业化阶段。且该技术主要应用在食品风味与油类物质的提取、食品脱色除臭及灭菌防腐等，如啤酒花、卵磷脂、辣椒红色素的提取以及咖啡碱的脱除等[9-12]。

3.1油脂的提取分离

用超临界CO2萃取油脂，回收率高，并可调节萃取条件，对不饱和脂肪酸等成分实现选择性分离。何保江等[13]优化了超临界流体萃取方法提取葡萄籽油的工艺。研究表明：压力为40MPa，温度为40℃，静态萃取时间为120min，动态萃取时间为10min时葡萄籽油的萃取率到达12.31%，比起传统的索氏提取法，提取温度低，无溶剂残留，而且提取率高。李跃金等[14]以大豆为原料，采用超临界CO2萃取法，得到超临界萃取工艺的最优条件：温度45℃、压力25MPa、颗粒度50目、萃取时间60min。大豆中油的萃取率可高达21.48%。李响等[15]应用超临界CO2萃取技术提取国产沉香木中的沉香精油，确定了超临界CO2萃