食品超临界流体萃取技术

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1、食品超临界流体萃取技术摘要：超临界流体萃取(SFE)技术开辟了分离工业的新领域，是一种新型的分离技术。文章对超临界流体萃取的基本原理进行了阐述，介绍了超临界萃取的技术要求，重点介绍了超临界流体萃取技术在食品方面的应用，包括天然活性成分的分离提取、在油脂工业方面的应用以及农药残留分析等。最后文章综述了超临界流体技术与其他技术联用情况，并对该技术未来的发展做出一定的展望。关键词：超临界流体萃取技术；分离；食品；应用；技术联用超临界流体萃取(supercriticalfluidextraction，SFE)技术是以超临界流体为溶剂，利用溶剂在临界点附近某一

2、区域内，对溶质溶解能力随压力和温度改变可以在相当宽的范围内变动的特性而达到使溶质分离的一项技术[1]。早在1879年，Hannay和Hogarth[2]通过试验发现了超临界流体(SCF)与液体一样，可用来溶解高沸点的固体物质，人们初步意识到SCF具有分离能力。20世纪50年代，美国的Todd和Elgin等人从理论上提出了超临界流体用于萃取分离的可能性，直到1978年联邦德国将此技术运用在工业化生产中，并取得成功[3]。1992年，Desimone[4]首先报道了SC-CO2为溶剂，超临界聚合反应得到分子量达27万的聚合物，开创了超临界CO2高分子合成

3、的先河。近20年来，SFE技术迅速发展，并被用于化工、石油、食品、医药等工业的热敏性、高沸点物质的分离。1超临界流体萃取的基本原理和特点众所周知任何物质都具有气、液、固三态，随着压力、温度的变化物质的存在状态也会相应发生改变。下图是纯物质的物相图，在相图中当气——液两相共存线自三相点延伸到气液临界点后气相与液相混为一体，相间的界线消失，物质成为既非液体也非气体的单一相态。临界点处的温度称为临界温度Tc，是物质处于无论多高压力下均不能被液化的最低温度；与临界温度对应的压力称为临界压力Pc。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。物质处于

4、超临界状态时，称之为超临界流体。超临界流体兼有液体和气体的双重特性，扩散系数大，粘度小，渗透性好，与液体溶剂相比，可以更快地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现。在适当条件下,难溶物质在超临界相中的溶解度比在非临界状态相下要大104倍[5]。Stahl认为[6]这是由于超临界相的密度增大了,导致溶剂的介电常数和极化度增加，从而增加了溶剂分子与被溶解分子的作用力。10在进行超临界萃取操作时，超临界流体的密度近于液体密度，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

5、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[7]。超临界溶剂包括CO2、NO2、SO2、N2，低链烃等，而CO2是最常用的超临界萃取介质，这是因为它的临界温度(31.1℃)接近室温，临界压力(7.38mPa)较低，萃取可以在接近室温下进行,对热敏性食品原料、生理活性物质、酶及蛋白质等无破坏作用，同时又安全、无毒、无臭，因而广泛应用于食品、医药、化妆品等领域中[8]，具有广泛的适应性。由于超临界状态流体溶解度特异增高的现象是普遍在，

6、因而理论上超临界流体萃取技术可作为一种通用高效的分离技术而应用，萃取效率高，过程易于调节[9]。图一：纯物质的相图超临界流体技术作为重要的众多分离提取技术的替代新技术，有其自身的优点也有一定的局限性。超临界流体具有较高的扩散性，从而减小了传质阻力，这对多孔疏松的固态物质和细胞材料中的化合物的萃取特别有利。其次，超临界流体对改变操作条件(如压力、温度)特别敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调性。超临界流体可在低温下进行，对分离热敏性物料尤为有利，而且具有低的化学活泼性和毒性。10超临界流体萃取技术在食品工业中存在的主要问题主要有以下几个方面。第一，在食

7、品行业，采用高压加工技术较难为人们所接受。首先，包括高压设备在内的投资费用比较昂贵。其次，超临界流体萃取过程虽是一个节能过程，但过程的经济性极大地取决于回收能量的能力或减少气体压缩所需的能量。第二，由于缺少生物化合物在高压下的溶解度和相平衡数据，在大多数情况下需要通过实验来测定以获得必要的参数，所以给设计工作带来一定的困难。2超临界流体萃取的技术要求SFE技术基本工艺流程为：原料经除杂、粉碎或轧片等一系列预处理后装入萃取器中，系统冲入超临界流体并加压。物料在SCF作用下，可溶成分进入SCF相。流出萃取器的SCF相经减压、调温或吸附作用，可选择性地从S

8、CF相分离出萃取物的各组分，SCF再经调温和压缩回到萃取器循环使用[10]。总体上讲，SFE过程的主要设备是