超临界CO2萃取技术的应用及展望

●苏照莹

超临界CO2萃取技术的应用及展望

●苏照莹

The application and prospect of Supercritical CO2Extraction Technology

超临界流体萃取技术(supercritical fluid extraction,SFE)利用临界压力和临界温度以上流体借助特异增加的溶解能力而发展起来的一种化工分离技术。经济的发展、人民生活水平的提高使得健康问题备受重视,人们对天然“绿色食品”和天然产物的需求也日益增加。目前常用的分离方法很多，由于SFE具有工艺简单、低温操作、无残留溶剂等优势而得到了广泛重视和应用。现已成为一种常用的分离方法广泛用于生物技术产物分离阶段中的各个领域。

超临界CO2萃取技术，分离提纯；夹带剂

超临界流体萃取其分离原理是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而实现。在超临界状态下,超临界流体与待分离的物质接触,通过控制压力和温度，选择性地将极性、相对分子量不同的组分萃取出来,借助减压等方法将超临界流体变为普通气体,而使得被萃取物质自动析出。现阶段可作为超临界流体萃取的溶剂很多,如甲醇、乙醇等,但因超临界CO2密度大，强溶解能力，适中的临界压力,临界温度接近常温,化学性质稳定,生产过程中易回收,无污染,同时价格低廉、不易燃等,因而目前绝大部分超临界流体萃取都采用CO2作为溶剂。凭借这些优点，该技术现已成为从天然植物特别是天然植物、药物中提取活性成分的一种新型工艺分离方法之一。

1 食品工业中的应用

用于脱咖啡因。咖啡因在咖啡豆和茶叶中居多，是一种较强的中枢神经系统兴奋剂。从植物中脱除的咖啡因一方面可做药用,常作为药物中的掺合剂，另一方面能满足因个人健康需求选择性的获取咖啡因；用于植物油脂的萃取。植物种子富含油脂,传统的提取法是压榨法或溶剂萃取法。压榨法,油脂得率低，有机溶剂萃取,虽能提高油脂收率,但溶剂回收和产品中有溶剂残留,因而都不能有效进行物质成分的选择性萃取。若使用超临界CO2萃取技术，得到的油品不仅收率高,杂质量低,且可省去后续减压蒸馏等精制工序；用于辣椒红色素和辣素的分离。合成色素相比天然色素不安全。天然色素安全,且具有一定营养价值。【1】辣椒红色素是从成熟的辣椒果皮中提取出的一种天然红色素,其色调鲜艳、热稳定性较好、安全无毒,可广泛用于食品、医药和化妆品着色,是一种很好的着色剂。辣椒中的辣味素,能促进食欲,帮助消化,还可溶解脂肪、减肥,因而可以开发为医药原料。由于辣椒色素与辣味素的理化性质相近,超临界CO2萃取技术常用于分离接近组分。

2 医药工业领域

用于单一成分或几种极性相似成分的提取分离。中草药中含有大量的天然活性物质,应用超临界萃取技术已成功提取了生物碱、黄酮等天然活性产物,另外该技术还可用于抗生素的回收,医药制品的精制、脱杂质,维生素和酶等的回收；用于去除或减少中药粗提取物中农药及重金属。中药作为天然药物,具有资源丰富、疗效独特、小毒副作用而被国际社会所接受。但因中药易受生长环境的影响,容易造成重金属含量超标。重金属会影响人体的新陈代谢及正常生理功能，导致疾病发生。采用超临界CO2萃取技术净化中药中的重金属，不会对药物产生二次污染,亦不会损失药物的有效成分。

3 环境保护方面的应用

处理固体污染物,超临界CO2萃取方法具备优势。污水处理时，其面临流程的连续化和处理量不够大等问题，只有萃取功能,而无氧化能力，但对小分子有机物萃取效果良好【2】。某些大分子量、极性高的有机物质则处理效果不佳。某些特殊条件下,如需回收环境污染物中特定物质,则超临界CO2萃取技术有很好的应用前景。其萃取速度快,富集能力强,程序简单使得超临界CO2萃取技术有很强的竞争力。

4 植物化学物提取中的应用

酚类、糖及甙类的提取。酚类化合物广泛存在中草药中，具有显著生理活性。酚类化合物属中性物质，在中草药中多数和糖类结合成甙，增加了极性。传统酚类提取方法有醇提、碱水、碱醇、热水等，这些方法存在排污量大、效率低、过程麻烦、成本高等缺点。而 SC-CO2流体萃取对于黄酮类化合物非常有效。对 SC-CO2萃取植物化学物中的酚类化合物的相关研究均证实该法较之其他传统方法具有短流程，操作简单，得率高，质量好等优势【3】。糖及甙类化合物多羟基，分子量、极性大，用 SC-CO2流体提取，产率低，且夹带剂配合使用可使产率提高。【4】廖周坤在超临界 CO2萃取藏药雪灵芝时发现，不加夹带剂时，即使压力加大也基本无法萃出总皂甙及多糖。同样条件下加不同夹带剂，随着极性增大，萃取物多糖收率增大，而总皂甙粗品收率降低；而在梯度 SC-CO2萃取中，所得总皂甙粗品、多糖的收率分别为传统萃取工艺的 18.9 倍和1.62 倍。由此可见，夹带剂在糖及甙类的萃取过程中起着关键作用。

5 展望

超临界 CO2萃取技术凭借其自身优点，现已经成为天然植物化学物研究与开发中具有一定发展潜力的高新提取分离方法。但对于植物化学物的提取同样具有其自身固有缺点，对于许多强极性和高分子量的物质很难进行有效萃取，还需要加入合适的夹带剂，所以，今后应在夹带剂方面进行重点研究。改性剂的使用因缺乏足够的理论指导,高压技术也还未知。工业化生产也相对 困难等。因此,还需结合我国丰富的天然产物资源,结合已有实验数据,进一步探索，同时，若能将传统分离方法与现有方法进行联合使用,进一步探索出新的分离纯化方法，对于促进超临界CO2萃取技术的应用发展也将具有十分重要的意义，也定会推动我国天然植物化学物的研究向着更高的层次发展。

（作者单位：西北民族大学）

[1]孙庆杰,丁霄霖.超临界CO2萃取番茄红素的初步研究[J].食品与发酵工业,1998,(24)：3.

[2]刘华.超临界萃取技术在生物资源开发和有机废水处理中的应用研究【J】.矿物岩石地球化学通报.1998，（17）：1

[3]王立红, 周丽莉, 雷雪, 等. 超临界CO2萃取徐长卿中丹皮酚的工艺[J]. 沈阳药科大学学报, 2006, 23(1)：53-56

[4]廖周坤，姜继祖，王化远，等. 超临界CO2萃取藏药雪灵芝中总皂甙及多糖的研究[J]. 中草药，1998，29(9)：601-602

苏照莹（1992～），女，西北民族大学生命科学与工程学院在读学生，本科，生物技术专业。