第３期总第１８９期 农业科技与装备 ＮＯ．３ ＴＯｔａｌ ＮＯ．１８９ ２０１０年３月 Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｒ．２０１０ 超临界ＣＯ２萃取技术在食品工业中的应用 高荣海 ，邓玉霞 ，魏永忠。，曲文娇。 （１辽宁省经济林研究所，辽宁大连１１６０３１；２．辽宁林业职业技术学院，沈阳１１０１０１；３．辽宁省实验林场，辽宁抚顺１１３３１１） 摘要：超临界ｃ０ 萃取技术主要应用于香料、食品和医药工业，对于一些用常规方法难以提取及纯化的物质，该方法更能显示其独 特的优势。介绍超临界ＣＯ：萃取技术分离原理、主要优点及发展现状，分 。该技术在应用中常遇到的问题，对其发展前景进行了展 望。 关键词：超临界：ＣＯ 萃取技术；食品工业：应用 中图分类号：０６５８．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—１ １６１（２０１０）０３—００６０—０３ 超临界ＣＯ 萃取是８０年代以来发展最迅速的分 来，从而达到分离的目的…。 离新技术。它的本质特征是用无毒、不残留的ＣＯ！代 ２超临界ＣＯ 萃取技术的优点 替水或有机溶剂作为萃取介质，并在接近室温的条件 超临界ＣＯ 萃取技术与传统分离技术相比，具有 下进行萃取，其最大优点是将萃取分离（精制）和去除 很多优点Ｅ２］，主要表现在以下方面：１）降低化学成分 溶剂等多个单元过程合为一体，大大简化了工艺流 的损失。传统的蒸煮提取方法往往损失了其中的挥发 程，提高了生产效率。另外，它还具有萃取速度快、选 油、热敏性物质和易氧化物质．而ＣＯ 的临界温度是 择性好、提取分离可在室（低）温下进行、不存在溶剂 ３ １．３℃，在此温度时能够较好地保存这些成分的完整 残留污染和不污染环境等优点，克服了在传统的溶剂 性。２）提高各种成分的提取率。一旦某种中药成分能 分离、水蒸汽蒸馏、压榨等分离方法存在的再加工过 够溶解，源源不断地补充超临界状态的ＣＯ：，就可以 程中．某些天然产物对热敏感或化学不稳定性成分易 将这种成分几乎完全提取。如果适当控制萃取液的压 被破坏的弊病．保存了天然产物原有的风味和营养成 力和温度，可以得到一些相对较纯的单体。３）产品没 份，顺应了人们崇尚天然食品和回归大自然的世界潮 有有机溶剂残留。由于超临界流体采用的是ＣＯ ，因 流。超临界ＣＯ：萃取技术主要应用在香料、食品和医 此生产出的产品可以避免有机溶剂残留，并且生产过 药工业，对于一些用常规方法难以提取及纯化的物 程也可以避免有机溶剂对人体和环境的不良影响。 质，该方法更能显示其独特的优势 ４）提高生产率，缩短生产周期。超临界ＣＯ 萃取技术 １ 超临界ＣＯ 萃取技术的分离原理 是在密闭的环境下进行的，萃取和蒸馏合二为一，溶 在一定的温度（ ＝３１．３ ｏＣ）和压强（Ｐｃ＝７．１８５ 剂不需要回收 ＭＰａ）以上时，ＣＯ 将处于超临界状态，这时ＣＯ 的物 ３超临界（３０ 技术在食品工业中的应用现状 理性质既不完全与液态相似也不完全与气态相似，表 超临界ＣＯ 流体萃取技术虽然在食品工业中仅 现为：１）具有与气态时相当渗透力和低的粘度；２）具 有２０～３０ ａ的应用历史，但其发展十分迅速。在日本， 有与液态相近的密度和优良的溶解能力：３）对溶质 通过超临界ＣＯ 流体萃取技术加工特种油脂已实现 的溶解能力取决于密度的大小，压强或温度的微小改 工业化生产。在欧美国家，该项技术在食品工业中也 变会引起密度发生明显变化，从而导致溶解度发生变 得到了广泛的应用。目前，我国超临界ＣＯ：流体萃取 化。 技术已逐步从研究阶段走向工业化。 超临界ＣＯ 萃取技术的分离原理就是控制操作 目前，该技术主要应用在食品风味与油类物质的 压力和温度，使ＣＯ 在超临界状态下从食品原料中萃 提取、食品脱色除臭及灭菌防腐等．如啤酒花、沙棘籽 取并携带出目标组分，然后解除超临界条件，ＣＯ：对 油、小麦胚芽油、卯磷脂、辣椒红色素的提取以及大蒜 目标组分的溶解能力立即消失，将目标组分释放出 酶失活、大蒜ＳＯＤ保留、咖啡碱的脱除及羊肉去膻昧 等。下面列举一些近期该技术在食品工业中的应用实 收稿日期：２００９一ｌ１—０６ 例。 作者简介：高荣海（１９７８一），男，硕士，助理工程师，从事农林 ３。１ 茶叶咖啡碱的脱除 产品深加工及工程技术方面的研究。 茶叶中富含的咖啡碱，约占茶叶干物质重的２％ ２０１０年第３期 高荣海等：超临界ＣＯ：萃取技术在食品工业中的应用 ６ｌ ～５％Ｅ引，茶浓缩液和速溶茶中的咖啡碱含量则更高［ 。 咖啡碱对人体的新陈代谢有着广泛的影响，有些是有 利的，有些是不利的，过量摄人咖啡碱对人体的健康 不利 ］。近年来，低咖啡碱或脱咖啡碱茶及其制品已 在欧美国家行销，使得从茶叶中脱除咖啡碱的技术越 来越受到重视 。超临界ＣＯ 法因其高选择性、无有 效成分损失与劣变、无有机溶剂残留。体现出明显的 优势。岳鹏翔等 通过试验得出随着萃取时间的延 长、操作压强的增大、操作温度的提高和浓缩液浓度 的降低，会导致绿茶浓缩液中咖啡碱的脱除率增大。 应确定的较佳工艺参数：操作压强为３０ ＭＰａ、操作温 度为５６℃、萃取时间为４ ｈ和浓缩液浓度为２０％。 ３．２大豆磷脂 大豆磷脂是精炼食用大豆油时得到的一种粘稠 的含油很高的毛磷脂，油脂占３０％～４０％，磷脂占６０％ ～７０％。虽然其营养价值高，但直接用于医药却较闲 难，而不含油的纯磷脂在食品、医药及化妆品等行业 已得到广泛的应用，所以提取高质量的磷脂越来越引 起人们的重视。提取大豆磷脂的方法虽很多，但用超 临界ＣＯ 提取尚属首次。曾虹燕等 确定了超临界 ＣＯ：提取大豆磷脂的最佳工艺条件：萃取压力为２５ ＭＰａ、温度为５０ ｏｃ、ＣＯ 流量为３０ ｋｇ／ｈ、萃取时间为 １ ５０ ｍｉｎ 大豆磷脂夹带剂乙醇的流量为３．０ ｋｇ／ｈ．得 率为１．９５４％。 ３．３大蒜油 大蒜是人们生活中的重要调味品，其主要风味物 质与生理活性物质是大蒜油。大蒜油在国内外广泛应 用于软饮料、冰淇淋、糖果、调味料、焙烤食品、肉类和 保健食品及保健药品， 此高质量、高产率大蒜油的 提取是大蒜深加工的重要课题。汤凤霞等 试验证 实，超临界ＣＯ 萃取大蒜油丁艺可行，与普通萃取法 相比萃取率高，产品品质好，具有很好的应用前景。 ＣＯ 萃取大蒜油的最佳＿丁艺条件：萃取压力为１ ４～ｌ６ ＭＰａ，萃取温度为３４～３６ ｃｃ，ＣＯ 流量为２ Ｌ／ｍｉｎ，萃 取时间为５ ｈ以内。在此条件下，萃取率为８０％以上， 得率为０．３５％～０．４０％ ３．４蛋黄卵磷脂 卵磷脂是一种生命基础物质，对人体而言，蛋黄 卵磷脂比大豆卯磷脂更易被人体所接受，并具有更高 的生物效价＿ｌＯ］。卵磷脂也是人体所有细胞膜、核膜、线 粒体和肉质网膜等生物膜的基础构成物质，也是人体 神经传输纤维的构成物质ｌＩ 。在医学上它可用于治疗 动脉粥状硬化、脂肪肝、神经衰弱、营养不良、胆固醇 结石和脑血栓老年性痴呆症等。它在食品工业中也得 到了广泛的应用，可作：勾乳化剂、抗氧化剂、润饰剂、 软化剂、分散剂和脱模剂等。除此之外，它还应用在石 油、化工和纺织等行业巾。因此开发高质量、高纯度的 卯磷脂具有重要意义。贺稚非等ｌ『２ １通过试验确定了最 佳工艺过程和工艺参数：萃取压力为３２ ＭＰａ，萃取温 度为４７℃，萃取时间为６ ｈ。采用此丁艺，可得到纯 度９５％以上的卵磷脂产品。 ３＿５食用色素 食用色素包括合成色素和天然色素，是主要的食 品添加剂之一，得到越来越广泛的应用。但是，随着科 学技术的发展，人类对于自身健康的重视和检测能力 有了进一步提高 已经发现合成色素有很多不安全的 因素．长期使用会严重危害人类的健康．所以食用天 然色素越来越受到人们的青睐。近年来，我同食用天 然色素有了很大发展．全闫生产天然色素的企业已达 数十家，年产量和使用量也有了大幅提高 于志云 等 Ｆ采用以下工艺条件来生产辣椒红色素：１）萃取 压力为２２ ＭＰａ；２）萃取温度为４０ ：３）分离Ｉ压力 为８ ＭＰａ；４）分离ｌ温度为４０ ｏＣ；５）分离Ⅱ压力为 ５．５ ＭＰａ：６）分离Ⅱ温度为４０℃。用此工艺参数生产 的辣椒红色素具有纯度高、杂质少、溶残低、无异味、 色泽更加鲜艳等特点，是辣椒红色素系列产品中的精 品。该精品更安全、健康，且具有更高的使胴价值和更 广泛的应用领域 ３．６胡萝ｂ素 一胡萝卜素和 一胡萝ｂ素除富含作为食品防腐 剂的前维生素Ａ活性物质外．在抗癌和降低心脏病 危险性方面也有非常显著的效果。此外，胡萝卜素还 是商业食品着色剂。目前，从藻类物质 ｔ 提取胡萝卜 素多采用有机溶剂（乙烷）提取，这不仅增加一Ｔ溶剂的 费用，而且需除去潜在的有毒残留溶剂。廖传华 等１ 通过试验得出：超临界ＣＯ 萃取 一胡萝卜素时，压力 越高收率越高：压力较小时，提高压力对提高收率影 响很大：压力较大时．提高压力收率增加有限；温度越 高收率越高。溶剂ＣＯ 的流量应选择在１ ５～２５ ｋｇ／ｈ。 另外，ＣＯ 浓度和物料粒也对 一胡萝卜素的提取有 一定影响。 ３－７核桃油 核桃油取自核桃的果仁，因品种不同，核桃的果 实含壳、含仁率也有较大的差别。一般核桃的果仁含 油在４０％～６５％之间。核桃油呈黄绿色，味美，其中不 饱和脂肪酸含量在９０％以上，且大部分是亚油酸，并 含有少量的亚麻酸及油酸等。亚油酸和亚麻酸都是人 体必需的脂肪酸，具有降血脂、助消化和补气血等功 ６２ 农业科技与装备 ２０１０年３月 效，营养价值较高。葛保胜 ｌ６］等利用超临界ＣＯ 萃取 核桃油，研究了不同原料处理方式对萃取率的影响， 满足不了纯度的要求，需要与其他分离手段联用：３） ＣＯ 的临界压力偏高，这就增加了设备的固定投资； ４）超临界分离设备在萃取釜的密封、快开结构、疲劳 设计和装卸料的自动化等方面还不够完善。 并利用正交实验法确定了超临界ＣＯ：萃取核桃油的 最佳工艺条件。即萃取压力为３０ ＭＰａ、萃取温度为 ４０℃、ＣＯ２流量为２０ Ｌ／ｈ、时间为２ ｈ。 ５展望 由于超临界ＣＯ 萃取分离技术是一项获得健康、 安全高品质产品和对环境友好的高新技术。随着人们 对自身健康的重视和环境意识的日益加强，以及世界 各地对食品管理卫生越来越严格的趋势，预计超临界 ４超临界ＣＯ：萃取技术存在的问题 超临界ＣＯ 萃取技术并非是完美的，也存在着自 身不可克服的问题，具体表现为：１）对极性大、分子 量超过５００的物质，需要夹带剂或在很高的压力下进 行。这就需要选择合适的夹带剂或：ｔ￣Ｄｉ：ｉ高压设备：２） 对于成分复杂的原料，单独采用ｓＦＥ—ｃ０ 技术往往 ＣＯ 萃取分离技术在今后将得到广泛的应用，超临界 ＣＯ 萃取产品也将成为人们首选的健康食品。 参考文献 ［１］孙萍，王振斌，马晓珂．超临界ＣＯ 萃取技术在我国食品工业中的应用进展［Ｊ］．莱阳农学院学报，２００３，２０（２）：１２８—１３０， ［２］郭世宁，孔德胜，魏光伟，等．加Ｔ提取新技术在兽医中药生产上的应用［Ｊ］．兽药与饲料添加剂，２００３，８（６）：２３—２５． ｆ３］安徽农学院，茶叶生物化学［Ｍ］．北京：农业ｍ版社，１９８９． ｆ４］阎守和．速溶茶生物化学［Ｍ］．北京：北京大学出版杜，１９９０． ［５］ＪＡＭＥＳ Ｊ Ｅ．Ｃａｆｆｅｉｎｅ ａｎｄ Ｈｅａｈｈ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９９５． 『６］ＴＲＥＳＳ Ｒ。ＶＯＬＬＢＲＥＥＨＴ Ｈ Ｒ．Ｈｅａｌｔｈ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｅｃａｆｆｅｉｎａｔｅｄ ｔｅａ［Ｊ］．Ｔｅａ ａｎｄ Ｃｏｆｆｅｅ Ｔｒａｄｅ，１９９８，１７０（６）：５２—５８． 『７］岳鹏翔，吴守一．用超临界ＣＯ 脱除绿茶浓缩液中咖啡碱的工艺研究［Ｊ１．农业工程学报，２００２，１８（３）：１２０—１２２． ［８］曾虹燕，方芳，蒋丽娟．超临界ＣＯ 萃取大豆油与大豆磷脂工艺条件研究［Ｊ］．生物技术，２００３，１３（２）：３７～３９． ［９］汤风霞，李海峰，乔长晟．超临界ＣＯ 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ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｍａｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｉｔｓ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｅｒｉｔｉｅａｌ；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
