低值食物蛋白綜合利用技術(shù)作業(yè)(共6頁)

1、考試(kosh)科目： 低值食物蛋白(dnbi)綜合利用技術(shù) 課程(kchng)編號： 考卷類型：（A/B）姓名： 湯 學(xué)號： 閱卷教師： 曾 成績： 超臨界萃取技術(shù)在食品工業(yè)中的研究現(xiàn)狀摘要：本文介紹了述了超臨界萃取技術(shù)的原理、特點及其在食品中的研究進展，并介紹了超臨界萃取技術(shù)在天然香料、色素的生產(chǎn)、油脂的提取分離、食品中功能成分的提取等方面的應(yīng)用，并對今后的發(fā)展趨勢作了預(yù)測。關(guān)鍵字：超臨界 食品工業(yè) 應(yīng)用Abstract: This paper introduces the state of the supercritical extraction technology principle

2、s, characteristics and research progress in food, and introduced supercritical extraction technology in the extraction of natural spices, pigment production, oil separation, extraction of functional food ingredients, etc. applications, and future trends were predicted.Key words: Supercritical Food i

3、ndustry Applications 超臨界流體萃取(Supercritical fluid extraction，簡寫SCFE)是一種較新型的萃取分離技術(shù)，其起源于20世紀(jì)40年代，20世紀(jì)70年代投入工業(yè)應(yīng)用，并取得成功。過去，分離天然的有機成分一直沿用水蒸汽蒸餾法、壓榨法、有機溶劑萃取法等。水蒸汽蒸餾法需要將原料加熱，不適用于化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定成分的提??；壓榨法得率低；有機溶劑萃取法在去除溶劑時會造成產(chǎn)品質(zhì)量下降或有機溶劑殘留；超臨界流體萃取法則有效地克服了傳統(tǒng)分離方法的不足，他利用在臨界溫度以上的高壓氣體作為溶劑，分離、萃取、精制有機成分。1超臨界萃取技術(shù)的基本原理 超臨界流體(Sup

4、ercritical Fluid，簡寫為SCF)，是超過臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)的非凝縮性的高密度流體1。超臨界流體沒有明顯的氣液分界面，既不是氣體，也不是液體，是一種氣液不分的狀態(tài)，性質(zhì)介于氣體和液體之間，具有優(yōu)異的溶劑性質(zhì)，粘度低，密度大，有較好的流動、傳質(zhì)、傳熱和溶解性能。流體處于超臨界狀態(tài)時，其密度接近于液體密度，并且隨流體壓力和溫度的改變發(fā)生十分明顯的變化，而溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度隨超臨界流體密度的增大而增大。超臨界流體萃取正是利用這種性質(zhì)，在較高壓力下，將溶質(zhì)溶解于流體中，然后降低流體溶液的壓力或升高流體溶液的溫度，使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因其密度下降溶解度降低而析

5、出，從而實現(xiàn)特定溶質(zhì)的萃取。2超臨界技術(shù)的實驗流程2 冷卻水 放空CO2 CO2 低溫浴槽 高壓泵 預(yù)熱器 萃取器 分離器 產(chǎn)品 3超臨界萃取技術(shù)的流體材料 已研究過的萃取劑有多種，如：乙烯、乙烷、正戊烷、一氧化亞氮、二氧化碳、六氟化硫、甲醇、乙醇、丁醇、氨和水等。用超臨界萃取方法提取天然產(chǎn)物時，一般用CO2作萃取劑。這是因為：a)臨界溫度和臨界壓力低(Tc=311，Pc=738106 Pa)，操作條件溫和，對有效成分的破壞少，因此特別適合于處理高沸點熱敏性物質(zhì)，如香精、香料、油脂、維生素等。b)CO2可看作是與水相似的無毒、廉價的有機溶劑。c)CO2在使用過程中穩(wěn)定、無毒、不燃燒、安全、不污

6、染環(huán)境，且可避免產(chǎn)品的氧化。d)CO2的萃取物中不含硝酸鹽和有害的重金屬，并且無有害溶劑的殘留。e)在超臨界CO2萃取時，由于CO2的臨界密度(=0448 g/cm3)是常用超臨界溶劑中最高的，因而對有機物溶解能力強、選擇性好；被萃取的物質(zhì)通過降低壓力，或升高溫度即可析出，不必經(jīng)過反復(fù)萃取操作，所以超臨界CO2萃取流程簡單。因此超臨界CO2萃取特別適合于對生物、食品、化妝品和藥物等的提取和純化。在環(huán)境化學(xué)中他能出色地替代許多有害、有毒、易揮發(fā)、易燃的有機溶劑；他還可看作與水最相近、價格最便宜的溶劑；他可以從環(huán)境中來，用于化工過程后再回到環(huán)境中去，無任何毒副作用。因其有完全“綠色”的特性而廣泛應(yīng)

7、用。當(dāng)然，最重要的原因還是他較溫和的臨界條件(Tc=31，Pc=784106 Pa)。但是，單一的超臨界萃取溶劑對某些溶解度很低、選擇性不高的物質(zhì)具有局限性，因此在純氣體溶劑中加人附加組分(即夾帶劑)得到了廣泛的研究。夾帶劑作為混合溶劑的一種，可強烈影響超臨界氣體的溶解能力、選擇性及P-V-T性質(zhì)，他的作用是： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 大大增加被分離組分在氣相中的溶解度；可使溶質(zhì)的選擇性(分離因子)大大提高；增加溶質(zhì)溶解度對溫度、壓力的敏感程度；同有反應(yīng)的萃取精餾相似，可作反應(yīng)物；能改變?nèi)軇┑呐R界參數(shù)。4超臨界萃取技術(shù)的特點3超臨界流體技術(shù)在萃取和精餾過程中，作為常規(guī)分

8、離方法的替代，有許多潛在的應(yīng)用前景。其優(yōu)勢特點是：a)操作溫度低。能較完好地使萃取物的有效成分不被破壞，不發(fā)生次生化，可在接近常溫下完成萃取工藝，對熱敏性食品以及食品的風(fēng)味不會產(chǎn)生影響；特別適合那些對熱敏感性強、容易氧化分解、破壞成分的提取和分離。b)在高壓、密閉、惰性環(huán)境中，選擇性萃取分離天然物質(zhì)精華。在最佳工藝條件下，能將提取的成分幾乎完全提出，從而大大提高了產(chǎn)品的收率和資源的利用率。c)萃取工藝簡單，效率高且無污染。萃取過程通常將原料和超臨界流體一同進人萃取釜，在萃取釜內(nèi)超臨界流體有選擇地將原料中的組分溶解在其中，然后含有萃取物的超臨界流體經(jīng)過恒溫降壓或恒壓升溫進入分離釜，在分離釜內(nèi)將萃

9、取物與超臨界流體分離，分離后的超臨界流體經(jīng)過精制可循環(huán)使用。5超臨界萃取技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用我國食品工業(yè)應(yīng)用超臨界萃取技術(shù)已逐步由實驗室研究走向產(chǎn)業(yè)化，集中用在提取動植物油脂、色素、香料及食品脫臭方面。5.1天然香料、色素的生產(chǎn)超臨界萃取技術(shù)生產(chǎn)天然香料的主要原料有鮮花、水果皮等，主要產(chǎn)品為精油，還可提取其他風(fēng)味物質(zhì)，如大蒜中的大蒜素、大蒜辣素；生姜中的姜辣素；胡椒中的胡椒堿及辣椒中的辣椒素等。FTemelli等用超臨界萃取柑桔香精油，在70、83 MPa下得到柑桔風(fēng)味濃厚的桔香精油4。TBaysal用超臨界萃取法從香菜種子中分離得到檸檬香油和香芹酮5。IPapamichail對芹菜種子先研

10、磨，再用超臨界CO2提取植物油。Zekovic Z用超臨界C02提取百里香。張驪等從墨紅花中用超臨界C02提取的精油香氣與鮮花相近6。 超臨界CO2還可以分離天然色素。超臨界CO2可從辣椒中直接提取辣椒色素。Rozzi NL研究了在溫度3286和壓力1378 MPa4826 MPa的條件下從番茄副產(chǎn)品中提取番茄紅素，結(jié)果表明在86、3447 MPa的條件下得到了388的最大提取率7。孫慶杰從番茄中提取番茄紅素，在壓力15 MPa2 5 MPa、溫度4050、流量20 kgh、萃取時間1 h 2 h，番茄皮中90以上番茄紅色素可萃取出來。用己烷萃取可可色素的萃取率為7580，而超臨界C02萃取率

11、達908。5.2在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用 啤酒花是啤酒生產(chǎn)中主要的輔料，賦予啤酒特有的苦味和香味，是啤酒釀造中的防腐劑和芳香劑。對啤酒花進行深加工，萃取其有效成分，或?qū)ζ漭腿∥镞M一步分離、異構(gòu)，再應(yīng)用于啤酒釀制中，以提高啤酒苦味值和酒花成分的利用率，減少運輸和貯存的費用。從20世紀(jì)80年代開始，一些發(fā)達國家如美國、德國、澳大利亞等都在大量使用啤酒花萃取物9。目前，國內(nèi)一些啤酒生產(chǎn)廠家也在積極試用啤酒花萃取物，使啤酒花萃取物的應(yīng)用得到進一步的推廣。由于啤酒花是季節(jié)性生產(chǎn)以及產(chǎn)地一般較偏遠，啤酒生產(chǎn)廠每年都要花費大量的運輸和冷貯費用。且普通壓縮啤酒花的質(zhì)量，特別是啤酒花精油，隨著貯存時間的延長而降低和被

12、氧化，啤酒花中有效成分的利用率明顯降低。因此，提取啤酒花中有效成分以便于保存及降低運輸費用、提高有效成分利用率是十分必要的10。傳統(tǒng)方法是用己烷、二氯甲烷等有機溶劑進行萃取，產(chǎn)品質(zhì)量差，且存在化學(xué)溶劑殘留。5.3在蜂產(chǎn)品加工中的應(yīng)用5.3.1 蜂膠 由于粗膠里含有蜂蠟等雜質(zhì)，必須進行提純。目前主要通過水、丙酮、乙醚、乙醇等溶劑進行萃取11。乙醇萃取蜂膠液不足之處在于難量化和配伍，并有可能引起服用者的一些過敏反應(yīng)，而其他溶劑萃取率不高。使用超臨界萃取技術(shù)萃取蜂膠中有效成分已越來越受到大家的關(guān)注。超臨界CO2萃取分離整個過程在一個高壓密閉容器中進行，沒有細菌和任何外來雜質(zhì)污染物，同時，系統(tǒng)中各段溫

13、度在萃取生物活性物質(zhì)時都不超過65，從而保證蜂膠中的熱敏性物質(zhì)不被破壞，又由于C02為惰性氣體，蜂膠不會被氧化。超臨界流體更能有效地將蜂膠分離，不需要一般有機溶劑萃取時的溶劑加熱回收過程，故不會產(chǎn)生有機溶劑殘留的缺點，且萃取速度快，特別適于提取蜂膠中的易揮發(fā)性物質(zhì)12。5.3.2蜂花粉 隨著超臨界萃取技術(shù)應(yīng)用范圍的擴大，其在蜂花粉中的應(yīng)用得到了進一步研究。馮武等對云南松花粉使用超臨界CO2技術(shù)進行脫脂研究，探索出超臨界CO2萃取脫脂云南松花粉的最佳參數(shù)13。5.4提取黃酮類 黃酮類化合物具有多種藥理作用，對該類物質(zhì)進行分離是藥物分析的一個重要領(lǐng)域。國外學(xué)者用超臨界萃取技術(shù)從黃芩根中萃取黃芩甙和

14、黃芩甙元，回收率分別達90和8814。近年來，人們對銀杏葉的研究較深入，尤其是對銀杏黃酮和銀杏內(nèi)酯的研究。國內(nèi)用乙醇和大孔吸附樹脂提取的銀杏葉粗品中有害成分(銀杏酸)含量為20 g/kg，經(jīng)CO2超臨界萃取，以乙醇作為添加劑，提取精制后的銀杏酸的含量為0.2 g/kg。用反相高效液相色譜法對銀杏葉超臨界CO2提取物中黃酮類化合物進行分析，證明用超臨界C02提取銀杏葉中藥成分是切實可行的。5.5提取生物堿 超臨界流體萃取用于生物堿的研究起步較早，德國在1978年建成的第一套工業(yè)化規(guī)模超臨界流體萃取裝置是用來對咖啡因生物堿的萃取15。因大多數(shù)生物堿都有極性，用純CO2難以達到完全萃取和選擇性萃取的

15、目的，通常加入一種超臨界溶劑(如丙烷)和改性劑。從煙草中提取天然煙堿通常用有機溶劑法，常出現(xiàn)膠著狀態(tài)，處理和分離均困難。國內(nèi)研究者用體積分數(shù)70的乙醇作為夾帶劑，進行超臨界萃取可獲得93.6的回收率，且煙草不需要預(yù)處理，提取物煙堿含量高，油狀雜質(zhì)少，后續(xù)分離效果好。6超臨界萃取技術(shù)面臨的問題及前景展望61 超臨界萃取技術(shù)面臨的問題16 與傳統(tǒng)化學(xué)分離提取方法相比，超臨界萃取技術(shù)具有許多優(yōu)點，但也存在一些問題，主要是處理成本高、設(shè)備生產(chǎn)能力低、對有些成分提取率低，另外還有能源的回收、堵塞、腐蝕等技術(shù)問題有待解決但它作為一種國際上公認的綠色提取技術(shù)，其本身特性顯示巨大生命力。隨著當(dāng)今社會高度發(fā)展，

16、維護和保持一個可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境是人類共同的要求和期望，無論是環(huán)境保護、污染的治理，還是人們對天然產(chǎn)物和綠色食品的青睞，超臨界技術(shù)將擁有更為廣闊的發(fā)展空間。我國從20世紀(jì)70年代末80年代初開展了超臨界流體技術(shù)的研究。國家對此項技術(shù)的研究也給予了較犬的支持，但與世界先進水平相比，尚存一定差距。我國具有豐富的天然植物、藥物資源，開發(fā)和利用這些資源具有重要意義，應(yīng)加強超臨界萃取技術(shù)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究。62展望 超臨界萃取技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用日趨成熟，其分離效率高、能耗低，越來越受到人們的關(guān)注。將該技術(shù)應(yīng)用于發(fā)酵法酒精生產(chǎn)過程中，不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，增加了產(chǎn)品的附加值，而且有利于實現(xiàn)酒精釀造過程的清潔生

17、產(chǎn)。 目前，超臨界萃取技術(shù)和設(shè)備由于投資和操作成本等問題，在發(fā)酵法酒精生產(chǎn)過程的應(yīng)用還受到一定的限制，隨著超臨界CO2萃取技術(shù)和裝備的不斷拓展與完善，超臨界萃取技術(shù)在釀酒生產(chǎn)中的應(yīng)用有可能實現(xiàn)較大的突破17。參考文獻1顏偉玉，李琳，謝國秀超臨界萃取技術(shù)及其在蜂產(chǎn)品加工中的應(yīng)用J.養(yǎng)蜂科技，2006(1):3637,352陳必春，毛多斌，郭鵬，等超臨界萃取技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用J.食品工程，2008(2):693張志偉，楊中平超臨界流體萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品精深加工中的應(yīng)用J.陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005(5):64664王建鳴超臨界萃取技術(shù)的新進展J.高等函授學(xué)報：自然科學(xué)版，2006(1)：5658，6

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