超临界CO_2流体萃取天然植物香精研究进展.pdf
《超临界CO_2流体萃取天然植物香精研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超临界CO_2流体萃取天然植物香精研究进展.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、超临界 C O2流体萃取天然植物香精研究进展李卓,*郭玉蓉,邓红(陕西师范大学食品工程与营养科学学院,陕西 西安 710062)摘要:天然香精是从芳香植物中用物理方法提取的有机混合物,具有独特、自然、舒适的香气和香韵,在香料工业、日化、食品等领域有广泛应用,但利用传统方法萃取易使其原有香味失真;超临界 C O2流体萃取是一种新型分离技术,特别适于不稳定及热敏性天然产物的萃取,利用该技术萃取天然香精可得到高品质高价值的产品。概述了超临界 C O2流体萃取技术,介绍了近几年该技术萃取植物天然香精及其与其他分离技术结合的相关研究,探讨了该技术在应用中存在的问题及其发展前景,旨在为该技术萃取天然香精的
2、进一步应用提供参考。关键词:超临界流体;萃取;植物香精中图分类号:T S 2 0 1.1文献标志码:Ad o i:1 0.3 9 6 9/j i s s n.1 6 7 1-9 6 4 6(X).2 0 1 2.0 9.0 0 5T h e R e v i e wo f S u p e r c r i t i c a l C O2E x t r a c t i o no f P l a n t E s s e n c e sL I Z h u o,*G U OY u-r o n g,D E N GH o n g(C o l l e g e o f F o o d E n g i n e e r
3、 i n g a n d N u t r i t i o n a l S c i e n c e,S h a a n x i N o r m a l U n i v e r s i t y,X i a n,S h a a n x i7 1 0 0 6 2,C h i n a)A b s t r a c t:N a t u r a l e s s e n c e s a r et h eo r g a n i cm i x t u r e s w h i c ha r ee x t r a c t e df r o ma r o m a t i cp l a n t s b yp h y s i
4、 c a l m e t h o d s,a n dt h e i rf r a g r a n c eh a s t h ef e a t u r eo f n a t u r a l a n dp l e a s a n t.N a t u r a l e s s e n c e s a r ew i d e l yu s e di nf l a v o r i n d u s t r y,c o s m e t i ci n d u s t r ya n df o o di n d u s t r y,b u t t h ep r o d u c t s e x t r a c t e
5、db yt r a d i t i o n a l e x t r a c t i o nm e t h o d sc a ne a s i l yl o s et h e i r o r i g i n a l f r a g r a n c e.A san e ws e p a r a t i o nt e c h n o l o g y,s u p e r c r i t i c a l C O2e x t r a c t i o ni sp a r t i c u l a r l ys u i t a b l ef o r t h ee x t r a c t i o no f u n
6、 s t a b l ea n dt h e r m o s e n s i t i v en a t u r a l p r o d u c t s a n dh a s t h e p o t e n t i a l t o p r o d u c e n a t u r a l e s s e n c e s w i t hh i g hq u a l i t y a n dh i g hv a l u e.I nt h i s r e v i e w,w eb r i e f l yi n t r o d u c et h ef e a t u r e s a n dp r o c e
7、 s s e s o f s u p e r c r i t i c a l C O2e x t r a c t i o n,r e l a t i v er e s e a r c h e s o ni t s a p p l i c a t i o nt ot h ee x t r a c t i o no fn a t u r a l e s s e n c e s f r o mp l a n t s a n di t s c o m b i n a t i o nw i t ho t h e r s e p a r a t i o nt e c h n i q u e s.T h e
8、 p r o b l e m s o f s u p e r c r i t i c a l C O2e x t r a c t i o na n di t s p e r s p e c t i v e s a r e a l s o p u t f o r w a r dt o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r i t s f u t u r e a p p l i c a t i o ni nn a t u r a l e s s e n c e s e x t r a c t i o n.K e y w o r d s:s u p e r c
9、r i t i c a l f l u i d;e x t r a c t i o n;p l a n t e s s e n c e s收稿日期:2 0 1 2-0 4-0 1基金项目:现代苹果产业技术体系建设专项资金资助(n y c y t x-0 8)。作者简介:李卓(1 9 8 8 ),女,山西人,在读硕士,研究方向:食品生物技术。E-m a i l:z h u f u l i z h u o 1 6 3.c o m。*为通讯作者:郭玉蓉(1 9 6 2 ),女,陕西人,教授,博士生导师,研究方向:植物性功能成分的开发与利用。E-m a i l:g u o y u r o n g 7
10、3 0 1 6 3.c o m。文章编号:1 6 7 1-9 6 4 6(2 0 1 2)0 9-0 0 1 9-0 6超临界流体萃取(s u p e r c r i t i c a l f l u i de x t r a c t i o n,S F E)是利用处于临界温度、临界压力以上的超临界流体(s u p e r c r i t i c a l f l u i d,S C F)具有特异增加溶解物质能力的性质,将 S C F作为萃取剂,从液体或固体中萃取分离特定成分的新型分离技术 1。1 9世纪7 0 年代末,H a n n a y 和 H o g a r t h 发现超临界流体与液体一
11、样,可用来溶解高沸点的固体物质,对超临界流体的分离能力有了初步认识,但直到 2 0世纪6 0 年代这一新型分离技术才得以投入工业应用,并逐渐受到世人瞩目。已研究的超临界流体溶剂有多种,如己烷、正戊烷、丁烷等烃类,一氧化二氮,六氟化硫,氟化烃类等 2。然而,目前研究和应用最多的是 C O2作为溶剂,它不仅安全,能出色地替代许多有害、有毒、易挥发、易燃的有机溶剂,而且容易获得,价格便宜,可用于化工过程后再回到环境中去,无任何毒副作用,具有完全“绿色”的特性,最重要的是它较温和的临界条件(临界温度=3 1,临界压力=7.4 8M P a),可使超临界操作在一个相对较低的压力及接近室温的条件下进行 3
12、。从天然资源中提取化合物是超临界 C O2流体萃取应用最广泛的领域之一 4-7。天然香精是以各种芳香植物的花、果、叶、茎、根、皮、籽或树脂等为原料,依靠物理方法分离或提炼出来的有机物的混合物,大多数呈油状或膏状,少数呈树脂或半固态状,其传统提取方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、榨磨法和吸附法。产品根据其形态和制法可分 8:辛香料(S p i c e)、油树脂(O l e o r e s i n)、精油(E s s e n t i a l)、浸膏(C o n c r e t e)、净油第 9 期(总第 2 9 2 期)农产品加工学刊N o.92 0 1 2 年 9 月A c a d e m i
13、 c P e r i o d i c a l o f F a r mP r o d u c t s P r o c e s s i n gS e p.农产品加工学刊2 0 1 2 年第 9 期(A b s o l u t e)、香膏(B a l s a m)、酊剂(T i n c t u r e)。从植物性天然香精中分离出来的有机化合物分子的结构种类极其复杂,大致可分为 4 类 9:萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫化合物。天然香精具有独特、自然、舒适的香气和香韵,人工难以调制,其加工分离技术历来强调保留其特有的香韵,尽量减少分离过程中香气成分的破坏和微量成分的丢失;而传统方法由
14、于工艺限制极易破坏天然香精中某些热敏性或不稳定成分,使香味失真。超临界 C O2流体萃取作为一种新型分离技术特别适合于不稳定天然产物和生理活性物质的分离精制,有望生产出更接近天然香韵的香精产品,现已成为获得高品质天然香精最有效的工艺手段之一。本文从超临界 C O2流体萃取技术的原理、特点、工艺和该技术在植物不同部位萃取天然香精的相关研究,以及与其他分离技术结合等方面,综述了超临界 C O2流体萃取天然香精的概况,探讨了该技术在应用中存在的问题,并对其前景进行了展望。1 超临界 C O2流体萃取1.1 超临界 C O2流体萃取原理C O2的临界压力为 7.4 8M P a,临界温度为 3 1,处
15、于临界压力和临界温度以上状态的 C O2被称为超临界 C O2 1 0。C O2的临界温度接近室温,临界压力适中,临界密度为 0.4 4 8g/c m3,是常用超临界溶剂中最高的。超临界 C O2流体的黏度是液体的 1%,自扩散系数是液体的 1 0 0 倍,因此具有良好的传质特性,可缩短相平衡所需时间,是高效传质的理想介质,其溶解溶质的速率远快于液体,具有比气体大很多的对固体物质的溶解与携带能力。在临界点附近,压力和温度的微小变化就会引起 C O2密度的巨大变化,而溶质的溶解度会随着超临界 C O2流体密度的增大而增大;利用这一性质,可在较高压力下使溶质溶解于超临界 C O2,然后通过减压升温
16、或吸附使已溶解的溶质因超临界 C O2密度的下降解析出来。由于超临界 C O2的溶解能力和选择性可以通过调节萃取压力和温度实现连续调节,因此超临界流体萃取是个灵活的萃取过程。1.2 超临界 C O2流体萃取技术的特点超临界 C O2流体萃取与传统化学法萃取相比,有以下突出优点:(1)操作温度接近室温且在惰性 C O2气体中进行提取,能较好地保护萃取物中的有效成分,防止热敏性物质变化和逸散,将高沸点、低挥发性、易热解的物质,在其沸点以下萃取出来。(2)能有选择地提取有效成分,且提取完全,产品纯度和得率高,利于后继分离纯化。(3)溶剂 C O2具有无毒、无味、无腐蚀性、安全、价廉、环境友好、可循环
17、利用等优点,可避免有机溶剂对产品的污染,解决去除残留有机溶剂造成的成本提高问题,并防止提取过程对人体的毒害和对环境的污染。(4)萃取和分离合二为一,萃取速度快,工艺简单,生产周期短,效率高,耗能少,节约成本 1 1。1.3 超临界 C O2流体萃取的工艺与试验方法超临界流体萃取模式主要分为静态萃取和动态萃取 1 2。静态萃取时 C O2流量为 0,目的主要是使目标物充分与 S C F接触并溶解;动态萃取时保持适当的 C O2流量,目的主要是提高目标物的萃取率。实际操作常采用静动态结合工艺,以获得最佳萃取效果。S F E萃取设备主要由萃取系统和分离系统 2部分组成。萃取釜后可连接多个分离釜,通过
18、调节分离釜不同条件实现混合萃取物的分级分离。固体原料的萃取可分为等温法、等压法、吸附法等 3 种工艺流程 1 3,其中最为方便的是等温法,但在实际应用中要根据具体情况合理选择。液体原料的萃取多采用多级逆流萃取工艺。超临界流体萃取的试验方法一般分为间歇法、半连续法和连续法:(1)间歇法:固体物料放入萃取釜中,通入超临界 C O2流体,调节好温度和压力,静态萃取一定时间后,引出萃取相超临界 C O2流体至分离釜,超临界 C O2流体和不同萃取物在分离釜中分离。该法主要用于测定目标物在超临界流体中的溶解度,属于平衡萃取,较少用于目标物的大量萃取。(2)半连续法:将原料加入萃取釜中形成固定床,用泵连续
19、地将超临界 C O2流体从底部通入萃取釜,萃取后含有目标成分的超临界 C O2流体从萃取釜顶部引出,进入分离釜中实现分离。该法应用广泛,体系通常配有 C O2泵,可实现溶剂 C O2的循环利用。(3)连续法:该法主要用于萃取液体物料或进一步精馏精油组分,其设备与普通的连续逆流萃取填料塔相似。1.4 超临界 C O2流体萃取的影响因素溶质(目标物)的性质(相对分子质量、极性等)是影响 S C F溶解能力的内因,也是最关键因素;萃取压力、萃取温度、C O2流量、萃取时间、原料的物理性状、夹带剂的使用等 1 2 是影响 S F E的主要外部可控因素,可通过试验进行优化。外因中需特别指出的是夹带剂的使
20、用。夹带剂(c o s o l v e n t)又称改性剂(m o d i f i e r),是在 S C F中加入的少量、可与 S C F混溶的、挥发性介于被分离物质与 S C F之间的极性或非极性物质 5,对于极性大、相对分子质量大的天然产物,通常采取添加少量夹带剂的方法来提高超临界 C O2对其亲和力,增加其2 02 0 1 2 年第 9 期溶解度。常用的夹带剂有水、甲醇、乙醇、丙酮、乙烷等 1 4。需注意的是,夹带剂易与萃取物混溶,因此萃取后需设法除去夹带剂。2 超临界C O2流体萃取技术在天然香精萃取中的应用2.1 超临界 C O2流体萃取天然香精产物的组成特点(1)超临界 C O2
21、流体萃取自始至终都在较低温度下进行,避免了某些成分在高温下发生反应,使易挥发的头香成分得到较好保留,因此产物中含有较多的头香成分。同时,超临界 C O2流体能萃取出部分树脂,故产物中含有较多的底香成分,有利于香气的持久。虽然有机溶剂也能萃取出底香成分,但无选择性,产物中往往多种杂质,影响其在工业中的应用。(2)天然香精香气的关键组分多是含氧化合物,单萜烯烃一般对香气的贡献很小且易氧化变质而影响产品品质;与水蒸气蒸馏相比,超临界 C O2萃取物具有较高的含氧化合物含量和较低的单萜烯烃含量,产物中有效组分比例较高。(3)在超临界 C O2流体萃取过程中,不同时间间隔内产物的组成不同。一般前期所得产
22、物中单萜烯烃含量较高,后期含氧化合物和倍半萜烯烃含量增加。(4)原料为辛香料时,水蒸气蒸馏只能萃取出其精油部分,而超临界流体还可萃取出原料中其他风味部分。2.2 超临界 C O2流体萃取天然香精的应用天然香精种类多样,以天然精油(E s s e n t i a l o i l s)为例介绍 S F E在天然香精提取中的应用。精油又称挥发油(v o l a t i l eo i l s)5,在芳香植物不同部位中的含量和存在形式不同,常根据不同植物的特点选择根茎叶、种子、花、果皮等不同部位进行提取。香料植物组成的复杂性决定了采用超临界 C O2萃取时必须选择合适的工艺条件,根据目标要求,综合考虑提
23、取率、产品质量等目标因素,提取香气或风味最佳的产品。目前,超临界 C O2流体萃取精油研究较多的是萃取工艺的优化及萃取成分的分析。E.L a n g a 等人 1 5 通过改变萃取条件优化了超临界流体萃取西班牙鼠尾草的工艺过程,并通过 G C-M S 测定固定时间间隔下不同部位提取出的精油组成变化,得到最佳萃取工艺条件:萃取压力 9M P a,萃取温度 4 0,C O2流量 1.3 2k g/h,原料粒度 0.8m m;分析知萃取物中单萜类含量最高。卢远倩等人 1 6 以萃取温度、压力、C O2流量、时间为影响因素,通过均匀设计实验对九里香精油的提取工艺进行优化;最佳萃取工艺条件为:萃取温度
24、2 5,萃取压力 3 1.0 3M P a,C O2流量 2 0m L/m i n,萃取时间 9 0m i n;该条件下,九里香精油的萃取得率为 5.0 1%。超临界 C O2流体萃取植物精油的相关研究见表1。原料(最佳)萃取工艺条件分析方法鉴定出化合物的种类萃取率/%参考文献肉桂雪峰蜜橘橘皮大枣玫瑰花栀子花薰衣草野西瓜种子缬草根胡萝卜苦艾1 5 M P a,4 0,2 h3 0 M P a,4 0,1 h,C O2流量 2 1.2 7 L/m i n2 5 M P a,5 0,2 h2 5 M P a,5 0,9 0 m i n,6 0 目,C O2流量 2 8 L/h2 5 M P a,4
25、 0,5 h8 1 5 M P a,5 0,9 0 m i m3 0 M P a,5 5,2 h2 4.3 2 5 M P a,3 7,1 9 2 4 m i n,C O2流量(0.8 0 0.0 5)m L/m i n,夹带剂(乙醇)用量1 0 0 2 0 0 L1 0 M P a,4 0,2 h,C O2流量 0.3 k g/h1 8 M P a,4 0,粒径0.5 6 m m,C O2流量1.0 8 k g/hG C-M SG C-M SG C-M SG C-M SN M R,I RG C-M SG C,G C-M SG C-F I D,G C-M SG C,G C-M S4 32 11
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 临界 CO_2 流体 萃取 天然 植物 香精 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【二***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【二***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。