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超臨界流體萃取的應用

超臨界萃取的特點決定了其廣泛的應用範圍。例如,在制藥工業中,可用於中草藥有效成分的提取、熱敏性生物制品的精制和脂類混合物的分離;在食品工業中,提取啤酒花和色素等。在香水工業中,天然和合成香料的提煉;化學工業中混合物的分離。具體應用可分為以下幾個方面:傳統的食用油提取方法是乙烷提取,但這種方法生產的食用油中的溶劑量難以滿足《食品管理法》的規定。超臨界二氧化碳萃取(SCFE)在美國成功用於提取大豆油,產品質量大大提高,無汙染。目前,葵花籽、紅花籽、花生、麥胚、棕櫚、可可豆等都可以用超臨界二氧化碳提取油脂,且油脂中含有中性脂質,磷含量低,著色少,無異味。這種方法比傳統的壓榨法回收率高,不存在溶劑法溶劑分離的問題。專家認為,這種方法可以徹底改變石油提取過程。

咖啡中含有的咖啡因對人體有害,所以必須從咖啡中去除。工業上傳統的方法是用二氯乙烷提取,但二氯乙烷不僅提取了咖啡因,還提取了咖啡中的芳香物質,殘留的二氯乙烷不易去除,影響了咖啡的品質。由西德Max-plank煤炭研究所Zesst博士開發的超臨界二氧化碳從咖啡豆中提取咖啡因的特殊技術,已由西德Hag公司實現產業化,並被世界各國廣泛采用。該技術最大的優點是替代了產品中仍對人體有害的微量鹵代烴溶劑,咖啡因含量可從約1%降至0.02%,CO2良好的選擇性可保留咖啡中的芳香物質。

美國ADL公司最近開發了壹種利用SCFE技術提取酒精的方法,還開發了壹種去除油膩快餐中過量油脂而不喪失其原有色澤、風味和內部結構的技術,並已申請專利。西德薩爾州大學的Stahl教授用SCFE法成功地從許多藥用植物中分離出有效成分(如生物堿、芳香和油性成分)。

在抗生素藥物的生產中,傳統方法經常使用有機溶劑,如丙酮和甲醇,但很難完全除去溶劑而不使藥物變質。如果采用SCFE規則,完全可以滿足要求。美國ADL公司從7種植物中提取治療癌癥的有效成分,並使其真正應用於臨床。

許多學者認為,服用魚油和omega-3脂肪酸有益健康。這些脂質也可以從浮遊植物中獲得。這樣得到的脂質不含膽固醇,J.K.Polak等人成功地從藻類中提取了脂質,葉綠素也不會被超臨界CO2提取,省去了傳統溶劑提取的漂白過程。

此外,還有SCFE法從銀杏葉中提取的銀杏黃酮、從魚內臟和骨骼中提取的多不飽和脂肪酸(DHA、EPA)、從沙棘籽中提取的沙棘油、從蛋黃中提取的卵磷脂等。對心腦血管疾病有獨特的療效。日本學者宮等從蛇床子、桑白皮、甘草、紫草、紅花、月見草等藥用植物中提取有效成分。藥用植物有效成分的提取是近五六年才開始的。美國有超臨界公司,德國有專利的CO2-SFE萃取設備。1998 3月底,來自中國大陸和香港20多個單位的60多位專家學者齊聚廈大,共同探討中藥現代化,尤其是超臨界流體技術。東宇集團在國內率先制造大型自動化超臨界機組,實現了超臨界機組的遠程監控和微機管理,已在青島安裝。目前,中國科學院大連化學物理研究所、北京化工大學、北京中醫藥大學等。開發了二氧化碳SFE技術。

根據研發實踐,認為超臨界流體萃取技術在中藥提取分離和中藥現代化方面具有巨大的潛力和可觀的前景。a .天然香精和香料的提取

用SCFE法提取香料,既能有效提取芳香成分,又能提高產品純度,保持其天然香味,如從桂花、茉莉、菊花、梅花、蘭花、玫瑰中提取花精,從胡椒、肉桂、薄荷中提取香料,從芹菜籽、生姜、蕪菁籽、茴香、砂仁、八角、孜然中提取精油。啤酒花是啤酒釀造中不可缺少的添加劑,具有獨特的香氣、鮮味和苦味。傳統方法生產的啤酒花浸膏不含或僅含少量精油,破壞了啤酒的風味,殘留的有機溶劑對人體有害。超臨界萃取技術為啤酒花提取物的生產開辟了廣闊的前景。美國SKW公司從啤酒花中提取酒花油,已形成生產規模。

B.天然色素的提取

目前,國際上對天然色素的需求逐年增加,主要用於食品加工、醫藥和化妝品。很多發達國家都規定了不使用合成色素的期限,中國禁用合成色素勢在必行。溶劑法生產的顏料純度差,有異味,有溶劑殘留,不能滿足國際市場對高品質顏料的需求。超臨界萃取技術克服了這些缺點。目前,SCFE法提取天然色素(辣椒紅色素)的技術已經成熟,達到國際先進水平。在美國,超臨界技術也用於制備液體燃料。以甲苯為萃取劑,在Pc=100atm,Tc=400-440℃下進行萃取。在SCF溶劑分子的擴散下,促進了煤有機質的深度熱分解,有1/3的有機質可以轉化為液體產物。此外,像硫磺這樣的化學產品可以從煤中提取出來。最近,美國成功開發了壹種新的乙酸制造工藝,該工藝使用超臨界二氧化碳作為反應物和萃取劑。俄國和德國也用SCFE法脫瀝青。農藥殘留分析包括樣品提取、凈化、濃縮和檢測等步驟,其中提取、分離和凈化是分析的關鍵環節。在傳統的農藥殘留分析中,大多數樣品是用有機溶劑提取的。溶劑萃取法有很多缺點:壹是溶劑浪費嚴重,汙染環境;二是耗時,提取純化過程復雜;第三,提取率低。目前,超聲波提取和索氏提取被列為世界上農藥殘留的首選提取方法。但這兩種提取方法最大的缺點是處理時間長,影響了其推廣應用。

超臨界流體萃取技術在農藥殘留提取方面具有獨特的優勢。根據許多學者的研究,樣品預處理簡單、提取時間短、提取效率高、提取結果準確度高、重現性好等優點將極大地促進其在農藥殘留分析中的應用。對於水分含量較高的樣品,只需在樣品預處理過程中加入適量幹燥劑,混勻即可;對於極性較大的物質,可以通過在萃取過程中加入壹定量的改性劑或改變流體的比例來實現有效的萃取。壹般每個樣品從制樣到完成需要40 rain左右,大大縮短了提取時間,是常規溶劑提取、索氏提取、超聲波提取無法比擬的。以往的研究也發現,超臨界流體萃取的重現性和準確性遠遠優於其他方法。相關學者利用SFE技術提取農藥結合殘留物。也取得了令人滿意的結果。雖然超臨界流體萃取技術已經成為農藥殘留研究的熱點。但還是有壹些不足。首先,昂貴的儀器是制約這項技術推廣應用的主要因素;其次,常用儀器的限流管容易堵塞。當實驗產物含水量過高或提取液中某些成分粘度過高或聚合能力較強時,往往會堵塞毛細管,嚴重時甚至會報廢限流管,限制了部分樣品的提取。再次,由於常用的超臨界流體是極性較弱的二氧化碳,對極性較強的物質的萃取並不理想,因此需要大量的實驗來確定流體的種類以及兩種或兩種以上流體的配比,同時需要夾帶劑的配合使用才能成功萃取目標物質。這些缺點基本上都是技術上的弱點。比較容易提高。現在國內有很多廠家可以完成超臨界萃取儀器的制造。

SFE技術越來越多地與各種方法相結合,在農藥殘留的應用研究中,尤其是在農藥殘留的分析中,具有巨大的潛力,可以顯著提高分析效率。有人將SFE與分析儀器GC、MS結合起來分析動物組織中的有機磷農藥和氨基甲酸酯類農藥,取得了很好的結果。經過Iancas的研究,認為SFE結合膠束電動毛細管色譜可以快速有效地實現萃取,這種分析方法將成為農藥殘留分析的壹種新方法。

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