超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂的研究進(jìn)展

超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂的研究進(jìn)展摘要：近些年來，超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂研究越來越廣。本文闡述了大豆磷脂在國內(nèi)外的應(yīng)用，總結(jié)了近年來超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂的研究狀況，并且歸納了壓力、溫度、時(shí)間等因素對萃取的影響，得出最佳的工藝參數(shù)。最后對超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂的前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字：超臨界二氧化碳萃取，大豆磷脂Advancement of studying on technology of soybean phospholipids by supercritical CO2 extractionLijuan Liu(Department of Chemical and Biochemical Engineering, Xiamen University, Class two of Chemical Engineering, 19220051203329 )Abstract: Extraction of soybean phospholipids by supercritical CO2 has been continually studied in recent years. This paper reviewed the needs of soybean phospholipids in and broad and the application of supercritical CO2 extraction in production of soybean phospholipids, Reports about the optimization experimental factors such as pressure, temperature, time and so on. And finally the paper prospect the foreground of soybean phospholipids by supercritical CO2 extraction.Keywords: Supercritical CO2 extraction; Soybean phospholipids1 引言大豆磷脂是從大豆生產(chǎn)大豆油的油腳中提取出來的產(chǎn)物，在大豆中的含量為1.2%3.2%。大豆磷脂是一種混合磷脂，它是由卵磷脂（PC）、腦磷脂（PE）、肌醇磷脂（PI）成分組成，是人體細(xì)胞（細(xì)胞膜、核膜、質(zhì)體膜）的基本成分，并對神經(jīng)、生殖、激素等功有重要關(guān)系，具有很高營養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)用價(jià)值。大豆磷脂的保健作用包括：調(diào)節(jié)血脂、改善記憶、延緩衰老、保健美容1。大豆磷脂是精煉食用大豆油時(shí)得到的一種粘稠的含油很高的毛磷脂，油脂占30%40%，磷脂占60%70%2。從毛磷脂中完全除油提取純磷脂是很困難的，磷脂的精制和分離方法有了迅速的發(fā)展，主要有色層法、超臨界CO2萃取法、半透膜法、乙?；?、溶劑法3、高效色譜法4等等。期中有機(jī)溶劑萃取法是利用丙酮能溶解油脂而不溶解磷脂來制取的，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)相對簡單，設(shè)備要求不是很高，缺點(diǎn)是處理時(shí)間長，丙酮消耗量大，會(huì)造成丙酮?dú)埩?，并且丙酮是一種易燃易揮發(fā)的中度危險(xiǎn)品。而超臨界CO2萃取法具有萃取溫度低、極好的選擇性、萃取效率高、過程易于調(diào)節(jié)、分離工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且本方法使用的萃取劑具有無毒、低溫、無溶劑殘留、安全性高的，所以其具有廣泛的發(fā)展前景。2 超臨界CO2萃取技術(shù)在大豆磷脂中的研究狀況超臨界CO2萃取時(shí)，粗磷脂中的油脂溶于液體CO2成為混合液流走，而不溶于CO2的磷脂留在萃取罐中。當(dāng)流態(tài)毛磷脂去除一部分油以后，其物理狀態(tài)由原來的流態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)。SC-CO2取油的“退化區(qū)域”為2535MPa，3555，在這個(gè)“退化區(qū)域”，密度隨溫度變化很大。下表列出了近十年來的研究狀況：作者與年限最優(yōu)工藝參數(shù)與結(jié)果呂維忠(2000)5萃取壓力30MPa, 萃取溫度50, 萃取時(shí)間6h影響結(jié)果為： 呂維忠(2001)7萃取壓力20MPa, 萃取溫度50, 萃取時(shí)間5h, 得到了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的大豆磷脂影響結(jié)果為：萃取溫度 萃取時(shí)間 萃取壓力劉元法(2001)8低壓（25MPa），升高溫度，萃取率不佳中壓（30MPa），萃取溫度45為佳高壓（35MPa），萃取溫度55為佳唐年初(2002)9壓力35MPa，溫度50，時(shí)間6.5 h。曾虹燕(2003)10萃取壓力25Mpa, 溫度50, CO2流量30kg/h, 萃取時(shí)間150min, 大豆磷脂夾帶劑乙醇的流量為3kg/h, 大豆油和大豆磷脂得率分別為15.72%和1.954%影響結(jié)果為：萃取時(shí)間 萃取溫度 萃取壓力陳輝(2005)11壓力20MPa, 溫度55, 時(shí)間90min, 流量15L/min虢國成(2007) 12萃取壓力30MPa, 萃取溫度55, CO2流量35kg/h, 萃取率1.90%蔡俊秀(2007) 13CO2流量為30L /h, 萃取壓力為30MPa, 萃取溫度為50, 萃取時(shí)間為3h, 夾帶劑加入量10%，在此條件下磷脂含量可由25. 64%提高到95%以上萬小保(2007) 14萃取壓力35MPa, 萃取溫度50，萃取時(shí)間55 h影響結(jié)果：溫度時(shí)間壓力Luigi Montanari(1999) 16An initial SC-CO2 extraction of soybean flakes was performed at 32 MPa and 80C to extract the oil, leaving the PLs in the defatted soybean flakes (DSF). A second step was performed on the DSF using Xeth=0.10, varying the pressure from 16.6 to 68.9 MPa and the temperature from 60 to 80C.3 影響萃取的因素3.1 超臨界流體的選擇目前人們研究較多的超臨界流體主要有二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、一氧化二氮、氟利昂-13、水等。其中用的最多的是超臨界二氧化碳，究其原因主要有以下幾個(gè)方面：首先是二氧化碳無毒，不易燃易爆，安全穩(wěn)定；其次是二氧化碳的臨界條件比較溫和，臨界壓力是7.37 MPa ，臨界溫度是304.2 K；最后是二氧化碳廉價(jià)易得。超臨界CO2萃取毛磷脂中的油，溶解度是非穩(wěn)態(tài)的8。大致可以分為恒速階段和降速階段，也稱飽和萃取階段和不飽和萃取階段。3.2 萃取壓力的影響壓力是影響萃取的一個(gè)重要因素，壓力的改變，尤其是在臨界點(diǎn)附近，將會(huì)引起超臨界流體密度的巨大改變，從而改變其對溶質(zhì)的溶解度。通過改變超臨界流體的壓力，可以調(diào)節(jié)其對目標(biāo)物質(zhì)萃取的選擇性。壓力提高，CO2密度增加，物料的溶解速度也增加，萃取率也相應(yīng)增加；另外CO2壓力越高，傳質(zhì)速度越慢，即越不利于進(jìn)一步的提取。壓力對萃取效果的影響是這兩個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。在一定的溫度下，超臨界CO2對油脂的溶解度與壓力成正比關(guān)系。壓力提高，油脂的溶解度與之提高，萃取率也相應(yīng)提高。但在選定的壓力范圍內(nèi)，萃取率隨壓力的提高增幅較小，壓力太高，成本增加，不安全因素增加。因此，大豆磷脂的萃取壓力以20MPa 25MPa 30MPa為宜。3.3 萃取溫度的影響 溫度對SC-CO2溶解度的影響存在兩個(gè)競爭因素，提高溫度既可增加溶解度，也可降低溶解度。當(dāng)萃取溫度提高后，溶質(zhì)的飽和蒸汽壓上升，粘度降低，擴(kuò)散力增強(qiáng)，溶解度增加；同時(shí)，因溫度上升引起的CO2密度下降，溶解度下降。因此，溫度對溶解度的影響是這兩個(gè)因素的綜合表現(xiàn)。在一定的范圍內(nèi)，溫度較低時(shí)萃取率較低，溫度越高，萃取率越高，但并非溫度越高越好，溫度高不僅耗費(fèi)更多的能源，使生產(chǎn)成本提高，而且溫度升高至一定程度和，萃取率不僅沒有增加，反而略有下降5 7。從表格中可以看出，萃取溫度以50 55為宜。3.4 萃取時(shí)間的影響 決定萃取收率的一個(gè)基本因素就是超臨界流體與溶質(zhì)有效成分的接觸時(shí)間。萃取時(shí)間增加，有利于SC-CO2與大豆磷脂成分的溶解平衡，萃取的萃取率也逐漸增大，但到了一定時(shí)間后，繼續(xù)延長時(shí)間，萃取率增加不大。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度看，也并非時(shí)間越長越好，時(shí)間越長動(dòng)力消耗越大。所以萃取時(shí)間以36h為宜。3.5 流量的影響增加臨界流體流量，流體在萃取器中的停留時(shí)間減小，流體與溶質(zhì)有效成分接觸時(shí)間減小，萃取平衡受到影響；另一方面，流體流速的增加，增加了流體的擾動(dòng)，增加了溶質(zhì)與超臨界CO2 分子的碰撞，強(qiáng)化了傳質(zhì)，有利于萃取速率與萃取收率的提高。萃取流量由小到大變化時(shí)，萃取收率開始迅速增加，達(dá)到一定流量后，萃取收率增加緩慢。流量太大，往往增加了萃取操作能耗。流速增加，相同時(shí)間里的萃取率增加，但單位質(zhì)量流體的萃取率下降；流體流速過低，又會(huì)使萃取操作的時(shí)間延長，設(shè)備利用率下降。因此，結(jié)合生產(chǎn)成本和設(shè)備安全考慮，流量選用30 kg/h或35 kg/h。3.6 添加賦形物對萃取的影響史文革6等在2000研究通過添加玻璃珠來改善物料粘性、滲透性差，使油貼附在玻璃珠表面擴(kuò)大溶劑接觸面積達(dá)到萃取效果。從表中可以看出，在有限的溶解度前提下，添加賦形物并不能從根本上解決大豆磷脂滲透性差的問題。因?yàn)橛秃土字ハ喟萁Y(jié)合，當(dāng)磷脂外層的油被去除時(shí)，磷脂把內(nèi)層的油嚴(yán)實(shí)地包住，形成不易滲透的膠團(tuán)。3.7 夾帶劑的影響CO 2 是非極性物質(zhì)，單純的SC-CO2 只能萃取極性較低的親脂性物質(zhì)及相對分子質(zhì)量較低的脂肪烴，如醚、醛及內(nèi)酯等。對于極性較大的親水性分子金屬離子及相對分子質(zhì)量較大的物質(zhì)萃取效果不夠理想。史文革6等在2000主要研究加入極性丙酮和乙烷夾帶劑對油在SC-CO2中溶解度的影響，得到的溶解度較高，但與標(biāo)準(zhǔn)仍有距離。丙酮和乙烷在分離器中難以分離，成為另一困難。陳輝 10等從磷脂物性和食品安全性考慮，選用無水乙醇作為夾帶劑，無水乙醇添加比例為2%。4 結(jié)論超臨界CO2萃取14大豆磷脂步驟簡單、無溶劑殘留、產(chǎn)品安全可靠、純度高，完全符合當(dāng)前綠色化工技術(shù)的發(fā)展趨勢。如果要將此萃取工藝放大到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，應(yīng)根據(jù)用途、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)效益等情況綜合考慮，進(jìn)一步摸索出適宜工業(yè)化生產(chǎn)的工藝條件。參考文獻(xiàn)：1 路英軍. 大豆磷脂的應(yīng)用及展望.科技信息.2007 2 劉小杰等.大豆磷脂的研究進(jìn)展. 中國食品添加劑.2004.43 仝其根.新型高質(zhì)量大豆磷脂的生產(chǎn)方法溶劑提取法. 食品工業(yè)科技.1990.34 王學(xué)軍. 超臨界流體色譜法分析大豆磷脂.色譜.2007.15 呂維忠. 超臨界萃取大豆磷脂的工藝研究.食品科學(xué). 2000.(3) :28 - 30.6 史文革.大豆磷脂的超臨界CO2 萃取研究.中國油脂.20007 呂維忠. 超臨界CO2 萃取大豆磷脂的影響因素研究. 精細(xì)化工.20018 劉元法. 大豆磷脂超臨界萃取研究.糧食與油脂.2001.39 唐年初等. 超臨界CO2萃取濃縮磷脂的研究. 2002.27(2)10 曾虹燕，方芳等.超臨界CO2 萃取大豆油與大豆磷脂工藝條件研究.生物技術(shù). 2003 .13(2):3711 陳輝, 柴松敏等.超臨界流體萃取大豆磷脂的研究. 河南化工. 2005.2212 虢國成，方芳.超臨界CO2 萃取大豆磷脂的研究. 食品工程. 2007.113 蔡俊秀.超臨界CO2 萃取大豆磷脂的技術(shù)研究. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào). 2007.614 萬小保等.超臨