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研究進(jìn)展摘要:近些年來(lái),超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂研究越來(lái)越廣。本文敘述了大豆磷脂在中國(guó)外應(yīng)用,總結(jié)了多年來(lái)超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂研究情況,而且歸納了壓力、溫度、時(shí)間等原因?qū)腿∮绊?得出最好工藝參數(shù)。最終對(duì)超臨界二氧化碳萃取大豆磷脂前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字:超臨界二氧化碳萃取,大豆磷脂AdvancementofstudyingontechnologyofsoybeanphospholipidsbysupercriticalCO2extractionLijuanLiu(DepartmentofChemicalandBiochemicalEngineering,XiamenUniversity,Abstract:ExtractionofsoybeanphospholipidsbysupercriticalCO2hasbeencontinuallystudiedinrecentyears.ThispaperreviewedtheneedsofsoybeanphospholipidsinandbroadandtheapplicationofsupercriticalCO2extractioninproductionofsoybeanphospholipids,Reportsabouttheoptimizationexperimentalfactorssuchaspressure,temperature,timeandsoon.AndfinallythepaperprospecttheforegroundofsoybeanphospholipidsbysupercriticalCO2extraction.Keywords:SupercriticalCO2extraction;Soybeanphospholipids1引言大豆磷脂是從大豆生產(chǎn)大豆油油腳中提取出來(lái)產(chǎn)物,在大豆中含量為1.2%～3.2%。大豆磷脂是一個(gè)混合磷脂,它是由卵磷脂（PC）、腦磷脂（PE）、肌醇磷脂（PI）成份組成,是人體細(xì)胞（細(xì)胞膜、核膜、質(zhì)體膜）基礎(chǔ)成份,并對(duì)神經(jīng)、生殖、激素等功相關(guān)鍵關(guān)系,含有很高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)用價(jià)值。大豆磷脂保健作用包含:調(diào)整血脂、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)得到一個(gè)粘稠含油很高毛磷脂,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,磷脂精制和分離方法有了快速發(fā)展,關(guān)鍵有色層法、超臨界CO2萃取法、半透膜法、乙酰化法、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(lái)制取,其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單,設(shè)備要求不是很高,缺點(diǎn)是處理時(shí)間長(zhǎng),丙酮消耗量大,會(huì)造成丙酮?dú)埩?而且丙酮是一個(gè)易燃易揮發(fā)中度危險(xiǎn)品。而超臨界CO2萃取法含有萃取溫度低、極好選擇性、萃取效率高、過(guò)程易于調(diào)整、分離工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),而且本方法使用萃取劑含有沒(méi)有毒、低溫、無(wú)溶劑殘留、安全性高,所以其含有廣泛發(fā)展前景。2超臨界CO2萃取技術(shù)在大豆磷脂中研究情況超臨界CO2萃取時(shí),粗磷脂中油脂溶于液體CO2成為混合液流走,而不溶于CO2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(lái)流態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)。SC-CO2取油“退化區(qū)域”為25~35MPa,35~55℃,在這個(gè)“退化區(qū)域”下表列出了近十年來(lái)研究情況:作者與年限最優(yōu)工藝參數(shù)與結(jié)果呂維忠()[5]萃取壓力30MPa,萃取溫度50℃,萃取時(shí)間影響結(jié)果為:呂維忠()[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%影響結(jié)果為:萃取溫度>萃取時(shí)間>萃取壓力劉元法()[8]低壓（25MPa）,升高溫度,萃取率不佳中壓（30MPa）,萃取溫度45℃高壓（35MPa）,萃取溫度55℃唐年初()[9]壓力35MPa,溫度50℃,時(shí)間6.5h曾虹燕()[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流量為影響結(jié)果為:萃取時(shí)間>萃取溫度>萃取壓力陳輝()[11]壓力20MPa,溫度55℃,時(shí)間90min,流量虢國(guó)成()[12]萃取壓力30MPa,萃取溫度55℃,CO2流量35蔡俊秀()[13]CO2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%提升到95%萬(wàn)小保()[14]萃取壓力35MPa,萃取溫度50℃,萃取時(shí)間5．影響結(jié)果:溫度>時(shí)間>壓力LuigiMontanari(1999)[16]AninitialSC-CO2extractionofsoybeanflakeswasperformedat32MPaand80°Ctoextracttheoil,leavingthePLsinthedefattedsoybeanflakes(DSF).AsecondstepwasperformedontheDSFusingXeth=0.10,varyingthepressurefrom16.6to68.9MPaandthetemperaturefrom60to80°C.3影響萃取原因3.1超臨界流體選擇現(xiàn)在大家研究較多超臨界流體關(guān)鍵有二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、一氧化二氮、氟利昂-13、水等。其中用最多是超臨界二氧化碳,究其原因關(guān)鍵有以下多個(gè)方面:首先是二氧化碳無(wú)毒,不易燃易爆,安全穩(wěn)定;其次是二氧化碳臨界條件比較溫和,臨界壓力是7.37MPa,臨界溫度是304.2K;最終是二氧化碳廉價(jià)易得。超臨界CO2萃取毛磷脂中油,溶解度是非穩(wěn)態(tài)[8]。大致能夠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萃取壓力影響壓力是影響萃取一個(gè)關(guān)鍵原因,壓力改變,尤其是在臨界點(diǎn)周圍,將會(huì)引發(fā)超臨界流體密度巨大改變,從而改變其對(duì)溶質(zhì)溶解度。經(jīng)過(guò)改變超臨界流體壓力,能夠調(diào)整其對(duì)目標(biāo)物質(zhì)萃取選擇性。壓力提升,CO2密度增加,物料溶解速度也增加,萃取率也對(duì)應(yīng)增加;另外CO2壓力越高,傳質(zhì)速度越慢,即越不利于深入提取。壓力對(duì)萃取效果影響是這兩個(gè)原因綜合作用結(jié)果。在一定溫度下,超臨界CO2對(duì)油脂溶解度與壓力成正比關(guān)系。壓力提升,油脂溶解度與之提升,萃取率也對(duì)應(yīng)提升。但在選定壓力范圍內(nèi),萃取率隨壓力提升增幅較小,壓力太高,成本增加,不安全原因增加。所以,大豆磷脂萃取壓力以20MPa25MPa30MPa為宜。3.3萃取溫度影響溫度對(duì)SC-CO2溶解度影響存在兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)原因,提升溫度既可增加溶解度,也可降低溶解度。當(dāng)萃取溫度提升后,溶質(zhì)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),因溫度上升引發(fā)CO2密度下降,溶解度下降。所以,溫度對(duì)溶解度影響是這兩個(gè)原因綜合表現(xiàn)。在一定范圍內(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,溫度高不僅花費(fèi)更多能源,使生產(chǎn)成本提升,而且溫度升高至一定程度和,萃取率不僅沒(méi)有增加,反而略有下降[5][7]。從表格中能夠看出,萃取溫度以50℃53.4萃取時(shí)間影響決定萃取收率一個(gè)基礎(chǔ)原因就是超臨界流體與溶質(zhì)有效成份接觸時(shí)間。萃取時(shí)間增加,有利于SC-CO2與大豆磷脂成份溶解平衡,萃取萃取率也逐步增大,但到了一定時(shí)間后,繼續(xù)延長(zhǎng)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(zhǎng)越好,時(shí)間越長(zhǎng)動(dòng)力消耗越大。所以萃取時(shí)間以3~6h為宜。3.5流量影響增加臨界流體流量,流體在萃取器中停留時(shí)間減小,流體與溶質(zhì)有效成份接觸時(shí)間減小,萃取平衡受到影響;其次,流體流速增加,增加了流體擾動(dòng),增加了溶質(zhì)與超臨界CO2分子碰撞,強(qiáng)化了傳質(zhì),有利于萃取速率與萃取收率提升。萃取流量由小到大改變時(shí),萃取收率開始快速增加,達(dá)成一定流量后,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)間里萃取率增加,但單位質(zhì)量流體萃取率下降;流體流速過(guò)低,又會(huì)使萃取操作時(shí)間延長(zhǎng),設(shè)備利用率下降。所以,結(jié)合生產(chǎn)成本和設(shè)備安全考慮,流量選擇30kg/h或35kg/h。3.6添加賦形物對(duì)萃取影響史文革[6]等在研究經(jīng)過(guò)添加玻璃珠來(lái)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)成萃取效果。從表中能夠看出,在有限溶解度前提下,添加賦形物并不能從根本上處理大豆磷脂滲透性差問(wèn)題。因?yàn)橛秃土字嗷グ萁Y(jié)合,當(dāng)磷脂外層油被去除時(shí),磷脂把內(nèi)層油嚴(yán)實(shí)地包住,形成不易滲透膠團(tuán)。3.7夾帶劑影響CO2是非極性物質(zhì),單純SC-CO2只能萃取極性較低親脂性物質(zhì)及相對(duì)分子質(zhì)量較低脂肪烴,如醚、醛及內(nèi)酯等。對(duì)于極性較大親水性分子金屬離子及相對(duì)分子質(zhì)量較大物質(zhì)萃取效果不夠理想。史文革[6]等在關(guān)鍵研究加入極性丙酮和乙烷夾帶劑對(duì)油在SC-CO2中溶解度影響,得到溶解度較高,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,選擇無(wú)水乙醇作為夾帶劑,無(wú)水乙醇添加百分比為2%。4結(jié)論超臨界CO2萃取[14]大豆磷脂步驟簡(jiǎn)單、無(wú)溶劑殘留、產(chǎn)品安全可靠、純度高,完全符合目前綠色化工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。假如要將此萃取工藝放大到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模,應(yīng)依據(jù)用途、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)效益等情況綜合考慮,深入探索出適宜工業(yè)化生產(chǎn)工藝條件。參考文件:[1]路英軍.大豆磷脂應(yīng)用及展望.科技信息.[2]劉小杰等.大豆磷脂研究進(jìn)展.中國(guó)食品添加劑..4[3]仝其根.新型高質(zhì)量大豆磷脂生產(chǎn)方法——溶劑提取法.食品工業(yè)科技.1990.3[4]王學(xué)軍.超臨界流體色譜法分析大豆磷脂.色譜..1[5]呂維忠.超臨界萃取大豆磷脂工藝研究.食品科學(xué)..(3):28-30.[6]史文革.大豆磷脂超臨界CO2萃取研究.中國(guó)油脂.[7]呂維忠.超臨界CO2萃取大豆磷脂影響原因研究.精細(xì)化工.[8]劉元法.大豆磷脂超臨界萃取研究.糧食與油脂..3[9]唐年初等.超臨界CO2萃取濃縮磷脂研究..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)..13(2):37[11]陳輝,柴松敏等.超臨界流體萃取大豆磷脂研究.河南化工..22[12]虢國(guó)成,方芳.超臨界CO2萃取大豆磷脂研究.食品工程..1[13]蔡俊秀.超臨界CO2萃取大豆磷脂技術(shù)研究.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)..6[14]萬(wàn)小保等.超臨界CO2從