SFE在海洋生物深加工領(lǐng)域中的研究進(jìn)展

1、超臨界流體萃取技術(shù)及其在海洋生物資源深加工領(lǐng)域的爭辯進(jìn)展摘要：簡要介紹了超臨界流體萃取技術(shù)的根本原理，及其在中藥、中草藥、食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用實例，較具體地介紹了此技術(shù)在海洋生物活性物質(zhì)的技術(shù)運用。指出超臨界流體萃取技術(shù)是一種型高效分別技術(shù),也是現(xiàn)代工業(yè)眾多領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。關(guān)鍵詞：超臨界流體萃取技術(shù)；中藥；食品；海洋生物；應(yīng)用1、超臨界流體萃取的根本原理超臨界流體萃取是利用超臨界流體的特別性能進(jìn)展萃取的一種型高效分別技術(shù)。當(dāng)流體的溫度和壓力分別超過其臨界溫度和臨界壓力時 ,則稱該狀態(tài)下的流體為超臨界流體。超臨界流體的密度接近于液體,而溶質(zhì)在溶劑中的溶解度一般與溶劑的密度成正比,因而超臨界流體

2、具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿×?。超臨界流體的粘度和集中系數(shù)與氣體的相近,因而超臨界流體具有氣體的低粘度和高滲透力氣,故在萃取過程中的傳質(zhì)力氣遠(yuǎn)大于液體溶劑的傳質(zhì)力氣。超臨界流體萃取在臨界點四周操作,此時溫度和壓力的微小變化將引起流體溶解力氣的顯著變化。利用這一性質(zhì),可在較高壓力下,使溶質(zhì)溶解于超臨界流體中,然后通過降壓或升溫的方法來降低流體的密度 ,從而使溶解的溶質(zhì)因溶解度下降而析出 , 這就是超臨界流體萃取的根本原理。2、超臨界流體的進(jìn)展1822年，Cagniard 首次報道物質(zhì)的臨界現(xiàn)象。1879年，Hanny and Hogarth 覺察了超臨界流體對固體有溶解力氣，為超臨界流體的應(yīng)用供給

3、了依據(jù)。1943年，Messmore首次利用壓縮氣體的溶解力作為分別過程的根底，從今才進(jìn)展出超臨界萃取方法。1970年，Zosel承受sc-CO2萃取技術(shù)從咖啡豆提取咖啡因，從今超臨界流體的進(jìn)展進(jìn)入一個階段。1992年，Desimone 首先報道了sc-CO2為溶劑，超臨界聚合反響，得到分子量達(dá)27萬的聚合物,開創(chuàng)了超臨界CO2高分子合成的先河。3、目前國內(nèi)外超臨界流體技術(shù)爭辯開發(fā)的動向經(jīng)過一百多年，尤其是最近30年來的爭辯，超臨界流體技術(shù)在化學(xué)化工、材料工程、食品工程、生物工程以及環(huán)境科學(xué)等方面均得到了廣泛應(yīng)用，成為這些學(xué)科中的興技術(shù)。超臨界流體萃取在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域、

4、大氣樣品分析、土壤樣品分析、地質(zhì)樣品中其他污染物分析、水樣分析、生物質(zhì)樣品分析、分析化學(xué)中均得到了廣泛的應(yīng)用。尤其在醫(yī)藥工業(yè)中，由于超臨界流體萃取技術(shù)具有優(yōu)于傳統(tǒng)分別技術(shù)的特點而受到廣泛關(guān)注。4、超臨界流體萃取在醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用實例 超臨界流體萃取技術(shù)提取中藥有效成分的優(yōu)點與傳統(tǒng)提取方法相比,利用超臨界流體萃取技術(shù)提取中藥有效成分具有很多獨特的優(yōu)點。超臨界流體萃取兼有精餾和液液萃取的某些特點。溶質(zhì)的蒸氣壓、極性及分子量的大小均能影響溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度 ,組分間的分別程度由組分間的揮發(fā)度和分子間的親和力共同打算。一般狀況下 ,組分是按沸點凹凸的挨次先后被萃取出來 ;非極性的超臨界CO2 流

5、體僅對非極性和弱極性物質(zhì)具有較高的萃取力氣;超臨界流體萃取在臨界點四周操作,因而特別有利于傳熱和節(jié)能。這是由于當(dāng)流體接近臨界點時,氣化潛熱將急劇下降。在臨界點處,可實現(xiàn)氣液兩相的連續(xù)過渡。此時,氣化潛熱將急劇下降。在臨界點處,可實現(xiàn)氣液兩相的連續(xù)過渡。此時,氣液兩相界面消逝,氣化潛熱為零;超臨界流體的萃取力氣取決于流體的密度,因而可便利地通過調(diào)整溫度和壓力來加以把握,這對保證提取物的質(zhì)量穩(wěn)定是格外有利的;超臨界萃取所用的萃取劑可循環(huán)使用,其分別與回收方法遠(yuǎn)比精餾和液液萃取簡潔,且耗能較低。實際操作中,常承受等溫減壓或等壓升溫的方法,將溶質(zhì)與萃取劑分別開來;當(dāng)用煎煮、濃縮、枯燥等傳統(tǒng)方法提取中藥

6、有效成分時,一些活性組分可能會因高溫作用而破壞。而超臨界流體萃取過程可在較低的溫度下進(jìn)展,如以CO2 為萃取劑(臨界溫度為31. 1)的超臨界萃取過程可在接近于室溫的條件下進(jìn)展,因而特別適合于熱敏性組分的提取,且無溶劑殘留。 超臨界流體萃取技術(shù)在中草藥除雜及提取物精制中的應(yīng)用超臨界流體萃取技術(shù)除用于提取中藥有效成格外,還可用于中藥中有毒、有害成分的去除。今后的主要爭辯方向目前,超臨界流體萃取技術(shù)已成為實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)之一。從中藥現(xiàn)代化的角度,今后的爭辯方向主要有以下幾個方面。1、加強(qiáng)中藥復(fù)方超臨界提取工藝的爭辯將是今后有待解決的重要課題。此外, 將超臨界流體技術(shù)與結(jié)晶、超細(xì)粉碎等過程結(jié)

7、合起來用于中藥劑型的開發(fā) ,以推動中藥制劑的現(xiàn)代化,也是今后的一個重點爭辯方向。2、將對現(xiàn)有的試驗測試技術(shù)進(jìn)展改進(jìn),以豐富和完善各種中藥體系在超臨界條件下的相平衡及傳熱、傳質(zhì)數(shù)據(jù),并建立描述超臨界流體萃取過程的熱力學(xué)和動力學(xué)模型,從而為超臨界流體萃取過程的設(shè)計和優(yōu)化供給理論依據(jù)。3、一些傳統(tǒng)分別技術(shù)的某些強(qiáng)化措施有可能用于超臨界流體萃取過程。目前,有關(guān)超臨界流體萃取過程的強(qiáng)化爭辯少有報道,這方面尚有很多工作要做。4、承受單一的超臨界流體萃取技術(shù)往往不能滿足產(chǎn)品的純度要求,此時可將超臨界流體萃取技術(shù)與其他分別技術(shù)(如精餾、膜分別等)耦合起來,以形成更為高效的復(fù)合分別技術(shù)。5、,加強(qiáng)超臨界流體萃取

8、過程的放大爭辯及其配套設(shè)備的開發(fā),以推動超臨界流體萃取過程的工程化,也是今后的一個重點爭辯方向?？梢灶A(yù)見,隨著爭辯的不斷深入,超臨界流體萃取技術(shù)在推動中藥現(xiàn)代化的進(jìn)程中將發(fā)揮出更大的作用。5、超臨界流體萃取在食品工業(yè)的應(yīng)用實例超臨界流體萃取在食品中的應(yīng)用，主要是近20年的事情。在食品加工中，幾乎都承受CO2作為萃取劑。植物油的萃取大豆、向日葵、可可、咖啡、棕櫚等的種子；動物油的萃取魚油、肝油等；從茶、咖啡中脫除咖啡因，啤酒花的萃取可消退農(nóng)藥的污染；食品的脫脂無脂淀粉、油炸食品等；香料的萃取；植物色素的萃取及各種物質(zhì)的脫色、脫臭。盡管超臨界流體萃取自然色素具有很多的優(yōu)點，但目前我國在這一領(lǐng)域還未

9、得到廣泛的工業(yè)化應(yīng)用。主要緣由是超臨界設(shè)備一次性投資較大，而且萃取自然色素的工藝尚不成熟。但是由于超臨界流體萃取的種種優(yōu)點，目前很多廠家已經(jīng)或正預(yù)備投資購置超臨界設(shè)備。超臨界流體萃取自然色素工藝的爭辯是今后進(jìn)展的一個重點。特別是隨著人們對功能性自然色素的生疏和重視，信任超臨界流體萃取將取代傳統(tǒng)的溶劑法提取自然色素，生產(chǎn)出高純度、高品質(zhì)的色素產(chǎn)品，以滿足使用和出口的需要。6、超臨界流體萃取技術(shù)在海洋生物活性物質(zhì)的應(yīng)用海洋生物資源又稱海洋水產(chǎn)資源。指海洋中隱蔽的經(jīng)濟(jì)動物和植物的群體數(shù)量，是有生命、能自行增殖和不斷更的海洋資源。其特點是通過生物個體種和種下群的生殖、發(fā)育、生長和老替代，使資源不斷更，

10、種群不斷補(bǔ)充，并通過確定的自我調(diào)整力氣到達(dá)數(shù)量相對穩(wěn)定。我國海洋生物資源高達(dá)20278種，其中魚類3032種、螺貝類1923種，蟹類734種、蝦類546種，藻類790種。其中，作為經(jīng)濟(jì)捕撈對象，在漁業(yè)統(tǒng)計和市場上列名的有200多種，這些足以說明我國海洋水產(chǎn)生物的資源豐富和物種豐富度高。我國的海洋漁場是世界上重要的漁場之一，假設(shè)在保持生態(tài)平衡的條件下，年可捕魚量可保持500萬t以上，是進(jìn)展淺海養(yǎng)殖業(yè)和海上牧場，形成具有戰(zhàn)略意義食品供給基地的重要資源。另外，遠(yuǎn)洋漁業(yè)還有較大的進(jìn)展?jié)摿?。從海洋生物中提取脂肪物活性物質(zhì)提取中的應(yīng)用從海洋生物中提取脂肪有不同的目的 , 一是由于有些海洋生物的脂肪中含有豐

11、富的n-3系列高度不飽和脂肪酸, 特別是DHA和EPA ,這兩種高度不飽和脂肪酸具有很高的藥用價值, 能降低血脂, 抑制血小板分散, 延緩血栓形成, 提高生物膜液態(tài)性等作用, 是防治心腦血管疾病的良好保健品和藥品它們還能抑制某些腫瘤的發(fā)生, 降低腫瘤生長速度對糖尿病、大腸潰瘍等也有較好的療效。DHA 和EPA還有很高的養(yǎng)分價值, 能促進(jìn)大腦發(fā)育, 改善大腦功能, 提高學(xué)習(xí)記憶力氣, 對嬰幼兒的大腦發(fā)育極為重要。近年來人們對DHA更加重視, 認(rèn)為DHA是人腦必不行少的養(yǎng)分物質(zhì), 是當(dāng)今國際科學(xué)界最為推崇的養(yǎng)分要素之一。從海洋生物中提取脂肪的目的之一, 正是為了獲得DHA和EPA等高度不飽和脂肪酸

12、另一目的則是由于脂肪在生物組織中簡潔氧化 , 使生物組織不易保存 , 影響它的品質(zhì) , 因而需要從中將其除去。從陸生植物, 如從黃豆、棉籽、菜籽、檸檬、葵花籽、沙棘籽和沙棘果、月見草籽等植物種子或其他組織中直接抽提脂肪的報道已相當(dāng)多。從海洋生物中直接抽提脂肪也有一些報道, 但不是很多。Hardardottir和Kinasella(1988)曾用技曾用技術(shù)從虹縛魚肉中萃取脂肪和膽固醇 , 其目的是提高蛋白質(zhì)的質(zhì)量。Yamaguchi等人(1986)報道了從南極磷蝦中提取脂肪的結(jié)果。用SFE法直接從中抽提油脂, 得到了沒有磷脂的中性磷蝦油 ,并且把變了質(zhì)的脂類化合物從其中除去。用SFE技術(shù)從海洋貝

13、類中直接提取油脂尚未見報道。作者近年來利用這一技術(shù)從扇貝下腳料中提取扇貝油取得了成功, 抽提率可達(dá)85%以上, 得到的扇貝油質(zhì)量很好。從海洋生物油脂中分別提取高度不飽和脂肪酸EPA和DHA在海洋生物油脂中的濃度一般不高 ,這是由其在油脂中構(gòu)造所打算的。為了獲得高濃度的EPA和DHA, 就需要對油脂中的高度不飽和脂肪酸進(jìn)展分別提取, 目前爭辯最多的是從魚油中分別提取這兩種高度不飽和脂肪酸。這也是目前EPA和DHA最主要的來源。從魚油中分別提取EPA和DHA最先使用的常規(guī)方法是尿素包合法, 即是用尿素將魚油中飽和的和低度不飽和的脂肪酸包合起來 , 從而使EPA和DHA等高度飽和脂肪酸得以濃縮。這種

14、方法的最大缺點是操作繁瑣, 要使用大量的有機(jī)溶劑, 而且EPA和DHA在操作過程中簡潔受到熱、光和氧的破壞。其他的一些分別技術(shù), 如真空精餾、分子精餾、高壓液相色譜法等也都存在這樣那樣的缺點, 因此用SFE技術(shù)分別和日益受到人們的重視.對魚油的直接萃取EPA和DHA在魚油中主要是以甘油三酷的形式存在 , 它們是與其他脂肪酸一起結(jié)合在甘油分子上的。SFE技術(shù)對魚油的直接萃取, 并不能將EPA和DHA從甘油分子上解離下來得以分別, 而只能將其與其中的色素、產(chǎn)生臭味的化合物如某些醛類、酮類以及其中的局部游離脂肪酸等分別開來。用SFE技術(shù)來精煉魚油,取得了滿足的結(jié)果, 其操作簡便, 不需使用任何有機(jī)溶

15、劑, 脫色、脫臭效果很好。把甘油三酷變成脂肪酸醋后再行萃取對魚油直接萃取雖然操作簡潔, 本錢低, 但是這種方法難以提高產(chǎn)品中EPA 和DHA的濃度。要想得到高濃度EPA和DHA, 必需把它們從甘油三酷上解離下來, 使之成為游離脂肪酸或脂肪酸酷的形式, 再用SFE技術(shù)進(jìn)展分別, 才有可能由于游離脂肪酸簡潔被氧化, 通常是使其成為甲酷或乙酷的形式再進(jìn)展分別。魚油變成脂肪酸酷后, 在簡潔的SFE萃取系統(tǒng)中通過逐步增壓的方法, 分子量比較小的脂肪酸酷在壓力較低的狀況下先萃取出來 , 而分子量比較大的EPA和DHA則在壓力比較高的條件下才被萃取出來, 從而能起到對其濃縮的作用。但但是由于魚油中不同脂肪酸

16、之間的分子量差異不是很大 , 而且其中還含有EPA與DHA或分子量一樣的低度不飽和脂肪酸, 這些都很難通過逐步增壓的方法在簡潔的萃取系統(tǒng)中得到分別, 因此這種方法很難得到高濃度的以EPA和DHA。而要到達(dá)這一目的, 必需把SFE技術(shù)與其他分別技術(shù), 如尿素包合技術(shù)、精餾塔技術(shù)、銀樹脂層析技術(shù)等結(jié)合起來才有可能。從海洋生物中提取自然色素由于人們對安全性、自然性、安康性食品要求的呼聲越來越高, 作為一種重要的食品添加劑食用自然色素越來越受到人們的青睞 , 海洋自然色素的提取和應(yīng)用也越來越受到重視。但是目前用SFE從海洋生物中提取夭然色素的報道還很少。B胡蘿卜素也是一種色素,這是一種脂溶性的、良好的

17、食用色素, 可以應(yīng)用于食品加工工業(yè)。但它不僅僅是色素, 更重要的是具有很高的養(yǎng)分價值和藥用價值, 它是維生素A的前體, 可以用來治療因缺乏維生素A誘發(fā)的疾病, 如夜盲癥等。近來的爭辯還覺察, 它還具有抗年輕和預(yù)防多種癌癥的作用。目前使用的B 胡蘿卜素主要是化學(xué)合成的, 由于人們對自然產(chǎn)品越來越重視 , 因此從自然植物中提取的B胡蘿卜素更加受到歡送, 其價格也很貴。有的海洋生物中B胡蘿卜素的含量很高, 因此爭辯開發(fā)海洋生物中的 B胡蘿卜素很有價值。 Cygnarowicz和Seider(1990)曾爭辯了用SFE技術(shù)從發(fā)酵液中提取B胡蘿卜素。Chang等人則利用類似技術(shù)分別B胡蘿卜素混合物, 成功地將B胡蘿卜素與其氧化物分