超临界流体萃取的应用
咖啡中含有的咖啡因对人体有害,所以必须从咖啡中去除。工业上传统的方法是用二氯乙烷提取,但二氯乙烷不仅提取了咖啡因,还提取了咖啡中的芳香物质,残留的二氯乙烷不易去除,影响了咖啡的品质。由西德Max-plank煤炭研究所Zesst博士开发的超临界二氧化碳从咖啡豆中提取咖啡因的特殊技术,已由西德Hag公司实现产业化,并被世界各国广泛采用。该技术最大的优点是替代了产品中仍对人体有害的微量卤代烃溶剂,咖啡因含量可从约1%降至0.02%,CO2良好的选择性可保留咖啡中的芳香物质。
美国ADL公司最近开发了一种利用SCFE技术提取酒精的方法,还开发了一种去除油腻快餐中过量油脂而不丧失其原有色泽、风味和内部结构的技术,并已申请专利。西德萨尔州大学的Stahl教授用SCFE法成功地从许多药用植物中分离出有效成分(如生物碱、芳香和油性成分)。
在抗生素药物的生产中,传统方法经常使用有机溶剂,如丙酮和甲醇,但很难完全除去溶剂而不使药物变质。如果采用SCFE规则,完全可以满足要求。美国ADL公司从7种植物中提取治疗癌症的有效成分,并使其真正应用于临床。
许多学者认为,服用鱼油和omega-3脂肪酸有益健康。这些脂质也可以从浮游植物中获得。这样得到的脂质不含胆固醇,J.K.Polak等人成功地从藻类中提取了脂质,叶绿素也不会被超临界CO2提取,省去了传统溶剂提取的漂白过程。
此外,还有SCFE法从银杏叶中提取的银杏黄酮、从鱼内脏和骨骼中提取的多不饱和脂肪酸(DHA、EPA)、从沙棘籽中提取的沙棘油、从蛋黄中提取的卵磷脂等。对心脑血管疾病有独特的疗效。日本学者宫等从蛇床子、桑白皮、甘草、紫草、红花、月见草等药用植物中提取有效成分。药用植物有效成分的提取是近五六年才开始的。美国有超临界公司,德国有专利的CO2-SFE萃取设备。1998 3月底,来自中国大陆和香港20多个单位的60多位专家学者齐聚厦大,共同探讨中药现代化,尤其是超临界流体技术。东宇集团在国内率先制造大型自动化超临界机组,实现了超临界机组的远程监控和微机管理,已在青岛安装。目前,中国科学院大连化学物理研究所、北京化工大学、北京中医药大学等。开发了二氧化碳SFE技术。
根据研发实践,认为超临界流体萃取技术在中药提取分离和中药现代化方面具有巨大的潜力和可观的前景。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,又能提高产品纯度,保持其天然香味,如从桂花、茉莉、菊花、梅花、兰花、玫瑰中提取花精,从胡椒、肉桂、薄荷中提取香料,从芹菜籽、生姜、芜菁籽、茴香、砂仁、八角、孜然中提取精油。啤酒花是啤酒酿造中不可缺少的添加剂,具有独特的香气、鲜味和苦味。传统方法生产的啤酒花浸膏不含或仅含少量精油,破坏了啤酒的风味,残留的有机溶剂对人体有害。超临界萃取技术为啤酒花提取物的生产开辟了广阔的前景。美国SKW公司从啤酒花中提取酒花油,已形成生产规模。
B.天然色素的提取
目前,国际上对天然色素的需求逐年增加,主要用于食品加工、医药和化妆品。很多发达国家都规定了不使用合成色素的期限,中国禁用合成色素势在必行。溶剂法生产的颜料纯度差,有异味,有溶剂残留,不能满足国际市场对高品质颜料的需求。超临界萃取技术克服了这些缺点。目前,SCFE法提取天然色素(辣椒红色素)的技术已经成熟,达到国际先进水平。在美国,超临界技术也用于制备液体燃料。以甲苯为萃取剂,在Pc=100atm,Tc=400-440℃下进行萃取。在SCF溶剂分子的扩散下,促进了煤有机质的深度热分解,有1/3的有机质可以转化为液体产物。此外,像硫磺这样的化学产品可以从煤中提取出来。最近,美国成功开发了一种新的乙酸制造工艺,该工艺使用超临界二氧化碳作为反应物和萃取剂。俄国和德国也用SCFE法脱沥青。农药残留分析包括样品提取、净化、浓缩和检测等步骤,其中提取、分离和净化是分析的关键环节。在传统的农药残留分析中,大多数样品是用有机溶剂提取的。溶剂萃取法有很多缺点:一是溶剂浪费严重,污染环境;二是耗时,提取纯化过程复杂;第三,提取率低。目前,超声波提取和索氏提取被列为世界上农药残留的首选提取方法。但这两种提取方法最大的缺点是处理时间长,影响了其推广应用。
超临界流体萃取技术在农药残留提取方面具有独特的优势。根据许多学者的研究,样品预处理简单、提取时间短、提取效率高、提取结果准确度高、重现性好等优点将极大地促进其在农药残留分析中的应用。对于水分含量较高的样品,只需在样品预处理过程中加入适量干燥剂,混匀即可;对于极性较大的物质,可以通过在萃取过程中加入一定量的改性剂或改变流体的比例来实现有效的萃取。一般每个样品从制样到完成需要40 rain左右,大大缩短了提取时间,是常规溶剂提取、索氏提取、超声波提取无法比拟的。以往的研究也发现,超临界流体萃取的重现性和准确性远远优于其他方法。相关学者利用SFE技术提取农药结合残留物。也取得了令人满意的结果。虽然超临界流体萃取技术已经成为农药残留研究的热点。但还是有一些不足。首先,昂贵的仪器是制约这项技术推广应用的主要因素;其次,常用仪器的限流管容易堵塞。当实验产物含水量过高或提取液中某些成分粘度过高或聚合能力较强时,往往会堵塞毛细管,严重时甚至会报废限流管,限制了部分样品的提取。再次,由于常用的超临界流体是极性较弱的二氧化碳,对极性较强的物质的萃取并不理想,因此需要大量的实验来确定流体的种类以及两种或两种以上流体的配比,同时需要夹带剂的配合使用才能成功萃取目标物质。这些缺点基本上都是技术上的弱点。比较容易提高。现在国内有很多厂家可以完成超临界萃取仪器的制造。
SFE技术越来越多地与各种方法相结合,在农药残留的应用研究中,尤其是在农药残留的分析中,具有巨大的潜力,可以显著提高分析效率。有人将SFE与分析仪器GC、MS结合起来分析动物组织中的有机磷农药和氨基甲酸酯类农药,取得了很好的结果。经过Iancas的研究,认为SFE结合胶束电动毛细管色谱可以快速有效地实现萃取,这种分析方法将成为农药残留分析的一种新方法。