新分离技术课程论文超临界CO2萃取技术在天然色素中的应用现状及展望学 院: xx学院 专 业: xxxxxxxxxxx 学 号: 12345678910 作者姓名: xxxxx 指导教师: xxxxx 完成时间: 2021年x月x日 目录1.引言- 3 -2.超临界CO2萃取技术简介- 4 -2.1 超临界CO2萃取技术的原理- 4 -2.2 超临界CO2流体性质特征- 5 -3.超临界CO2萃取天然色素的国内外研究现状- 5 -4 超临界CO2萃取技术提取天然色素的应用研究进展- 7 -4.1 辣椒红色素的提取- 7 -4.2 胡萝卜素的提取- 8 -4.3 番茄红素的提取- 8 -5.超临界CO2萃取技术提取天然色素的应用展望- 9 -6.总结- 10 -超临界CO2萃取技术在天然色素中的应用现状及展望摘要：超临界CO2萃取技术由于其操作温度低、萃取能力强、提取效率高且无毒无污染等优良特性被广泛应用于天然产物的提取。为了更深入研究超临界CO2萃取技术，本文综述了超临界CO2萃取技术的原理、超临界CO2流体性质特征以及超临界萃取天然色素在国内外的研究现状，以辣椒红色素、胡萝卜素、番茄红素三种天然色素为代表就其可行性、萃取理论和研究成果进行总结，并探讨了目前我国超临界CO2萃取技术在天然色素提取领域的局限性及未来发展趋势。关键词：超临界萃取；超临界CO2流体；天然色素；应用Abstract: Supercritical CO2 extraction technology has been widely used in the extraction of natural products due to its excellent characteristics such as low operating temperature, strong extraction ability, high extraction efficiency and non-toxic and pollution-free. In order to more in-depth study of supercritical CO2 extraction technology, the paper summarizes the principle of supercritical CO2 extraction, supercritical CO2 fluid properties and supercritical fluid extraction of natural pigment research status at home and abroad, with capsicum red pigment, carotenoids, lycopene represented by three kinds of natural pigments on its feasibility, the extraction theory and summarizes research results, and probes into the current in the field of supercritical CO2 extraction technology in extracting natural pigment limitations and the future development trend.Keywords: Supercritical extraction；Supercritical CO2 fluid；natural pigment；application1.引言 人工合成色素由于具有色彩鲜艳、着色力强、性质稳定、结合牢固等特点曾风靡一时，这是天然色素所不能及的。但随着生活品质的提高、世界各地卫生管理法制的完善，人们对于健康饮食、天然产物的呼声越来越高，因此引起了开发天然色素的风潮。近十年来我国天然色素工业发展迅速，但由于大多企业采用传统工艺，导致产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残留，严重影响了天然色素的推广。即使少数企业出口天然色素，但多以半成品的方式出售外商，再由国外企业进行先进的分离工艺，去除异味、提纯。由此可见，天然色素新分离技术的研究和开发具有广阔的前景和发展潜力。超临界CO2萃取技术作为一种对环境友好的先进化工分离技术，具有溶解性能好、传质性能高、流动性能强以及分子系数大和萃取容量高等特点1，可以有效地保留萃取物中的易挥发性和热敏成分。随着人们对超临界CO2萃取技术的不断认识和研究，其广泛应用于食品、医药、化学工业、环保技术和石油炼制等领域。其原理是利用超临界CO2对某些特殊天然产物具有特殊溶解作用，使萃取过程中萃取物和萃取剂得到有效的分离。与传统分离工艺相比，超临界CO2萃取技术具有成本低、无污染、无毒、挥发性能好、传质性能高和溶解性能好等特点。但限于超临界CO2流体技术设备造价高，且对水溶性成分的溶解能力较低，加上没有成熟的工艺技术来指导生产，使其在我国工业生产中未实现普及2。因此对超临界CO2萃取技术进一步发展和成熟引起了研究人员广泛兴趣。2.超临界CO2萃取技术简介2.1 超临界CO2萃取技术的原理超临界CO2萃取技术是利用超临界CO2流体作萃取剂，以其特殊溶解性从固体或液体中提取出待分离活性物质（高沸点或热敏性物质）的新型萃取技术。当CO2处于临界状态时，通过调节温度和压力来实现：(1)从原料中提取出待分离组分； (2)之后再降低压力、升高温度，CO2萃取剂对目标组分的溶解能力消失，将目标组分释放出来，从而使萃取剂与目标产物分离。升高压力CO2的密度增大，对溶质的作用能和分子间作用力增强，增强了溶质的溶解能力；升高温度可以增强物质的挥发性，有利于萃取分离过程。因此，可以通过调节温度和压力来实现分离过程中对选择性的扩展。超临界CO2萃取技术在临界状态下具有非常强的溶解能力，且物质之间的溶解能力主要取决于物质分子之间的相似性，这种相似性主要体现在分子结构相似和分子间作用力的相似，而分子结构的相似性也可以归结为作用能的相似3。2.2 超临界CO2流体性质特征超临界CO2流体是指处于临界温度和临界压力（临界条件为Tc=31.06和Pc=7.39MPa）以上的CO2，其临界状态下处于一种非气态非液态的状态，具有气液两重性。CO2价格低廉、对环境友好，被普遍认为是安全的。超临界CO2由于具有较高的渗透性和易于调节的溶剂能力，有利于快速萃取和分离，因此引起了人们的广泛关注。另一个优点是，CO2处于室温（2020%）和常压（1bar）下是气态的，这将使溶质和溶剂的分离方便，我们能够通过简单的回收得到分析物并提供无溶剂的分析物。超临界CO2流体的密度受温度和压力的影响，在临界点附近，温度和压力微小变化均会引起密度的较大改变，从而引起溶解度的变化，所以从高密度到低密度状态的改变，使其表现出良好的选择性；其次，超临界CO2流体具有传质性，这与其黏度、热导率和扩散系数有关，超临界流体与气体、液体的物理性质比较见表1，如图我们可以看出CO2超临界流体密度与液体相近，黏度与气体相似，扩散能力院高于液体；第三，超临界CO2流体具有溶解性能，当CO2处于超临界状态时由于其特殊的溶解性它能够溶解某些活性物质。表1 超临界流体与气体、液体的物理性质比较4项目相态液体超临界流体气体密度/kg.m-31.0*1037.0*1021.0黏度/Pas10-410-510-6-10-5扩散系数/m2m-110-910-710-5备注：表中超临界流体为CO2，32、7.39MPa条件下。3.超临界CO2萃取天然色素的国内外研究现状1879年，Hanny和Hogarth发现了超临界流体对固体有溶解能力，这为超临界流体的应用提供了理论依据。1962年Zosel采用超临界流体CO2萃取技术从咖啡豆中提取咖啡因，从此超临界CO2萃取技术进入了一个新阶段。目前超临界CO2流体技术已经成功应用于天然色素的提取和精制工艺中，主要集中在异戊二烯衍生物类(如胡萝卜素、叶黄素、辣椒 红色素、番茄红素、玉米黄素等)、多酚类(如花青素、可可色素等)、四吡咯色类(如叶绿素)、酮类 (如红曲色素、姜黄色素等)、醌类(如紫草色素)等几大类色素5。其中异戊二烯衍生物类色素的研究居多，而酮类和叶绿素类的实验研究相对较少。1965-1985年之间，国外仅有一篇关于超临界CO2流体萃取天然色素的研究。1986-1995年之间，相关论文发表9篇。直到1995年，人们对天然产物的呼声越来越高，研究人员对天然色素愈发关注，加大力度对超临界CO2萃取技术在天然色素的提取和精制中应用，国内外在相关领域发表文献98篇（所统计结果来源于FSTA数据库），现将统计结果及比例展示如图1、图2。图1 1996-2005年国外超临界萃取天然色素的研究统计图2 1996-2005年国内外超临界萃取天然色素的研究统计4 超临界CO2萃取技术提取天然色素的应用研究进展4.1 辣椒红色素的提取辣椒红色素属类胡萝卜素类色素，是辣椒的主要显色物质，其中主要含有辣椒红素和辣椒玉红素，其色泽鲜艳，着色力强，耐光、热、酸、碱，安全无毒，同时具有抗癌美容、抗辐射的作用。因此，辣椒红色素是一种天然的高品质着色剂，市场需求逐年上升，具有广阔的市场前景。传统的辣椒红色素提取方法有油溶法和溶剂提取法。目前，超临界CO2流体萃取法的分离效果很好，具有收率高(为68.3%，高于其他提取方法的文献报道值)，色价高等优点，更适于辣椒红色素的提取，因此国内外的研究都很活跃6。值得注意的是，国内关于辣椒色素和辣碱素的研究主要关注的是辣椒色素和辣素的分离，而国外研究主要侧重于辣椒油脂在超临界二氧化碳和丙烷中的溶解度。表2 国内外超临界萃取辣椒红素的研究状况作者原料萃取的主要成分工艺参数及结果孙君社7（1996）残留溶剂辣椒红色素辣椒红色素萃取压力18.0MPa、温度25、CO2流量2L/min、时间2h、残留溶剂60，达到FAO/WHO。藏志清8等（1999）辣椒粉辣椒红色素，辣椒素萃取温度45，压力19-20Mpa,水、丙酮为夹带剂，色素得率约80-83%，水为夹带剂容易萃取辣素，加丙酮利于红色素的萃取。Jaren-Galan9等(1999)辣椒粉辣椒红色素两步萃取，第一步压力20MPa，第二步60/70MPa,低压下提取的大部分为油，色素几乎为-胡萝卜素，较高压力下提取较达比例的红色类胡罗卜素，其中辣椒红、黄色素比率达1.8。Del Valle10等（2003）墨西哥辣椒辣椒红色素热风干燥进行预处理，温度45，压力36MPa条件下萃取效果最好。4.2 胡萝卜素的提取胡萝卜素是一种碳水化合物，广泛存在于各类动植物组织中，其对于眼睛、皮肤具有一定的保健作用，能够改善