超臨界流體萃取天然物中機能活性成分之概況

 

刊登日期:2016/12/5
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1987年,德國建立世界第一套工業化超臨界流體設備用來去除咖啡豆與茶葉中的咖啡因,使咖啡因含量由原來3%降低為0.2%,且不影響產品香味。目前已成功應用於萃取啤酒花香料與香辛植物,可有效分離純化天然物中的機能活性成分。超臨界流體萃取技術的發展動力來自於環保意識高漲、衛生法規日益嚴格與消費者對健康需求提高,以及對產品品質的要求,被視為一種綠色且可持續發展的重要技術,使其在石油、醫藥、食品、化妝品、香精香料、生物、環保、化工等領域具有不同程度的應用。
 
超臨界流體及其在萃取之應用
超臨界流體是指當溫度與壓力均在臨界點以上,物質處於無法單以液態或氣態所能界定的狀態,於此狀態下流體不會發生冷凝與蒸發現象,只以流動形式存在。如圖一所示,超臨界流體密度近似液體,流動特性接近氣體,擴散係數介於氣液兩態之間,因此超臨界流體既具有液體對溶質高溶解度之特點;又具有氣體易於擴散與運動等特性,其質傳速率與萃取速率遠高於液相過程,可藉由密度(溫度與壓力)的改變調控超臨界流體的溶解度參數,因此同時兼具氣體與液體之特性。


圖一、超臨界流體特性與超臨界二氧化碳相關物性

 
超臨界流體萃取天然物中之有效成分
天然機能活性成分是從動植物中提取具有良好生物活性的物質,如表二與圖三所示,這些物質主要包括萜類、酚類、黃酮類、醌類、生物鹼、皂苷、多醣、揮發油等,具有抗發炎、抗氧化、抗病菌等多種功能,在醫療保健、食品、化妝品、藥品等領域有著難以替代的作用。

目前大多數的機能活性成分依靠傳統溶劑法進行提取。然而,這些有效成分多屬熱敏感性,且使用有機溶劑進行萃取難免會有溶劑殘留,造成健康隱憂。二氧化碳為最主要的超臨界流體,無汙染、無有機溶劑殘留、高效、低成本(相較於其它流體)等優點,搭配其溫和的萃取條件正好可在此領域發揮作用。以下將針對超臨界二氧化碳應用於植物精油、天然色素與中草藥有效成分萃取的概況進行說明。
1. 植物精油的萃取
精油是從植物的花、葉、根莖或果實中,透過各種萃取方法提煉萃取出具揮發性芳香物質。常見的提取方法如水蒸氣蒸餾、索氏萃取、有機溶劑萃取等,皆存在萃取率低、溶劑殘留、產品純度差等問題。超臨界二氧化碳萃取作為一種高效能技術,可有效克服上述缺點,溫和的操作條件避免萃取物中熱敏感性機能成分的破壞,且具無溶劑殘留與萃取時間較短等優勢,使超臨界二氧化碳萃取技術在植物精油萃取領域得到更廣泛的應用。



表三、超臨界二氧化碳萃取植物精油實例

 
3. 中草藥有效成分的萃取
超臨界流體萃取技術在天然藥物萃取是一種十分理想的分離方法,由於全程序均在暗場中進行,操作溫度低,萃取時間短,特別適合對水氣、熱和光敏感性、易氧化分解物質的提取,因此幾乎能保留天然藥物全部的有效成分。中草藥的機能活性成分包含揮發油、黃酮類化合物、生物鹼等。目前研究大多集中在單味天然藥物有效成分提取和複方天然藥物的提取,可改變傳統中草藥丸、散、膏、丹令人難以分辨與接受度較低的窘境,有助於中草藥現代化與國際化的推廣。
 
超臨界萃取技術於天然物萃取應用之展望
與傳統萃取技術相比,超臨界萃取技術具有無可比擬的優越性,但也存在著自身無法克服的問題,如對極性較大、相對分子量超過500的物質萃取效果明顯較差;需要大量的實驗來確定挾帶劑的種類與比例;對於成分較為複雜的原料,單獨採用超臨界萃取技術往往無法能有效分離各組成分,造成產品純度不足。然而……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:黃功勛 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」360期,更多資料請見下方附檔。


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