利用超临界二氧化碳减压技术从橙精油混合物中分离α-萜品醇和柠檬烯

《ACS Omega》：Separation of α-Terpineol and Limonene from an Orange Essential Oil Mixture Using Supercritical CO2 Pressure Reduction

本研究通过超临界CO?分馏技术，从模拟生物转化产物的橙精油混合物中分离α-terpineol。测试不同压力（6-8 MPa）和温度（40-60℃）条件，发现最佳分离条件为8 MPa和40℃，但仍有近50%的limonene损失，主要因分子间相互作用及多组分体系复杂性，需进一步优化。

　　巴西是全球最大的橙子生产国，每年产出大量橙子副产品，其中橙子精油是主要的资源之一。橙子精油主要由一种名为柠檬烯的化合物组成，其在挥发性成分中占比超过70%。此外，精油中还含有其他具有广泛应用价值的萜烯类物质，如芳樟醇、芳樟醇醋酸酯、α-松油醇等。α-松油醇作为一种单萜醇，因其出色的感官特性而被广泛应用于冷冻食品、糖果和饮料中，同时它还表现出一定的生物活性，如抗癌、抗惊厥、抗溃疡、抗高血压和镇痛等作用。因此，寻找高效的方法来生产α-松油醇，特别是通过生物转化将柠檬烯转化为α-松油醇，具有重要的经济和科学意义。

然而，生物转化过程中产生的α-松油醇和柠檬烯在化学性质上非常相似，导致它们的高效分离面临挑战。在此背景下，超临界二氧化碳（SC-CO?）技术作为一种可持续的分离手段，展现出广阔的应用前景。SC-CO?以其无毒、可回收和操作条件温和等优点，成为分离复杂混合物的理想选择。此外，通过调节SC-CO?的温度和压力，可以实现从混合物中选择性地提取目标化合物，从而提高分离效率。

本研究旨在评估α-松油醇和柠檬烯在SC-CO?中的溶解性和分离行为，通过构建一个模拟生物转化产物的模型混合物（橙子精油与α-松油醇以60:40的重量比混合），探讨在不同压力和温度条件下，SC-CO?的分离能力。实验发现，在10 MPa和40 °C条件下，混合物的溶解性最佳。随后，通过在6–8 MPa和40–60 °C之间调整分离器的压力和温度，研究了这些参数对α-松油醇选择性回收的影响。

研究结果显示，在8 MPa和40 °C条件下，α-松油醇的沉淀效果最佳，但同时柠檬烯也部分与α-松油醇一起沉淀，这表明在当前测试条件下，SC-CO?的分离能力有限，可能与分子间相互作用在复杂多组分体系中的影响有关。进一步的数据显示，在相同条件下，柠檬烯的损失率高达50%，这突显了设计高效分离系统在萜烯类物质分离过程中的难度。

为提高分离效率，本研究还进行了质量平衡计算，以评估在不同SFF条件下，α-松油醇和柠檬烯的回收率和损失情况。计算结果显示，尽管α-松油醇在分离器中回收率较高，但柠檬烯的损失率依然显著。这表明在当前的分离条件下，SC-CO?的分离效果受限于分子间的相互作用和挥发性问题。此外，实验还发现，在不同压力和温度条件下，α-松油醇的浓度在分离器中有所提高，但这种变化并未达到显著的分离效果。

为了更好地理解α-松油醇和柠檬烯在SC-CO?中的行为，研究还探讨了其他可能的分离策略，如优化溶剂与原料的比例、延长静态溶解时间、使用多级分离器或低温收集装置等。这些方法可能有助于提高分离效率，减少挥发性物质的损失。同时，研究也指出，进一步探索不同SC-CO?密度范围和混合物组成，将有助于更深入地理解α-松油醇与柠檬烯在SC-CO?中的相互作用机制。

此外，研究还强调了质量平衡分析在评估分离过程效率中的重要性。通过分析溶剂与原料的相互作用，可以更准确地计算目标化合物的回收率和损失率，从而为优化分离条件提供数据支持。这些数据对于设计高效的分离系统和提高工业应用的可行性具有重要意义。

综上所述，虽然SC-CO?在分离α-松油醇方面表现出一定的潜力，但其在多组分体系中的选择性仍然有限，且挥发性物质的损失问题需要进一步解决。因此，未来的研究应关注于开发更高效的分离策略，如优化溶剂与原料的比例、探索新的分离设备设计，以及深入研究萜烯类物质在SC-CO?中的相行为。这些努力将有助于实现更高效、更环保的α-松油醇分离工艺，为橙子副产品的高附加值利用提供科学依据和技术支持。