综述：超临界CO2技术在生物质提取中的应用研究

（编辑推荐）本综述系统阐述了超临界二氧化碳（scCO2）提取技术作为绿色溶剂在生物质高值化利用中的优势，包括选择性提取热敏感化合物（如多酚、类胡萝卜素）、闭环CO2循环的可持续性，以及在食品、医药、化妆品等领域的产业化应用，同时探讨了极性化合物溶解性差和设备高成本等挑战。

　　

超临界CO₂技术：生物质提取的绿色革命

引言

植物生物质作为石油资源的可再生替代品，其高值化提取技术备受关注。传统溶剂提取法存在毒性残留、能耗高等缺陷，而超临界二氧化碳（scCO₂）技术凭借其独特的物理化学性质——在临界点（31.1°C，7.38 MPa）兼具气体扩散性和液体溶解力，成为可持续提取的新标杆。

生物质特性与提取效率

生物质的理化性质直接影响scCO₂提取效率。木质纤维素类（如玉米秸秆）因高结晶度需高压处理，而藻类等低木质素原料则适用温和条件。粒径优化尤为关键：过细粉末易导致系统堵塞，200-500 μm颗粒可最大化表面积与质量传递的平衡。

传统方法的局限性

溶剂提取（如乙醇）和蒸汽蒸馏等传统技术面临三重困境：有机溶剂毒性（如正己烷）、高温破坏热不稳定成分（如黄酮类），以及低选择性导致的杂质共提。相较之下，scCO₂在40-60°C的温和条件下，对脂溶性成分（如γ-谷维素）的提取纯度可达96%，且无溶剂残留。

scCO₂的四大核心优势

1. 精准狙击目标分子
   通过调节压力（20-50 MPa）和温度，scCO₂可选择性富集特定化合物。例如从迷迭香中分级提取鼠尾草酸（20 MPa）与色素，纯度提升3倍。
2. 热敏感成分的"保险箱"
   在芒果皮提取实验中，55°C条件下β-胡萝卜素保留率超95%，而传统方法导致30%降解。
3. 环境友好闭环系统
   CO₂回收率可达85%，相比有机溶剂法减少62%碳足迹。某鱼油提取案例显示，每吨原料仅消耗1.2 kg CO₂。
4. 能源效率革命
   相较于蒸馏法，scCO₂提取椰子油节能41%，运营成本降低28%。

产业化应用图谱

• 食品工业：从沙丁鱼废料中提取ω-3脂肪酸（30 MPa/45°C），DHA得率提升40%
• 制药领域：紫锥菊中烷酰胺类化合物的scCO₂提取纯度达药典标准的1.8倍
• 化妆品创新：辣木籽油（25 MPa）含83%油酸，成为天然保湿剂新宠
• 生物塑料突破：PLGA微球（25 MPa/40°C）粒径控制在1-3 μm，满足缓释给药需求

挑战与未来方向

当前技术面临极性分子（如多糖）提取效率低、设备初始投资高（约$200万/套）等瓶颈。前沿研究聚焦两个方向：

1. 共溶剂改性体系：乙醇-水混合溶剂使多酚提取率提升至78%
2. 生物质全组分利用：咖啡渣经scCO₂处理后，残余纤维素可转化为纳米纤维膜（拉伸强度提升65%）

结论

作为绿色化学的典范，scCO₂技术正推动生物质利用从"单一提取"向"零废弃精炼"转型。随着高压设备小型化和极性溶剂体系的突破，该技术有望在2030年前覆盖15%的植物提取市场，加速循环生物经济的实现。