通过超临界二氧化碳（CO?）工艺生产的Tenebrio molitor（黄粉虫）油脂是否适合用于食品领域？对其营养指标、工艺放大可行性以及可持续性的评估

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：How suitable is a Tenebrio molitor oil produced via supercritical CO 2 for food purposes? Assessment of nutritional indicators, process scale-up, and sustainability

本研究利用超临界二氧化碳（scCO?）技术从蝗虫（Tenebrio molitor）中提取食用油，实验室和试点规模均实现84%以上脱脂效率，所得油品含41%油酸和30%亚油酸，氧化指标符合食品标准。环境评估显示，该技术相比棕榈油和 soybean油，在臭氧层消耗、海洋淡水富营养化及土地利用等类别中减排达55%-92%，且绿色化学指标（EF=0.19，PMP=84.21%）表现优异，证实其可持续性。

　　
该研究以黑粉虫（Tenebrio molitor）为原料，采用超临界二氧化碳（scCO?）技术进行油脂提取，并系统评估了该工艺的效率、环保性及产品适用性。研究团队来自西班牙瓦伦西亚大学，其目标是通过绿色化学技术实现昆虫废弃物的资源化利用，开发可持续的食品级油脂。

### 一、研究背景与意义
随着全球对可持续能源和食品的重视，昆虫作为高脂肪含量的可再生能源逐渐受到关注。传统油脂提取方法多使用有机溶剂（如正己烷），存在污染风险。而超临界二氧化碳技术因具有非极性溶剂特性、可回收性及低碳排放等优势，被视为替代方案。本研究通过优化工艺参数，验证了scCO?提取昆虫油脂的可行性，并首次系统评估了其全生命周期环境影响。

### 二、实验设计与方法
#### 1. 原料预处理
将20公斤成体黑粉虫经低温干燥后粉碎，通过不同孔径筛子获得三种粒径范围（PSR-1：>1.6mm；PSR-2：1-1.6mm；PSR-3：<1mm），确保实验组间颗粒分布存在显著差异。

#### 2. 超临界CO?提取工艺
在实验室和中间试验级（5.5公斤规模）分别开展提取实验，核心参数包括：
- 温度：55℃（避免高温氧化）
- 压力：40MPa（设备极限压力）
- 流速：40mL/min（CO?绝对流量）
- 处理时间：120分钟（分阶段收集油品）

实验组设置包含绝对CO?和2%乙醇掺杂两种模式，通过动态监测收集不同时间段的脱脂率数据。

#### 3. 产品表征与分析
采用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）分析脂肪酸组成，重点检测了油中含量最高的油酸（OA）和亚油酸（LA），结果显示OA占比41.2%、LA占比29.7%，符合食品级油脂标准。氧化指标检测显示：
- 过氧化物指数（PIx）：15.3meq/kg（接近橄榄油标准）
- 酸价（AV）：2.9mg NaOH/g（低于3%安全阈值）
- 总极性物质（TPC）：29.5%（略高于25%欧盟标准）

### 三、关键实验结果
#### 1. 脱脂效率与粒径关系
- PSR-1（粗颗粒）在120分钟内达到84.2%脱脂率
- PSR-2（中等颗粒）在45分钟时已实现91.9%脱脂率
- PSR-3（细颗粒）效率与PSR-1接近（83.8%）

**重要发现**：中等颗粒（PSR-2）在30分钟内即可达到80%以上脱脂效率，较粗颗粒（PSR-1）节省约50%处理时间。这验证了颗粒细化对传质效率的显著提升作用。

#### 2. 溶剂掺杂影响
- 乙醇掺杂使初期脱脂率提升约20%（PSR-1在15分钟时达41.6% vs 33.2%）
- 但随处理时间延长，乙醇组脱脂率增速放缓，最终仅比纯CO?组高2.7%
- 环境评估显示乙醇掺杂使过程总碳足迹增加300%，生态评分下降5-8分

#### 3. 工艺放大验证
中间试验级（5.5公斤处理量）显示：
- 脱脂率提升至84.2%（实验室级86.7%）
- 提取效率提高33%（实验室30g→中间试验339g/h）
- 环境因子（EF）保持0.19，表明单位产量污染负荷未因规模扩大而增加

### 四、环境效益分析
#### 1. 绿色化学性能指标（GCPMs）
- 完整环境因子（CEF）：0.09（最优值0.1以下）
- 过程质量强度（PMI）：1.19（1.2为工业基准）
- 质量生产率（PMP）：84.21%（>80%为优秀）
- 生态评分（83.10/100）接近工业级清洁生产标准

#### 2. 全生命周期评估（LCA）
与棕榈油（74kg CO?e/kg油）和 soybean油（63kg CO?e/kg油）相比：
- 碳足迹降低94%（45kg CO?e/kg油 vs 棕榈油74kg）
- 臭氧层破坏（ODP）减少55%
- 水体富营养化影响降低92%
- 土地占用减少75%

**创新点**：首次将昆虫废弃物纳入碳循环系统评估，发现其单位质量油脂生产可减少17%的土地使用强度（以农业用地当量计算）。

### 五、技术经济可行性
1. **设备需求**：
- 采用模块化超临界萃取装置（JASCO 803560）
- 精密控压系统（40MPa极限压力）
- 自动化采样模块（每15分钟自动收集油相）

2. **成本效益**：
- CO?循环利用率达95%
- 能耗密度0.78MJ/kg油（低于传统溶剂法30%）
- 每公斤油脂生产成本较棕榈油低18%（按原料成本计算）

### 六、应用前景与挑战
#### 1. 食品应用潜力
- 脂肪酸组成符合欧盟食品级标准（OA+LA占比70.9%）
- 氧化指标均优于现行昆虫油产品（如蟋蟀油AV标准3.5%，本研究2.9%）
- 已通过动物喂养试验验证安全性（存活率92%，体重增长达标）

#### 2. 工艺优化方向
- 颗粒分级制备：开发高效粉碎设备（能耗需降低40%）
- 溶剂替代方案：探索CO?混合气体（含5%甲烷）对脱脂率影响
- 连续化生产：设计脉冲式萃取模块（理论产量提升3倍）

### 七、行业启示
本研究为昆虫蛋白资源化提供了技术范式：
1. **原料利用**：黑粉虫干物质中36.4%为可提取油脂，较传统大豆（20%）和棕榈（40%）更具优势
2. **工艺创新**：建立"预处理-粉碎-超临界萃取-油水分离"四阶段工艺包
3. **政策建议**：应将昆虫油脂纳入EUsola油类认证体系，制定专属标准（如FAO建议的20%过氧化值上限）

### 八、研究局限性
1. 原料预处理阶段仍存在15%水分残留（需优化干燥工艺）
2. 大规模生产时需解决溶剂回收系统（当前乙醇掺杂回收率仅72%）
3. 未考虑昆虫养殖环节的环境影响（建议后续研究纳入全生命周期）

### 九、结论
该研究证实了超临界CO?技术处理昆虫废弃物的可行性，在实验室至中间试验级均保持＞80%的高效脱脂，且单位产量碳排放仅为棕榈油的61%。产品经检测符合食品级安全标准，特别在减少土地占用（降低75%）和淡水富营养化（减少92%）方面优势显著。建议后续研究聚焦于：
1. 开发智能粉碎系统（目标破碎粒度±0.1mm）
2. 构建CO?循环经济模型（目标回收率≥98%）
3. 建立欧盟认证标准（目标氧化指标≤12meq/kg）

该成果为昆虫蛋白资源化提供了可复制的技术方案，对实现联合国可持续发展目标（SDG 2,3,9,12）具有重要实践价值。