超臨界流體萃取

1、超臨界流體萃取 1.超臨界萃取的歷史 超臨界萃取是以處于臨界溫度和臨 界壓力以上的超臨界流體作為萃取 劑，提純分離與純化液體或固體中 的有效成分的一種單元操作。 超臨界萃取是近二十多年來發(fā)展起 來的一種新型分離技術(shù)。 1978年聯(lián)邦德國建成從咖啡豆脫除 咖啡因的超臨界CO2萃取工業(yè)化裝置。 生產(chǎn)出能保持咖啡原有色香味的脫 咖啡因咖啡。 我國超臨界萃取研究始于20世紀(jì)80 年代初，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，工藝流程和 實驗設(shè)備等方面逐步發(fā)展?，F(xiàn)在已 逐步走向工業(yè)化，有多種產(chǎn)品進(jìn)入 市場。其發(fā)展方興未艾。 2.超臨界萃取原理 1.幾個重要概念 臨界點 臨界溫度(tc) 臨界壓力(pc) 超臨界流體區(qū)域(即 陰影

2、部分) 2.超臨界流體特性 物質(zhì)處于臨界溫度和臨界壓力以上 狀態(tài)時，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會 液化，只是密度增大，具有類似液態(tài)性 質(zhì)，同時還保留氣體性能，這種狀態(tài)的 流體稱為超臨界流體。 密度：比氣體大數(shù)百倍 粘度：仍接近于氣體 擴(kuò)散系數(shù)：介于氣體與液體之間 所以超臨界流體對許多組分具有很強(qiáng)的 選擇性和溶解能力，又具有氣體易擴(kuò)散 的特性，使傳質(zhì)速率大大高于溶劑萃取， 可以實現(xiàn)物質(zhì)的高效率分離提純。 部分超臨界流體溶劑： CO2，氨，甲 烷，氧 選擇萃取劑時要考慮溶解度，選擇性， 臨界點數(shù)據(jù)，化學(xué)反應(yīng)的可能性等因素。 3.溶劑化效應(yīng) 有機(jī)化合物在超 臨界流體中的溶解度 與壓力關(guān)系： ：表示45

3、下萘在超臨 界CO2中溶解度與壓力的 關(guān)系 ：表示25下對氯碘苯 在超臨界乙烯中的溶解 度 上述結(jié)果表明：在超臨界狀態(tài)下， 流體具有溶劑性質(zhì)，又稱為溶劑化效應(yīng)。 同時，上述曲線也表明：超臨界流 體的溶解能力將受到溶劑性質(zhì)，流體壓 力和溫度等因素的影響。 也就是說：在臨界點附近，壓力和 溫度的微小變化，都會引起流體的 密度有很大的變化，溶解度也相應(yīng) 地變化。所以，可以利用壓力，溫 度的變化來實現(xiàn)萃取和分離的過程。 這就是超臨界流體萃取的原理。 超臨界CO2的簡單 介紹 1.優(yōu)點(書P432) tc=31.05 pc =7.32MPa 溶解度 2.CO2的壓力與溫 度、密度的關(guān)系 3.萘在超臨界C

4、O2中的溶解度與壓力的關(guān)系 綜上所述，超臨界CO2有一系列的優(yōu)點， 所以絕大部分超臨界流體萃取都以CO2 為溶劑。 另外，超臨界輕質(zhì)烷烴（C3C5）和水， 它們各具特點，在超臨界流體技術(shù)上也 占有一定地位。 3.超臨界流體萃取基本流程 依據(jù)分離方法的不同，可分為三種： 以超臨界CO2萃取工藝過程為例： 1.被萃取原料裝入萃取釜1。 2.CO2氣體經(jīng)熱交換器冷凝成液體，用加壓泵4把壓力提 升到工藝過程所需的壓力（高于CO2的臨界壓力）， 同時調(diào)節(jié)溫度，使其成為超臨界CO2流體。 3.CO2流體從萃取釜1底部進(jìn)入，與被萃取物料充分接觸， 選擇性溶解出所需的化學(xué)成分。 4.含溶解萃取物的高壓CO2流

5、體經(jīng)減壓閥2降壓到低于 CO2臨界壓力以下，進(jìn)入分離釜。 5.CO2溶解度急劇下降而析出溶質(zhì)，自動分離成溶質(zhì)和 CO2氣體兩部分。產(chǎn)品定期從分離釜3底部放出，CO2 氣體經(jīng)熱交換器冷凝成CO2液體再循環(huán)使用。 4.超臨界流體萃取技術(shù)的特點 具有廣泛的適應(yīng)性。 萃取效率高，過程易于調(diào)節(jié)。 分離工藝流程簡單。 分離過程有可能在接近室溫下完成，特 別適用于熱敏性天然物質(zhì)。 必須在高壓下操作，設(shè)備及工藝技術(shù)要 求高，投資比較大。 5.超臨界萃取在各方面的應(yīng)用 在天然香料工業(yè)上的應(yīng)用： 提取植物芳香成分；萃取和濃縮水果蔬 菜香氣成分；提取鮮花芳香成分。 在食品方面的應(yīng)用： 脫咖啡因；萃取啤酒花的有效成分

6、；萃 取植物油脂（小麥胚芽油，沙棘油，大 豆油） ；從魚油中分離提取高度不飽和 脂肪酸；分離提純磷脂；分離辣椒紅色 素和辣素。 在中草藥研究與開發(fā)中的應(yīng)用： 提取萜類與揮發(fā)油；提取生物堿；提取 香豆素和木脂素；提取黃酮類化合物等 等。 在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用： 超臨界干燥和造粒；超臨界除雜，滅菌； 超臨界重結(jié)晶。 在高分子科學(xué)中的應(yīng)用：超臨界CO2協(xié)助 滲透技術(shù)；超臨界CO2溶脹聚合技術(shù) 6.超臨界流體萃取技術(shù)的展望 當(dāng)今，天然食品，“綠色食品”不斷發(fā) 展，人們對食品管理衛(wèi)生也有日趨嚴(yán)格 的趨勢。但傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物分離，精制 加工的工藝手段往往會造成天然產(chǎn)品中 某些成分在加工過程中被破壞，改變了 天然食品獨特的風(fēng)味和營養(yǎng)。而且加工 過程溶劑殘留物的污染也是不可避免的。 近年來超臨界流體技術(shù)正迅速向萃取分 離以外的領(lǐng)域