超臨界萃取裝置實(shí)驗(yàn)講義

1、超臨界萃取裝置實(shí)驗(yàn)講義 （指導(dǎo)教師：林立）湖南城市學(xué)院化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生了解超臨界二氧化碳流體萃取植物藥用有效成份的基本原理和超臨界二氧化碳流體萃取裝置的操作技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理 超臨界萃取技術(shù)是現(xiàn)代化工分離中出現(xiàn)的最新學(xué)科，是目前國際上興起的一種先進(jìn)的分離工藝。所謂超臨界流體是指熱力學(xué)狀態(tài)處于臨界點(diǎn)CP(Pc、Tc)之上的流體，臨界點(diǎn)是氣、液界面剛剛消失的狀態(tài)點(diǎn)，超臨界流體具有十分獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，它的密度接近于液體，粘度接近于氣體，而擴(kuò)散系數(shù)大、粘度小、介電常數(shù)大等特點(diǎn)，使其分離效果較好，是很好的溶劑。超臨界萃取即高壓下、合適溫度下在萃取缸中溶劑與被萃取物接觸，溶質(zhì)擴(kuò)散到溶

2、劑中，再在分離器中改變操作條件，使溶解物質(zhì)析出以達(dá)到分離目的。 圖1 純流體的壓力溫度圖超臨界裝置由于選擇了C02介質(zhì)作為超臨界萃取劑，使其具有以下特點(diǎn)： 1、操作范圍廣，便于調(diào)節(jié)。 2、選擇性好，可通過控制壓力和溫度，有針對性地萃取所需成份。 3、操作溫度低，在接近室溫條件下進(jìn)行萃馭，這對于熱敏性成份尤其適宜，萃取過程中排除了遇氧氧化和見光反應(yīng)的可能性，萃取物能夠保持其自然風(fēng)味。 4、從萃取到分離一步完成，萃取后的C02不殘留在萃取物上。 5、CO2無毒、無味、不然、價(jià)廉易得，且可循環(huán)使用。6、萃取速度快。近幾年來，超臨界萃取技術(shù)的國內(nèi)外得到迅猛發(fā)展，先后在啤酒花、香料、中草藥、油脂、石油化

3、工、食品保健等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化。三、儀器、設(shè)備及試劑、材料1、儀器1）超臨界二氧化碳流體萃取裝置；2）天平；3）泰勒篩；4）粉碎機(jī)；5）分光光度計(jì)2、試劑二氧化碳?xì)怏w（純度99.9%）、甘草、無水乙醇（分析純）、亞硝酸鈉（分析純）、硝酸鋁（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、3、材料一次性塑料口杯、封口膜4、實(shí)驗(yàn)裝置圖2裝置流程簡圖利用超臨界CO2流體的特性，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供其所需的超臨界條件，從而使CO2處于超臨界狀態(tài)，把它作為溶劑來將物料中的有效成分進(jìn)行萃取，并從而達(dá)到分離的目的。其流程圖如上圖所示。本實(shí)驗(yàn)裝置流程與上圖有區(qū)別，但原理相同。（具體裝置工藝流程后面有附圖）5、主要技術(shù)參數(shù)最高萃取壓力

4、：50MPa;單缸萃取容積：1L、2L、5L；萃取溫度：常溫-75；最大流量：0-50L/H可調(diào)6、裝置主要構(gòu)成二氧化碳鋼瓶，制冷裝置，溫度控制顯示系統(tǒng)，壓力控制顯示系統(tǒng)，安全保護(hù)裝置，攜帶劑罐，凈化器，混合器，熱交換器，儲罐，流量為50L/h 和4L/h的柱塞泵，三個(gè)50MPa的萃取缸，0.6L（2L）/30MPa分離釜，0.6L（1L）/30MPa分離釜，電控柜，閥門，管件及柜架等組成，具體流程見后面示意圖。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 準(zhǔn)備工作（開機(jī)順序）：1) 首先檢查電源，三相四線是否完好無缺。2) 冷凍機(jī)及儲罐的冷卻水源是否暢通，冷箱內(nèi)為30%乙二醇和70%水溶液。3) 二氧化碳?xì)馄繅毫Ρ?/p>

5、證在5-6MPa,且食品級凈重大于22千克。4) 檢查管路接頭以及各連接部位是否牢靠。5) 將各熱箱內(nèi)加入凈化水，去氯離子水，不宜太滿，離箱蓋2公分左右，每次開機(jī)前都要檢查水位。6) 萃取原料裝入料筒，原料不應(yīng)該安裝太滿，離過濾網(wǎng)2-3公分左右。7) 將料筒裝入萃取缸，裝上O型圈，再放入通氣環(huán)，蓋好壓環(huán)及上堵頭。8) 如果萃取液體物料或需加入夾帶劑時(shí)，將液料放入夾帶劑罐，可用泵壓入萃取缸內(nèi)。2. 開機(jī)操作順序1) 先送空氣開關(guān)，如三相電源指示燈都亮，則說明電源已接通，再啟動電源（綠色）按鈕2) 接通制冷開關(guān)將冷箱溫度控制器調(diào)在0左右（自動停、開），同時(shí)接通水循環(huán)開關(guān)，攪拌冷卻水和冷卻二氧化碳泵

6、頭。3) 開始加溫，先將萃取缸，分離一和分離二加熱開關(guān)接通，將各自控溫儀表調(diào)整到各自所需設(shè)定的溫度。4) 在冷凍機(jī)溫度降低到0-5左右，且萃取、分離一和分離二溫度接近設(shè)定的要求后，進(jìn)行下列操作。5) 開始制冷的同時(shí)打開二氧化碳?xì)馄块y，二氧化碳通過閥門2進(jìn)入凈化器、冷盤管和儲罐，二氧化碳進(jìn)行液化，液態(tài)二氧化碳通過泵，混合氣，凈化器進(jìn)入萃取缸（萃取缸已經(jīng)裝樣品且關(guān)閉堵頭），等壓力平衡后，打開萃取缸放空閥3，慢慢放掉殘留空氣后，降低部分壓力后關(guān)閉放空閥。6) 加壓力：先將電極點(diǎn)撥到需要的壓力（上限），啟動泵一綠色按鈕，再手按數(shù)位操作器中的綠色觸摸開關(guān)RUN，如果反轉(zhuǎn)時(shí)，按一下觸摸開關(guān)FWD，如果流量

7、小時(shí)，手按觸摸開關(guān)上三角，泵轉(zhuǎn)速加快，直至流量達(dá)到要求時(shí)松開，反之亦然，數(shù)位操作器按鍵的詳細(xì)說明可以參考手冊。當(dāng)壓力加到接近設(shè)定壓力（提前1MPa）左右，開始打開萃取缸后面的節(jié)流閥門，根據(jù)流程操作如下： 從閥門4進(jìn)萃取缸，閥門5、6進(jìn)入分離1，閥門7、8進(jìn)入分離2，閥門10、1回路循環(huán)。調(diào)節(jié)閥門10控制分離2壓力。7) 中途停泵時(shí)，只需要按數(shù)位操作器的STOP鍵。8) 萃取完成后，關(guān)閉冷凍機(jī)、泵各種加熱循環(huán)開關(guān)，再關(guān)閉總電源開關(guān)，萃取缸內(nèi)壓力放入后面分離器，待萃取缸內(nèi)壓力和后面平衡后，再關(guān)閉閥門4、閥門5，打開放空閥門3和a1,待萃取缸沒有壓力后，打開萃取缸蓋子，取出料筒，整個(gè)過程結(jié)束。9)

8、分離出來的物質(zhì)分別在閥門b1b2處取出。10)（六）思考題1. 超臨界流體的特性是什么？為什么選擇CO2作為萃取劑？2. 通過實(shí)驗(yàn)，討論超臨界萃取裝置還可以應(yīng)用到那些方面？五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)說明：1、 在萃取過程中，由于設(shè)備高壓運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)學(xué)生不得離開操作現(xiàn)場，不得隨意亂動儀表盤后面的設(shè)備、管路、管件等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)斷電。然后協(xié)同指導(dǎo)老師解決。2、 為防止發(fā)生意外事故，在操作過程中，若發(fā)現(xiàn)超壓、超溫、異常聲音等，必須立即關(guān)閉總電源，然后匯報(bào)老師協(xié)同處理。3、 通常分離釜體后面的閥門及回流閥門處于常開狀態(tài)下，釜內(nèi)壓力應(yīng)與儲罐壓力相等。若實(shí)驗(yàn)中分離釜內(nèi)壓力高于儲罐壓力，則表明氣路堵塞，必須進(jìn)行及時(shí)處理

9、。處理方法：方法a、將壓力排空，用酒精萃??；方法b、將壓力排空后無法通氣的管路，人為疏通，完成后應(yīng)將壓力帽擰緊，確保安全使用。4、 若系統(tǒng)發(fā)生漏氣現(xiàn)象，及時(shí)與指導(dǎo)老師匯報(bào)，并進(jìn)行處理，防止CO2的大量泄漏。5、 實(shí)驗(yàn)完成后必須清理裝置和實(shí)驗(yàn)用工器具、物料等，擦洗操作臺以保證設(shè)施的完好。六：甘草黃酮的分析方法：采用分光光度法測定甘草黃酮含量:準(zhǔn)確稱取0. 025g蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品,用80%乙醇溶解,定容至250ml,搖勻,配成濃度為0. 1mg/ml的標(biāo)準(zhǔn)品溶液。精確吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液0, 3, 4, 6, 8, 10ml,然后加入5%的NaNO2 溶液1ml,靜置6min,再加入10%Al(NO3)

10、31ml, 搖勻, 靜置6min, 加入4% NaOH10ml,用80%乙醇定容至25ml,混勻,放置15min,在分光光度計(jì)上500nm波長處測定吸光度值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖1) 。線性回歸方程為: y = 12.307x -0. 0012相關(guān)系數(shù)R = 0.9999 ( x:為濃度,單位為mg/ml, y:為吸光度值) 。精密稱取甘草黃酮初提物樣品0.0125g, 用80%的乙醇溶解,并定容至10ml,其濃度為1.25mg/ml,吸取1ml按照標(biāo)準(zhǔn)品相同的步驟與方法測定提取物中甘草黃酮含量,甘草渣中甘草黃酮的含量為提取率與甘草黃酮初提物中甘草黃酮含量的乘積。黃酮類化合物分子中若具有3一羥基、5一羥基或鄰二酚羥基，則易于與金屬鹽類如鋁鹽、鋯鹽、鍶鹽、鎂鹽等反應(yīng)，生成有色金屬絡(luò)合物，這些絡(luò)合物作用在光譜上能產(chǎn)生明顯的變化，吸收峰紅移。常用于黃酮類化合物含量測定的金屬鹽試劑有Al(NO，)，、A1C1，等。A1(NO3)3比