超临界萃取技术

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1、 超临界萃取技术第一节 超临界流体萃取的基本原理 和方法v一、超临界CO2流体萃取技术的基本概念v（一）超临界CO2流体萃取技术的基本概念v1、定义：超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Extraction，SFE是一种新型的萃取分离技术。v该技术是利用流体在临界点附近某一区域内，它与 待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递 性能，且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在 相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一 项技术。 2、超临界流体v是指热力学状态处于临界点C、P(Pc、Tc)之 上的流体，临界点是气、液界面刚刚消失的 状态点。v超临界流体具有十分独特的物理

2、化学性质， 它的密度接近于液体，粘度接近于气体，而 扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点， 使其分离效果较好，是很好的溶剂。1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。1879年，Hanny and Hogarth 发现了超临界流体对固 体有溶解能力，为超临界流体的应用提供了依据。1943年，Messmore首次利用压缩气体的溶解力作为 分离过程的基础，从此才发展出超临界萃取方法。1970年，Zosel采用sc-CO2萃取技术从咖啡豆提取咖 啡因，从此超临界流体的发展进入一个新阶段。1992年，Desimone 首先报道了sc-CO2为溶剂，超临 界聚合反应，得到分子量达27万的聚合

3、物,开创了超 临界CO2高分子合成的先河。3.超临界流体的发展v超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要 是由于：v各国尤其是发达国家的政府对食品、药物等的 溶剂残留、污染制定了严格的控制法规； v消费者日益担心食品生产中化学物质的过多使 用；v传统加工技术不能满足高纯优质产品的要求；v传统加工技术能耗大。1 CO2超临界萃取具有广泛的适应性，特别对于天然物料 的萃取，其产品称得上是100%纯天然产品。2 可在较低温度下操作，特别适合于热敏性物质，完整保 留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质 分离出来。3 溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源。4 须在高压下操作，设备

4、与工艺要求高，一次性投资比 较大。4 超临界CO2萃取的特点二、超临界流体萃取的基本原理和方法v（一）超临界流体萃取的基本概念临界温度（Tc）：物质处于无论多高压力下均不能 被液化的最低温度。临界压力 (Pc)：与Tc相对应的压力称为临界压力。超临界区域：在压温图中，高于临界温度和临界压力 的区域称为超临界区。超临界流体：如果流体被加热或被压缩至高于临界点 时，则该流体即为超临界流体 超临界点时的流体密度称为超临界密度 (c)，其倒 数称为超临界比容(Vc)。超临界流体的特性 纯物质的相图(二)超临界流体的性质v超临界流体的PVT性质 v超临界流体的传递性质 v超临界流体的溶解能力 v超临界流

5、体的萃取选择性 超临界状态下体系的特点：既非气体，亦非液体，却既具有近似气体的粘度和渗透能力，又具有接近液体的密度和溶解能力。常用的超临界萃取溶剂 CO20-60201000530201040纯CO2温度、压力和密度关系B=120011001000900800200100700600500400300超临界 流体温度/压力/MPa二氧化碳乙醇水体系相平衡图 CO2H2OC2H5OHT=308.15Kp=10.1MPa1、超临界流体的PVT性质v稍高于临界点温度的区域，压力稍有变化， 即引起密度的很大变化，这时，超临界流体 密度已接近于该物质的液体密度，而此时的 状态仍为气态，因此，超临界流体具

6、有高的 扩散性，与液体溶剂萃取相比，其过程阻力 大大降低。 v超临界流体的PVT 性质v图中表示了以CO2为例 的P一T相图。T为三相 点。2、超临界流体的传递性质 v由于超临界流体的自扩散系数大，粘度小， 渗透性好，与液体萃取相比，可以很快地完 成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实 现。 3、超临界流体的溶解能力 v超临界流体的溶解能力，与密度有很大关系 ，在临界区附近，操作压力和温度的微小变 化，会引起流体密度的大幅度变化，因而也 将影响其溶解能力。4、 超临界流体的萃取选择性 1、超临界技术对萃取剂的要求：提高萃取剂 选择性的基本原则是按相似相溶原则，选用的超临界流体与被萃取 物质的化

7、学性质越相似，溶解能力就越大。从操作角度看，使用超临界流体为萃取剂时的 操作温度越接近临界温度，溶解能力也越大。4、 超临界流体的萃取选择性v本身为惰性，且对人体和原料应完全无害；v具有适当的临界压力，以减少压缩费用，具 有低的沸点；v对所提取的物质要有较高的溶解度。v可以作为超临界流体的物质虽然多，但 仅有极少数符合要求。临界温度在0 100以内、临界压力在210Mpa以内 。v且蒸发潜热较小的物质有二氧化碳（ TC31.3、pC7.15Mpa、蒸发潜热 25.25kJ/mol）、丙烷（TC96.8、 pC4.12Mpa、蒸发潜热15.1kJ/mol）。v考虑到廉价易得、使用安全等因素则二

8、氧化碳最适合用作于萃取的超临界流体 。v二氧化碳是用作萃取最理想的超临界流 体，它有以下优点：v（1） 超临界二氧化碳的萃取能力取决 于流体的密度，可以容易地改变操作条 件（压力和温度）而改变它的溶解度并 实现选择性提取，渗透力强，提取时间 大大低于使用普通有机溶剂。v（2）二氧化碳无味、无臭、无毒、化学 惰性，不污染环境和产品，符合现代国 际社会对生产过程及产品质量越来越高 的要求。v（3）操做温度接近室温，特别适合遇热 分解的热敏性物料。v（4）二氧化碳廉价易得，不易燃易爆， 使用安全。v（5） 溶剂回收简单方便，节省能源。v（6）超临界二氧化碳萃取集萃取、分离 于一体，大大缩短了工艺流程

9、，操作简 便。v（7）检测、分离方便，能与GC、IR、 MS、GS/MS等现代分析手段结合起来， 能高效快速地进行药物、化学或环境分 析。v超临界二氧化碳的局限：v（1）对油溶性成分溶解能力较强而对水 溶性成分溶解能力较低；v（2）设备造价较高而导致产品成本中的 设备折旧费比例过大；v（3）更换产品时清洗设备较困难。第二节超临界流体萃取的过程系统 及操作特性 v一、超临界流体萃取的过程系统v1、超临界流体萃取系统的组成溶剂压缩机 (即高压泵)萃取器温度、压力控制系统分离器和吸收器v其他辅助设备包括：辅助泵、阀门、背压调 节器、流量计、热量回收器等 。 2. 超临界萃取的原则流程流程主要分为两部

10、分： 在超临界状态下，溶剂气体与原料接触进行萃取获得萃取相； 将萃取相进行分离，脱除溶质，再生溶剂。改变压力或温度的超临界萃取流程加热 器原料萃取相溶剂 萃 取 产 物萃 余 相萃 取 器分 离 器减 压 阀压缩机原料萃取相溶剂萃 取 产 物萃 余 相萃 取 器分 离 器阀门泵冷却 器改变压力和温度的超临界萃取流程采用吸附分离的超临界萃取流程：采用吸附分离的超临界萃取流程阀门原料萃取相溶剂吸 附 剂萃 余 相萃 取 器吸 附 器 泵二、超临界流体萃取工艺流程图v流程：原料过筛后进入萃取 釜E，C02由高压泵H加压， 经过换热器R升温使其成为既 具有气体的扩散性而又有液 体密度的超临界流体，该流

11、 体通过萃取釜萃取出植物油 料后，进入第一级分离柱S1 ，经减压，升温。v由于压力降低，C02流体密度 减小，溶解能力降低，植物 油便被分离出来。vC02流体在第二级分离釜S2进 一步经减压，植物油料中的 水分，游离脂肪酸便全部析 出，纯C02由冷凝器K冷凝， 经储罐M后，再由高压泵加压 ，如此循环使用。三、超临界萃取设备压缩机 萃取釜 制冷MVC-760L 二氧化碳循环泵 第三节 超临界流体萃取在食品工业中的 应用 一、应用概况超临界流体技术在萃取和精馏过程中，作为常规分离方法 的替代，有着许多潜在的应用前景。近二十年来，该技术的研究取得了很大的进展，它在食品 工业中的应用亦日益广泛。 应用

12、范围品种功能性油脂沙棘油、小麦胚芽油、鱼油、葡萄籽油、耐鹊油等中药及中药提 取物穿心莲提取物、当归油、丹参提取物、厚朴提取物 、薄荷油、五味子油、车前子油、柴胡油、川穹油 、姜黄色素、菟丝子油、枸杞子油、鸦胆子油、天 然咖啡因、紫草素、丹皮酚、乳香提取物、野菊花 油、苍术油、我术油、香附油、青蒿素、霍香游、 紫苏叶油、熊果酸 香料、香精辛夷花精油、烟叶精油调味品姜油、辣素、辣椒色素、花椒油、胡椒油二、主 要 应 用 v脱咖啡因 v啤酒花萃取v动植物油的萃取分离 1、脱咖啡因v生产过程为：先用机械法清洗咖啡豆，去除 灰尘和杂质;接着加蒸汽和水预泡，提高其水 分含量达30%50%;然后将预泡过的咖

13、啡豆 装入萃取罐，不断往罐中送入CO2(操作湿度 7090，压力16-20MPa，密度 0.40.65g/cm2)，咖啡因就逐渐被萃取出来 。带有咖啡因的CO2被送往清洗罐，使咖啡 因转入水相。然后水相中咖啡因用蒸馏法加 以回收，CO2则循环使用。 2、啤酒花萃取v啤酒花中的有用成份是挥发性油和软树脂中的葎草 酮及-酸 v 采用超临界流体萃取法制造啤酒浸膏时，首先把啤 酒花磨成粉状，使之更易与溶剂接触。然后装入萃 取罐，密封后通入超临界CO2，操作温度3538， 压力830MPa。达到萃取要求后，浸出物随CO2一 起被送至分离罐，经过降压分离得到含浸膏99%的 黄绿色产物。据报道，虽然用超临界法萃取啤酒花 的成本较常规溶剂处理法的成本高，但用前者得到 的是高质量、富含风味物的浸膏，同时避免了使用 可能致癌的化学物质。四、超临界流体萃取技术在食品工业 中存在的主要问题在食品行业，采用高压加工技术较难为人们 所接受。 首先，包括高压设备在内的投资费用比较昂贵。 其次，超临界流体萃取过程虽是一个节能过程， 但过程的经济性极大地取决于回收能量的能力或 减少气体压缩所需的能量。 由于缺少生物化合物在高压下的溶解度和相平衡 数据，所以给设计工作带来一定的困难。在大多 数情况下。需要通过实验来测定。获得必要的参 数。