谁矗工曙ftHUAIHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY分离工程期末论文超临界流体萃取生姜精油的研究Supercritical fluid extraction of essential oilof ginger学 院：化学工程学院专业班级：化学工程与工艺 化工081学生姓名：张海芹 学号： 050811133指导教师：戴卫东（副教授）2011年6月期末论文中文摘要超临界流体萃取生姜精油的研究摘 要：综述了超临界流体萃取技术的发展史、基本原理以及基本特点简述了 超临界流体萃取生姜油的模型方程与条件优化，并对其工艺流程进行了研究，还 介绍了萃取生姜精油的其它方法分析了超临界C02流体萃取技术在萃取其它精 油方面的研究，并对其在“绿色化学”方面的应用前景进行了展望关键词：超临界流体萃取；生姜精油期末论文外文摘要Supercritical fluid extraction of essential oil of gingerAbstract: Of supercritical fluid extraction technology, history, basic principles and basic features. Description of the supercritical fluid extraction of ginger oil and optimization of model equations, and the process has been studied, and also introduced other methods of extraction of essential oil of ginger. Analysis of supercritical CO2 fluid extraction of other oil extraction technology in the research, and its "Green Chemistry M in the application prospect.Kevvords: Supercritical fluid extraction； Ginger essential oil绪论植物精油，是存在于植物体中的一类具有挥发性、可随水蒸气蒸憾岀来的油 状液体的总称，大多有香气，植物学上称为精油(essential oil),商业上称芳香油 (aromatic oil),化学和医药学上称挥发油(volatile oil) ［1］ o儿乎所有的植物都含 有精油。
植物精油含量较为丰富的有柏科、松科、樟科、伞形科、唇型花科、芸 香科、菊科、姜科、木兰科、桃金娘科、龙脑香科和禾本科等已知的精油品种 约3000种,有商品性精油约300种⑵根据IS0/TC54(精油)的统计［3］,目前 真正重要的用丁•实际生产精油的植物为37科160多种生姜是人们广泛食用的一 种调味品，广泛地应用于食品工业和烹调行业生姜中提取的生姜精油具有杀菌 功能和很强的抗氧化性，可以作为天然的食品抗氧化剂和防腐剂H前国内主要 采用压榨法、溶剂法和水蒸气蒸帼法等方法生产姜油，但这些方法存在收率比较 低、残留有机溶剂、热敏性物质变性等缺陷，因此，造成国产姜油产品的质量和 原料利用率均低随着社会的进步，人们对化学合成产品的安全作用逐渐产生怀疑因此，对 天然产品的开发越來越重视，特别是在食品、医药、香料等领域超临界流体萃 取技术以其独特的优点，广泛丿应用丁•植物精油的提取用该技术提取的植物精油， 不仅能保持物质的活性，而且纯度高、产品中无残留溶剂、能满足人们使用纯天 然产品的要求，对于一些植物精油物质的提取己由实验室走向工业化植物精油 的成分大多是不稳定物质，易受热变质或挥发，如果用SFE技术提取植物精油， 能够制备岀近乎完美的“天然”香料，从而获得与传统的水蒸气蒸馆法和有机溶 剂萃取法相比品质高而且无溶剂残留的理想产品。
1超临界流体萃取1.1超临界流体萃取的发展史超临界流体萃取是利用流体在临界点附近所具有的特殊的溶解性能进行萃 取的一种化工分离技术［4］把气体压缩到临界点以上，使Z成为超临界状态， 此气体对溶质的溶解能力会大大增强的现象，早在一百多年前就被人们注意了， 但一直到近20年,超临界流体(supercritical fluid,简称SCF)作为溶剂用来有 选择性地溶解液体或固体混合物中的溶质，作为一种分离技术一一超临界萃取 (supercritical fluid extraction,简称SCFE),才开始了活跃的研究和丁程应用开 发，有关超临界流体萃取的理论与应用的会议接二连三的召开，知道学科进展的 综述性文章也屡见诸文献Ray MS［5］作了自1980至1993年间的文献题录有 关SCF的科学和技术方面的专著与论文集也陆续出版［6〜8］但在过去的近二 十年里，超临界流体技术的进展存在着一个曲折的历程，这主要是因为由于部分 作者在有关杂志上作了过热的宣传，把超临界流体萃取成为“神奇的超临界流 体”、“起起飞的气体溶剂”、“节能者”、“蒸憾的重要替代者”、“不亚于一种新的 单元操作”等等，于是形成了一时兴旺的学术场面，但是在较多的超临界流体萃 取研究对象中，长期没有看到卓有成效的具有生产规模的成果，由于特别强调节 流，人们被导向在产量大的化学品生产上试图采用超临界流体萃取，以偶能够以 代替经典的分离方法，结果并没有取得如期的效果。
尽管如此，人们的大量研究 投入，大大的丰富了对超临界流体萃取技术了解，特别在热力学方面，对临界区 和超临界区流体的相行为的掌握大大地加深了同时在超临界流体的传质研究方 而也积累了经验，这就为人们提供了可靠的基础，以及分析具体对象上采用超临 界流体萃取的可能性和现实性，使人们能比较审慎地来开发超临界萃取过程并 在发挥超临界流体萃取技术固有优点的基础上，在咖啡豆脱咖啡因，啤酒花提取, 渣油类的超临界流体萃取，植物和动物油脂的分级和有价值物质的提取，植物中 药物、香精、调味品和化妆品的提取，食品工业上的应用，高分子的聚合、分级、 脱溶剂和脱挥发成分上的应用，有机水溶液的分离，含有有机物的废水处理，分 析和吸附技术上的应用等等方面，获得了较好的成果1.2超临界流体萃取的基本原理1.2.1超临界流体的特性[9]⑴超临界流体的密度接近于液体由丁•溶质在溶剂中的溶解度-•般与溶剂的 密度成比例，使得超临界流体具有与液体溶剂和当的溶解能力⑵超临界流体的扩散系数介于气体与液体之间，其粘度也接近于气体，因而 超临界流体的传质速度更接近于气体所以超临界流体萃取时的传质速度大于液 态溶剂的萃取速度⑶处于临界状态附近的流体，蒸发焙会随着温度和压力的升高而急剧下降， 至临界点时，气液两相界面消失，蒸发熠为零，比热容趋于无限大。
因而在临界 点的附近比在气一液平衡区进行分离操作更有利丁传热和节能⑷流体在临界点附近的压力和温度只耍发生微小的变化，流体的密度就会发 生很大的变化，这将会引起溶质在流体中溶解度发生相当大的变化即超临界流 体可在较高的密度下对萃取物进行超临界流体萃取，同时还可以通过调节温度和 压力，降低溶剂的密度，从而降低溶剂的萃取能力，实现溶剂与被萃取物的有效 分离1.2.2超临界流体萃取的溶剂表1-1列出了常用TSCF技术作为超临界溶剂的一些物质由表中数据可知, ⑴大部分碳氢化合物其临界圧力在5. OMPa左右；⑵对低碳坯化物，如乙烯、乙 烷等，共临界温度接近常温，环状的脂肪坯和芳香坯具有较高的临界温度；⑶二 氧化碳具有温和的临界温度和相对适中的临界压力，为超临界流体萃取技术中最 常用的溶剂；⑷水和氨具有较高的临界温度和临界压力，这是因为极性大和氢键 旳缘故表1・1某些超临界流体的物性畅— 临界温度rc I临界示万7乙 烯苯二氧化碳乙 烷水烯烷气醇醇苯 丙丙氨甲乙甲9 255.0428289 04 897831.047.384432.254.8830374.222.121891.84 604296.64.2544132.411.3517239.458.093240.756.1446318.64 10921.3超临界流体萃取的基本特点［10］超临界流体萃取技术作为一种新型的分离技术，与传统的分离方法相比，具 有分离效率高、操作周期短、传质速率快、渗透能力强、蒸发潜热低、选择性易 于调节等优点。
1) SFE结合了蒸憾和萃取的特点，它既可以按挥发性不同分离混合物，乂可 以根据化学性质的差异分离混合物；(2) 与蒸馆相比，SFE可以在较低的温度下实现混合物的分离，因此适合热 稳定性较差，容易氧化分解，化学性质不稳定的物质，特别适用于热敏性成分分 离，且能够使萃取物的有效成分保留下来，不被损坏；(3) 与液体萃取过程相比，由于CO无毒,不易燃，廉价易得,可循环使用，且溶 解能力易改变等特点，故SFE在过程选择性、溶剂回收等方面耍优于液体萃取过 程，并具有使用安全、无污染、成本低的特点4) 超临界萃取技术可以与GC、IR、LC、GCMS、HPTLC、GPC结合，能高 效快速地进行成分分析，可提高产物分析的高效性和实用性，为全过程的质量控 制提供了保证2超临界流体萃取技术在萃取生姜精油的研究2.1超临界流体萃取生姜油的模型方程与条件优化徐伟、石海英［11］等人根据试验回归设计的原理，用最小二乘法对正交试 验数据进行数学回归，建立了生姜油超临界CO2萃取的数学模型方程：Y=-0. 233069-0. 000339X1+0. 000112X2+0. 003394X3+0. 000428X4-0. 014023X1X2+0. 011672X1X3+0. 002967X1X4+0. 000111X2X3+0. 013102X2X4-0. 009600X3X4-0. 031512Xr2+0. 001315X2^2-0. 000106X3^2 +0. 021 633X4^2式中：XI为萃取压力,MPa； X2：为萃取温度，C ； X3为萃取时间，min； X4为解 析温度，C。
该模型方程对生姜油超临界C02萃取的萃取率可以进行较好的预测 对模型米用“降维法”，将其他两个变量固定在零水平，可得到在特定条件下任 一因子决策变量的子回归模型，求导得边际产量模型，可求出响应值萃取率1, 极人值吋各单独要索的最佳值，即超临界CO2萃取生姜油的最佳条件为：萃取压 力29MPa；萃取温度50C；萃取时间180 min；解析温度36C生姜油萃取率的理 论最大值为7. 849%最住工艺条件的试验验证结果为生姜油的萃取率为 7.461%,和所建立回归方程的预测值7.849%相差4. 93% （P〈0・05）,有较好的拟 和性证明所建的模型方程能较好的预测萃取率与萃取温度、萃取压力、萃取时 间和解析温度Z间的关系根据响应面分析，得到了生姜油超临界CO2：萃取工艺中影响萃取率的各 主要因素间存在不同大小的交互作用通过对生姜油超临界CO2萃取条件的单 因索、正交试验和回归分析研究，得到了各萃取影响因素对萃取率的影响显著性 规律：萃取温度〉萃取压力〉萃取时间〉解析温度；萃取最住丁艺条件为：萃取压 力29MPa；萃取温度50C；萃取时间180 min；解析压力5. 6 MPa；解析温度36CO 最佳工艺条件下的生姜油的萃取率为：7. 461 %o2. 2超临界流体萃取生姜油的工艺研究宋大巍、贾建［12］采用鲜姜为原料，洗净切片冷冻。