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1、1215511210 陆雄兰 12级精工2班超临界技术的发展和在香精香料里的应用一 超临界流体特性 超临界流体( Supercritical Fluid, 简称SCF)是指临界温度和临界压力以上的高密度流体,超临界流体兼具气体和液体的双重特性, 密度接近于液体, 粘度和扩散系数接近于气体, 渗透性好。 目前, 有文献报道的超临界流体大致有几十种, 最为常见的是CO2 和H2O, 均具有价廉易得、安全无毒等特点, 应用较为广泛。二超临界技术的发展现状和前景 由于超临界流体的独特性质, 使得超临界技术正作为一种具有广阔应用前景的绿色工艺, 受到越来越多国家的重视。从目前的发展状况看, 超临界技术在
2、以下几个方面发挥了重要的作用。超临界萃取技术( Supercritica l F lu id, SCF)是以超临界状态的流体作为溶剂, 利用该状态下具有的高渗透能力和高溶解能力, 萃取分离混合物质的一项新技术。流体处于超临界状态时, 其密度仅是温度和压力的函数, 而其溶解能力在一定压力范围内, 与其密度成比例, 故可通过对温度、压力的控制而改变物质的溶解度。现在研究较多的被用作超临界萃取的溶剂有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、甲醇、乙醇、水和CO2 等物质, 其中CO2 最受青睐, 它具有无毒、无臭、无腐蚀性、无残留、不燃烧、不氧化、临界压力( 7. 4 MPa)适中、易实现临界温度( 31 e )等
3、优点 3 。自60年代Zosel博士首先提出超临界萃取工艺, 并被应用于从咖啡中提取咖啡因后, 超临界萃取技术在食品工业、精细化工、医药工业、环境保护与环境工程等方面得到了广泛应用, 有的已达到了工业化水平。在环境保护方面, 目前最典型、应用最广泛的是超临界水氧化技术( Supercrit ica lW ater Ox idation, SCWO)。SCWO 是20世纪80年代中期, 由美国学者MODELL 提出的一种新型的污染防治技术 19, 20 。它利用超临界水作为反应介质, 能彻底氧化破坏有机物, 具有应用范围广、高效节能、操作方便、降解彻底、选择性好、无二次污染等优点, 受到国外研究
4、工作者的普遍关注, 被誉为绿色清洁技术。 在有机废液处理方面，通过选用合适的温度、压力、反应时间等萃取参数, SCWO 可以成功处理工业废水、生活污水等各种有机废水。同时, 超临界水特殊的传质、传热和扩散性质, 使得超临界水反应氧化过程的反应速率比较快, 通常在几秒至几分钟内, 反应的转化率就可达到100%。 在固体废弃物处理方面， 超临界水能将废塑料、多聚物、树脂等固体废弃物分解成有机单体或低聚物, 进行回收利用, 为治理白色污染、实现生活垃圾的无害化与资源化提供了新途径。 在生活污泥处理方面，用SCWO 技术处理污水处理厂经生化处理产生的剩余污泥, 可使其完全分解。Shanab leh 2
5、9 等对生物污泥进行的SCWO 研究表明, 99% 以上的COD 在5 m in内迅速被氧化成无色无味的CO2、H2O 等无机物。 在人体代谢物处理方面， 在航空航天、航海领域,对长期宇宙飞行或航行的载人太空飞行器、空间工作站、核潜艇上产生的污水和废物处理, 从而实现闭路循环是非常重要的。超临界流体在材料领域中的应用是近些年来才开展的课题, 制备原理主要有超临界流体结晶技术超临界流体溶液快速膨胀结晶( RESS)和气体抗溶剂结晶( GAS ) 、超临界流体干燥技术( SCFD)、超临界流体渗透技术( SFI)。具体应用主要集中在微细颗粒的制备、高分子材料及其改性、无机和有机材料等方面。 超临界
6、流体在清洗纺织品、金属零部件、精密仪器等具有许多优点, 其应用已逐渐得到加强, 同时在油漆喷涂和印染行业也得到了重视。如高压CO2 可代替有机溶剂作洗料, 不仅可以提高精密仪器清洗、油漆喷涂、纺织印染等行业的质量, 更重要的是可大大减少有机溶剂的污染。 超临界流体技术作为一种新兴技术, 它的应用研究在中国虽然起步较晚, 但发展十分迅速, 有些已进入工业化应用阶段, 并且效果良好。超临界技术目前还存在着制约其广泛应用的难题, 主要表现为: 设备及工艺技术要求高, 一次性投资较大; 关键设备的防腐和盐沉积问题并未完全解决; 在反应机理上, 还需要进一步探讨。相信今后随着对制约因素的解决, 超临界流
7、体技术势必得到越来越广泛的应用, 并产生巨大的经济和社会效益。三超临界流体萃取技术在香精香料中的应用 近年来超临界流体萃取技术大量用于各种热敏性,高沸点物质的提纯分离,在化工、食品、医药、香料和化学分析等领域的应用和研究都获得长足的进展。 在香精行业,用现有技术水平要人工合成出与天然香料中的某些关键香气和香味完全相同的成份,且对环境不造成污染是难于做到的。所以如何有效的从天然原料中分离提取人们需要的香精香料就成为人们研究开发的课题。由于传统的蒸汽蒸馏、精馏,溶剂萃取、浸取; 压榨等方法,在香料提取过程中,易产生热分解,溶剂残留,或部分芳香物质挥发损失等问题。用超临界流体萃取技术就可解决这些问题
8、,获得能保持天然色、香、味的高质香精香料。 超临界流体的选择，可用于超临界萃取的流体有CO2、氨、乙烷、丙烷、乙烯、甲苯和氟里昂等等,但对于天然香精香料的超临界萃取最受青睐的流体还是CO2。这是由于: CO2的临界点为31. 1 , 7280KPa。萃取温度一般取40左右,对热敏性物料特别有利,芳香组分不会产生热分解。 CO2 属于不活泼气体,在香精香料萃取过程中,芳香组分不易产生氧化变质。 CO2 化学性能稳定,不燃烧、无腐蚀,安全无毒,易与萃取物分离,无残留。特别是CO2 对属于酯、酮、萜烯类等无极性或极性较弱的芳香类化合物具有很好的溶解性,而对蛋白质、糖类、配糖类和磷脂质等许多极性强的物
9、质几乎不溶解,所以特别适用于天然香精香料的萃取。 CO2 超临界流体萃取流程与设备，用超临界CO2 流体萃取天然香精香料一般工作温度不高,而工作压力较高,目前都采用间歇式萃取流程,设备一般都采用不锈钢耐压容器。其流程示意图见图1。CO2 通过过滤器经压缩机压缩后进入萃取器(为提高工作效率可用几个萃取器轮流切换使用) ,在萃取器中与事先装好的天然香料原料接触萃取。然后,含有萃取物的流体进入分离器,在分离器中降压分离,溶质(萃取的香料)在CO2 中溶解度降低析出, 而溶剂CO2 则从分离器顶部引出, 重返压缩机循环使用。CO2 超临界萃取天然香精香料实例，人们都希望提取的天然香精香料能尽可能保持其
10、原始的天然芳香成份和天然色调,而CO2 超临界萃取技术,就可达到既保证提取得到的香精香料保留其天然香气,香味,又保留其天然本色的特点。如人们已用该方法从紫丁香、玫瑰花等香花类原料中提取高质量的精油,从杏仁、八角茴香、薄荷等食用香辛料中提取优质精油。而用传统方法获得香精香料往往难于保持其原有风味。如从生姜中提取生姜油,用传统的水蒸汽蒸馏法不但受热时间长,得油率低且不能提取得到姜辣素成份,而用超临界萃取法可同时获得挥发油和姜辣素。 另如紫丁香具有独特的花香气。用传统的水蒸汽蒸馏法,由于在蒸馏过程中部分呈香份被分解,所得精油并不能完全真实反映其花香。而用CO2 超临界萃取法取得精油,就具有完美的花香
11、气。 与分离提取方法相比, 超临界流体萃取具有许多不可替代的优点,能满足许多工业领域中的某些特殊要求,不过其所需的高压技术和设备却不利于其推广应用,但在生产高附价值的香精香料工业引起人们的极大兴趣,并取得了很大的成功。此外,如将微粉技术与超临流体萃取技术相结合,可大大提高萃取率,还可缩短萃取时间。近来关于电脉冲、超声波、磁场与超临界流体萃取技术的结合已经引起人们的注意,这些方面的研究很可能会带来惊人的效果,进一步推动超临界流体萃取技术在香精香料工业中的应用。总之,超临界流体萃取技术是一种相当有潜力的高技术分离方法,在香精香料工业中的前景是十分光明的。参考文献： 1 李 浩, 颜 华, 陈亦军.
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