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1、第四章第四章 超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术 (supercritical Fluid Extraction SFE)主要内容主要内容超临界流体的概念超临界流体的概念超临界流体萃取的基本原理及特征超临界流体萃取的基本原理及特征超临界流体的工艺流程超临界流体的工艺流程超临界流体在食品工业中的应用超临界流体在食品工业中的应用一、超临界流体的相关概念一、超临界流体的相关概念1、稳定的纯物质的几种存在状态、稳定的纯物质的几种存在状态固、液、气：固、液、气：玻璃态：玻璃态：橡胶态：橡胶态：临界状态：指气态和液态共存的一种边缘临界状态：指气态和液态共存的一种边缘状态，在此状态中，液态的密度与其饱状态
2、，在此状态中，液态的密度与其饱和蒸气的密度相同，因此界面消失和蒸气的密度相同，因此界面消失.超临界状态：超临界状态： 从单一物质的典型相态图可以看到，如果沿着气液从单一物质的典型相态图可以看到，如果沿着气液共存共存(蒸发和冷凝同时发生蒸发和冷凝同时发生)的曲线向高温、高压的的曲线向高温、高压的方向移动，就会达到该物质的临界点方向移动，就会达到该物质的临界点(临界温度和临临界温度和临界压力点界压力点)。此过程中温度的上升引致热膨胀，使液相的密度减此过程中温度的上升引致热膨胀，使液相的密度减小；而压力的上升则将气相压缩，使其密度加大。小；而压力的上升则将气相压缩，使其密度加大。在临界点上，两相的密
3、度相等，气相与液相的分界在临界点上，两相的密度相等，气相与液相的分界消失，这时物质就成为超临界流体。当物质超过临消失，这时物质就成为超临界流体。当物质超过临界温度时，不会发生冷凝和蒸发的现象，而只以流界温度时，不会发生冷凝和蒸发的现象，而只以流动的形式存在在临界区内：常态下的气体物质会表动的形式存在在临界区内：常态下的气体物质会表现出液体一样的密度和随压力增大而显著增长的溶现出液体一样的密度和随压力增大而显著增长的溶解能力。解能力。稳定的纯物质都有固定的临界点（处于其稳定的纯物质都有固定的临界点（处于其临界温度和临界压力点）：临界温度和临界压力点）：临界温度（临界温度（pc)：在其之上，无论施
4、加多大在其之上，无论施加多大压力都不能将其液化。压力都不能将其液化。临界压力临界压力(Tc)：临界密度临界密度(c)：常见超临界流体的临界点常见超临界流体的临界点（见（见P27）2、超临界流体、超临界流体（1）定义：指处于稍为超过物质本身的）定义：指处于稍为超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体，即临界温度和临界压力状态时的流体，即在临界点附近的超临界流体。在临界点附近的超临界流体。 1密度密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度微小变化可导致其密度显著变化微小变化可导致其密度显著变化2粘度粘度接近于气体接近于气体,具有很强传递性能和运动速度具
5、有很强传递性能和运动速度3扩散系数扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级；比气体小，但比液体高一到两个数量级； 4SCF的的介电常数，极化率和分子行为介电常数，极化率和分子行为与气液两相均与气液两相均有着明显的差别有着明显的差别;5压力和温度的变化均可改变相变压力和温度的变化均可改变相变 (2)超临界流体的主要特性超临界流体的主要特性物理特征物理特征 密度密度 （g/cm3） 粘度粘度（g/cm/s） 扩散系数扩散系数 （cm2/s） 气体气体（0.6-2）*10-3（1-4）*10-4 0.1-0.4 液体液体 0.6-1.6（0.2-3）*10-2（0.2-2)*10-5 SCF 0.
6、2-0.9（1-9）*10-4（0.2-0.7)*10-3超临界流体的性质超临界流体的性质（3）超临界流体的溶解能力）超临界流体的溶解能力在临界点附近（即适宜的操作区域），在临界点附近（即适宜的操作区域），改变温度或压力都会明显的改变超临界改变温度或压力都会明显的改变超临界流体的密度，也就改变了溶解度。流体的密度，也就改变了溶解度。二、超临界流体萃取的基本原理及特征二、超临界流体萃取的基本原理及特征1、超临界萃取定义：以超临界流体为萃取剂，、超临界萃取定义：以超临界流体为萃取剂，在临界温度和临界压力附近的条件状态下，从在临界温度和临界压力附近的条件状态下，从液体或固体物料中萃取出待分离的组分。
7、液体或固体物料中萃取出待分离的组分。2、原理：、原理：利用超临界流体的特性，在高密度条件下（低利用超临界流体的特性，在高密度条件下（低温、高压），溶解出所需组分，然后改变条件温、高压），溶解出所需组分，然后改变条件在低密度条件下将萃取出来的成分与萃取剂分在低密度条件下将萃取出来的成分与萃取剂分离。离。见图见图313、超临界流体萃取的特征、超临界流体萃取的特征效率高效率高工艺条件容易控制工艺条件容易控制溶剂不易造成污染溶剂不易造成污染适用于热敏性或易氧化的成分适用于热敏性或易氧化的成分需要高压设备需要高压设备4、超临界流体的选择、超临界流体的选择(1) 操作温度与临界温度接近操作温度与临界温度接
8、近(2) 萃取剂与待分离组分的化学性质相似。萃取剂与待分离组分的化学性质相似。等等。等等。CO2作为萃取剂的优点：作为萃取剂的优点：临界温度、临界温度、临界压力、临界压力、化学性质、化学性质、无污染、无污染、防氧化和抑制好气性微生物、防氧化和抑制好气性微生物、易得。易得。1、可以在接近室温、可以在接近室温(35-40)及及CO2气体笼罩下进行提取，气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发渡、而且能把高沸点，低挥发渡、 易热解的物质在其沸点温度以易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。下萃
9、取出来。2、由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留溶媒，同、由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留溶媒，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，100%的的纯天然，符合当今纯天然，符合当今“绿色环保绿色环保”、“回归自然回归自然”的高品位追求。的高品位追求。3、控制工艺参数可以分离得到不同的产物，可用来萃取多种、控制工艺参数可以分离得到不同的产物，可用来萃取多种产品，而且原料中的重金属、无机物、尘土等都不会被产品，而且原料中的重金属、无机物、尘土等都不会被CO2溶溶解带出。解带出。4、蒸馏和萃取合二为一，可以同时完成蒸馏和萃取两个过
10、程，、蒸馏和萃取合二为一，可以同时完成蒸馏和萃取两个过程，尤其适用于分离难分离的物质，如有机混合物、同系物的分离尤其适用于分离难分离的物质，如有机混合物、同系物的分离精制等精制等 。 5、能耗少；热水、冷水全都是闭路循环，无、能耗少；热水、冷水全都是闭路循环，无 废水、废渣排放。废水、废渣排放。CO2也是闭路循环，仅在排料时带出少许，不会污染环境。由也是闭路循环，仅在排料时带出少许，不会污染环境。由于能耗少、用人少、物料消耗少，所以运行费用非常低。于能耗少、用人少、物料消耗少，所以运行费用非常低。超临界流体萃取的基本流程超临界流体萃取的基本流程分离釜 萃取釜CO2热交换器 压缩机或泵 过滤器
11、图2 超临界CO2萃取的基本流程 热交换器三、超临界流体的工艺流程三、超临界流体的工艺流程三、超临界流体的工艺流程三、超临界流体的工艺流程1、等温变压法：、等温变压法：整个过程温度基本不变，压整个过程温度基本不变，压力变化，如图所示。此流程易于操作，应用最力变化，如图所示。此流程易于操作，应用最为广泛，而且适于对温度有严格限制的物质的为广泛，而且适于对温度有严格限制的物质的萃取过程，但因萃取过程有不断的加减压步骤，萃取过程，但因萃取过程有不断的加减压步骤，能耗较高。能耗较高。2、等压变温法、等压变温法：利用超临界流体在临界压：利用超临界流体在临界压力以上一定范围内溶解度随温度升高而降低的力以上
12、一定范围内溶解度随温度升高而降低的性质，在分离釜中将超临界萃取混合物加热升性质，在分离釜中将超临界萃取混合物加热升温而分离溶质。其特点是过程压力基本维持不温而分离溶质。其特点是过程压力基本维持不变，气体压缩功耗较少，但需要加热蒸汽和冷变，气体压缩功耗较少，但需要加热蒸汽和冷却水。因萃取物品种的不同，分离效果也有较却水。因萃取物品种的不同，分离效果也有较大差异。大差异。 3、吸附法：、吸附法：利用活性炭等吸附剂，在分离利用活性炭等吸附剂，在分离釜中吸附溶解于超临界流体中的溶质分子，操釜中吸附溶解于超临界流体中的溶质分子，操作过程中体系的压力、温度变化都很小。因所作过程中体系的压力、温度变化都很小。因所用吸附剂需解吸再生，不利于连续生产。用吸附剂需解吸再生，不利于连续生产。 见图见图33四、超临界流体在食品工业中的应用四、超临界流体在食品工业中的应用1、植物油的提取压榨法溶剂萃取法超临界萃取2、咖啡豆和茶叶中咖啡碱的提取3、处理食品原料去除粗脂肪4、去除烟草中的尼古丁5、香料的提取6、生化制品：氨基酸、蛋白质、酶、多肽、柠檬油、胡椒碱等思考题1、临界状态及临界温度、临界压力和临界密度的概念。2、超临界流体及其特性。3、超临界流体萃取的原理、特点及典型的工艺流程。
