超临界CO2萃取

它包括高压泵及流体系统、萃取池系统和收集系统三个 部分。
基本工艺流程
2.4 超临界二氧化碳萃取的影响因素
压力 温度 流量 夹带剂 粒度
2.4.1 萃取压力的影响
物质处于临界状态时，其密度对压力的变化比较敏感，即当 提取温度T与临界温度Tc的比值在1-1.2（1<T/TC），压力的较小 改变会引起流体密度有较大的变化，而密度的增加将引起溶解度 的提高，因此可调节流体对溶质的溶解能力，以达到分离的目的。
提取和分离一体，提取后马上分离，效率高。
在萃取过程中，SFE的萃取效率是由SCF的溶剂力、溶质的特 性、溶质—基体结合状况决定的。因而在选择萃取条件时，一方 面要考虑溶质在SCF中的溶解度，另一方面也要考虑溶质从样品基 体活性点脱附并扩散到SCF中的能力与速度。
2.2 超临界流体萃取技术的特点
1.超临界流体具有良好的渗透性和溶解性，可从固体或粘稠的原料中快速 萃取有效成分。提取有效成分的效率高，为传统生产工艺的2-10倍。
2.4.2 萃取温度的影响
一方面，温度升高，超临界流体的密度降低，其溶解能力相 应下降，导致萃取数量的减少；
但另一方面，温度升高使被萃取溶质的挥发性增加，这样就增 加了被萃取物在超临界流体中的浓度，从而使萃取数量增大。
通过实验，人们还发现温度对溶解度的影响还与压力有密切的 关系：在压力相对较低时（28MPa以下），温度升高溶解度降低； 而在压力较高时（28MPa以上），温度升高二氧化碳的溶解能力提 高。
超临界二氧化碳萃取的产品必须是“以质取胜”，必 须具备其他提取技术不可替代的优越性。一般说来，超临 界二氧化碳萃取主要是提取一些附加值高和产量大的产品， 在质量领先的前提下，尽量降低成本中的设备折旧费的比 例，以使该技术的优势得到较好的发挥。
2.3 超 临 界 二 氧 化 碳 萃取过程简介
分离釜
二氧化碳的相图
Criticle point ．
Liquid
Supercriticle Fluid
·
Gas
Triple point
Temperature
相图中清楚表明了CO2固、液、气、超临界流体等四相，其中液体亚临界相和 超临界流体相被用于作为提取溶剂。CO2的临界压力为7.38MPa（72.8 atm）, 临界 温度为31.3℃ 。TP为气、液、固三重点（ P＝0.525MPa，T＝－56.7℃）。
单猪屎豆碱是一种有抗肿瘤活性的生物碱, 美国学者利用此法 结合阳离子交换树脂, 从植物美丽猪屎豆种子, 萃取到纯度为95% 以上的单猪屎豆碱。
1.2 超临界流体的特性
超临界流体和其他流体的扩散性比较
气体 超临界流体
液体
密度 （g/cm3)
0.0006-0.002 0.2-0.9 0.6-1.6
黏度 （10-4g/cm·s)
1-3 1-9 20-300
扩散系数 （cm2/s)
0.1-0.4 0.0002-0.0007 0.000002-0.00002
第三节 超临界二氧化碳萃取技术的应用
在医药方面的应用
（1）在中草药有效成分提取分离中的应用 （2）在药物分析中的应用
在食品工业中的应用 在化学工业中的应用 在香精、香料提取中的应用 在天然色素提取中的应用 在生物工程方面的应用 在环境保护方面的应用 在材料加工过程中的应用
超临界二氧化碳在中草药上的应用
超临界二氧化碳提取过程可以描述为以下 几个阶段：
a. CO2在围绕固体粒子的超临界流体膜中扩散。 b. CO2穿透并在固体粒子中扩散。 c. 化合物在CO2中溶解。 d. 提取物扩散通过固体颗粒。
超临界二氧化碳流体萃取的工艺流程及操作特征
超临界流体萃取的工艺流程一般是由萃取（CO2溶解 溶质）和分离（CO2和溶质的分离）2步组成。
在文献中，可出现不同的压力单位，各压力单位之间的关系 如下: 30MPa=300bar=297atm=4368psi
对于不同的物质，其萃取压力有很大的不同。例如：碳氢化
合物和酯类等弱极性物质，萃取压力一般为7－10Mpa；对于含有 －OH,－COOH这些强极性基团的物质以及苯环直接与－OH,－ COOH相连的强极性化合物，萃取压力一般要求达到50Mpa以上 才能萃取出来。因此，改变压力可以在同一物料获得不同的萃取 成分。
CO2 CO2
CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2、N2O CO2、N2O CO2
CO2
CO2 CO2 CO2
乙醇 甲醇 乙醇 乙醇 乙醇 甲醇 乙醇、水 乙醇、丙酮、己烷 乙醇 尿素 尿素 甲醇、乙醇、丙酮 乙醇、己烷 丙烷(混合流体) 乙醇、己烷 乙醇
加入夹带剂后，超临界流体混合物的临界参数可由下式计算：
5.由于超临界流体萃取过程要求在高压下进行，对设备要求高，因此设备 投资费用高。
与传统的有机溶剂提取法比较，超临界二氧化碳 萃取也有其局限性：
对亲脂性成分溶解能力较强而对亲水性成分溶解能力较低；
设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例过大；
更换产品时清洗设备较困难。
超临界二氧化碳的溶解性能相当于正己烷，根据“相 似相溶”的原理，它擅长于对非极性物质的萃取，对极性不 太强的物质（如某些内酯、生物碱、黄酮等）的提取需要使 用少量的极性有机溶剂（即夹带剂)，如：水、乙醇、丙酮 等，来增加二氧化碳的极性才能完成。对极性较大物质的提 取则暂时无能为力，有待今后的技术进步。
早在20世纪70年代后期, 德国学者就应用此法从春黄菊中萃取出 有效成分, 产率高于传统溶剂法。
日本人也从药用植物蛇床子、黄连、苍术、茵陈蒿、桑白皮、甘 草和紫草中萃取有效成分。
紫杉醇是来源于红豆杉属树木的治疗卵巢癌的有效药物, 用SFECO2 萃取技术加入乙醇为夹带剂, 从短叶红豆杉的根皮中萃取紫杉醇, 效果 优于乙醇萃取法。
2.4.3 二氧化碳流量的影响
当加大二氧化碳的流量时，会产生有利和不利两方面的影响。
有利的方面是： ①增加了溶剂对原料的萃取次数，可缩短萃取时间； ②流速提高可以更好的“翻动”被萃取原料，使萃取器中各点的原料都得 到均匀的萃取； ③强化萃取过程的传质效果，迅速地将被溶解的溶质从原料表面带走，缩 短萃取时间。
超临界流体萃取技术综合了溶剂萃取和蒸馏两种功能的特点， 是以超临界状态下的流体作为溶剂，利用该状态流体所具有的高 渗透能力和高溶解能力,使超临界流体与待分离的物质在萃取罐中 接触，萃取目标物质。萃取完成后，将萃取罐中的超临界流体通 过减压阀进入分离罐，通过温度或压力的变化，降低超临界流体 的密度，使所萃取的物质与超临界流体进行分离，而超临界流体 又可循环使用。
不利的方面是：由于萃取器内的二氧化碳的流速加快，二氧化碳停留时 间变短，与被萃取物接触时间减少，二氧化碳流体中溶质的含量降低，当 流量增加超过一定限度时，二氧化碳中溶质的含量还会急剧下降。
2.4.4 夹带剂的选择
用超临界CO2作为提取溶剂较适合于非极性和极性小的化合 物的提取。而对于极性化合物的提取常须在超临界CO2中加入 定量的极性溶剂，或称为夹带剂，调节剂，共溶剂，如甲醇， 乙醇，水等，以改变流体的极性。例如，丹参中的丹参酮难溶 于二氧化碳流体，在二氧化碳添加一定量的酒精可大大增加其 溶解度。
背景
超临界CO2萃取技术（SFE）是以CO2为提取溶媒， 可选择提取目标化合物，尤其弥补了传统工艺对热不稳定 和水不稳定化合物提取的缺陷，具有提取效率高、温度低、 成本低、不污染环境等优点。
大孔树脂纯化技术是利用大孔树脂的多孔结构和选择 性吸附功能，针对中药的有效部位或有效成分进行提取， 达到去粗存精、减少服用剂量等的目的。
超临界二氧化碳萃取技术简介
中药资源与中药化学省级重点实验室 杨艳芳
主要内容
背景 第一节 超临界流体简介 第二节 超临界二氧化碳萃取技术
萃取的基本原理 萃取技术的特点 萃取过程 影响因素
第三节 超临界二氧化碳萃取技术的应用 第率低
10% 6% 4%
第一节 超临界流体简介
1.1 超临界流体的概念
物质有三种常见状态，气态、液态和固态。
物质还有另外的一些状态，如等离子状态、超临界状态等。
超临界流体（SCF）是指在临界温度和临界压力以上的流体。 高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。 处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨， 故称之为SCF。
Tc=XaTa+XbTb; Pa=XaPa+XbPb 其中，Tc和Pa 分别是流体混合物的临界温度、临界压力；Xa
和Xb分别是溶剂A和B的摩尔分数； Ta、Tb，Pa和Pb分别是溶剂A
和溶剂B的临界温度和临界压力。
2.4.5 粒度
原料颗粒愈小，溶质从原料向超临界流体传输的路径愈短，与超 临界流体接触的表面积愈大，萃取进行的愈快，愈完全。不过，粒度 不宜太小，过细的粉碎容易造成萃取器出口的过滤网堵塞，一方面产 生巨大的压差而破坏设备；另一方面造成摩擦发热，温度升高，使生 物活性物质遭到破坏。一般考虑将药材粉碎至20－40目为宜。
1.3 常见的超临界流体的种类
物质 二氧化碳
水 乙烷 乙烯 丙烷 氙 氨 氧化氮 三氟甲烷
临界温度Tc(K) 304 647 305 282 370 290 406 310 299
临界压力Pc(MPa) 7.38 22.1 4.9 5.0 4.3 5.8 11.4 7.2 4.9
Pressure Solid
2.通过选用适宜的溶质如二氧化碳，可以在较低的温度和无氧环境下操作。 常温状态下提取（30-50℃），不破坏中药有效成分，确保中药提取物的 质量。也可用于食品工业中一些热敏性物质的萃取、精制。
3.溶剂能从产品中去除，无溶剂污染问题； 溶剂经加压后可循环使用，节 约成本。
4.操作控制参数主要是温度和压力，且易控制，容易实现中药提取工艺产 业化。