实验一 超临界萃取设备

实验一超临界萃取设备

一、概述

超临界流体萃取(Supercritical fluid extraction，简称SFE或者SCFE)是用超临界条件下的流体作为萃取剂，由液体或固体中萃取出所需成分(或有害成分)的一种分离方法。超临界流体(Supercritical fluid，简称SCF)是指操作温度超过临界温度和压力超过监界压力状态的流体。在此状态下的流体，具有接近于液体的密度和类似于液体的溶解能力，同时还具有类似于气体的高扩散性、低粘度、低表面张力等特性。因此SCF具有良好的溶剂特性，很多固体或液体物质都能被其溶解。常用的SCF有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等。其中以二氧化碳最为常用。由于SCF在溶解能力、传递能力和溶剂回收等方面具有特殊的优点。而且所用溶剂多为无毒气体。避免了常用有机溶剂的污染问题。

早在100多年前，人们就观察到临界流体的特殊溶解性能，但在相当长时间内局限于实验室研究及石油化工方面的小型应用。直到20世纪70年代以后才真正进入发展高潮。1978年召开了首届专题讨论会，1979年首台工业装置投入运行，标志着超临界萃取技术开始进入工业应用。

超临界萃取之所以受到青睐，是由于它与传统额液-液萃取或浸取相比，有以下优点：①萃取率高；②产品质量高；③萃取剂易于回收；④选择性好。

2.超临界流体萃取的特点

2.1 萃取和分离合二为一。当饱含溶解物的二氧化碳超临界流体流经分离器

与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开，不存时，由于压力下降使得CO

2

在物料的相变过程，不需回收溶剂，操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本。

2 .2 压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。临界点附近，温度压力

密度显著变化，从而引起待萃物的溶解度发生变化。的微小变化。都会引起CO

2

可通过控制温度或压力的方法达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离；因此工艺流程短、耗时少。对环境无污染，萃取流体可循环使用，真正实现生产过程绿色化。

的临界温度为31.16℃。临界压力为7.38MPa，可以有

2.3 萃取温度低。CO

2

效地防止热敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸点、低挥

发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。

流体常态下是气体，无毒，与萃取成分分离后，完全没有溶剂

2.4 临界CO

2

的残留，有效地避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留。同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染。

2.5 超临界流体的极性可以改变，一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带刑，即可提取不同极性的物质，可选择范围广。

3.超临界萃取流程

利用SCF的溶解能力随温度或压力改变而连续变化的特点，可将SFE过程大致分为两类，即等温变压流程和等压变温流程。前者是使萃取相经过等温减压，后者是使萃取相经过等压升(降)温、结果都能使SCF失去对溶质的溶解能力，达到分离溶质与回收溶剂的目的。典型的等温降压超临界萃取流程见图1。

将二氧化碳气体压缩升温达到溶解能力最大的状态点1(即SCF状态)，然后加到萃取器与被萃取物料接触。由于SCF有很高的扩散系数，故传质过程很快就达到平衡。此过程维持压力恒定，则温度自然下降，密度必定增加，到状态点2，然后萃取物流进人分离器，进行等温减压分离过程，到状态点3，这时SCF的溶解能力减弱，溶质从萃取相中析出，SCF再进人压缩机进行升温加压，回到状态点1，这样只需要不断补充少量溶剂，过程就可以周而复始。

图1 超临界萃取流程简图

①→②T↓进料萃取，②→③P↓分离出料，③→①T↑P↑溶剂加收

图2 超临界CO2流体萃取工艺流程示意图

1、24、27—泵；2-夹带剂贮罐；5、30—萃取器；7、10、18—压力表；14—可调节式冷凝器；16—加热器；21—分离器；23--CO2贮罐；26—中间贮罐；31—热交换器；3、4、6、8、9、11、1

2、1

3、15、17、

19、20、22、25、28、29、32—阀门

图3 超临界CO2流体萃取的三种基本流程示意图

4.超临界萃取技术的应用

超临界萃取技术在食品工业中用于茶叶、咖啡豆脱咖啡因；食品脱脂；酒花有效成分提取；植物色素的萃取；植物及动物油脂的萃取。在医药工业中用于酶、维生素等的精制；动植物体内药物成分的萃取；医药品原料的浓缩、精制；糖类与蛋白质的分离以及脱溶剂脂肪

类混合物的分离精制等。在化妆品工业中用于天然香料的萃取；合成香料的分离精制；化妆

品原料的萃取、精制。

4.1 在食品工业中的应用

超临界萃取技术在食品工业中的应用发展迅速，并已取得了稳固的地位。现在国内外市场上已出现了由该技术制取具有高附加值的天然香料、色素和风味物质等高质量的食品添加剂系列。我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化，集中用在提取动植物油脂、色素、香料及食品脱臭方面。

4.1.1 天然香料、色素的生产

超临界萃取技术生产天然香料的主要原料有鲜花、水果皮等，主要产品为精油，还可提取其它风味物质，如大蒜中的大蒜素、大蒜辣素；生姜中的姜辣素；胡椒中的胡椒碱及辣椒中的辣椒素等。Temeli等用超临界萃取柑桔香精油，在70％、8.3MPa下得到柑桔风味浓厚的桔香精油,T.Baysal用超临界萃取法从香菜种子中分离得到柠檬香油和香芹酮。Papamichail对芹菜种子先研磨，再用超临界CO2提取植物油。Zekovic 用超临界CO2提取百里香。张骊等从墨红花中用超临界CO2提取的精油香气与鲜花相近161。高彦样用超临界CO2萃取茴香油，在提取压力30MPa，温度40℃，通过两个串联分级分离器，获得含脂和含油两种产品。江梅等用超临界CO2萃取研究荔枝果皮精油。实验结果表明，荔枝果皮粉精油的最佳萃取条件为：12MPa，35％，1～1.5h，当含水量为6％时萃取率较高。研究表明香料萃取时，低压产品主要是精油，高压产品主要为油树脂。超临界CO2还可以分离天然色素。超临界CO2从辣椒中直接提取辣椒色素，Rozzi NL研究了在温度32-86％和压力13.78～48.26MPa的条件下从番茄副产品中提取番茄红索。结果表明在86℃、34.47MPa的条件下得到了38.8％的最大提取率。孙庆杰从番茄中提取番茄红素，在压力l5-25MPa，温度40～50％，流量20kg／h，萃取时间l～2h，番茄皮中90％以上番茄红色素可萃取出来。用己烷萃取可可色素的萃取率为75％～80％，而超临界CO2萃取率达90％。紫草中的紫草宁、海藻中的胡萝卜素等均可用超临界CO2萃取。葛毅强、倪元颖等以小麦胚芽作为超临界流体萃取的试验材料，研究了不同预处理条件(水分含量和粉碎度)对提取麦胚中天然维生素E的影响。其研究结果表明：麦胚中天然维生素E的超临界CO2萃取的适宜预处理条件为麦胚含水量5.1％、物料粒度30目／2.54cm。

4.1.2 油脂的提取分离

用超临界CO2萃取油脂，回收率高，并可调节萃取条件，对不饱和脂肪酸等成分实现选择性分离。Gopalan研究了用超临界CO2从生姜中提取姜油。陈开勋等研究了用超临界萃取茶籽油的最佳萃取条件。刘松义等研究小麦胚芽油的超临界CO2提取，探索了压力、温度、时