超临界萃取原理

超临界萃取原理

超临界流体萃取是当前国际上最先进的物理分离技术。

常见的临界流体中，由于CO2化学性质稳定，无毒害和无腐蚀性，不易燃和不爆炸，临界状态容易实现，而且其临界温度（31.1℃）接近常温，在食品及医药中香气成分，生理活性物质、酶及蛋白质等热敏物质无破坏作用，因而常用CO2作为作为萃取剂进行超临界萃取。

一、超临界CO2

纯CO2的临界压力是7.3MPa和31.1℃时，此状态CO2被称为超临界CO2。在超临界状态下，CO2流体是一种可压缩的高密度流体，成为性质介于液体和气体之间的单一状态，兼有气液两相的双重特点：它的密度接近液体，粘度是液体的1%，自扩散系数是液体的100倍，因而它既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相近的密度和对某些物质很强的溶解能力，可以说超临界CO2对某些物质有着特殊的渗透力和溶解能力。

二、超临界CO2萃取过程

超临界CO2密度对对温度和压力变化十分敏感，所以调节正在使用的CO2的压力和密度，就可以通过调节CO2密度来调整该CO2对欲提取物质的溶解能力；对应各压力范围所得到的的萃取物不是单一的，可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，与被萃取物质完全或部分分开，从而达到分离提纯的目的。

三、超临界CO2溶解选择性

超临界状态下的CO2具有选择性溶解，对低分子、弱极性、脂溶性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、内脂、醚、环氧化合物等表现出优异的溶解性，而对具有极性集团（-OH、-COOH等）的化合物，极性基团愈多，就愈难萃取，故多元醇、多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界CO2。对于分子量大的化合物，分子量越大，越难萃取，分子量超过500的高分子化合物几乎不溶，因而对这类物质的萃取，就需加大萃取压力或者向有效成分和超临界CO2组成的二元体系中加入具有改变溶质溶解度的第三组成粉（即夹带剂），来改变原来有效成分的溶解度。一般来说，具有很好性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，如甲

醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。

四、工艺示意图

五、超临界萃取的特点和优点：

与传统分离技术相比，超临界CO2萃取技术具有以下独特优点：

1、提取温度低

在接近室温（30-50℃）及CO2笼罩下进行提取，有效防止了热敏物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质在起飞点温度以下萃取出来。

2、提取率高（＞95%）

可以方便的通过调整压力河温度来改变系统内的CO2的溶解性能，从而提高产品的收率，适合珍贵、高附加值物质提取。

3、无污染

全过程不用有机溶剂，有效避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留，同事也防止了提取过程中对人体的毒害和对环境的污染，无废气、废水，即使是废渣也可以综合利用。

4、生产周期短

提取（动态）循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟左右便有产品分离析出，2-4小时左右便可提取完全。同时它不需浓缩步骤，即使加入夹带剂。也可通过分离功能除去或是简单浓缩。

5、低耗能

萃取、分离合二为一，当饱含溶解物的CO2流经分离器时，由于压力下降使得CO2与被萃取物成为两相而立即被分开，不存在物料的相变过程，节省了大量的相变热，大幅度降低生产成本，且简化了工艺流程；CO2循环使用，无需回收溶剂，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本。

6、无易燃易爆危险

全系统以CO2为主要溶剂，而CO2本身是惰性气体，因此可实现生产过程中真正绿色化。

7、一套装置多种用途

超临界CO2的溶解性能可以调节，在一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂提取不同极性的物质。没改变一次CO2的溶解性能，就等于在使用一种新的溶剂，从而使一套超临界CO2萃取装置可以适用十几种、几十种物质的提取，大大提高了装置的使用范围。

8、操作参数容易控制

超临界CO2提取各种天然物质，不仅工艺上优越，而且操作参数容易控制，使产品质量稳定；超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品质量。

有机萃取与超临界流体萃取比较

六、影响超临界CO2流体萃取的主要因素

1、萃取压力的影响

萃取过程中，SC-CO2密度的变化直接影响萃取效果。萃取压力是影响SC-CO2密度的重要参数。温度一定时，随着萃取压力的增加，SC-CO2的溶解能力也增加，但当压力增加到一定程度后，则溶解增加缓慢，这是由于高压下超临界相密度随压力变化缓慢所致。另外，压力对萃取效果的影响还与溶质的性质有关：对于烃类和极性低的脂溶性有机化合物，在较低压力时即可进行。而对于极性较大的有机化合物，则需提高萃取压力。

2、萃取温度的影响

萃取温度对萃取效果的影响较为复杂。对于CO2在临界点附近的低压区，升高温度导致SC-CO2能力下降，此阶段称为“温度的负效应阶段”。在高压区，升高温度导致SC-CO2能力提高，称为“温度正效应阶段”。

3、萃取时间的影响

在超临界萃流体取过程中，CO2流量一定时，萃取时间越长，收率越高。萃取刚开始时，由于溶剂与溶质未达到良好接触，收率较低。随着萃取时间的加长，传质达到某种程度，则萃取速率增大，直到达到最大之后，由于待分离组分较少传质动力降低而使萃取速率降低。

4、CO2流量的影响

通常，收率一定时，流量越大，溶质、溶剂见得传热阻力越小，则萃取速率越快，但萃取回收负荷大，从经济上考虑应选用适宜的萃取时间和流量。

5、物料性质的影响

一般情况下，物料粒度越小，扩散时间越短，有利于CO2向物料内部迁移，增加传质效果，但物料粉碎过细会增加表面流动阻力，反而不利于萃取。