超臨界萃取原理

1、超臨界萃取原理超臨界流體萃取是當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的物理分離技術(shù)。常見(jiàn)的臨界流體中，由于CO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒害和無(wú)腐蝕性，不易燃和不爆炸，臨界狀態(tài)容易實(shí)現(xiàn)，而且其臨界溫度（31.1）接近常溫，在食品及醫(yī)藥中香氣成分，生理活性物質(zhì)、酶及蛋白質(zhì)等熱敏物質(zhì)無(wú)破壞作用，因而常用CO2作為作為萃取劑進(jìn)行超臨界萃取。一、超臨界CO2純CO2的臨界壓力是7.3MPa和31.1時(shí)，此狀態(tài)CO2被稱(chēng)為超臨界CO2。在超臨界狀態(tài)下，CO2流體是一種可壓縮的高密度流體，成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單一狀態(tài)，兼有氣液兩相的雙重特點(diǎn)：它的密度接近液體，粘度是液體的1%，自擴(kuò)散系數(shù)是液體的100倍，因而它既具有與氣體相當(dāng)

2、的高擴(kuò)散系數(shù)和低粘度，又具有與液體相近的密度和對(duì)某些物質(zhì)很強(qiáng)的溶解能力，可以說(shuō)超臨界CO2對(duì)某些物質(zhì)有著特殊的滲透力和溶解能力。二、超臨界CO2萃取過(guò)程超臨界CO2密度對(duì)對(duì)溫度和壓力變化十分敏感，所以調(diào)節(jié)正在使用的CO2的壓力和密度，就可以通過(guò)調(diào)節(jié)CO2密度來(lái)調(diào)整該CO2對(duì)欲提取物質(zhì)的溶解能力；對(duì)應(yīng)各壓力范圍所得到的的萃取物不是單一的，可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，與被萃取物質(zhì)完全或部分分開(kāi)，從而達(dá)到分離提純的目的。三、超臨界CO2溶解選擇性超臨界狀態(tài)下的CO2具有選擇性溶解，對(duì)低分子、弱極性、脂溶性、低沸點(diǎn)的成分如揮發(fā)油、烴、酯、內(nèi)脂、

3、醚、環(huán)氧化合物等表現(xiàn)出優(yōu)異的溶解性，而對(duì)具有極性集團(tuán)（-OH、-COOH等）的化合物，極性基團(tuán)愈多，就愈難萃取，故多元醇、多元酸及多羥基的芳香物質(zhì)均難溶于超臨界CO2。對(duì)于分子量大的化合物，分子量越大，越難萃取，分子量超過(guò)500的高分子化合物幾乎不溶，因而對(duì)這類(lèi)物質(zhì)的萃取，就需加大萃取壓力或者向有效成分和超臨界CO2組成的二元體系中加入具有改變?nèi)苜|(zhì)溶解度的第三組成粉（即夾帶劑），來(lái)改變?cè)瓉?lái)有效成分的溶解度。一般來(lái)說(shuō)，具有很好性能的溶劑，也往往是很好的夾帶劑，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。四、工藝示意圖五、超臨界萃取的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，超臨界CO2萃取技術(shù)具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：1、提

4、取溫度低在接近室溫（30-50）及CO2籠罩下進(jìn)行提取，有效防止了熱敏物質(zhì)的氧化和逸散，完整保留生物活性，且能把高沸點(diǎn)，低揮發(fā)度，易熱解的物質(zhì)在起飛點(diǎn)溫度以下萃取出來(lái)。2、提取率高（95%）可以方便的通過(guò)調(diào)整壓力河溫度來(lái)改變系統(tǒng)內(nèi)的CO2的溶解性能，從而提高產(chǎn)品的收率，適合珍貴、高附加值物質(zhì)提取。3、無(wú)污染全過(guò)程不用有機(jī)溶劑，有效避免了傳統(tǒng)提取條件下溶劑毒性的殘留，同事也防止了提取過(guò)程中對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染，無(wú)廢氣、廢水，即使是廢渣也可以綜合利用。4、生產(chǎn)周期短提?。▌?dòng)態(tài)）循環(huán)一開(kāi)始，分離便開(kāi)始進(jìn)行。一般提取10分鐘左右便有產(chǎn)品分離析出，2-4小時(shí)左右便可提取完全。同時(shí)它不需濃縮步驟，即

5、使加入夾帶劑。也可通過(guò)分離功能除去或是簡(jiǎn)單濃縮。5、低耗能萃取、分離合二為一，當(dāng)飽含溶解物的CO2流經(jīng)分離器時(shí)，由于壓力下降使得CO2與被萃取物成為兩相而立即被分開(kāi)，不存在物料的相變過(guò)程，節(jié)省了大量的相變熱，大幅度降低生產(chǎn)成本，且簡(jiǎn)化了工藝流程；CO2循環(huán)使用，無(wú)需回收溶劑，不僅萃取效率高而且能耗較少，節(jié)約成本。6、無(wú)易燃易爆危險(xiǎn)全系統(tǒng)以CO2為主要溶劑，而CO2本身是惰性氣體，因此可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中真正綠色化。7、一套裝置多種用途超臨界CO2的溶解性能可以調(diào)節(jié)，在一定溫度條件下，只要改變壓力或加入適宜的夾帶劑提取不同極性的物質(zhì)。沒(méi)改變一次CO2的溶解性能，就等于在使用一種新的溶劑，從而使一套超

6、臨界CO2萃取裝置可以適用十幾種、幾十種物質(zhì)的提取，大大提高了裝置的使用范圍。8、操作參數(shù)容易控制超臨界CO2提取各種天然物質(zhì)，不僅工藝上優(yōu)越，而且操作參數(shù)容易控制，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；超臨界CO2還具有抗氧化、滅菌作用，有利于保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。有機(jī)萃取與超臨界流體萃取比較有機(jī)溶劑萃取超臨界流體萃取溶劑殘留不可避免完全無(wú)溶解殘留，提取產(chǎn)品純凈存在重金屬殘留無(wú)重金屬殘留溶劑的溶解能力為定值溶解能力隨溫度和壓力變化而變化可能使用高溫，熱敏物質(zhì)分解通常在較低溫度下，不分解存在無(wú)機(jī)鹽被萃取的問(wèn)題無(wú)無(wú)機(jī)鹽殘留溶解選擇性差選擇性好需額度外的操作單元換來(lái)解除溶解在線分離，有效物質(zhì)收率高六、影響超臨界CO2流體

7、萃取的主要因素1、萃取壓力的影響萃取過(guò)程中，SC-CO2密度的變化直接影響萃取效果。萃取壓力是影響SC-CO2密度的重要參數(shù)。溫度一定時(shí)，隨著萃取壓力的增加，SC-CO2的溶解能力也增加，但當(dāng)壓力增加到一定程度后，則溶解增加緩慢，這是由于高壓下超臨界相密度隨壓力變化緩慢所致。另外，壓力對(duì)萃取效果的影響還與溶質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)：對(duì)于烴類(lèi)和極性低的脂溶性有機(jī)化合物，在較低壓力時(shí)即可進(jìn)行。而對(duì)于極性較大的有機(jī)化合物，則需提高萃取壓力。2、萃取溫度的影響萃取溫度對(duì)萃取效果的影響較為復(fù)雜。對(duì)于CO2在臨界點(diǎn)附近的低壓區(qū)，升高溫度導(dǎo)致SC-CO2能力下降，此階段稱(chēng)為“溫度的負(fù)效應(yīng)階段”。在高壓區(qū)，升高溫度導(dǎo)致SC-CO2能力提高，稱(chēng)為“溫度正效應(yīng)階段”。3、萃取時(shí)間的影響在超臨界萃流體取過(guò)程中，CO2流量一定時(shí)，萃取時(shí)間越長(zhǎng)，收率越高。萃取剛開(kāi)始時(shí)，由于溶劑與溶質(zhì)未達(dá)到良好接觸，收率較低。隨著萃取時(shí)間的加長(zhǎng)，傳質(zhì)達(dá)到某種程度，則萃取速率增大，直到達(dá)到最大之后，由于待分離組分較少傳質(zhì)動(dòng)力降低而使萃取速率降低。4、CO2流量的影響通