超臨界萃取的發(fā)展與應(yīng)用

超臨界萃取的發(fā)展與應(yīng)用[摘要]現(xiàn)如今，生態(tài)環(huán)境的日益惡化和能源的日益枯竭已經(jīng)成為了人類生存面臨的兩大難題，為了緩解這些問題，科學(xué)家和研究者們提出了一系列的方案和技術(shù)，如綠色工藝，原子經(jīng)濟(jì)，綠色化學(xué)等等。因此，新的綠色、環(huán)境友好型的技術(shù)和工藝越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。近幾十年來(lái)興起的超臨界萃取技術(shù)就是一項(xiàng)環(huán)境友好型的技術(shù)，因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和所具備的許多優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越受到人們的重視，并且隨著研究的不斷深入，超臨界萃取技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。[關(guān)鍵詞]超臨界流體；超臨界二氧化碳；應(yīng)用；前景1超臨界流體物質(zhì)是以氣、液和固3種形式存在，在不同的壓力和溫度下可以進(jìn)行相的轉(zhuǎn)換。在溫度高于某一數(shù)值時(shí)，任何大的壓力均不能使該純物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)化為液相，此時(shí)的溫度即被稱之為臨界溫度Tc；而在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓力稱為臨界壓力Pc。當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度，壓力大于臨界壓力時(shí)，該物質(zhì)處于超臨界狀態(tài)。在壓溫圖中，高于臨界溫度和臨界壓力的區(qū)域就稱為超臨界區(qū)，如果流體被加熱或被壓縮至其臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上狀態(tài)時(shí)，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會(huì)液化，只是密度增大，具有類似液體性質(zhì)，同時(shí)還保留有氣體性能，這種狀態(tài)的流體稱為超臨界流體。超臨界流體的密度與液體相近，其對(duì)溶質(zhì)的溶解能力比臨界點(diǎn)狀態(tài)以下的要大，而粘度卻接近與氣體，自擴(kuò)散系數(shù)通常是普通液體的100多倍，且?guī)缀醪淮嬖诒砻鎻埩ΑＲ虼薙CF的許多物理性質(zhì)介于氣體及液體之間，從而致使其具有良好的質(zhì)量及熱量傳輸性質(zhì)（擴(kuò)散性、粘度、熱傳導(dǎo)、熱容）。此外，在臨界點(diǎn)附近稍微改變溫度及壓力，其密度通常會(huì)發(fā)生較大的變化，利用超臨界流體這一特性可改變?nèi)苜|(zhì)在其中的溶解度。超臨界流體既具有氣體的高擴(kuò)散能力，又具有液體的強(qiáng)溶解能力的特點(diǎn)。表1相的物理性質(zhì)相密度(g/ml)擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)粘度(g/cm.s)氣體(G)10-310-110-4超臨界流體(SCF)0.3～0.910-4～10-310-4～10-3液體(L)110-510-2因此，超臨界流體具有較好的流動(dòng)性及傳遞性能，可被用作溶劑以替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑。超臨界二氧化碳是目前研究最廣泛的流體，且已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)。2超臨界萃取在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小，沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分萃取出來(lái)。同時(shí)超臨界流體的密度，極性和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加，利用預(yù)定程序的升壓可將不同極性的成分進(jìn)行分步提取。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以通過(guò)控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓，升降溫的方法使超臨界流體變成普通氣體或液體，被萃取物質(zhì)則自動(dòng)完全析出，從而達(dá)到分離提純的目的，并將萃取與分離兩過(guò)程合為一體，這就是超臨界流體萃取分離的基本原理。超臨界二氧化碳之所以被應(yīng)用的最廣泛，除了它本身的特點(diǎn)——臨界溫度31.265℃，接近于室溫，容易到達(dá)臨界狀態(tài)以外，作為超臨界萃取流體，它還具備其他很多方面的優(yōu)良性能：超臨界CO2流體常態(tài)下是無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的氣體，與萃取成分分離后，完全沒有溶劑的殘留，可以有效地避免傳統(tǒng)溶劑萃取條件下溶劑毒性的殘留。同時(shí)也防止了提取過(guò)程對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染，是一種天然且環(huán)保的萃取技術(shù)。萃取溫度低，CO2的臨界溫度為31.265℃，臨界壓力為72.9atm，可以有效地防止熱敏性成分的氧化，逸散和反應(yīng)，完整保留生質(zhì)物體的生物活性；同時(shí)也可以把高沸點(diǎn)，低揮發(fā)度，易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度以下萃取出來(lái)。CO2價(jià)格便宜，純度高，容易取得，且在生產(chǎn)過(guò)程中循環(huán)使用，從而降低成本；萃取和分離合二為一，當(dāng)飽含溶解物的二氧化碳超臨界流體流經(jīng)分離器時(shí)，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速回復(fù)成為分離的兩相（氣液分離）而立即分開，不存在物料的相變過(guò)程，不需回收溶劑，操作方便；不僅萃取效率高，而且能耗較少，節(jié)約成本，并且符合環(huán)保節(jié)能的潮流。萃取操作容易，壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過(guò)程的參數(shù)。在臨界點(diǎn)附近，溫度壓力的微小變化，都會(huì)引起CO2密度顯著變化，從而引起待萃物的溶解度發(fā)生變化，可通過(guò)控制溫度或壓力的方法達(dá)到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離；因此技術(shù)流程短，除以上介紹的幾類應(yīng)用領(lǐng)域之外，超臨界二氧化碳萃取技術(shù)還被應(yīng)用到其他許多領(lǐng)域。如化妝品行業(yè)、制備超細(xì)顆粒材料、農(nóng)藥殘留分析以及精密儀器清洗等。更多的有前途的應(yīng)用正在開發(fā)之中。隨著人們對(duì)超臨界萃取技術(shù)的研究不斷深入，技術(shù)的不斷提高，超臨界萃取技術(shù)在日后應(yīng)用必將更為廣泛。4超臨界萃取技術(shù)的前景與展望經(jīng)過(guò)40多年的研究，人們對(duì)于超臨界萃取技術(shù)已有了深刻的認(rèn)識(shí)。保健品、化妝品、食品添加劑、香料、天然中草藥的萃取和提純?nèi)匀皇浅R界流體的研究和應(yīng)用的重要領(lǐng)域。對(duì)于超臨界萃取的研究和開發(fā)工作可謂方興未艾，主要原因是巨大的潛在市場(chǎng)需求。目前國(guó)際上SFE技術(shù)的研究和應(yīng)用正方興未艾，德國(guó)、日本和美國(guó)已處于領(lǐng)先地位，在醫(yī)藥、化工、食品、輕工、環(huán)保等方面研究成果不斷問世，工業(yè)化的大型SFE設(shè)備有5000L～10000L的規(guī)模，日本已成功研制出超臨界色譜分析儀。目前國(guó)際上超臨界流體萃取的研究重點(diǎn)已有所轉(zhuǎn)移，為得到純度較高的高附加值產(chǎn)品，對(duì)超臨界流體逆流萃取和分餾萃取的研究越來(lái)越多；超臨界條件下的反應(yīng)的研究成為重點(diǎn)，特別是超臨界水和超臨界二氧化碳條件下的各類反應(yīng)，更為人們所重視；超臨界流體技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域更為廣泛。除了天然產(chǎn)物的提取、有機(jī)合成外還有環(huán)境保護(hù)、材料加工、油漆印染、生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等；有關(guān)超臨界流體技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究得到加強(qiáng)。國(guó)際上的這些動(dòng)向值得我們關(guān)注。SFE技術(shù)對(duì)于中藥現(xiàn)代化至關(guān)重要。要從單純的中間原料提取轉(zhuǎn)向兼顧復(fù)方中藥新藥的開發(fā)利用，或?qū)ΜF(xiàn)行生產(chǎn)的名優(yōu)中成藥工藝改進(jìn)或二次開發(fā)上；加強(qiáng)分析型超臨界流體萃取或超臨界色譜在中藥分析中的應(yīng)用，不斷改革傳統(tǒng)的分析方法；超臨界流體結(jié)晶技術(shù)及其超細(xì)顆粒的制備可用于中藥新劑型的開發(fā)，應(yīng)加強(qiáng)在中藥制劑中的應(yīng)用，以推動(dòng)中藥制劑的現(xiàn)代化。5小結(jié)可持續(xù)發(fā)展是人類社會(huì)發(fā)展的新模式，也是世界各國(guó)的基本國(guó)策之一。為實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，不對(duì)環(huán)境造成污染，不對(duì)后代造成危害，21世紀(jì)的化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等必須通過(guò)調(diào)整自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，研究開發(fā)清潔化生產(chǎn)和綠色工業(yè)的新工藝和新技術(shù)。SFE技術(shù)就是近40年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的這樣一種新技術(shù)。我們應(yīng)當(dāng)從這個(gè)戰(zhàn)略高度來(lái)認(rèn)識(shí)SFE技術(shù)研究和推廣應(yīng)用的重要性，制定研究規(guī)劃，加大投入，加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，使它真正用于工業(yè)化生產(chǎn)，造福于人類，造福于社會(huì)。參考文獻(xiàn)：[1]張驍,張新建,束梅英.超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展及前景展望[J].2003.[2]王洛春,仇汝臣,王英龍,等.超臨界萃取技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊，2003，17（1）:9-10.[3]李發(fā)旺,李贊忠.超臨界流體技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀[A].2014(23):93-94.[4]梁瑞紅,謝明勇.超臨界萃取技術(shù)用于生物活性成分提取的研究概況[A].2003,24(6):87-88.[5]KarmelitaAnggrianto,RinaldiSalea,BambangVeriansyah,etc.Applicationofsupercriticalfluidextractiononfoodprocessing:black-eyedpeaandpeanut[J].2014,9:265-272.[6]MiguelHerrero,JoseA.Mendiola,AlejandroCifuentes,etc.Supercrit-icalfluidextr