超臨界流體萃取在啤酒生產中的應用

呂璟慧，溫 哲

中國礦業大學化工學院，江蘇 徐州 221116

0 引言

超臨界流體（SCF）指的是熱力學狀態處于臨界點（Tc，Pc）之上的高密度流體。超臨界流體具有氣體和液體的雙重特性，其粘度與氣體相似，密度和液體相近，但擴散系數比液體大得多。這種氣液雙重特性使得其對很多物質均具有很強的溶解能力，分離速率遠比液體溶劑萃取快。隨著近十幾年來對超臨界流體萃取的基本原理、工藝流程和裝備等方面的研究的進一步深入，超臨界萃取技術已經在精細化工、食品工業、醫藥生產、石油化工、環境保護等方面有了較廣泛的應用。目前，超臨界流體萃取已經形成一門新的化工分離技術，并在一些特定組分的分離上展示了它的應用前景[4，6]。

1 超臨界萃取基本原理[6]

超臨界流體（SCF）是處于臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）以上的非凝縮性的高密度流體。超臨界流體沒有明顯的氣液分界面，是一種氣液不分的狀態，具有優異的溶劑性質，粘度低，密度大，有較好的流動、傳質、傳熱和溶解性能，其物理性質介于氣體與液體之間。

超臨界流體處于超臨界狀態時，其密度為氣體密度的數百倍，接近于液體密度，而其流動性和黏度仍接近于氣體，擴散系數大約為氣體的1% ，而較液體的擴散系數大數百倍，因此物質移動或分配時，均比其在液體溶劑中要快。在超臨界狀態下，適當改變超臨界流體的溫度或壓力，可使超臨界流體對被萃取物質的溶解能力在1O0～l 000倍的范圍內變化。超臨界流體萃取正是利用這種性質，在較高壓力下，將溶質溶解于流體中，然后降低流體溶液的壓力或升高流體溶液的溫度，使溶解于超臨界流體中的溶質因其密度下降溶解度降低而析出，從而實現特定溶質的萃取。

2 超臨界流體萃取技術在啤酒生產上的應用

2.1 超臨界CO2萃取啤酒花浸膏[1，2]

啤酒花可以作為啤酒釀造中的防腐劑和芳香劑，賦予啤酒特有的苦味和香味，在啤酒釀造過程中有很重要的作用。但啤酒花是季節性生產且有效成分會隨著儲存時間的延長而降低和氧化。傳統的提取方法提取出的產品質量差，而且存在化學溶劑殘留，故采用超臨界萃取技術更為有效。此方法操作方便、萃取率高、產品質量好，具有很大的開發價值。

具體過程如下：啤酒花經適當粉碎裝入萃取器中，凈化的CO2氣體由壓縮機加壓至一定的高壓后通人到萃取器，在適當的溫度下進行萃取，然后經減壓閥減壓后進入分離器進行分離，啤酒花浸膏留在分離器中，后由放油閥放出收集，CO2氣體進入儲罐與來自鋼瓶的CO2混合，可以循環利用。

2.2 白酒芳香昧物質萃取[2]

在白酒釀造的過程中會產生大量的廢槽液，廢槽液中含有糖分、蛋白質、氨等大量的營養物質，因而酸度高、粘度大，直接排放不但會污染環境，還造成了資源浪費，故可采用超臨界CO2萃取技術提取酒糟中的白酒香氣成分。

具體過程如下：首先將酒糟干燥粉碎，同時加入1%的CaCO3對酒糟進行中和處理，使進入萃取分離體系的液體呈中性；將酒糟原料裝入萃取器，開始加熱萃取器、分離器到35℃～60℃；再將萃取劑超臨界CO2加壓泵入萃取器中，萃取器操作壓力為15MPa～45MPa，萃取后的萃取劑流體減壓流人第一分離器分離，第一分離器壓力為5MPa～20MPa，萃取劑流體再減壓流人第二分離器分離，第二分離器壓力為2MPa～10MPa，分離的CO2凈化后循環進入萃取器再萃取。從分離器放出產品。

2.3 酒精脫水精制[2]

酒精脫水精制是酒精生產過程的關鍵技術。一般發酵醪液的酒精濃度為8%～12%，酒精產品必須濃縮到95%，若用作燃料則應濃縮到99.5%以上。傳統的濃縮法是精餾法，能耗很高。采用超臨界CO2流體萃取乙醇一水溶液可以減少能耗，降低成本。

具體過程如下：將CO2壓縮到6.5MPa～7.0MPa與逆流的稀酒精水溶液、丁醇水溶液以及醛、酮、酸、酯等的水溶液呈逆流接觸，因有機質較水更易溶于近臨界CO2流體，結果可使有機質富集于CO2萃取相中。將萃取相稍經減壓后，送入精餾塔，利用CO2與有機質之間較大的相對揮發度，只需少數塔板即可將CO2分離干凈而獲得濃縮的乙醇、丙醇和丁醇，大大減少了能耗。

2.4 玉米胚芽油提取[3]

玉米胚芽油的提取是玉米酒精生產過程的重要生產單元。傳統的玉米胚芽油的生產主要有機榨法和工業己烷浸出法。機榨法出油率較低，且對油成分影響較大；工業己烷浸出法工藝復雜，且殘存的工業己烷對人體有一定的毒副作用。采用超臨界CO2萃取所提取得到的玉米油的質量不經過深加工就已經達到了精煉油的標準，且萃取過程中有較好的選擇性，可在萃取的同時完成脫酸、脫臭、脫膠、脫色等精煉過程，不需要高溫，有利于節能和防止油脂的氧化；脫脂后的玉米胚餅蛋白含量高，無溶劑殘留。

3 展望

超臨界流體萃取技術的發展和應用日趨成熟。將該技術應用于發酵法酒精生產過程中，不僅提高了產品的質量，增加了產品的附加值，而且有利于實現酒精釀造過程的清潔生產，減少運輸和儲存的費用[6]。目前，超臨界流體萃取技術和設備由于投資和操作成本等問題，在發酵法酒精生產過程的應用還受到一定的限制，隨著超臨界CO2萃取技術和裝備的不斷拓展與完善，超臨界萃取技術在釀酒生產中的應用有可能實現較大的突破。

[1]李疆，周紅.超臨界萃取技術及其在啤酒花浸膏生產上的應用[J].釀酒，2008，5：53-54.

[2]劉寶菊，等.超臨界萃取技術在釀酒生產中的應用進展[J].釀酒，2009，1：18-20.

[3]陳必春，等.超臨界萃取技術在食品工業中的應用[J].食品工程，2008，2：6-7.

[4]王艷萍.談超臨界流體萃取技術的應用[J].安陽工學院學報，2008，11：25-27.

[5]高慶宇，尹文萱，周同齡，耿汝波.物質分離和鑒定的方法與實驗[J].中國礦業大學出版社，2005.

[6]王艷萍.談超臨界流體萃取技術的應用[J].安陽工學院學報，2008，6.