超臨界流體萃取技術(shù)和設(shè)備及應(yīng)用

金永強(qiáng) 李凱 周玉琴

【摘 要】超臨界流體提取技米，是利用流體在臨界點(diǎn)附近所具有的特殊溶解能力的特點(diǎn)，進(jìn)行物質(zhì)提取分離或提純的高新技術(shù)，現(xiàn)已走向工業(yè)化階段，顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于從天然植物中提取有效成份具有廣泛的應(yīng)用前景。下面，本文就針對(duì)超臨界流體萃取技術(shù)和設(shè)備及應(yīng)用展開(kāi)簡(jiǎn)單分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】超臨界流體萃取；技術(shù)；設(shè)備；應(yīng)用

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)高低和相對(duì)分子質(zhì)量大小不同的成分萃取出來(lái)。

一、超臨界流體的性質(zhì)

氣液平衡線的終點(diǎn)-臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓力即臨界溫度（TC）和臨界壓力（PC）。臨界點(diǎn)處氣相和液相差別消失。溫度和壓力高于TC和PC的狀態(tài)叫超臨界狀態(tài)（SC狀態(tài)）。此時(shí)，該物質(zhì)成為既非液態(tài)又非氣態(tài)的單一相，稱為超臨界流體。SCF的相區(qū)在圖的右上方，氣液兩相共存線自三相點(diǎn)（B）延伸到臨界點(diǎn)（C）。超過(guò)臨界點(diǎn)，氣體不再因壓縮而液化。當(dāng)溫度、壓力均大于臨界溫度、臨界壓力時(shí)，便進(jìn)入了超臨界區(qū)SCF的性質(zhì)介于液相與氣相之間，其密度和溶解能力類似液體，而遷移性和傳質(zhì)性類似于可壓縮氣體。

溶質(zhì)在SCF中的溶解度，隨壓力和溫度的變化而有明顯改變，特別是在臨界點(diǎn)附近0.9二、超臨界流體萃取技術(shù)和設(shè)備

超臨界流體CO2萃取過(guò)程工業(yè)化工藝流程如圖：

從圖中可知，過(guò)程主要設(shè)備有壓縮機(jī)、萃取器、分離器及溫度控制系統(tǒng)。超臨界萃取過(guò)程是一個(gè)高壓操作過(guò)程，裝置的設(shè)計(jì)壓力一般大于30MPa以上，主要設(shè)備都是二、三類壓力容器；同時(shí)物料大多是固體，間隙操作是過(guò)程的特點(diǎn)之一，萃取器頂蓋頻繁地開(kāi)啟進(jìn)出料，故對(duì)萃取器、分離器的設(shè)計(jì)要求較高，即物料進(jìn)出口的拆裝要方便、安全、可靠；對(duì)疲勞設(shè)計(jì)、快開(kāi)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、厚器壁的傳熱及裝卸料的自動(dòng)化等提出了較高的要求。當(dāng)裝置的規(guī)模增大時(shí)，在長(zhǎng)徑比不變的情況下，容器的直徑增大，解決上述間題的難度加大。目前我國(guó)自行設(shè)計(jì)的萃取器最大直徑是0.8m，而國(guó)外已做到2m以上。除了壓力容器外，壓縮機(jī)也是超臨界流體萃取過(guò)程一個(gè)重要的設(shè)備。流體的壓縮可用壓縮機(jī)（柱式或隔膜式）或高壓泵。前者設(shè)備體積較大，流體循環(huán)過(guò)程無(wú)相變；后者泵的體積雖小，但流體循環(huán)過(guò)程有相變，故需配冷凍裝置。

三、超臨界流體萃取的應(yīng)用

（1）在食品工業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，在進(jìn)行天然香料植物的香精提取、動(dòng)植物的油脂提取等方面，超臨界流體萃取技術(shù)都獲得了廣泛運(yùn)用。其中一些技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，例如，西德從1978年開(kāi)始便相繼建成了2×106t/年咖啡豆脫咖啡因和年處理2×104t啤酒花的工業(yè)化裝置。日本富士香料公司也于1989年建成了1×300L的天然香料生產(chǎn)裝置等。現(xiàn)在國(guó)外市場(chǎng)上已出現(xiàn)了由該技術(shù)制取的具有高附加值的天然香料、色素和風(fēng)味物質(zhì)等高質(zhì)量的食品添加劑系列。此外，用超臨界CO2進(jìn)行食品殺菌也有研究，日本開(kāi)發(fā)的非加熱殺菌酵母失活技術(shù)已成功用于醬油酵母的殺菌處理，它的殺菌效率比一般殺菌技術(shù)高。

（2）在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用

就針對(duì)于醫(yī)藥工業(yè)來(lái)說(shuō)，因?yàn)镾FE技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)，使得其得到了廣泛運(yùn)用。從動(dòng)、植物中提取有效藥物成分仍是目前SFE在醫(yī)藥工業(yè)中應(yīng)用較多的一個(gè)方面[1]。從各種動(dòng)物中提取藥物成分也得到了較多的研究，其中從魚(yú)油中提取具有較高藥用價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的EPA和DHA是近年研究的熱點(diǎn)，日本已成功地從多種魚(yú)油中獲得了這類高純度生化藥品。近年來(lái)，超臨界流體技術(shù)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用已不僅僅局限于萃取方面，隨著研究的不斷深入，利用超臨界流體技術(shù)進(jìn)行藥物的干燥、造粒和制做緩釋藥丸已成為人們關(guān)注的一個(gè)新的熱點(diǎn)。

（3）在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用

我國(guó)化學(xué)工業(yè)中SFE的應(yīng)用研究也主要是在煤炭、石油、天然產(chǎn)物萃取及化學(xué)反應(yīng)等方面。對(duì)不同產(chǎn)地煤在SFE、脫硫等工藝條件、動(dòng)力學(xué)分析及萃取產(chǎn)物成分上開(kāi)展了一些研究。最近，陳克宇等研究了在超臨界水中聚苯乙烯泡沫的降解反應(yīng)，就溫度、時(shí)間和添加劑等因素的影響進(jìn)行了討論，結(jié)果表明，超臨界水能將聚苯乙烯泡沫降解為油狀產(chǎn)物，為消除這類物質(zhì)的污染提供了一種經(jīng)濟(jì)快速的方法[2]。

（4）在天然色素中的應(yīng)用

隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)用于食品加工、醫(yī)藥和化妝品的合成色素的限制和禁用，溶劑法生產(chǎn)的色素有異味和溶劑殘留無(wú)法滿足國(guó)際社會(huì)對(duì)高品質(zhì)色素的要求，嚴(yán)重影響了天然色素的推廣和應(yīng)用。超臨界萃取技術(shù)克服了以上缺點(diǎn)。因此，用超臨界提取天然色素成了我國(guó)天然色素今后發(fā)展的一個(gè)重要課題。目前，超臨界CO2萃取天然色素研究比較成熟的有咖啡因、胡蘿卜素、辣椒紅素、玉米黃色素、胭脂樹(shù)橙、枸杞、番茄紅等。采用正己烷等有機(jī)溶劑提取胡蘿卜素，不僅要消耗大量的溶劑，而且產(chǎn)品必須除去所有溶劑，避免溶劑殘留引起的毒性。超臨界CO2萃取可以替代傳統(tǒng)的溶劑法，有效地提取胡蘿卜素。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)今后進(jìn)一步研究超臨界流體萃取影響因素、超臨界流體的性質(zhì)等，結(jié)合其綠色環(huán)保、高效提取等優(yōu)點(diǎn)，超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用前景將十分廣闊。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓玉剛，汪小舟. 超臨界流體萃取技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 廣東化工，2014，（12）：104-105.

[2]霍鵬，張青，張濱，郭超英. 超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 河北化工，2010，（03）：25-26+29.