第四章--超临界概要.ppt

2019/10/28,1,第四章 超临界流体萃取技术,第一节 概述 第二节 超临界流体萃取技术基本原理 第三节 超临界CO2流体萃取 第四节 超临界CO2流体萃取的工艺流程与设备 第五节 超临界CO2流体萃取的应用与实例,2019/10/28,2,第一节 概述,超临界流体萃取（SCFE或SFE）技术是20世纪60年代兴起的一种绿色分离技术 超临界液体：,,2019/10/28,3,第一节 概述,超临界流体萃取（SCFE或SFE）技术是20世纪60年代兴起的一种绿色分离技术 超临界液体：,2019/10/28,4,第一节 概述,超临界流体萃取（SCFE或SFE）技术是20世纪60年代兴起的一种绿色分离技术 超临界液体特性：,2019/10/28,5,第一节 概述,超临界流体萃取（SCFE或SFE）技术是20世纪60年代兴起的一种绿色分离技术 超临界液体特性：,,2019/10/28,6,第一节 概述,2019/10/28,7,SCF不仅具有与液体溶剂相当的溶解能力，还有很好的流动性和优良的传质性能，有利于被提取物质的扩散和传递第一节 概述,总之：,2019/10/28,8,2019/10/28,9,第一节 概述,2019/10/28,10,第二节 超临界流体萃取技术原理,1.高密度造就了高溶解性,一、基本工作原理,2019/10/28,11,第二节 超临界流体萃取技术原理,2.超临界流体的密度对压力和温度较敏感,2019/10/28,12,第二节 超临界流体萃取技术原理,,,3.超临界流体具有较高的扩散系数,2019/10/28,13,第二节 超临界流体萃取技术原理,二、超临界流体的选择,2019/10/28,14,第二节 超临界流体萃取技术原理,超临界流体的选择原则：,2019/10/28,15,第二节 超临界流体萃取技术原理,超临界流体的种类：,2019/10/28,16,第二节 超临界流体萃取技术原理,超临界流体的种类：,2019/10/28,17,三、超临界萃取的过程,2019/10/28,18,三、超临界萃取的过程,1-萃取釜 2-减压阀 3-分离釜 4-加压泵,2019/10/28,19,超临界萃取过程,2019/10/28,20,第三节 超临界CO2流体萃取,一、超临界CO2流体对溶质的溶解性能,2019/10/28,21,第二节 超临界流体萃取技术原理,,2019/10/28,22,一、超临界CO2流体对溶质的溶解性能,2019/10/28,23,二、SCF－CO2萃取的特点,CO2的临界温度接近于室温（32℃），适合于分离热敏性物质； 渗透力强，传质速度快，可大大缩短生产周期； 不残留有机溶剂； SCF－CO2还具有抗氧化作用，有利于保证和提高天然物产品的质量。

溶剂回收简单方便，节省能源通过等温降压或等压升温被萃取物就可与萃取分离 无毒、无污染，不易燃、易爆2019/10/28,24,三、夹带剂的使用,2019/10/28,25,三、夹带剂的使用,,,2019/10/28,26,（1）增加目标组分在SCF中的溶解度，降低萃取压力； （2）增加溶质溶解度对温度、压力的敏感性 （3）提高对极性溶质的选择性. 夹带剂与溶质分子间形成作用力，如氢键、范德华力以及其它化学作用力等，对溶解度起了更为重要的作用夹带剂的作用：,三、夹带剂的使用,2019/10/28,27,三、夹带剂的使用,非极性和极性两类： 在中药萃取中主要用极性夹带剂； 极性夹带剂：可极大的改善某些溶质的溶解度和萃取选择性 夹带剂应用可以是纯物质也可以是多种物质混合物种类：,2019/10/28,28,三、夹带剂的使用,对选择性影响不大,2019/10/28,29,三、夹带剂的使用,,2019/10/28,30,三、夹带剂的使用,2019/10/28,31,三、夹带剂的使用,2019/10/28,32,三、夹带剂的使用,导致的问题：,1）降低萃取的选择性； 2）不可避免地在产物中有残留； 3）增加了夹带剂的分离与回收。

2019/10/28,33,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,2019/10/28,34,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,2019/10/28,35,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,1、萃取压力的影响,,,2019/10/28,36,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,2、萃取温度的影响,,2019/10/28,37,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,2、萃取温度的影响,2019/10/28,38,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,2、萃取温度的影响,2019/10/28,39,延长动态萃取的时间，会使在增加操作成本的同时，而会使其他本来溶解度较小的杂质也随之被萃取出来同时萃取的速率会下降 许多研究已表明，增加萃取强度，用尽量短的时间，更有利于整个萃取效率的提高四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,3、萃取时间的影响,2019/10/28,40,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,4、萃取CO2流量的影响,不利方面：停留时间短，不利于溶解度较小组分的扩散有一定搅拌作用2019/10/28,41,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,5、夹带剂的选择,1.种类选择：综合考虑分子结构、分子极性、相对分子质量、分子体积和化学活性等因素，对酸、醇、酚、酯等组分，可以选用含-OH、C=O基团的夹带剂；对极性较大的目标组分，可选用极性较大的物质作为夹带剂。

2.浓度选择---选择合适的夹带剂浓度 通过实验确定所选择的夹带剂是否具有夹带增大效应（与未添加夹带剂相比）和夹带剂的选择性2019/10/28,42,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,6、粒度,粒度小，表面积增大，有利于萃取 粉碎过细，阻力增加，阻塞流体通道，不利2019/10/28,43,四、影响SCF－CO2流体对溶质溶解能力的因素,7、传质性能的改善,2019/10/28,44,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,,2019/10/28,45,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,常规流程 夹带剂流程 等温法 等压法 吸附法 多级解吸法,,,依解吸方式不同分,,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,2019/10/28,46,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,常规流程,含夹带剂的流程,,或,2019/10/28,47,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,由于压力改变对CO2流体溶解度的影响很大，该流程使用广泛 适用于从固体物料中萃取脂溶性、热敏性组分。

2019/10/28,48,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,适用提取那些CO2流体溶解度对温度较为敏感，且受热不易分解的组分 由于溶解度敏感性远小于压力，该流程使用较少2019/10/28,49,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,吸附剂可以为液体如水，有机溶剂，也可以是固体如活性炭等2019/10/28,50,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,,,多级降压分离流程,最难萃取的成分最先分离出来2019/10/28,51,如用超临界CO2提取一个含有糖、苷、挥发油类的植物： 采用恒温多级降压分离流程进行萃取，将超临界CO2调节到50MPa，对该植物进行循环提取，然后采用恒温分级降压，降到20MPa时得到糖类，继续降到10MPa可得到苷类，降到7MPa以下可得到挥发油类第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程,,,多级降压分离流程,2019/10/28,52,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,二、超临界CO2流体萃取的设备,,,萃取系统的主要设备包括：压缩机、高压泵、阀门、热交换器、 萃取釜、分离釜，加料器和储料罐等。

核心,目前萃取釜存在的问题： 1）物料无法实现高压下连续进出物料； 2）密封结构和材料必须适应超临界流体的强溶解性和高渗透能力自紧式,丁睛橡胶,带卡箍,1、萃取釜,,2019/10/28,53,第四节 SCF-CO2萃取的工艺流程与设备,二、超临界CO2流体萃取的设备,,,两相流状态，即含萃取物和溶剂的液相以小液滴形式分散于气相中，进入分离器后进行两相分离 要求：避免液滴被夹带出去 做法： 1）轴向进气：效果不好，轻组分易带走； 2）旋流式进气：效果好； 3）内设热交换器：高效，但需要考虑热交换器表面是否有萃取物析出,2、分离器,2019/10/28,54,第五节 SCF-CO2萃取的应用,2019/10/28,55,第五节 SCF-CO2萃取的应用,2019/10/28,56,一、萜类和挥发油的萃取 青蒿素-- 200L工业化生产，收率高于传统法1.9倍，减少了三废--据世界卫生组织公布的资料，迄今为止，全球每年仍有近3亿人感染疟疾，每年约有100多万人死于疟疾，其中90％的死亡者为5岁以下儿童，且主要分布在非洲南部国家, 川芎油—300L装置，收率是水蒸气蒸馏的5~8倍 二、醌类： 天然色素，极性大，萃取压力提高，加入夹带剂。

三、生物碱： 在植物中以盐的形式存在，在萃取前需用氨水碱化使之游离，再行萃取2019/10/28,57,四、糖类及其苷类： 多糖用途广泛，分子量大，极性大萃取时加入夹带剂，提高压力 藏药雪灵芝多糖，加入极性夹带剂，总皂苷、多糖的收率分别是传统法的189和162倍 五、香豆素与木质素类：碱溶酸沉法； 六、黄酮类：活性最广泛的成分—碱提、碱醇、热水提，pH梯度法铅盐法等---排污量大、有效成分损失多、提取率低、成本高等一系列缺点 银杏叶；茶多酚 七、其他 紫苏子，脂肪油，富含α-亚麻酸2019/10/28,58,例1 牛尾独活挥发油的提取,对牛尾独活的水蒸气蒸馏提取、超临界CO2流体萃取以及微波辅助萃取进行了比较： 结果表明微波辅助萃取需要的时间最短，而挥发油的收率最高，可达到0.72%，但萃取物的品质较差而在萃取压力25 Mpa、萃取温度45℃、CO2流量20 L/h的条件下，对牛尾独活进行超临界CO2流体流体萃取，其挥发油的收率为0.65%，比微波辅助萃取的收率略低，但远高于水蒸气蒸馏法0.13%的提取率，而且萃取产物具有较浓厚的牛尾独活芳香，产品具有较高的品质2019/10/28,59,例2 蛇床子的超临界萃取,在萃取压力40Mpa、萃取温度40℃、分离I压力5Mpa、分离I温度45℃、分离II温度46℃、分离Ⅱ压力5Mpa的最佳条件下，萃取80min，蛇床子素（香豆素类）的量可达21.08％。

2019/10/28,60,例3：穿心莲有效成分的萃取,穿心莲中有效成分为二萜内酯类化合物，包括穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯、新穿心莲内酯、去氧穿心莲内酯，其中以穿心莲内酯和脱水穿心莲内酯为主所以药典中以此作为衡量质量的指标来控制穿心莲产品的质量 传统法：水提和醇提法，前者因穿心莲内酯提取率极低而淘汰后者冷浸时提取率高，但周期长（6天），耗醇量大 用SF-CO2: 用超临界二氧化碳萃取替代醇提法提取穿心莲有效成分，解决穿心莲内酯等有效成分（1） 在传统工艺的提取和烘膏过程中受热分解的问题（2）生产周期长的问题有效成分含量较高并有该药的天然香味乙醇夹带剂,2019/10/28,61,例4 鱼油中不饱和脂肪酸的精制浓缩,多烯不饱和脂肪酸有很高的药用价值和营养价值 鱼油中富含ω-3系列的长链PUFA，并以二十碳五烯酸（eicosapentaepic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（docOSahexaenoic 。