超临界流体萃取技术.ppt

Supercritical Fluid Extraction超临界萃取技术的主要内容l超临界流体萃取的基本原理和方法 l超临界流体的萃取选择性 l超临界流体萃取的过程系统及操作特性 l超临界流体萃取在食品工业中的应用 第一节 超临界流体萃取的基本原 理和方法l一、超临界流体萃取技术的基本概念l（一）超临界流体萃取技术的基本概念超临界流体萃取是一种新型的萃取分离技术该技术是利用流体在临界点附近某一区域内，它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一项技术 物质有三种状态气态 液态 固态流体状态物质的第四态：超临界状态纯物质都具有超临界状态2、超临界流体l是指热力学状态处于临界点C、P(Pc、 Tc)之上的流体，临界点是气、液界面刚 刚消失的状态点l超临界流体具有十分独特的物理化学性 质，它的密度接近于液体，粘度接近于 气体，具有扩散系数大、粘度小、介电 常数大等特点，使其分离效果较好，是 很好的溶剂二）超临界流体萃取技术的发展超临界流体萃取技术的发展Ø在1879年，有过报道关于超临界流体对液体和固体物质具有 显著溶解能力这种物理现象， Ø20世纪50年代，美国从理论上提出SCFE用于萃取分离的可 能性 Ø60年代以后，原西德对这一领域首次做了许多基础和应用性 的研究。

Ø1978年1月在西德Essen举行了首次SCFE技术研讨会，可称 为现代SCFE技术开发的里程碑， Ø主要包括：分离过程基本原理及相平衡理论、测试手段、 基础数据及其应用范围、设备结构和设计方法等 Ø近20年来，SCFE技术迅速发展，并被用于化工、石油、食 品、医药等工业的热敏性、高沸点物质的分离l超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要 是由于：l①各国尤其是发达国家的政府对食品、药物等的 溶剂残留、污染制定了严格的控制法规； l②消费者日益担心食品生产中化学物质的过多使 用；l③传统加工技术不能满足高纯优质产品的要求；l④传统加工技术能耗大二、超临界流体萃取的基本原理和方法l（一）超临界流体萃取的基本概念Ø临界温度（Tc）：物质处于无论多高压力下均不能被 液化的最低温度Ø临界压力 (Pc)：与Tc相对应的压力称为临界压力Ø超临界区域：在压温图中，高于临界温度和临界压力 的区域称为超临界区Ø超临界流体：如果流体被加热或被压缩至高于临界点 时，则该流体即为超临界流体 Ø超临界点时的流体密度称为超临界密度 (ρc)，其倒数 称为超临界比容(Vc)物质的临界温度与临界压力lCO2：临界温度：31.06℃ ；临界压力：7.38Mpal甲烷：临界温度：83.0℃ ；临界压力：4.6Mpal丙烷：临界温度：97.0℃ ；临界压力：4.26Mpal甲醇：临界温度： 240.5℃ ；临界压力：7.99Mpal乙醚：临界温度： 193.6℃ ；临界压力：3.68Mpal水：临界温度：374.4℃ ；临界压力：22.2Mpa(二)超临界流体萃取的性质l超临界流体的P－V－T性质 l超临界流体的传递性质 l超临界流体的溶解能力 l超临界流体的萃取选择性 1、超临界流体的P－V－T性质l稍高于临界点温度的区域，压力稍有变 化，即引起密度的很大变化，这时，超 临界流体密度已接近于该物质的液体密 度，而此时的状态仍为气态，因此，超 临界流体具有高的扩散性，与液体溶剂 萃取相比，其过程阻力大大降低。

l超临界流体的P－V －T性质l图中表示了以CO2为 例的P一T相图T为 三相点2、超临界流体的传递性质 l由于超临界流体的自扩散系数大，粘度 小，渗透性好，与液体萃取相比，可以 很快地完成传质，达到平衡，促进高效 分离过程的实现 3、超临界流体的溶解能力 l超临界流体的溶解能力，与密度有很大 关系，在临界区附近，操作压力和温度 的微小变化，会引起流体密度的大幅度 变化，因而也将影响其溶解能力4、 超临界流体的萃取选择性 Ø1、超临界技术对萃取剂的要求：提高萃 取剂选择性的基本原则是Ø①按相似相溶原则，选用的超临界流体与被 萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越 大Ø②从操作角度看，使用超临界流体为萃取剂 时的操作温度越接近临界温度，溶解能力也 越大三）选择萃取剂的主要因素l本身为惰性，且对人体和原料应完全无 害；l具有适当的临界压力，以减少压缩费用 ，具有低的沸点；l对所提取的物质要有较高的溶解度Ø超临界CO2作为萃取剂与常规的有机溶剂 相比的优点：Ø因为无毒无害、不易燃易爆； Ø低粘度、低表面张力、低沸点、合理临界特 性等四）超临界CO2作为萃取剂的具体 特点l分子量大于500道尔顿的物质具有一定的溶解度 。

l中、低分子量的卤化碳、醛、酮、酯、醇、醚 是非常易溶的l低分子量非极性的脂族烃 (20碳以下)及小分 子的芳烃化合物是可溶的l分子量很低的极性有机物 (如羧酸)是可溶的 酰胺、脲、氨基甲酸乙酯、偶氮染料的溶解性 较差第二节超临界流体萃取的过程系统及操作特性 l一、超临界流体萃取的过程系统l1、超临界流体萃取系统的组成Ø溶剂压缩机 (即高压泵)Ø萃取器Ø温度、压力控制系统Ø分离器和吸收器l其他辅助设备包括：辅助泵、阀门、背 压调节器、流量计、热量回收器等 2、超临界流体萃取的过程系统二、超临界流体萃取工艺流程图l流程：原料过筛后进入萃取釜E，C02由高压泵H加压，经过换热器R升温使其成为既具有气体的扩散性而又有液体密度的超临界流体，该流体通过萃取釜萃取出植物油料后，进入第一级分离柱S1，经减压，升温l由于压力降低，C02流体密度减小，溶解能力降低，植物油便被分离出来lC02流体在第二级分离釜S2进一步经减压，植物油料中的水分，游离脂肪酸便全部析出，纯C02由冷凝器K冷凝，经储罐M后，再由高压泵加压，如此循环使用三、超临界流体萃取的操作特性l大多数食品的化 学复杂性和热敏 性等特性决定了 在采用超临界流 体萃取时要仔细 选用溶剂及萃取 操作条件。

l包括全萃取区、 脱臭区、分馏区四、超临界流体技术的优点Ø超临界流体具有较高的扩散性，从而减小了 传质阻力，这对多孔疏松的固态物质和细胞 材料中的化合物的萃取特别有利Ø超临界流体对改变操作条件(如压力、温度)特 别敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调 性Ø超临界流体可在低温下进行，对分离热敏性 物料尤为有利Ø超临界流体具有低的化学活泼性和毒性第三节 超临界流体萃取的应用 Ø一、应用概况Ø超临界流体技术在萃取和精馏过程中，作为常规分离方 法的替代，有着许多潜在的应用前景Ø近二十年来，该技术的研究取得了很大的进展，它在食 品工业中的应用亦日益广泛 超临界CO2萃取技术在国内天然 药物研制中的应用l目前，国内外采用CO2超临界萃取技术 可利用的资源有：紫杉、黄芪、人参叶 、大麻、香獐、青蒿草、银杏叶、川贝 草、桉叶、玫瑰花、樟树叶、茉莉花、 花椒、八角、桂花、生姜、大蒜、辣椒 、桔柚皮、啤酒花、芒草、香茅草、鼠 尾草、迷迭香、丁子香、豆蔻、沙棘、 小麦、玉米、米糠、鱼、烟草、茶叶、 煤、废油等超临界CO2萃取技术在食品方面的应 用l目前已经可以用超临界二氧化碳从葵花籽、 红花籽、花生、小麦胚芽、可可豆中提取油 脂，这种方法比传统的压榨法的回收率高， 而且不存在溶剂法的溶剂分离问题啤酒花萃取l啤酒花中的有用成份是挥发性油和软树脂中的葎草 酮及α-酸 l 采用超临界流体萃取法制造啤酒浸膏时，首先把啤 酒花磨成粉状，使之更易与溶剂接触。

然后装入萃 取罐，密封后通入超临界CO2，操作温度35~38℃， 压力8~30MPa达到萃取要求后，浸出物随CO2一 起被送至分离罐，经过降压分离得到含浸膏99%的 黄绿色产物据报道，虽然用超临界法萃取啤酒花 的成本较常规溶剂处理法的成本高，但用前者得到 的是高质量、富含风味物的浸膏，同时避免了使用 可能致癌的化学物质脱咖啡因l生产过程为：先用机械法清洗咖啡豆， 去除灰尘和杂质;接着加蒸汽和水预泡， 提高其水分含量达30%~50%;然后将预 泡过的咖啡豆装入萃取罐，不断往罐中 送入CO2(操作湿度70~90℃，压力16- 20MPa，密度0.4~0.65g/cm2)，咖啡因就 逐渐被萃取出来带有咖啡因的CO2被送 往清洗罐，使咖啡因转入水相然后水 相中咖啡因用蒸馏法加以回收，CO2则循 环使用 超临界CO2萃取技术在医药保健 品方面的应用l在抗生素药品生产中，传统方法常使用丙酮 、甲醇等有机溶剂，但要将溶剂完全除去， 又不是要变质非常困难若采用SCFE法则完 全可符合要求l另外，用SCFE法从银杏叶中提取的银杏黄酮 ，从鱼的内脏，骨头等提取的多烯不饱和脂 肪酸（DHA，EPA），从沙棘籽提取的沙棘 油，从蛋黄中提取的卵磷脂等对心脑血管疾 病具有独特的疗效。

超临界CO2萃取技术在天然香精 香料的提取的应用l用SCFE法萃取香料不仅可以有效地提取芳香 组分，而且还可以提高产品纯度，能保持其 天然香味，如从桂花、茉莉花、菊花、梅花 、米兰花、玫瑰花中提取花香精，从胡椒、 肉桂、薄荷提取香辛料，从芹菜籽、生姜， 莞荽籽、茴香、砂仁、八角、孜然等原料中 提取精油，不仅可以用作调味香料，而且一 些精油还具有较高的药用价值超临界CO2萃取技术在化工方面 的应用 l在美国超临界技术还用来制备液体燃料以 甲苯为萃取剂，在Pc=100atm, Tc=400-440℃条件 下进行萃取，在SCF溶剂分子的扩散作用下，促进煤有机质发生深度的热分 ，能使三分之一的有机质转化为液体产物 此外，从煤炭中还可以萃取硫等化工产品。