实验一超临界萃取设备一、概述超临界流体萃取(Supercriticalfluidextraction,简称SFE或者SCFE)是种分离方法。超临界流体(Supercriticalfluid,简称SCF)是指操作温度超过临界温度和压力超过监界压力状态的流体。在此状态下的流体，具有接近于液体的密度和类似于液体的溶解能力，同时还具有类似于气体的高扩散性、低粘度、低表而张力等特性。因此SCF具冇良好的溶剂特性，很多固体或液体物质都能被其溶解。常用的SCF有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等。其中以二氧化碳最为常用。曲于SCF在溶解能力、传递能力和溶剂回收等方面具冇特殊的优点。而且所用溶剂多为无毒气体。避免了常用有机溶剂的污染问题。早在100多年前，人们就观察到临界流体的特殊溶解性能，但在相当长时间局限于实验室研究及右油化工方而的小型应用。直到20世纪70年代以后才线年召开了首届专题讨论会，1979年首台工业装置投入运行，标志着超临界萃取技术开始进入工业应用。超临界萃取之所以受到青睐，是由于它与传统额液-液萃取或浸取相比，有以下优点：萃取率高；产品质量高；萃取剂易于冋收；选择性好。曲于压力下降使得CO?与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开，不存在物料的相变过程，不需冋收溶剂，操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少,节约成本。小变化。都会引起C0?密度显著变化，从而引起待萃物的溶解度发生变化。可通过控制温度或压力的方法达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离;反之温度固定，降低压力使萃取物分离；因此工艺流程短、耗时少。对环境无污染，萃取流休可循环使用，真正实现生产过程绿色化。2.3萃取温度低。CO?的临界温度为31.16C。临界压力为7.38MPa,可以冇易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。2.4临界CO?流体常态下是气体，无毒，与萃取成分分离后，完全没有溶剂留，有效地避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留。同吋也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染。2.5超临界流体的极性可以改变，一定温度条件下，只耍改变压力或加入适夹带刑，即可提取不同极性的物质，可选择范围广。3.超临界萃取流程利用SCF的溶解能力随温度或压力改变而连续变化的特点，可将SFE过程大致使萃取相经过等压升（降）温、结果都能使SCF失去对溶质的溶解能力，达到分离溶质与回收溶剂的目的。典型的等温降压超临界萃取流程见图1。将二氧化碳气体压缩升温达到溶解能力最大的状态点1（即SCF状态），然后加到萃取器与被萃取物料接触。由于SCF有很高的扩散系数，故传质过程很快就达衡。此过程维持压力恒定，则温度自然下降，密度必定增加，到状态点2,然后萃取物流进人分离器，进行等温减压分离过程，到状态点3,这时SCF的溶解能力减弱，溶质从萃取相中析出，SCF再进人压缩机进行升温加压，回到状态点1,这样只需要不断补充少量溶剂，过程就口J以周而复始。图1超临界萃取流程简图一T!进料萃取，一口分离出料，一TfPf溶剂加收图2超临界C02流体萃取工艺流程示意图1、24、27—泵；2-夹带剂贮罐；5、30—萃取器；7、10、18—压力表；14—可调节式冷凝器；16—加热器；21—分离器；23—C0贮罐：26—+间贮罐;31—热交换器；3、4、6、8、9、11、12、13、15、17、19、20^22、25s28、29.32—阀门图3超临界C02流体萃取的三种基本流程示意图超临界萃取技术的应用超临界萃取技术在食品工业屮用于茶叶、咖啡豆脱咖啡因；食品脱脂；酒花有效成分提植物色素的萃取；植物及动物汕脂的萃取。在医药工业屮用于酶、维生索等的精制；动植物体内药物成分的萃取；医药晶原料的浓缩、粕制；糖类与蛋口质的分离以及脱溶剂脂肪类混合物的分离精制等。在化妆品工业中用于天然香料的萃取；合成香料的分离精制；化妆詁原料的萃取、粘:1、3—压力衣；2—阀门;一分离器；5—圧缩机；6—冷却器；7—萃取器；3—压力衣；2—加热器；4-分离器；5-冷却器；6-高压泵；7—热交换器；8-萃取器1在食品工业中的应用超临界萃取技术在食品工业屮的应用发展迅速，并已取得了稳固的地位。现在国内外市场上已出现了由该技术制取具启高附加值的天然香料、色素和风味物质等高质量的食品添加剂系列。我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化，集小用在提取动植物油脂、色素、香料及食站脱臭方而。1天然香料、色素的生产超临界萃取技术生产天然香料的主要原料冇鲜花、水果皮等，主要产品为精油，还可提它风味物质，如大蒜中的大蒜素、大蒜辣素；生姜中的姜辣素；胡椒中的胡椒碱及辣椒屮的辣椒素等。Tcmcli等用超临界萃取柑桔香精汕，在70%、8.3MP&下得到柑桔风味浓厚的Baysal用超临界萃収法从香菜种子中分离得到柠檬香油和香芹酮。Papamicha订对芹菜种子先研轉，再用超临界CO?提取植物油。Zekovic用超临界CO2提取百里张骊等从墨红花中用超临界C0?提取的精汕香气与鲜花相近161。高彦样用超临界C0?萃取茴香汕，在提取压力30MPa,温度40C,通过两个串联分级分离器，获得含脂和含汕两种产临界C02萃取研究荔枝來皮楮油。实验结果表明，荔枝果皮粉楮油的最佳萃取条件为：12MPa,35%,1〜1.5h,当含水量为6%时萃取率鮫高。研究表明香料萃取时，低压产品主要是精油，高压产品主要为油树脂。超临界C0?还可以分离天然色素。超临界C02从辣椒小宵接提取辣椒色素，RozziNL研究了在温度32-86%和压力13.78〜48.26MPa的条件下从番茄副产品中提取番茄红索。结果表明在86C、34.47MPa的条件卞得到了38.8%的最大捉取率。孙庆杰从番茄中提収番茄红素，在压力15-25MPa,温度40〜50%,流量20kg/h,萃取时间1〜2h,番茄皮中90%以上番茄红色素对萃取出来。用己烷萃取可对色素的萃取率为75%〜80%，而超临界CO?萃取率达90%。紫草中的紫草宁、海藻中的胡萝卜素等均可用超临界COJ萃取。葛毅强、倪元颖等以小麦胚芽作为超临界流体萃取的试验材料，研究了不同预处理条件（水分含量和粉碎度）对提取麦胚小天然维生素E的影响。其研究结果农明：麦胚中天然维宀素E的超临界C02萃取的适宜预处理条件为麦胚含水量5.1%、物料粒度30目/54cmo4.1.2油脂的捉取分离用超临界CO?萃取汕脂，回收率高，并可调节萃取条件，对不饱和脂肪酸等成分实现选最佳萃取条件。刘松义等研究小麦胚芽油的超临界C02提取，探索了压力、温度、吋间和流量对萃取率的影响，得到最佳工艺条件：压力20MPa,温度35%流量4L/min。张素华用超临界CO?萃取法萃取、分离等工艺得到的沙棘油，与溶剂法相比，所得沙棘油酸价低。吕维忠用超临界C()2萃取技术从大豆粗磷脂屮萃取天然高纯度卵磷脂，得到最佳T艺条件为萃取压力30MPa,萃取温度50%,萃取时间6h,产品纯度98%,残汕含量43%,该法比溶剂 法优越，产晶质量 高，为开发和综合利用大豆资源开辟了新途径。方涛等对油脂脱臭係出物 的甲酯化产物进行超临 界萃取,用来浓缩犬然生育酚。鱼油中含有大量的二十碳五烯酸(EPA) 和二十二碳六烯酸(DHA)这种 具冇生理活性的不饱和脂肪酸，作为功能性食品原料而引人注 目，其具何预防和治疗脑血栓、动 脉粥样硬化、改善记忆力、提高智商等作用，用超临界萃 取可将EPA和DHA从鱼汕中分离。赵亚 平等用硝酸银络合与超临界结合的方法从鱼汕屮同时获 得90%以上EPA和DHA。戴东升用超临界C02 萃取法提取真菌中的EPA。尹卓容采用超临界血 萃取法从刀觅草种子和丝状真菌提取亚麻酸，物 料水分升高，回收率降低，回收率述随压力 升高而增大直至饱和。另外，超临界CO?町从紫苏了 中萃取分离出紫苏脂肪油，其中亚麻酸 为主要成分，具冇很好的调血脂作用，无毒副作用。 3中药有效成分的提取在医药工业中，山于超临界技术具有优于传统分离技术的特点，捉取物中不存在有害健 残帘溶剂，同时具有操作条件温和与不致使生物活性物质失活变性的优点而倍受关注。冃前从动 植物中捉取冇效药•物成份仍是超临界 CO?萃取技术在医药工业中应川的重点，同时 包括药用成 分分析及粗品的浓缩精制等。用超临界萃取既可直接从单味屮药材或复方中药材 提取不同部位的 有效成分，也可直接提取屮药浸膏以筛选有效成分，能大大提高筛选速度， 可提取许多传统捉取 分离方法分离不出來的成分，利于新药开发，并具有抗氧化、灭菌等作 用，有利于保证和提鬲产 品质量。张虹用超临界萃取从川茸中提取阿魏酸，得到提取的最佳 条件是:萃取罐的温度70%、萃 取压力35MPa、CO2流量25kg/h,萃取时间2.5h。杨苏蓿用 超临界COJ萃取技术提取分离五味子屮 木脂素等成分(五味子甲素、乙素及五味子醉甲、酯 甲)，得到最佳萃取条件为:萃取压力 21MPa, 萃取温度37%, CO2流量5L/min0 Simandi用超临界对蒲公英叶进行萃取从中得到卢一谷旳醇。 史庆龙用超临界C02萃取技术对云南红 豆杉化学成分进行了研究，从中分离出口一谷辎醇和紫杉 醇。李卫民等应用超临界CO2萃取 技术和传统水蒸汽对香附进行萃取和捉取比较，得到超临界C02 萃取较传统水蒸汽提取的优 点是提取时间短，总得率高及侑效成分提取完全，同时低温萃取使冇 效成分不易分解破坏。 另外，普洱茶多酚茶叶屮的茶多酚、屮药材马蓝、获蓝茶多酚等均可用超 临界CO2萃取。 应用前景我国资源丰富，用超临界萃取有广泛的应用前景。许多都可以用超临界流体技术进行加 如：银杏叶、鱼汕、卵磷脂、沙棘汕、川茅等。人力开展这方曲的研究，能获得很高的经济效益。 超临界萃取技术的应川，除对环境污染少、操作简便、温度低、省时、提高收率 外，还能得到许 多种常规法得不到的成分，这也为我国中药材化学成分的提取和分离提供了 •种有效方法。相信随着人们对环境保护的日益重视和绿色时代的要求，超临界流体技术将 促进其进一步的开发 和利用。 二、实验目的 熟悉5+1L超临界CO?萃取装置的操作过程。三、超临界萃取的基本原理 1、超临界流体特性 表1超临界流体的物性及与普通流体物性的比较 p（kg 气体（0.1Mpa,15〜30C）0.6-2 （0」〜0.4） xio -4 （0」〜0.3） xlO -4 液体（0.1Mpa,15〜30C） 600〜1600 （0.02〜0.2） xlO （0.02〜0.3）xlO 超临界流体,P=Pc,T=Tc 200〜500 7xl0* （0.1〜0.3） P=4Pc,T=Tc 400〜900 2xl0 （0.3〜0.9）xlO*