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超临界萃取的技术原理及应用
超临界萃取的技术原理及应用
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一、超临界萃取的技术原理利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。超临界CO2是指处于临界温度与临界压力（称为临界点）以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可大幅度节能。
超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数，因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一，自扩散系数是液体的100倍，因而具有良好的传质特性，可大大缩短相平衡所需时间，是高效传质的理想介质；具有比液体快得多的溶解溶质的速率，有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力；具有不同寻常的巨大压缩性，在临界点附件，压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化，所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2的溶解能力，提高萃取的选择性；通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品，省去消除溶剂的工序。在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性（表现在溶解度）的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度（蒸汽压）的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的，故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点，进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，因此引起了国内外的广泛关注。二、超临界萃取的特点1、超临界萃取可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的有效成分，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来；2、使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100%的纯天然性；3、萃取和分离合二为一，当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取的效率高而且能耗较少，提高了生产效率也降低了费用成本； 4、CO2是一种不活泼的气体，萃取过程中不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒、安全性非常好； 5、CO2气体价格便宜，纯度高，容易制取，且在生产中可以重复循环使用，从而有效地降低了成本；6、压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，通过改变温度和压力达到萃取的目的，压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来；反之，将温度固定，通过降低压力使萃取物分离，因此工艺简单容易掌握，而且萃取的速度快。三、超临界CO2萃取技术在中药现代化中应用的优越性1、萃取能力强，提取率高。用超临界CO2提取中药有效成分，在最佳工艺条件下，能将所需提取的成分几乎完全提取，从而大大提高产品收率及资源的利用率。同时，随着超临界CO2萃取技术的不断进步，把超临界CO2萃取扩展到水溶液体系，使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的超临界CO2提取已成为可能； 2、萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于操作过程的温度和压力。改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可以有选择地进行中药中多种物质的分离，从而可减小杂质，使中药有效成分高度富集，便于减小剂量和控制质量，使产品外观大为改善； 3、超临界CO2萃取的操作温度低，能较完好地保存中药有效成分不被破坏，不发生次生化，因此，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取； 4、提取时间快，生产周期短。超临界CO2提取循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟就有成分分离析出，2~4小时左右便可完全提取，同时，它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只需简单浓缩；5、超临界CO2提取，操作参数容易控制，因此能保证有效成分及产品质量的稳定性； 6、超临界CO2还可直接从单方或复方中药中提取不同部位或直接提取浸膏进行药理筛选，开发新药，大大提高新药的筛选速度。同时可以提取许多传统方法提不出来的物质，且较易从中药中发现新成分，从而发现新的药理药性，开发新药； 7、超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品的质量； 8、超临界CO2萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC等联用成为一种高效的分析手段，将其用于中药质量分析，能客观地反映中药中有效成分的真实含量； 9、经药理、临床证明，超临界CO2提取中药，不仅工艺上优越，质量稳定，且标准容易控制，其药理、临床效果能够保证或更好； 10、超临界CO2萃取工艺流程简单，操作方便，节省劳动力和大量有机溶剂，减少三废污染，这无疑为中药现代化提供了一种高效的提取、分离、制备及浓缩的新方法。
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超临界萃取
超临界为，是介于气液之间的一种既非气态又非液态的，这种物质只能在其温度和压力超过时才能存在。的密度较大，与液体相仿，而它的粘度又较接近于气体。因此是一种十分理想的萃取剂。
超临界萃取概述
超临界萃取英文名称
supercritical fluid extraction
超临界萃取简介
的溶剂强度取决于萃取的温度和压力。利用这种特性，只需改变萃取剂的压力和温度，就可以把中的不同组分按在流体中的大小，先后萃取出来，在下弱的物质先萃取，随着压力的增加，极性较大和大分子量的物质与基本性质，所以在程序升压下进行超临界萃取，可得不同萃取组分，同时还可以起到分离的作用。
温度的变化体现在影响萃取剂的密度与的两个因素，在低温区（仍在以上），温度升高降低流体密度，而溶质蒸汽压增加不多，因此，萃取剂的时的升温可以使溶质从流体萃取剂中析出，温度进一步升高到区时，虽然萃取剂的密度进一步降低，但溶质蒸汽压增加，提高，萃取率不但不会减少反而有增大的趋势。
除压力与温度外，在中加入少量其他溶剂也可改变它对的。其作用机理至今尚未完全清楚。通常加入量不超过10%，且以甲醇、等居多。加入少量的极性溶剂，可以使超临界萃取技术的适用范围进一步扩大到极性较大化合物。
超临界萃取流体
物质是以气、液和固3种形式存在，在不同的压力和温度下可以相的转换。在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由转化为液相，此时的温度即被称之为Tc；而在临界温度下，气体能被的最低压力称为Pc。当物质所处的温度高于临界温度，压力大于时，该物质处于超临界状态。在压温图中，高于临界温度和的区域就称为超临界区，如果流体被加热或被压缩至其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液体性质，同时还保留有气体性能，这种状态的流体称为超临界流体。
超临界萃取技术原理
超临界CO2流体萃取（SFE）分离过程的原理是利用的与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在下，将与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。
超临界萃取流程
冷却水→CO2→低温浴槽→高压泵→预热器→萃取器→分离器→产品[1]
超临界萃取特点
1、超临界萃取可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的有效成分，而且能把高沸点、低、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来；
2、使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100%的纯天然性；
3、萃取和分离合二为一，当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取的效率高而且能耗较少，提高了生产效率也降低了费用成本；
4、CO2是一种不活泼的气体，萃取过程中不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒、安全性非常好；
5、CO2气体价格便宜，纯度高，容易制取，且在生产中可以重复循环使用，从而有效地降低了成本；
6、压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，通过改变温度和压力达到萃取的目的，压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来；反之，将温度固定，通过降低压力使萃取物分离，因此工艺简单容易掌握，而且萃取的速度快。
超临界萃取技术应用
的特点决定了其应用范围十分广阔。如在医药工业中，可用于中草药有效成份的提取，热敏性生物制品药物的精制，及脂质类混合物的分离；在食品工业中，啤酒花的提取，的提取等；在工业中，天然及合成香料的精制；化学工业中混合物的分离等。具体应用可以分为以下几个方面：
1、从药用植物中萃取生物活性分子，生物碱萃取和分离；
2、来自不同微生物的类脂脂类，或用于类脂脂类回收，或从配糖和蛋白质中去除类脂脂类；
3、从多种植物中萃取抗癌物质，特别是从红豆杉树皮和枝叶中获得紫杉醇防治癌症；
4、维生素，主要是维生素E的萃取；
5、对各种活性物质（天然的或合成的）进行提纯，除去不需要分子（比如从蔬菜提取物中除掉杀虫剂）或“渣物”以获得提纯产品；
6、对各种天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，如罗勒、串红、百里香、蒜、洋葱、春黄菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。
超临界萃取区别
与超临界萃取类似的指物质存在的状态条件，是指某些物质在温度高于其沸点但低于临界温度，以流体形式且压力低于其临界压力存在的物质。当温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度叫该气体的临界温度。在下，使气体液化所必须的压力叫临界压力。
1、二氧化碳溶剂超临界萃取
这种萃取方法是低温加工，可提取出质量较好的有效成分，无溶剂残留。但是，设备一次性投入较大，因为在高压力状态下进行萃取，萃取缶体积较小（最大的1000升），生产能力有限，无法形成工业化大规模生产，产品成本高。
2、（丁烷等）低温萃取
这种方法整个生产过程在低温下进行，物料营养成分不会受到破坏，且得率高，产品的品相较好。质量可与二氧化碳超临界萃取相媲美。 可以形成规模化生产，一次性设备投入少。生产成本低。环保节能。该技术已在贵重油料、及等色素等领域得到很好的应用。
高福成、郑建仙．食品工程高新技术：中国轻工业出版社，2009
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中国食品科学技术学会
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