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超臨界為超臨界流體,是介於氣液之間的一種既非氣態又非液態的物態,這種物質只能在其溫度和壓力超過臨界點時才能存在。超臨界流體的密度較大,與液體相仿,而它的粘度又較接近於氣體。因此超臨界流體是一種十分理想的萃取劑。

1概述

簡介
超臨界流體的溶劑強度取決於萃取的溫度和壓力。利用這種特性,只需改變萃取劑流體的壓力和溫度,就可以把樣品中的不同組分按在流體中溶解度的大小,先後萃取出來,在低壓下弱極性的物質先萃取,隨著壓力的增加,極性較大和大分子量的物質與基本性質,所以在程序升壓下進行超臨界萃取不同萃取組分,同時還可以起到分離的作用。
溫度的變化體現在影響萃取劑的密度與溶質的蒸汽壓兩個因素,在低溫區(仍在臨界溫度以上),溫度升高降低流體密度,而溶質蒸汽壓增加不多,因此,萃取劑的溶解能力時的升溫可以使溶質從流體萃取劑中析出,溫度進一步升高到高溫區時,雖然萃取劑的密度進一步降低,但溶質蒸汽壓增加,揮發度提高,萃取率不但不會減少反而有增大的趨勢。
除壓力與溫度外,在超臨界流體中加入少量其他溶劑也可改變它對溶質的溶解能力。其作用機理至今尚未完全清楚。通常加入量不超過10%,且以極性溶劑甲醇、異丙醇等居多。加入少量的極性溶劑,可以使超臨界萃取技術的適用範圍進一步擴大到極性較大化合物。

2流體

物質是以氣、液和固3種形式存在,在不同的壓力和溫度下可以相的轉換。在溫度高於某一數值時,任何大的壓力均不能使該純物質由氣相轉化為液相,此時的溫度即被稱之為臨界溫度Tc;而在臨界溫度下,氣體能被液化的最低壓力稱為臨界壓力Pc。當物質所處的溫度高於臨界溫度,壓力大於臨界壓力時,該物質處於超臨界狀態。在壓溫圖中,高於臨界溫度和臨界壓力的區域就稱為超臨界區,如果流體被加熱或被壓縮至其臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上狀態時,向該狀態氣體加壓,氣體不會液化,只是密度增大,具有類似液體性質,同時還保留有氣體性能,這種狀態的流體稱為超臨界流體。

3技術原理

超臨界CO2流體萃取(SFE)分離過程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關係,即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態下,將超臨界流體與待分離的物質接觸,使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當然,對應各壓力範圍所得到的萃取物不可能是單一的,但可以控制條件得到最佳比例的混合成分,然後藉助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體,被萃取物質則完全或基本析出,從而達到分離提純的目的,所以超臨界CO2流體萃取過程是由萃取和分離過程組合而成的。

4特點

1、超臨界萃取可以在接近室溫(35~40℃)及CO2氣體籠罩下進行提取,有效地防止了熱敏性物質的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持著藥用植物的有效成分,而且能把高沸點、低揮發性、易熱解的物質在遠低於其沸點溫度下萃取出來;
2、使用SFE是最乾淨的提取方法,由於全過程不用有機溶劑,因此萃取物絕無殘留的溶劑物質,從而防止了提取過程中對人體有害物的存在和對環境的污染,保證了100%的純天然性;
3、萃取和分離合二為一,當飽和的溶解物的CO2流體進入分離器時,由於壓力的下降或溫度的變化,使得CO2與萃取物迅速成為兩相(氣液分離)而立即分開,不僅萃取的效率高而且能耗較少,提高了生產效率也降低了費用成本;
4、CO2是一種不活潑的氣體,萃取過程中不發生化學反應,且屬於不燃性氣體,無味、無臭、無毒、安全性非常好;
5、CO2氣體價格便宜,純度高,容易製取,且在生產中可以重複循環使用,從而有效地降低了成本;
6、壓力和溫度都可以成為調節萃取過程的參數,通過改變溫度和壓力達到萃取的目的,壓力固定通過改變溫度也同樣可以將物質分離開來;反之,將溫度固定,通過降低壓力使萃取物分離,因此工藝簡單容易掌握,而且萃取的速度快。

5技術應用

超臨界CO2萃取的特點決定了其應用範圍十分廣闊。如在醫藥工業中,可用於中草藥有效成份的提取,熱敏性生物製品藥物的精製,及脂質類混合物的分離;在食品工業中,啤酒花的提取,色素的提取等;在香料工業中,天然及合成香料的精製;化學工業中混合物的分離等。具體應用可以分為以下幾個方面:
1、從藥用植物中萃取生物活性分子,生物鹼萃取和分離;
2、來自不同微生物的類脂脂類,或用於類脂脂類回收,或從配糖和蛋白質中去除類脂脂類;
3、從多種植物中萃取抗癌物質,特別是從紅豆杉樹皮和枝葉中獲得紫杉醇防治癌症;
4、維生素,主要是維生素E的萃取;
5、對各種活性物質(天然的或合成的)進行提純,除去不需要分子(比如從蔬菜提取物中除掉殺蟲劑)或「渣物」以獲得提純產品;
6、對各種天然抗菌或抗氧化萃取物的加工,如羅勒、串紅、百里香、蒜、洋蔥、春黃菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。

6區別

與超臨界萃取類似的亞臨界指物質存在的狀態條件,是指某些物質在溫度高於其沸點但低於臨界溫度,以流體形式且壓力低於其臨界壓力存在的物質。當溫度不超過某一數值,對氣體進行加壓,可以使氣體液化,而在該溫度以上,無論加多大壓力都不能使氣體液化,這個溫度叫該氣體的臨界溫度。在臨界溫度下,使氣體液化所必須的壓力叫臨界壓力。
1、二氧化碳溶劑超臨界萃取
這種萃取方法是低溫加工,可提取出質量較好的有效成分,無溶劑殘留。但是,設備一次性投入較大,因為在高壓力狀態下進行萃取,萃取缶體積較小(最大的1000升),生產能力有限,無法形成工業化大規模生產,產品成本高。
2、亞臨界(丁烷等)低溫萃取
這種方法整個生產過程在低溫下進行,物料營養成分不會受到破壞,且得率高,產品的品相較好。質量可與二氧化碳超臨界萃取相媲美。 可以形成規模化生產,一次性設備投入少。生產成本低。環保節能。該技術已在貴重油料、辣椒紅色素及萬壽菊葉黃素等色素等領域得到很好的應用(安陽市晶華油脂工程有限公司專利技術)。

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