超临界流体萃取

第三章 超临界流体萃取

定义：即用超临界流体作为萃取剂的萃取过程 一、超临界流体

指处于临界温度Tc和临界压力Pc之上的流体（它不是气体也不是液体）。 超临界C02（研究最多、应用最广） 1、临界压力(7.39 MPa)适中； 2、临界温度 (31.1 ℃)接近室温； 3、便宜易得；

4、无毒、惰性，是理想的绿色溶剂； 5、极易从萃取产物中分离出来。

典型应用：咖啡因、植物油脂、天然香料与药物的萃取。 超临界流体的特性

（1）密度、粘度和扩散系数的特点

密度比气体大得多,与液体接近，使其对溶质有较大的溶解度。 粘度接近气体,比液体小得多。

扩散系数介于气体和液体之间，是气体的几百分之一, 是液体的几百倍 。 与液体相比，超临界流体粘度小、扩散系数大使其传质速率大大高于液体。 （2）溶解特性

在临界点附近,压力和温度的变化可引起超临界流体密度急剧变化, 相应地使溶质在超临界流体中的溶解度发生急剧变化，因而可利用压力与温度的改变来实现萃取和分离。

有机物在超临界流体中溶解度的变化：低于临界压力时，几乎不溶解；高于

临界压力时，溶解度随压力急剧增加。 二、超临界流体萃取原理

流体在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度,而在低于临界状态下基本不溶解的特性.

（1）超临界流体萃取过程一般分两步（以超临界C02为例）

（1）萃取

超临界压 力下萃取

原料装入萃取釜，超临界C02从釜底进入,与被萃取物

低压下分离

原 料

料充分接触,选择性溶解出被萃取物。 （2）分离

（2）超临界流体萃取特点

① 高压下进行，设备及工艺技术要求高, 投资比较大。

② 可以在接近室温下完成(对超临界C02而言),特别适用于热敏性天然产

物的分离。

③ 分离工艺流程简单，主要由萃取器和分离器二部分组成，而且萃取和分离通过改变温度和压力即可实现。

④ 超临界流体循环使用，无需溶剂回收设备，不产生二次污染。 ⑤ 被萃取物中基本无萃取剂残留。

（3）有机物在超临界 C02 中的溶解规律 一般规律：

分子量增加，溶解度降低/芳香族比脂肪族难溶解/双键提高溶解度/支链比直链易溶解/带极性官能团的难溶解/氟化的化合物易溶解 三、影响超临界流体萃取效果的因素有：

1）萃取条件，包括压力、温度、时间、溶剂及流量等； 2）原料的性质，如颗粒大小、水分含量、组分的极性等； 3）萃取剂的种类。

温度和压力对超临界流体溶解能力的影响 （1）压力的影响：

一般SCF溶解能力随压力的增加而增加 ，在临界点附近溶解度随压力的增加特别快。 2）温度的影响：

与压力相比 , 温度对溶解度的影响要复杂。

随着温度的升高,溶解度可能降低也可能增加,有时出现最低值或最高值。 温度对物质在SCF中的溶解度的影响有两方面:

（1）一方面是温度对SCF密度的影响,随温度的升高,SCF密度降低,使物质在其中的溶解度下降 ;

（2）另一方面是温度对物质蒸汽压的影响, 随着温度升高,物质的蒸汽压增大,

使物质在SCF中的溶解度增大。

这两种相反的影响导致一定压力下溶解度随温度的变化复杂。 四、超临界流体萃取工艺流程

固体物料的超临界萃取根据萃取釜与分离釜温度和压力的变化情况可分为四种典型的工艺流程:

(1)等温（变压）法：萃取釜与分离釜温度（基本）相等。 (2)等压（变温）法：萃取釜与分离釜压力（基本）相等。 (3)吸收或吸附法（等温等压法） (4)变温变压法

等温（变压）法: T1≈T2 P1 ＞P2

五、共溶剂 (Cosolvent)（也叫提携剂或夹带剂，Entrainer）

共溶剂：是在纯超临界流体中以液体形式加入的一种少量的、挥发度介于超临界流体与被萃取溶质之间的物质。

共溶剂的作用:①提高溶解度③提高溶解度对 ;②增加萃取过程的分离因素；温度或压力的敏感性。其作用机理可能是分子间的范德华力或形成氢键。 一般地，加入极性共溶剂（如甲醇、水）对于提高极性成分的溶解度有帮助，但对非极性溶质作用不大。

加入非极性共溶剂（如烷烃、苯），对极性和非极性溶质都可能有增加溶解度

的效能。

六、超临界流体萃取应用 （1）食品工业

咖啡因、尼古丁的脱除，啤酒花（也叫蛇麻、香蛇麻、蛇麻花、酵母花、酒花、忽布花 ,用于酿造啤酒，给予啤酒香气和苦味）的萃取，动植物油脂（如大豆油、沙荆油、蒜油、鱼油、米糠油）的提取，鱼油中EPA（二十碳五烯酸）与DHA （二十二 碳六烯酸）的提取，蛋黄磷脂与大豆磷脂的萃取，植物色素

的萃取,食品脱色、脱臭等。 （2）医药工业

动植物中药用成分（如生物碱、银杏黄酮、维生素E）的提取，药物分离精制等。 （3）化学工业

有机物的分离精制，共沸物的分离，煤中有效成分的提取，煤液化油的萃取，天然香料的提取等。 （4）林产工业

木材中有机物、木质素的提取，木材热解及其产物的分离，制浆木片的预处理，木材材色、防腐处理，人造板中甲醛含量分析等。 （5）环境保护与监测

活性炭的再生，超临界水氧化去除废水中的有机物，超临界水分解废塑料

等高聚物。环境监测中用于富集大气、土壤、动植物组织中的微量有毒有害物质。 （6）其它应用

超临界化学反应，超临界条件下酶催化反应，超临界高分子合成，超临界流体成核（超细粉粒制备），超临界流体色谱，超临界清洗，超临界强化采油,超临界印染（以超临界CO2替代水作染色介质），超临界喷涂（以超临界CO2替代有机溶剂作为涂料的稀释剂）等。 超临界流体萃取的优点和缺点 优点

a. 萃取速度快、时间短 b. 萃取温度低

c. 分离简便彻底、产品质量高、无溶剂残留 缺点

1. 生产能力小（间歇操作） 2. 设备投资大、操作费用高 3. 高压、安全性低

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