生物工程下游技術(shù)第五章超臨界流體萃取改的知識(shí)

1、超臨界流體萃取1序言一、超臨界流體萃取技術(shù)的發(fā)展 J.B.Hannay 100年前發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)鹽在高壓乙純或乙醚中溶解度異常增加的現(xiàn)象（English，皇家學(xué)會(huì)志，1879） 20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)處于臨界壓力和臨界溫度以上的流體對(duì)有機(jī)化合物溶解度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)； 1978年聯(lián)邦德國(guó)建成從咖啡豆脫咖啡因的超臨界CO2萃取工業(yè)化裝置； 20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)際上投入大量人力 、物力進(jìn)行研究。21.概述 超臨界流體萃取 （Supercritical Fluid Extraction，SFE）是一項(xiàng)新型提取技術(shù)，它是利用超臨界條件下的氣體作萃取劑，從液體或固體中萃取出某些成分并進(jìn)行分離的技術(shù)。超臨界條件

2、下的氣體，也稱為超臨界流體（SF），是處于臨界溫度 （Tc）和臨界壓力 （Pc）以上，以流體形式存在的物質(zhì)。通常有二氧化碳（CO2 ）、氮?dú)?（N2 ）、氧化二氮 （N2 O）、乙烯 （C2 H4）、三氟甲烷 （CHF3 ）等。32、超臨界流體的特性及其萃取的基本原理4超臨界流體特性：(1) 物質(zhì)的臨界點(diǎn) 在臨界溫度和臨界壓力以上，物質(zhì)是以超臨界流體狀態(tài)存在。即在超臨界狀態(tài)下，隨溫度、壓力的升降，流體的密度會(huì)變化。此時(shí)的物質(zhì)既不是氣體也不是液體，卻始終保持為流體5超臨界流體（Supercritical Fluid）：物質(zhì)處于其臨界溫度和臨界壓力以上狀態(tài)時(shí)，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會(huì)液化，只是密

3、度增大，具有類似液態(tài)的性質(zhì)，同時(shí)還保留氣體的性能的一種流體。是指既不是氣體也不是液體的一些物質(zhì)，它們的物理性質(zhì)介于氣體和液體之間。性質(zhì)氣體超臨界流體液體101.325kPa,1530oCTc, pcTc, 4pc1530oC密度(g/ml)(0.62)10-30.20.50.40.90.61.6粘度g/(cm.s)(13) 10-4(13) 10-4(39) 10-4(0.23) 10-2擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)0.10.40.710-30.210-3(0.23) 10-5672.1 超臨界流體的含義 超臨界流體（SCF）是指在臨界溫度和臨界壓力以上的流體。高于臨界溫度和臨界壓力而接近臨界點(diǎn)的狀

4、態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)時(shí)，氣液兩相性質(zhì)非常接近，以至于無(wú)法分辨，故稱之為SCF。82.2 常用超臨界流體萃取劑的臨界特性 SCF不同于一般的氣體，也有別于一般液體，它本身具有許多臨界特性：其擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體高一個(gè)數(shù)量級(jí)；粘度接近氣體；密度類似液體；壓力的細(xì)微變化可導(dǎo)致其密度的顯著變動(dòng)；壓力或溫度的改變均可導(dǎo)致相變。 9超臨界萃取劑的臨界溫度越接近操作溫度，則溶解度越大。臨界溫度相同的萃取劑，與被萃取溶質(zhì)化學(xué)性質(zhì)越相似，溶解能力越大。因此應(yīng)該選取與被萃取溶質(zhì)相近的超臨界流體作為萃取劑。2.3 超臨界流體的選擇性10 用作萃取劑的超臨界流體應(yīng)具備以下條件:化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備沒(méi)

5、有腐蝕性，不與萃取物發(fā)生反應(yīng)；臨界溫度應(yīng)接近常溫或操作溫度，不宜太高或太低；操作溫度應(yīng)低于被萃取溶質(zhì)的分解變質(zhì)溫度；臨界壓力低，以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用；對(duì)被萃取物的選擇性高（容易得到純產(chǎn)品）；純度高，溶解性能好，以減少溶劑循還用量；貨源充足，價(jià)格便宜，如果用于食品和醫(yī)藥工業(yè)，還應(yīng)考慮選擇無(wú)毒的氣體。2.4 超臨界流體的選擇原則112.5 超臨界流體萃取的基本原理SFE利用SCF作為萃取溶劑，SCF所具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，使其極易于滲透到樣品基體中去，通過(guò)擴(kuò)散、溶解、分配等作用，使基體中的溶質(zhì)擴(kuò)散并分配到SCF中，從而將其從基體中萃取出來(lái)。并且超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加，極

6、性增大，利用程序升壓可將不同極性的成分進(jìn)行分部提取。提取完成后，改變體系溫度或壓力，使超臨界流體變成普通氣體逸散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，達(dá)到提取和分離的目的。在萃取過(guò)程中，SFE的萃取效率是由SCF的溶劑力、溶質(zhì)的特性、溶質(zhì)基體結(jié)合狀況決定的。因而在選擇萃取條件時(shí)，一方面要考慮溶質(zhì)在SCF中的溶解度，另一方面也要考慮溶質(zhì)從樣品基體活性點(diǎn)脫附并擴(kuò)散到SCF中的能力與速度。123、超臨界流體萃取的工藝流程及操作特征13超臨界流體萃取的工藝流程一般是由萃?。–O2溶解溶質(zhì)）和分離（CO2和溶質(zhì)的分離）2步組成。 它包括高壓泵及流體系統(tǒng)、萃取池系統(tǒng)和收集系統(tǒng)三個(gè)部分 14工

7、作流程15基本工藝流程 164、超臨界流體的輔助溶劑效應(yīng)一般地講，輔助溶劑具有以下幾方面作用:大大增加被分離組分在氣相中的溶解度，例如，氣相中含有白分之幾的輔助溶劑，使溶質(zhì)溶解度的增加可與增加數(shù)百個(gè)大氣壓的作用相當(dāng)。加入與溶質(zhì)起特定作用的輔助劑，可使溶質(zhì)的分離因子大大提高。增加溶質(zhì)溶解度對(duì)溫度、壓力的敏感程度，使被萃取組分在操作壓力不變的情況下，適當(dāng)提高溫度就可使其溶解度大大降低。輔助溶劑可用作反應(yīng)物。能改變?nèi)軇┑呐R界參數(shù)。 17拖帶劑：又稱提攜劑（entrainer）、夾帶劑、共溶劑、修飾劑（cosolvent，modifier）在SC-CO2加入的一種增加物質(zhì)溶解度和萃取選擇性的溶劑。拖帶

8、劑對(duì)SC-CO2的影響增加溶解度增加萃取過(guò)程的分離因素簡(jiǎn)化工藝18部分SFE夾帶劑應(yīng)用實(shí)例被萃取物 超臨界流體 夾帶劑丹參(丹參酮) CO2 乙醇厚樸(厚樸酚) CO2 甲醇雪靈芝(總皂甙及多糖) CO2 乙醇紫根 CO2 乙醇甘草 CO2 乙醇留行子 CO2 甲醇香豆素 CO2 乙醇、水胡蘿卜素 CO2 乙醇、丙酮、己烷羅漢果甙 CO2 乙醇EPA CO2、N2O 尿素DHA CO2、N2O 尿素沙丁魚(油脂) CO2 甲醇、乙醇、丙酮大豆(油脂) CO2 乙醇、己烷菜籽(油脂) CO2 丙烷(混合流體)-亞油酸 CO2 乙醇、己烷棕櫚油 CO2 乙醇19超臨界流體萃取的熱力學(xué)基礎(chǔ)一、固體溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度根據(jù)熱力學(xué)相平衡原理，組分1在固相和流體相平衡條件：根據(jù)物理化學(xué)的