超臨界萃取技術(shù)分子蒸餾技術(shù)在中草藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

會(huì)計(jì)學(xué)1超臨界萃取技術(shù)分子蒸餾技術(shù)在中草藥領(lǐng)域中的應(yīng)用超臨界流體超臨界流體SupercriticalFluid,SCF第1頁/共68頁

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物質(zhì)的四種狀態(tài)：隨著它的溫度和壓力而改變固態(tài)：液態(tài)：氣態(tài)：超臨界狀態(tài)：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)第3頁/共68頁1．超臨界流體的特性(1)物質(zhì)的臨界點(diǎn)我們知道，某些純物質(zhì)具有三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)。純物質(zhì)的相圖見圖20-s1由三相圖看出：物質(zhì)在三相點(diǎn)下，氣、液、固三態(tài)處于平衡狀態(tài)。而在物質(zhì)的超臨界溫度下，其氣相和液相具有相同的密度。當(dāng)處于臨界溫度以上，則不管施加多大壓力，氣體也不會(huì)液化。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。臨界溫度通常高于物質(zhì)的沸點(diǎn)和三相點(diǎn)。第4頁/共68頁（2）超臨界流體的特性

超臨界流體具有對(duì)于分離極其有利的物理性質(zhì)。它們的這些性質(zhì)恰好介于氣體和液體之間。超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)和粘度接近于氣體，因此溶質(zhì)的傳質(zhì)阻力小，可以獲得快速高效分離。另一方面，其密度與液體類似，這樣就便于在較低溫度下分離和分析熱不穩(wěn)定性、相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì)。第5頁/共68頁

另外，超臨界流體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如擴(kuò)散、粘度和溶劑力等，都是密度的函數(shù)。因此，只要改變流體的密度，就可以改變流體的性質(zhì)，從類似氣體到類似液體，無需通過氣液平衡曲線。超臨界流體色譜中的程序升密度相當(dāng)于氣相色譜中程序升溫度和液相色譜中的梯度淋洗。通常作為超臨界流體色譜流動(dòng)相的一些物質(zhì)，其物理性質(zhì)列在表中.

第6頁/共68頁第7頁/共68頁超臨界流體的許多物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之間，并具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，如具有與液體相近的溶解能力和傳熱系數(shù)，具有與氣體相近的黏度系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。同時(shí)它也具有區(qū)別于氣態(tài)和液態(tài)的明顯特點(diǎn)：

（1）可以得到處于氣態(tài)和液態(tài)之間的任一密度；

（2）在臨界點(diǎn)附近，壓力的微小變化可導(dǎo)致密度的巨大變化。第8頁/共68頁超臨界流體的應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)的分離天然產(chǎn)物的萃取化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)色譜分析的流動(dòng)相第9頁/共68頁超臨界流體萃?。⊿upercriticalFluidExtraction，SFE）第10頁/共68頁

超臨界流體萃?。⊿upercriticalFluidExtraction，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)。第11頁/共68頁超臨界流體（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。第12頁/共68頁液態(tài)氣態(tài)固態(tài)升華線熔融線臨界點(diǎn)超臨界狀態(tài)區(qū)域溫度壓力超臨界流體及固、液、氣狀態(tài)示意圖CO2的臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）分別為31.05℃和7.38MPa

第13頁/共68頁超臨界流體萃取劑的臨界特性

密度類似液體；黏度接近氣體；其擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體高一個(gè)數(shù)量級(jí)；溶解性與溫度、壓力相關(guān)。第14頁/共68頁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。超臨界流體的選擇第15頁/共68頁化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備沒有腐蝕性，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)考慮選擇無毒的氣體。萃取用超臨界流體的選擇第16頁/共68頁二氧化碳超臨界流體萃取劑的優(yōu)點(diǎn)臨界溫度適宜；安全無毒；惰性氣體，操作安全，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸價(jià)廉易得；萃取特性和極性可通過調(diào)節(jié)萃取壓力、溫度、及加入夾帶劑。第17頁/共68頁超臨界二氧化碳流體的溶解性能親脂性、低沸點(diǎn)的成分易被萃取；強(qiáng)極性基團(tuán)的引入，不易被萃??；糖類、氨基酸類在40MPa以上才能被萃??；分子量越大越難萃取，MW300以下易被萃取，500以上難萃取。第18頁/共68頁ＳＦＥ－ＣＯ２的基本原理當(dāng)CO2處于這個(gè)臨界點(diǎn)以上時(shí)，形成超臨界CO2流體，是一個(gè)優(yōu)良的溶劑，能將許多物質(zhì)溶解。超臨界CO2流體可以從基體中將物質(zhì)溶解出來，形成超臨界CO2負(fù)載相。然后降低壓力至臨界點(diǎn)以下，超臨界CO2流體變成氣體，不是溶劑，溶解的物質(zhì)析出（解析）與CO2分離，從而達(dá)到提取分離的目的。第19頁/共68頁CO2加壓泵藥材超臨界流體萃取基本原理示意圖儲(chǔ)罐藥材超臨界流體高壓二氧化碳?xì)怏w萃取釜解析釜第20頁/共68頁ＳＦＥ－ＣＯ２的影響因素夾帶劑溫度壓力藥材粉碎粉粒度萃取時(shí)間二氧化碳流量第21頁/共68頁工藝流程及操作特征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

第22頁/共68頁工作流程藥材粉碎裝料CO2和溶質(zhì)萃取釜分離釜CO2溶質(zhì)以液相析出產(chǎn)品CO2原料儲(chǔ)罐冷凍加壓超臨界流體相加溫CO2流向物料流向第23頁/共68頁超臨界CO2流體萃取技術(shù)的優(yōu)越性

萃取能力強(qiáng)，提取率高；

可以有選擇地進(jìn)行提取；提取溫度低，適合熱敏性、易氧化成分的提??；提取時(shí)間快、生產(chǎn)周期短；工藝穩(wěn)定；有利于中藥現(xiàn)代新藥的研制；環(huán)保。第24頁/共68頁超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用

萃?。ㄈ芙廨腿∮行С煞郑?；

去除（有害物質(zhì)，不純物）；脫除溶劑（脫溶劑、脫黏合劑）；分餾（ＭＷ分布窄的制品）；催化反應(yīng)（酶反應(yīng)，非均相催化反應(yīng)等）；第25頁/共68頁超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用

調(diào)整（酶活性的調(diào)整，殺菌等）；介質(zhì)（微粒，薄膜制造等）；添加劑（不溶解領(lǐng)域的增大溶解等）；分析（超臨界色譜）；其它（裝備，設(shè)備，工藝應(yīng)用）。第26頁/共68頁ＳＦＥ－ＣＯ２在食品工業(yè)應(yīng)用

酵母、菌體產(chǎn)物的萃取動(dòng)植物油萃取食品脫脂；奶脂脫膽固醇咖啡、茶葉脫咖啡；啤酒花萃取植物色素的萃取香辛料萃取含醇飲料軟化，香煙除尼古丁脫色、脫臭，滅菌。第27頁/共68頁ＳＦＥ-ＣＯ２在能源工業(yè)應(yīng)用

煤中有效成分的萃?。N焦油、雜酚油）煤液化油的萃取與脫灰。石油渣油的脫瀝青、重金屬的去除原油重質(zhì)油的軟化原油的三次回收醇的濃縮脫水第28頁/共68頁ＳＦＥ-ＣＯ２在化妝品及香料工業(yè)應(yīng)用

天然香料的萃取促成香料的分離與精制化妝品原料萃取與精制。界面活性劑脂肪酸酯甘油單酯等第29頁/共68頁ＳＦＥ-ＣＯ２在醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用

酶、維生素的精制與回收動(dòng)植物中有效成分的萃取化學(xué)原料藥的濃縮、精制、脫溶劑脂質(zhì)混合物的分離與精制第30頁/共68頁中藥ＳＦＥ-ＣＯ２萃取

強(qiáng)親脂性成分親脂性成分較大極性成分第31頁/共68頁中藥有效成分或中間原料的提取青蒿素的提取貫葉連翹提取物第32頁/共68頁中藥化學(xué)成分的研究紅豆杉中紫杉烷類化學(xué)成分的研究姜黃油化學(xué)成分的研究及姜黃油提取第33頁/共68頁名優(yōu)中成藥生產(chǎn)工藝改革復(fù)方丹參制劑中丹參提取的工藝改革大蒜注射液的工藝改革柴胡注射液的工藝改革穿心蓮片的工藝改革第34頁/共68頁單方中藥新藥的研究與開發(fā)蛇床子超臨界CO2提取有效部位新藥研究苦參總堿的超臨界CO2提取及苦參總堿注射液二類新藥的研究第35頁/共68頁新復(fù)方中藥超臨界提取及新藥研究復(fù)方雪蓮栓劑二類新藥的研究復(fù)方香薷三類新藥的研究第36頁/共68頁ＳＦＥ-ＣＯ２應(yīng)用實(shí)例第37頁/共68頁ＳＦＥ-ＣＯ２萃取當(dāng)歸揮發(fā)油萃取工藝：稱取一定重量的粉碎后的益智仁裝入萃取器中,系統(tǒng)開始升溫至各處要求的溫度,然后啟動(dòng)加壓泵,將達(dá)到臨界狀態(tài)的CO2

送入萃取器,超臨界狀態(tài)的CO2

在與物料連續(xù)接觸的過程中,有效成分被萃取到臨界液體中,通過等溫降壓或降溫降壓進(jìn)入分離器,由于此處的CO2

流體已不再是超臨界狀態(tài),且攜帶物料的能力下降,萃取物在分離器中與CO2

分開.萃取物從分離器下部取出,而CO2

再經(jīng)緩沖器進(jìn)入CO2

貯罐,可循環(huán)使用。萃取器和分離器的溫度由夾套水溫控制。第38頁/共68頁結(jié)果分析：第39頁/共68頁結(jié)果分析：第40頁/共68頁結(jié)果分析：第41頁/共68頁結(jié)果分析：第42頁/共68頁ＳＦＥ-ＣＯ２萃取當(dāng)歸揮發(fā)油粗粉：２０目萃取壓力：15ＭＰa萃取溫度：40℃CO2流量：22L/h解析壓力：5.5ＭＰa解析溫度：40℃第43頁/共68頁項(xiàng)目SFE-CO2水蒸汽蒸餾95%乙醇提取當(dāng)歸600kg4800元600kg4800元600kg4800元CO2＼乙醇300kg450元02400kg12000元電＼蒸汽1200元2000元2000元工資與設(shè)備1500元1200元1300元總成本7210元8000元20100元總產(chǎn)物9.35kg油0.6kg油90kg浸膏單位成本800元/kg油13000元/kg油200元/kg浸膏性狀紅棕色澄清油紅棕色油棕褐色稠膏耗時(shí)４小時(shí)１２小時(shí)２０小時(shí)雜質(zhì)少少多第44頁/共68頁大黃丹參厚樸連翹烏藥蒼術(shù)肉桂乳香當(dāng)歸木香青蒿沒藥白芷香附辛夷益智獨(dú)活姜黃野菊花川芎干姜丁香防風(fēng)高良姜花椒羌活降香蛇床子紫草牡丹皮旱芹中藥SFE-CO2實(shí)例第45頁/共68頁超臨界流體技術(shù)展望

分離技術(shù)化學(xué)反應(yīng)設(shè)備研發(fā)第46頁/共68頁分子蒸餾技術(shù)在中草藥提取分離中的應(yīng)用第47頁/共68頁概述

分子蒸餾(moleculardistillation)是一種特殊的、非平衡的、液-液分離技術(shù),是在高真空度條件下進(jìn)行非平衡分離操作的連續(xù)蒸餾過程。特別適合于分離低揮發(fā)度、高沸點(diǎn)、熱敏性和具有生物活性的物料。第48頁/共68頁分子的特性及其分離的基本原理第49頁/共68頁分子運(yùn)動(dòng)自由程的含義λ

＝√∏2kTd2p分子運(yùn)動(dòng)自由程公式

溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子平均運(yùn)動(dòng)自由程的主要因素。第50頁/共68頁分子運(yùn)動(dòng)自由程的含義當(dāng)壓力一定時(shí),物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程隨空間溫度增加而增大;當(dāng)溫度一定時(shí),平均自由程L與空間壓力P成反比,真空度越高(空間壓力越小)L越大,分子之間碰撞幾率越小。分子蒸餾的分離作用正是依據(jù)分子平均自由程不同這一性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。第51頁/共68頁分子蒸餾的基本原理第52頁/共68頁實(shí)現(xiàn)分子蒸餾分離的要求（1）輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好；（2）蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。第53頁/共68頁分子蒸餾的四個(gè)過程

(1)物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴(kuò)散,在這里液相中的擴(kuò)散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素;

(2)物料分子在液層上自由蒸發(fā)速度隨溫度升高而增大,但是,分離因素卻隨溫度升高而降低;

第54頁/共68頁分子蒸餾的四個(gè)過程

(3)分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。在飛射過程中可能與殘存的空氣分子碰撞,也有可能相互碰撞,但是,只要真空度合適,使蒸發(fā)分子的平均自由程大于或等于蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離即可,過分提高真空度在工程上是毫無必要的;

(4)輕分子在冷凝面上冷凝。如果冷凝面的形狀合理而且光滑并迅速轉(zhuǎn)移,則可以認(rèn)為冷凝是瞬間完成的。

第55頁/共68頁分子蒸餾的特點(diǎn)(1)操作溫度低,可大大節(jié)省能耗；(2)蒸餾壓強(qiáng)低,要求在高真空度下操作；(3