超臨界CO2萃取在植物和藥物提取中的應(yīng)用

超臨界CO2萃取在植物和藥物提取中的應(yīng)用

生化學(xué)院研化14：奎仔學(xué)號：********超臨界CO2萃取的影響因素超臨界CO2萃取技術(shù)超臨界CO2萃取的應(yīng)用超臨界流體的概念與特性超臨界CO2萃取優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)物質(zhì)有三種狀態(tài)：

氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)物質(zhì)的第四態(tài)：超臨界狀態(tài)流體狀態(tài)超臨界流體的概念與性質(zhì)基本概念：

當(dāng)把處于氣液平衡的物質(zhì)繼續(xù)升溫、升壓時(shí)，熱膨脹引起液體密度的減小，而壓力的升高又使氣相密度變大，當(dāng)溫度和壓力達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)，氣液兩相的相界面消失，成為一個(gè)均相體系，這一點(diǎn)就是該物質(zhì)的臨界點(diǎn)。當(dāng)流體的溫度和壓力都處在臨界溫度和臨界壓力以上時(shí)，則稱該流體處于超臨界狀態(tài)，該流體為超臨界流體。在超臨界流體中，CO2是研究最多的一種流體。CO2因其無毒、不燃燒、與大部分物質(zhì)不反應(yīng)、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，最為常用。超臨界相密度（g/ml）粘度（g/cm·s）擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s）氣體10-3

10-4

10-1

超臨界流體10-1

10-410-3液體110-2

10-5

超臨界流體的主要特性：超臨界流體的主要特性：1.密度類似液體，因而溶劑化能力很強(qiáng)，壓力和溫度微小變化可導(dǎo)致其密度顯著變化；2.粘度接近于氣體,具有很強(qiáng)傳遞性能和運(yùn)動(dòng)速度；擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體高一到兩個(gè)數(shù)量級；3.介電常數(shù)，極化率和分子行為與氣液兩相均有著明顯的差別;

4.零表面張力使它易溶入多孔性物質(zhì)中；5.消除了反應(yīng)物與催化劑之間的擴(kuò)散阻力。6.超臨界流體的極性可以改變，在一定溫度條件下，只要改變壓力或加入適宜的夾帶劑即可提取不同極性的物質(zhì)，可選擇范圍廣。CO2本身是非極性的，可以在超臨界CO2流體中加入一些C2H5OH，則可以萃取一些極性的化合物。試劑臨界溫度（℃）臨界壓力（MPa）CO231.067.38甲烷-83.04.6丙烷97.04.26二氯二氟甲烷111.73.99甲醇240.57.99乙醚193.63.68

萃取原理概述：

物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度，受壓力和溫度的影響很大。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來，就可以達(dá)到分離提純的目的。

問：對應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，那么我們怎么有效分離呢？

但事實(shí)上可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達(dá)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。超臨界CO2萃取技術(shù)原理流量計(jì)CO2鋼瓶冷箱泵泵流量計(jì)分離分離萃取混合超臨界CO2萃取基本流程圖精餾柱攜帶劑

解析（分離）方法

等溫法通過變化壓力而使萃取組分從超臨界流體中分離出來。萃取了溶質(zhì)的超臨界流體經(jīng)過膨脹閥后壓力下降，其溶質(zhì)的溶解度下降。溶質(zhì)析出由分離槽底部取出，充當(dāng)萃取劑的氣體則經(jīng)壓縮機(jī)送回萃取槽循環(huán)使用。

解析（分離）方法

等壓法利用溫度的變化來實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與萃取劑的分離。萃取了溶質(zhì)的超臨界流體經(jīng)加熱升溫使萃取劑與溶質(zhì)分離，由分離槽下方取出溶質(zhì)。作為萃取劑的氣體經(jīng)降溫升壓后送回萃取槽使用。

解析（分離）方法

吸附法

采用可吸附溶質(zhì)而不吸附萃取劑的吸附劑使兩者分離。萃取劑氣體經(jīng)壓縮后循環(huán)使用。這種方法通常可用于利用超臨界流體萃取產(chǎn)物中的雜質(zhì)以純化產(chǎn)品的工藝過程中。壓縮機(jī)

萃取釜

熱交換器（制冷）二氧化碳循環(huán)泵

超臨界流體CO2萃取的優(yōu)點(diǎn)：1．萃取和分離合二為一，當(dāng)飽含溶解物的二氧化碳超臨界流體流經(jīng)分離器時(shí)，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不存在物料的相變過程，不需回收溶劑,操作方便；不僅萃取效率高，而且能耗較少，節(jié)約成本。

2．壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)。臨界點(diǎn)附近，溫度壓力的微小變化，都會(huì)引起CO2密度顯著變化，從而引起待萃物的溶解度發(fā)生變化，可通過控制溫度或壓力的方法達(dá)到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離；因此工藝流程短、耗時(shí)少。對環(huán)境無污染，萃取流體可循環(huán)使用，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程綠色化。

3．萃取溫度低,CO2的臨界溫度為31.265℃,臨界壓力為7.18MPa,可以有效地防止熱敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸點(diǎn)，低揮發(fā)渡、易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度以下萃取出來。

4.臨界CO2流體常態(tài)下是氣體,無毒,與萃取成分分離后,完全沒有溶劑的殘留,有效地避免了傳統(tǒng)提取條件下溶劑毒性的殘留。同時(shí)也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染,100%的純天然。

5．超臨界流體的極性可以改變,一定溫度條件下,只要改變壓力或加入適宜的夾帶劑即可提取不同極性的物質(zhì),可選擇范圍廣。優(yōu)點(diǎn)：1、CO2的臨界溫度接近于室溫，適合于熱敏性物質(zhì)，完整保留生物活性，而且能把高沸點(diǎn)，低揮發(fā)度，易熱解的物質(zhì)分離出來。2、CO2的臨界壓力適中，目前工業(yè)水平易達(dá)到；3、CO2的臨界密度是常用超臨界溶劑中最高的（合成氟化物除外），即溶解能力較好4、CO2無毒、無味、不燃、不腐蝕、價(jià)廉，易于精制、易于回收，無污染（1）對脂溶性成分溶解能力較強(qiáng)而對水溶性成分溶解能力較低；（2）設(shè)備造價(jià)較高而導(dǎo)致產(chǎn)品成本中的設(shè)備折舊費(fèi)比例過大；（3）更換產(chǎn)品時(shí)清洗設(shè)備較困難。局限性超臨界CO2萃取的影響因素1：萃取壓力

在臨界壓力附近，壓力的微小提高會(huì)引起密度的急劇增大，而密度增加引起溶解度提高。萃取壓力的設(shè)置對于碳?xì)浠衔?、酯等弱極性物質(zhì)，萃取壓力一般為7～10MPa；對于含-OH，-COOH強(qiáng)極性基因的物質(zhì)，萃取壓力一般20MPa；對于強(qiáng)極性的配糖體以及氨基酸類物質(zhì)，萃取壓力要求50MPa以上。2：萃取溫度

溫度對超臨界流體溶解度的影響：①溫度升高，SCF密度降低，溶解力下降；②溫度升高使被萃取溶質(zhì)的揮發(fā)性增加，增大了在SCF中的濃度。9.0MPa溫度溶解度超臨界CO2萃取的影響因素萃取溫度的設(shè)置溫度對溶解度的影響還與壓力有密切的關(guān)系：在壓力相對較低時(shí)，溫度升高溶解度降低；而在壓力相對較高時(shí)，溫度升高超臨界CO2的溶解能力提高。3：萃取時(shí)間超臨界CO2萃取的影響因素

CO2流速提高，增加溶劑對原料的萃取次數(shù)，強(qiáng)化萃取過程的傳質(zhì)效果，可縮短萃取時(shí)間；

CO2流速加快，CO2與被萃取物接觸時(shí)間減少，溶質(zhì)含量降低。4：CO2流量超臨界CO2萃取的影響因素

原料顆粒愈小，溶質(zhì)從原料向SCF傳輸?shù)穆窂接?，與SCF的接觸的表面積愈大，萃取愈快，愈完全，粒度也不宜太小，容易造成過濾網(wǎng)堵塞而破壞設(shè)備。5：粒度超臨界CO2萃取的影響因素

超臨界CO2流體對親脂類物質(zhì)的溶解度較大，對較大極性的物質(zhì)溶解較小，限制了其對極性較大溶質(zhì)的應(yīng)用?？稍赟CF中加入極性溶劑（如乙醇等）以改變?nèi)軇┑臉O性，拓寬其適用范圍。如丹參中的丹參酮難溶于CO2流體，在CO2中添加一定量乙醇可大大增加其溶解度。6.提攜劑超臨界CO2萃取的影響因素①增加目標(biāo)組分在CO2中的溶解度②增加溶質(zhì)在CO2中的溶解度對溫度、壓力的敏感性，有可能單獨(dú)通過降溫來解析③提高溶質(zhì)的選擇性④可改變CO2的臨界參數(shù)攜帶劑的作用：中草藥提取酶，纖維素精制金屬離子萃取烴類分離共沸物分離高分子化合物分離植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取天然香料化妝品原料食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)化學(xué)工業(yè)化妝品、香料超臨界流體萃取的應(yīng)用

1青蒿素：是我國唯一得到國際承認(rèn)的抗瘧新藥。青蒿素結(jié)構(gòu)中有一過氧基團(tuán),傳統(tǒng)的溶劑提取法由于經(jīng)過長時(shí)間的提取和濃縮,易使青蒿素破壞損失,且要濃縮大量的有機(jī)溶劑,易燃易爆,提取周期長,成本高。 中藥提取分離過程現(xiàn)代化國家工程研究中心采用了超臨界CO2

萃取、重結(jié)晶等技術(shù)的工藝集成從黃花蒿中提取青蒿素,產(chǎn)品收率比傳統(tǒng)法提高1.9倍,生產(chǎn)周期比傳統(tǒng)法縮短約10h,并且成本有較大降低一般提取10min便有成分分離析出，2-4h左右便可完全提取。此外,該工程中心在注射用蛋黃卵磷脂的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)中將超臨界CO2

萃取與結(jié)晶、冷凍干燥等技術(shù)工藝集成,結(jié)果既解決了生產(chǎn)工藝上的難點(diǎn),又降低了成本。

2大蒜：

可行滯氣、暖脾胃、消癥積、解毒殺蟲的作用，近代研究表明大蒜亦有抗菌消炎、降血脂、抑制血小板聚集、減少冠狀動(dòng)脈粥樣硬化、抗癌防癌等作用臨床所用大蒜注射液的生產(chǎn)工藝中集成了超臨界CO2

萃取、分子蒸餾和膜分離技術(shù)。采用超臨界CO2

萃取大蒜有效成分,用分子蒸餾進(jìn)行分離純化,用膜分離過濾除菌。該工藝簡單,有效成分不被破壞,生產(chǎn)的大蒜注射液各項(xiàng)指標(biāo)符合藥典注射劑項(xiàng)下的各項(xiàng)規(guī)定。充分顯示了高新提取分離技術(shù)工藝集成應(yīng)用于中藥開發(fā)的優(yōu)勢。

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植物油脂的萃?。何覈鴤鹘y(tǒng)的植物油制取一般采用壓榨法和浸出法,前者殘油率高,后者味差色深。如用超臨界CO2萃取,所得油的顏色、外觀,理化指標(biāo)均優(yōu)于溶劑法,且提取率高,雜質(zhì)少,水分低,無需精煉。在最佳工藝條件下（CO2流量18L/h、原料粒徑范圍20～40目），超臨界CO2萃取黑芝的，萃取壓力25MPa，萃取溫度50℃和萃取時(shí)間4h，夾帶劑為95%乙醇；超臨界CO2萃取脫皮白芝麻的最佳工藝條件為萃取壓力25.5MPa、萃取溫度53℃和萃取時(shí)間4h。油脂萃取率分別為87.7％和95.3％。4

色素的提?。河衩S色素屬于異戊二烯類色素,生理上可作為維生素A的來源,超臨界CO2萃取的玉米黃色素,性能指標(biāo)優(yōu)于有機(jī)溶劑法萃取所得產(chǎn)品,萃取率高且不含殘留溶劑。利用超臨界萃取分離的枸杞油,不僅不飽和脂肪酸含量高,亞油酸含量高達(dá)66.2%～67.8%,還能從中分離出枸杞色素,即β-胡蘿卜素,色素提取率達(dá)51.5%。超臨界CO2還能對馬鈴薯和番茄榨汁后的副產(chǎn)品進(jìn)行分離,從中提取出胡蘿卜素。在胭脂紅等其他植物染料提取中也有應(yīng)用。南通市華安超臨界萃取有限公司

1.國產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)情況工業(yè)化超臨界CO2萃取設(shè)備北京超流萃取技術(shù)研究所

1.德國伍德公司2.國外設(shè)備的生產(chǎn)情況參考文獻(xiàn)1

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