超臨界流體萃取技術詳解演示文稿

超臨界流體萃取技術詳解演示文稿當前第1頁\共有60頁\編于星期六\11點優(yōu)選超臨界流體萃取技術當前第2頁\共有60頁\編于星期六\11點物質有三種狀態(tài)：

氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)物質的第四態(tài)：超臨界狀態(tài)流體狀態(tài)當前第3頁\共有60頁\編于星期六\11點臨界溫度：溫度超過374.4℃，水分子有足夠的能量來抵抗壓力的升高，使分子之間保持一定的距離，即使密度與液態(tài)水接近，也不會液化。這個溫度稱為水的臨界溫度。臨界壓力：與臨界溫度相對應的壓力稱為臨界壓力（22.2MPa）臨界點：水的臨界溫度和臨界壓力就構成了水的臨界點。22.2374.4當前第4頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界22.2374.4超臨界區(qū)域：在壓溫圖中，高于臨界溫度和臨界壓力的區(qū)域稱為超臨界區(qū)超臨界流體：處于超臨界狀態(tài)時，氣液界面消失，體系性質均一，既不是氣體也不是液體，呈流體狀態(tài)，故稱為超臨界流體當前第5頁\共有60頁\編于星期六\11點純物質都具有超臨界狀態(tài)，具有普遍性超臨界流體超臨界流體（SupercriticalFluid，SCF）當前第6頁\共有60頁\編于星期六\11點試劑臨界溫度（℃）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當前第7頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界流體萃取（SupercriticalFluidExtraction，SFE）超臨界流體萃取是利用超臨界流體作萃取劑，從液體或固體中萃取出某些成分并進行分離的技術。當前第8頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界流體的性質相密度（g/ml）粘度（g/cm·s）擴散系數(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

超臨界流體由于處于臨界溫度和臨界壓力以上，其物理性質介于氣體與液體當前第9頁\共有60頁\編于星期六\11點

1密度類似液體，因而溶劑化能力很強密度越大溶解性能越好2粘度接近于氣體，具有很好的傳遞性能和運動速度3擴散系數(shù)比氣體小，但比液體高一到兩個數(shù)量級，具有很強的滲透能力超臨界流體的性質總之，超臨界流體具有液體的溶解能力又具有氣體的擴散和傳質能力。當前第10頁\共有60頁\編于星期六\11點試劑臨界溫度（℃）臨界壓力（MPa）臨界密度（g/ml）CO231.067.380.448甲烷-83.04.60.16丙烷97.04.260.220二氯二氟甲烷111.73.990.558甲醇240.57.990.272乙醚193.63.680.267超臨界流體的選擇當前第11頁\共有60頁\編于星期六\11點CO2的壓溫圖當前第12頁\共有60頁\編于星期六\11點

1、CO2的臨界溫度接近于室溫，適合于熱敏性物質，完整保留生物活性，而且能把高沸點，低揮發(fā)度，易熱解的物質分離出來。

4、CO2無毒、無味、不燃、不腐蝕、價廉，易于精制、易于回收，無污染超臨界CO2流體萃取的優(yōu)點2、CO2的臨界壓力適中，目前工業(yè)水平易達到；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；當前第13頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界流體萃取的工藝流程一般是由萃?。–O2溶解組分）和分離（CO2和組分的分離）兩步組成。

包括高壓泵及流體系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)和收集系統(tǒng)三個部分基本工藝流程當前第14頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界流體萃取的基本流程分離釜

萃取釜CO2熱交換器壓縮機高壓泵

過濾器

熱交換器當前第15頁\共有60頁\編于星期六\11點溫度壓力1.21.10.60.70.80.910.20.10.30.5各直線上數(shù)值為CO2密度，g/ml純CO2密度與壓力、溫度的關系CO2流體密度是溫度與壓力的函數(shù)在超臨界區(qū)域，密度變化幅度達到3倍以上臨界點附近，壓力或溫度的微小變化可以大幅度改變流體密度當前第16頁\共有60頁\編于星期六\11點解析方法等溫法當前第17頁\共有60頁\編于星期六\11點解析方法等壓法當前第18頁\共有60頁\編于星期六\11點解析方法吸附法當前第19頁\共有60頁\編于星期六\11點壓縮機

萃取釜

熱交換器二氧化碳循環(huán)泵

當前第20頁\共有60頁\編于星期六\11點1879年，J.B.Hanny發(fā)現(xiàn)無機鹽在高壓乙醚中溶解度異常增加。1978年，聯(lián)邦德國建成了咖啡豆脫除咖啡因的超臨界CO2萃取工業(yè)化裝置。這是現(xiàn)代SFE技術開發(fā)的里程碑。超臨界流體萃取的發(fā)展在中國，20世紀80年代SFE-CO2萃取技術更廣泛地用于香料的提取。進入90年代后，開始用于中草藥的提取。當前第21頁\共有60頁\編于星期六\11點應用范圍品種功能性油脂沙棘油、小麥胚芽油、魚油、葡萄籽油、耐鵲油中藥提取物鴉膽子油、穿心蓮提取物、當歸油、丹參提取物、厚樸提取物、薄荷油、五味子油、車前子油、柴胡油、川穹油、姜黃色素、菟絲子油、枸杞子油、天然咖啡因、紫草素、丹皮酚、乳香提取物、野菊花油、蒼術油、莪術油、香附油、青蒿素、霍香油、紫蘇葉油、熊果酸調味品姜油、辣素、辣椒色素、花椒油、胡椒油香料、香精辛夷花精油、煙葉精油當前第22頁\共有60頁\編于星期六\11點美晨集團股份有限公司

（廣州輕工研究所）當前第23頁\共有60頁\編于星期六\11點南通市華安超臨界萃取有限公司

萃取釜容積500ml當前第24頁\共有60頁\編于星期六\11點北京天安嘉華超臨界科技發(fā)展有限公司當前第25頁\共有60頁\編于星期六\11點云南亞太致興生物工程研究所當前第26頁\共有60頁\編于星期六\11點德國UHDE公司萃取釜容積500L當前第27頁\共有60頁\編于星期六\11點美國SupercriticalProcessingInc當前第28頁\共有60頁\編于星期六\11點（1）對脂溶性成分溶解能力較強而對水溶性成分溶解能力較低；（2）設備造價較高而導致產(chǎn)品成本中的設備折舊費比例過大；（3）更換產(chǎn)品時清洗設備較困難。超臨界CO2流體萃取的局限性當前第29頁\共有60頁\編于星期六\11點

SFE的基礎研究與應用在近30年內取得了很大的進展。此新興技術的研究涉及了眾多領域，SFE是一種“綠色工藝”，符合當今世界可持續(xù)發(fā)展的觀念，為正興起的“綠色化學”提供了一種新的思路。因此，無論是科學研究還是實際應用，SFE的前途是誘人的，必將得到更大的發(fā)展。提倡減法生活，做綠色公民當前第30頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界CO2流體的溶解性能①

親脂性、低沸點成分可在10MPa以下萃取。②引入強極性基團（如-OH，-COOH），造成萃取困難。如揮發(fā)油、烴、酯、內酯、醚、環(huán)氧化合物等，尤其天然植物中的香氣成分在苯的衍生物范圍內，有一個羰基和三個以上羥基的化合物是不能被萃取的當前第31頁\共有60頁\編于星期六\11點③更強的極性物質，如糖類、氨基酸類在40Mpa以下是不能被萃取的。④化合物的相對分子量越高，越難萃取。分子量在200～400范圍內的組分容易萃取，有些低相對分子質量、易揮發(fā)成分甚至可以直接用二氧化碳液體提??；高分子量物質（如樹膠、蠟等）則很難萃取。超臨界CO2流體的溶解性能當前第32頁\共有60頁\編于星期六\11點2.51×10-31.91×10-4當前第33頁\共有60頁\編于星期六\11點1.10×10-33.72×10-41.82×10-41.70×10-4當前第34頁\共有60頁\編于星期六\11點5.01×10-51.05×10-5當前第35頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界CO2流體的溶解性能超臨界CO2是非極性溶劑，在許多方面類似于己烷，對非極性的脂溶性成分有較好的溶解能力，對有一定極性的物質（如黃酮、生物堿等）的溶解性就較差。其對成分的溶解能力差別很大，主要與成分的極性有關，其次與沸點、分子量也有關。當前第36頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界CO2萃取的影響因素1.萃取壓力在臨界壓力附近，壓力的微小提高會引起密度的急劇增大，而密度增加引起溶解度提高。例：當前第37頁\共有60頁\編于星期六\11點萃取壓力的設置對于碳氫化合物、酯等弱極性物質，萃取壓力一般為7～10MPa；對于含-OH，-COOH強極性基因的物質，萃取壓力一般20MPa；對于強極性的配糖體以及氨基酸類物質，萃取壓力要求50MPa以上。當前第38頁\共有60頁\編于星期六\11點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的揮發(fā)性增加，增大了在SCF中的濃度。超臨界CO2萃取的影響因素9.0MPa溫度溶解度當前第39頁\共有60頁\編于星期六\11點萃取溫度的設置溫度對溶解度的影響還與壓力有密切的關系：在壓力相對較低時，溫度升高溶解度降低；而在壓力相對較高時，溫度升高超臨界CO2的溶解能力提高。當前第40頁\共有60頁\編于星期六\11點3、萃取時間超臨界CO2萃取的影響因素當前第41頁\共有60頁\編于星期六\11點①CO2流速提高，增加溶劑對原料的萃取次數(shù)，強化萃取過程的傳質效果，可縮短萃取時間；②CO2流速加快，CO2與被萃取物接觸時間減少，溶質含量降低。4.CO2流量超臨界CO2萃取的影響因素當前第42頁\共有60頁\編于星期六\11點原料顆粒愈小，溶質從原料向SCF傳輸?shù)穆窂接蹋cSCF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)堵塞而破壞設備。5.粒度超臨界CO2萃取的影響因素當前第43頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界CO2萃取魚腥草揮發(fā)油魚腥草粉碎成40目，取1kg，置于5L的萃取釜中，設萃取釜壓力20MPa，溫度35℃，分離釜Ⅰ壓力8MPa，溫度60℃，分離釜Ⅱ壓力5MPa，溫度35℃，CO2流量40kg/h，萃取時間80min。當前第44頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界CO2流體對親脂類物質的溶解度較大，對較大極性的物質溶解較小，限制了其對極性較大溶質的應用?？稍赟CF中加入極性溶劑（如乙醇等）以改變溶劑的極性，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萃取的影響因素當前第45頁\共有60頁\編于星期六\11點①增加目標組分在CO2中的溶解度②增加溶質在CO2中的溶解度對溫度、壓力的敏感性，有可能單獨通過降溫來解析③提高溶質的選擇性④可改變CO2的臨界參數(shù)提攜劑的作用：當前第46頁\共有60頁\編于星期六\11點提攜劑的種類及用量提攜劑的用量是相對于CO2流量而言，太多或太少都不好一般用量：1%~5%（質量）提攜劑一般選用揮發(fā)度介于超臨界溶劑和被萃取溶質之間的溶劑中草藥：乙醇、水、丙酮、EtOAc當前第47頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界CO2萃取丹參酮取粉碎后的丹參生藥粉180g，置于萃取釜中，加入提攜劑乙醇300ml，設萃取壓力31MPa，萃取溫度40℃，分離壓力12MPa，分離溫度30℃，CO2流量20kg/h，萃取時間1h。當前第48頁\共有60頁\編于星期六\11點因素123456789X1（MPa）151719212325272931X2（℃）404346495255586164X3（MPa）67891011121314X4（ml）140160180200220240260280300用均勻設計法，考察萃取壓力（X1）、萃取溫度（X2）、分離壓力（X3）、夾帶劑量（X4）對丹參酮ⅡA收率的影響，每個因素設9個水平。取丹參粗粉180g，共十份，按計算機給出的實驗方案調節(jié)各參數(shù)，10號實驗為預留樣本，參數(shù)設定為萃取壓力25MPa，萃取溫度45℃，分離壓力8MPa，夾帶劑250ml。實驗中其余各參數(shù)固定為分離溫度30.2℃，CO2流量10~25kg/h，萃取時間為2h當前第49頁\共有60頁\編于星期六\11點序號萃取壓力萃取溫度分離壓力夾帶劑量丹參酮量11543928055.56217491326053.3031955824052.03421611222035.6452340720045.19625461118046.3572752616054.28829581014037.31931641430055.24102545825057.97當前第50頁\共有60頁\編于星期六\11點超臨界丙烷流體臨界壓力：4.26MPa臨界溫度：97.0℃Kerr-McGee公司從渣油中脫除瀝青的ROSE過程，最成功的SFE之一丙烷的臨界壓力低，溶解度大，使得丙烷成為極有競爭力的超臨界溶劑當前第51頁\共有60頁