超臨界萃取的發(fā)展與應用

超臨界萃取的發(fā)展與應用[摘要]現(xiàn)如今，生態(tài)環(huán)境的日益惡化和能源的日益枯竭已經成為了人類生存面臨的兩大難題，為了緩解這些問題，科學家和研究者們提出了一系列的方案和技術，如綠色工藝，原子經濟，綠色化學等等。因此，新的綠色、環(huán)境友好型的技術和工藝越來越受到人們的關注和重視。近幾十年來興起的超臨界萃取技術就是一項環(huán)境友好型的技術，因其獨特的物理化學性質和所具備的許多優(yōu)點，因此越來越受到人們的重視，并且隨著研究的不斷深入，超臨界萃取技術的應用也越來越廣泛。[關鍵詞]超臨界流體；超臨界二氧化碳；應用；前景1超臨界流體物質是以氣、液和固3種形式存在，在不同的壓力和溫度下可以進行相的轉換。在溫度高于某一數(shù)值時，任何大的壓力均不能使該純物質由氣相轉化為液相，此時的溫度即被稱之為臨界溫度Tc；而在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓力稱為臨界壓力Pc。當物質所處的溫度高于臨界溫度，壓力大于臨界壓力時，該物質處于超臨界狀態(tài)。在壓溫圖中，高于臨界溫度和臨界壓力的區(qū)域就稱為超臨界區(qū)，如果流體被加熱或被壓縮至其臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上狀態(tài)時，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會液化，只是密度增大，具有類似液體性質，同時還保留有氣體性能，這種狀態(tài)的流體稱為超臨界流體。超臨界流體的密度與液體相近，其對溶質的溶解能力比臨界點狀態(tài)以下的要大，而粘度卻接近與氣體，自擴散系數(shù)通常是普通液體的100多倍，且?guī)缀醪淮嬖诒砻鎻埩ΑＲ虼薙CF的許多物理性質介于氣體及液體之間，從而致使其具有良好的質量及熱量傳輸性質（擴散性、粘度、熱傳導、熱容）。此外，在臨界點附近稍微改變溫度及壓力，其密度通常會發(fā)生較大的變化，利用超臨界流體這一特性可改變溶質在其中的溶解度。超臨界流體既具有氣體的高擴散能力，又具有液體的強溶解能力的特點。表1相的物理性質相密度(g/ml)擴散系數(shù)(cm2/s)粘度(g/cm.s)氣體(G)10-310-110-4超臨界流體(SCF)0.3～0.910-4～10-310-4～10-3液體(L)110-510-2因此，超臨界流體具有較好的流動性及傳遞性能，可被用作溶劑以替代傳統(tǒng)有機溶劑。超臨界二氧化碳是目前研究最廣泛的流體，且已經應用到工業(yè)生產。2超臨界萃取在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質接觸，使其有選擇性地依次把極性大小，沸點高低和分子量大小的成分萃取出來。同時超臨界流體的密度，極性和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加，利用預定程序的升壓可將不同極性的成分進行分步提取。當然，對應各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以通過控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓，升降溫的方法使超臨界流體變成普通氣體或液體，被萃取物質則自動完全析出，從而達到分離提純的目的，并將萃取與分離兩過程合為一體，這就是超臨界流體萃取分離的基本原理。超臨界二氧化碳之所以被應用的最廣泛，除了它本身的特點——臨界溫度31.265℃，接近于室溫，容易到達臨界狀態(tài)以外，作為超臨界萃取流體，它還具備其他很多方面的優(yōu)良性能：超臨界CO2流體常態(tài)下是無色無味無毒的氣體，與萃取成分分離后，完全沒有溶劑的殘留，可以有效地避免傳統(tǒng)溶劑萃取條件下溶劑毒性的殘留。同時也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染，是一種天然且環(huán)保的萃取技術。萃取溫度低，CO2的臨界溫度為31.265℃，臨界壓力為72.9atm，可以有效地防止熱敏性成分的氧化，逸散和反應，完整保留生質物體的生物活性；同時也可以把高沸點，低揮發(fā)度，易熱解的物質在其沸點溫度以下萃取出來。CO2價格便宜，純度高，容易取得，且在生產過程中循環(huán)使用，從而降低成本；萃取和分離合二為一，當飽含溶解物的二氧化碳超臨界流體流經分離器時，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速回復成為分離的兩相（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，并且符合環(huán)保節(jié)能的潮流。萃取操作容易，壓力和溫度都可以成為調節(jié)萃取過程的參數(shù)。在臨界點附近，溫度壓力的微小變化，都會引起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到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離；因此技術流程短，除以上介紹的幾類應用領域之外，超臨界二氧化碳萃取技術還被應用到其他許多領域。如化妝品行業(yè)、制備超細顆粒材料、農藥殘留分析以及精密儀器清洗等。更多的有前途的應用正在開發(fā)之中。隨著人們對超臨界萃取技術的研究不斷深入，技術的不斷提高，超臨界萃取技術在日后應用必將更為廣泛。4超臨界萃取技術的前景與展望經過40多年的研究，人們對于超臨界萃取技術已有了深刻的認識。保健品、化妝品、食品添加劑、香料、天然中草藥的萃取和提純仍然是超臨界流體的研究和應用的重要領域。對于超臨界萃取的研究和開發(fā)工作可謂方興未艾，主要原因是巨大的潛在市場需求。目前國際上SFE技術的研究和應用正方興未艾，德國、日本和美國已處于領先地位，在醫(yī)藥、化工、食品、輕工、環(huán)保等方面研究成果不斷問世，工業(yè)化的大型SFE設備有5000L～10000L的規(guī)模，日本已成功研制出超臨界色譜分析儀。目前國際上超臨界流體萃取的研究重點已有所轉移，為得到純度較高的高附加值產品，對超臨界流體逆流萃取和分餾萃取的研究越來越多；超臨界條件下的反應的研究成為重點，特別是超臨界水和超臨界二氧化碳條件下的各類反應，更為人們所重視；超臨界流體技術應用的領域更為廣泛。除了天然產物的提取、有機合成外還有環(huán)境保護、材料加工、油漆印染、生物技術和醫(yī)學等；有關超臨界流體技術的基礎理論研究得到加強。國際上的這些動向值得我們關注。SFE技術對于中藥現(xiàn)代化至關重要。要從單純的中間原料提取轉向兼顧復方中藥新藥的開發(fā)利用，或對現(xiàn)行生產的名優(yōu)中成藥工藝改進或二次開發(fā)上；加強分析型超臨界流體萃取或超臨界色譜在中藥分析中的應用，不斷改革傳統(tǒng)的分析方法；超臨界流體結晶技術及其超細顆粒的制備可用于中藥新劑型的開發(fā)，應加強在中藥制劑中的應用，以推動中藥制劑的現(xiàn)代化。5小結可持續(xù)發(fā)展是人類社會發(fā)展的新模式，也是世界各國的基本國策之一。為實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，不對環(huán)境造成污染，不對后代造成危害，21世紀的化學工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等必須通過調整自身的產業(yè)結構和產品結構，研究開發(fā)清潔化生產和綠色工業(yè)的新工藝和新技術。SFE技術就是近40年來迅速發(fā)展起來的這樣一種新技術。我們應當從這個戰(zhàn)略高度來認識SFE技術研究和推廣應用的重要性，制定研究規(guī)劃，加大投入，加強對該技術的基礎和應用研究，使它真正用于工業(yè)化生產，造福于人類，造福于社會。參考文獻：[1]張驍,張新建,束梅英.超臨界流體萃取技術應用進展及前景展望[J].2003.[2]王洛春,仇汝臣,王英龍,等.超臨界萃取技術的應用研究進展[J].化工時刊，2003，17（1）:9-10.[3]李發(fā)旺,李贊忠.超臨界流體技術及應用現(xiàn)狀[A].2014(23):93-94.[4]梁瑞紅,謝明勇.超臨界萃取技術用于生物活性成分提取的研究概況[A].2003,24(6):87-88.[5]KarmelitaAnggrianto,RinaldiSalea,BambangVeriansyah,etc.Applicationofsupercriticalfluidextractiononfoodprocessing:black-eyedpeaandpeanut[J].2014,9:265-272.[6]MiguelHerrero,JoseA.Mendiola,AlejandroCifuentes,etc.Supercrit-icalfluidextr