XXXXXXX工程技术研究中心可行性研究报告

XXXX市工程技术研究中心可行性研究报告中心名称：XXXXXXX超临界萃取工程技术研究中心依托单位：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（签章）推荐部门：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（签章）所属领域：□工业□农业□社会发展填报时间：年月日XXXXXXX科学技术厅编制—2—一、建设本工程技术研究中心的目的和意义1．本技术领域在行业发展中的地位和作用我国幅员辽阔、资源丰富，有很多具有巨大经济价值和应用价值的植物及天然产物资源，如红豆杉、黄莲、冬虫夏草等，随着人类对其需求的不断增加以及经济利益的驱使，许多不可重复利用的宝贵资源遭到了破坏，植物资源不断减少。且很多天然产物中的有效成分都具有热敏性，用传统分离方法对其进行分离容易破坏其结构，大大降低了产物质量和提取效率。如何对这些宝贵的资源进行合理利用？在科学家们进行了大量实验研究后发现，超临界流体萃取技术在天然产物提取中，是一种十分理想的分离手段。与传统的提取分离方法相比，超临界萃取可在近常温条件下提取分离不同极性、不同沸点的化合物，几乎保留产品中全部有效成分，而且更利于热敏性成分的提取。超临界萃取还具有传质速度快、渗透能力强、溶解萃取效率高、提取温度低、无溶剂残留、无污染、操作方便、快速、低廉的优点，越来越受到普遍重视。2．建设本工程技术研究中心的必要性超临界流体萃取(Supercriticalfluidextraction，简写SCFE)是一种较新型的萃取分离技术，其起源于20世纪40年代，70年代投入工业应用，并取得成功。过去，分离天然的有机成分一直沿用水蒸汽蒸馏法、压榨法、有机溶剂萃取法等。水蒸汽蒸馏法需要将原料加热，不适用于化学性质不稳定成分的提取；压榨法得率低；有机溶剂萃取法在去除溶剂时会造成产品质量下降或有机溶剂残留；超临界流体萃取法则有效地克服了传统分离方法的不足，它利用在临界温度以上的高压气体作为溶剂，分离、萃取、精制有机成分。—3—超临界流体(Supercriticalfluid，简写SCF)是指处于临界温度和临界压力以上的非凝缩性的高密度流体。超临界流体没有明显的气液分界面，既不是气体，也不是液体，是一种气液不分的状态，性质介于气体和液体之间，具有优异的溶剂性质，粘度低，密度大，有较好的流动、传质、传热和溶解性能。流体处于超临界状态时，其密度接近于液体密度，并且随流体压力和温度的改变发生十分明显的变化，而溶质在超临界流体中的溶解度随超临界流体密度的增大而增大。超临界流体萃取正是利用这种性质，在较高压力下，将溶质溶解于流体中，然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度，使溶解于超临界流体中的溶质因其密度下降溶解度降低而析出，从而实现特定溶质的萃取。用超临界萃取方法提取天然产物时，一般用CO2作萃取剂。这是因为：超临界流体CO2萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点：1.可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；2.使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然；3.萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的CO2-SCF流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本；—4—4.CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒，故安全性好；5.CO2价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本；6.压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。3．建设本工程技术研究中心的可行性所谓超临界流体是指物质的温度和压力分别超过其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）时的流体。处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，两相界面消失，汽化热为零。超过临界点的物质，无论压力多大都不会使其液化，压力的变化只引起流体密度的变化。故超临界流体有别于液体和气体。通常超临界流体用SCF（SupercriticalFluid)表示。具有代表性的超临界流体有：Xe、C02、H20、CH4、C2H6、CH30H及CHF3等；最常用的是C02，因为它价廉、无毒、方便。超临界流体具有接近液体的密度和类似液体的溶解性能；具有接近气体的粘度和扩散系数，因此将有很高的传质速率和很快达到萃取平衡的能力。超临界流体最重要的性质是具有很大的压缩性，温度和压力较小的变化即可引起超临界流体体积发生很大的变化。进一步研究发现，超临界流体的溶解能力主要取决于密度，其溶解度的对数在一定范围内与流体密度的对数呈线性关系。超临界流体萃取技术（supercriticalfluidextraction,SFE）是利—5—用流体在临界点附近所具有的特殊溶解性能进行萃取的一种化工分离技术[5]。任何物质都有3种相态，它们随压力和温度的变化而变化。当气体超过一定的温度和压力时，便进人临界状态，此时的流体成为超临界流体。超临界流体具有与液体相近的密度，故对物质有较强的溶解能力；又具有气体的高扩散性和低粘度，因而在提取样品时很容易渗透到样品体内，缩短提取时间并提高提取效率，正是这种双重性使得超临界流体对物料有良好的渗透性和较强的溶解能力。超临界流体萃取的分离过程正是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而实现的。在超临界状态下，超临界流体与待分离的物质接触，通过控制压力和温度使其有选择性地把不同极性、不同沸点和相对分子质量的成分萃取出来，然后借助减压等方法使超超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动析出，从而达到分离提纯的目的。超临界萃取技术生产天然香料的主要原料有鲜花、水果皮等，主要产品为精油，还可提取其它风味物质，如大蒜中的大蒜素、大蒜辣素；生姜中的姜辣素；胡椒中的胡椒碱及辣椒中的辣椒素等。Temeli等用超临界萃取柑桔香精油，在70％、8．3MPa下得到柑桔风味浓厚的桔香精油,T．Baysal用超临界萃取法从香菜种子中分离得到柠檬香油和香芹酮。Papamichail对芹菜种子先研磨，再用超临界CO2提取植物油。Zekovic用超临界CO2提取百里香。张骊等从墨红花中用超临界CO2提取的精油香气与鲜花相近161。高彦样用超临界CO2萃取茴香油，在提取压力30MPa，温度40℃，通过两个串联分级分离器，获得含脂和含油两种产品。江梅等用超临界CO2萃取研究荔枝果皮精油。实验结果表明，荔枝果皮粉精油的最佳萃取条件—6—为：12MPa，35％，1～1.5h，当含水量为6％时萃取率较高。研究表明香料萃取时，低压产品主要是精油，高压产品主要为油树脂。超临界CO2还可以分离天然色素。超临界CO2从辣椒中直接提取辣椒色素，RozziNL研究了在温度32-86％和压力13.78～48.26MPa的条件下从番茄副产品中提取番茄红索。结果表明在86℃、34.47MPa的条件下得到了38.8％的最大提取率。孙庆杰从番茄中提取番茄红素，在压力l5-25MPa，温度40～50％，流量20kg／h，萃取时间l～2h，番茄皮中90％以上番茄红色素可萃取出来。用己烷萃取可可色素的萃取率为75％～80％，而超临界CO2萃取率达90％。紫草中的紫草宁、海藻中的胡萝卜素等均可用超临界CO2萃取。葛毅强、倪元颖等以小麦胚芽作为超临界流体萃取的试验材料，研究了不同预处理条件(水分含量和粉碎度)对提取麦胚中天然维生素E的影响。其研究结果表明：麦胚中天然维生素E的超临界CO2萃取的适宜预处理条件为麦胚含水量5.1％、物料粒度30目／2.54cm。4．本工程技术研究中心对行业进步的带动作用超临界萃取技术在食品工业中的应用发展迅速，并已取得了稳固的地位。现在国内外市场上已出现了由该技术制取具有高附加值的天然香料、色素和风味物质等高质量的食品添加剂系列。我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化，集中用在提取动植物油脂、色素、香料及食品脱臭方面。近年来，随着人们对可持续发展战略认识的不断加强，在国民经济各领域，绿色化学、清洁生产技术受到越来越多的重视。各国都在致力于寻找和开发各种节能、环保型的“绿色化学技术”，而拥有近三十年发展历—7—史的超临界流体萃取技术，由于它能利用流体在超临界状态下具有选择性的溶解能力的特性来对不同的物料进行分离。作为一种独特、高效、清洁、节能的新型分离方法，因此该技术在天然有机物质的提取与分离上，显示出了良好的应用前景。组建工程技术研究中心的目的是使企业发展成为集科研、生产、销售为一体的现代企业。把市场需求作为技术创新和工程技术研究中心建设的出发点和落脚点，发挥市场在配置科技资源、引导技术创新活动中的基础作用，使科技成果迅速转化为具有市场竞争力的商品。加强产、学、研技术合作，本着“健康、降耗、增效”的原则，推进清洁健康生产，研发、推广节能、环保、高效新工艺，增强企业的盈利能力和市场竞争力，提高企业的经济效益和社会效益，为我国食品健康安全将会起到积极的推动作用。二、国内外发展趋势及国内、省内需求状况1．国内外技术发展水平与差距超临界流体萃取(SupercriticalFluidExtraction,简称SFE)是一种提取天然物质成分的新技术。其起源于20世纪40年代，70年代投入工业应用，以其环保、高效等显著特性迅速超越了传统技术,并取得成功。过去，分离天然的有机成分一直沿用水蒸汽蒸馏法、压榨法、有机溶剂萃取法等。水蒸汽蒸馏法需要将原料加热，不适用于化学性质不稳定成分的提取；压榨法得率低；有机溶剂萃取法在去除溶剂时会造成产品质量下降或有机溶剂残留；超临界流体萃取法则有效地克服了传统分离方法的不足，它利用在临界温度以上的高压气体作为溶剂，分离、萃取、精制有机成分。近二—8—十多年来,超临界技术在国内外迅猛发展,在食品、化工、香料、环保、纳米材料、生物医药等诸多领域均有广阔的应用前景,也取得了众多的重要成果。德国在1978年建立了世界上第一套用于脱除咖啡豆中咖啡因的工业化SFE装置,后各国也相继建立了SFE实用装置。随后美国、日本等国也投人大量人力物力对超临界流体萃取技术进行研究，其研究范围涉及食品、香料、化工、医药等领域，并取得一系列进展。我国从事SFE技术的研究是近十几年的事,也取得了一些可喜的成绩。2．国内需求状况我国使用超临界萃取技术在食品工业中用于茶叶、咖啡豆脱咖啡因；食品脱脂；酒花有效成分提取；植物色素的萃取；植物及动物油脂的萃取。在医药工业中用于酶、维生素等的精制；动植物体内药物成分的萃取；医药品原料的浓缩、精制；糖类与蛋白质的分离以及脱溶剂脂肪类混合物的分离精制等。在化妆品工业中用于天然香料的萃取；合成香料的分离精制；化妆品原料的萃取、精制。从目前的发展状况看,超临界流体技术在以下几个方面发挥了重要的作用。食品工业我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化,集中用在提取动植物油脂、食品杀菌，啤酒花提取，天然色素提取，米胚芽提取，桔皮中萜烯清油的提取及食品脱臭等方面。精细化工—9—在精细化工领域，超临界萃取技术应用于天然香料精油提取，烟草中提取香精，提取咖啡香气成分，植物中去植物碱，烟草中去尼古丁以及精制化妆品原料等。医药工业在医药工业上，超临界流体技术主要用于重要有效成分提取，类类固醇类样品提取,EPA和DHA的提取,酶及维生素的精制回收等。当用于天然药用植物有效成分提取时，主要具有如下优越性:(1)萃取能力强选择最佳的萃取条件，可将待提取物萃取完全。通过改变温度和压力还可有选择地分离天然植物中多种物质。(2)萃取速度快10～20min可使产品分离析出，2～4h左右便可完全提取。(3)萃取污染少操作方便，无须使用大量有机溶剂，对环境友好。环境方面（对土壤中多氯联苯的提取）环境样品中的