超临界萃取原理

超临界萃取原理超临界流体萃取是当前国际上最先进的物理分离技术。常见的临界流体中，由于CO2化学性质稳定，无毒害和无腐蚀性，不易燃和不爆炸，临界状态容易实现，而且其临界温度（31.1℃）接近常温，在食品及医药中香气成分，生理活性物质、酶及蛋白质等热敏物质无破坏作用，因而常用CO2作为作为萃取剂进行超临界萃取。一、超临界CO2纯CO2的临界压力是7.3MPa和31.1℃时，此状态CO2被称为超临界CO2。在超临界状态下，CO2流体是一种可压缩的高密度流体，成为性质介于液体和气体之间的单一状态，兼有气液两相的双重特点：它的密度接近液体，粘度是液体的1%，自扩散系数是液体的100倍，因而它既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相近的密度和对某些物质很强的溶解能力，可以说超临界CO2对某些物质有着特殊的渗透力和溶解能力。二、超临界CO2萃取过程超临界CO2密度对对温度和压力变化十分敏感，所以调节正在使用的CO2的压力和密度，就可以通过调节CO2密度来调整该CO2对欲提取物质的溶解能力；对应各压力范围所得到的的萃取物不是单一的，可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，与被萃取物质完全或部分分开，从而达到分离提纯的目的。三、超临界CO2溶解选择性超临界状态下的CO2具有选择性溶解，对低分子、弱极性、脂溶性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、内脂、醚、环氧化合物等表现出优异的溶解性，而对具有极性集团（-OH、-COOH等）的化合物，极性基团愈多，就愈难萃取，故多元醇、多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界CO2。对于分子量大的化合物，分子量越大，越难萃取，分子量超过500的高分子化合物几乎不溶，因而对这类物质的萃取，就需加大萃取压力或者向有效成分和超临界CO2组成的二元体系中加入具有改变溶质溶解度的第三组成粉（即夹带剂），来改变原来有效成分的溶解度。一般来说，具有很好性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。四、工艺示意图五、超临界萃取的特点和优点：与传统分离技术相比，超临界CO2萃取技术具有以下独特优点：1、提取温度低在接近室温（30-50℃）及CO2笼罩下进行提取，有效防止了热敏物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质在起飞点温度以下萃取出来。2、提取率高（＞95%）可以方便的通过调整压力河温度来改变系统内的CO2的溶解性能，从而提高产品的收率，适合珍贵、高附加值物质提取。3、无污染全过程不用有机溶剂，有效避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留，同事也防止了提取过程中对人体的毒害和对环境的污染，无废气、废水，即使是废渣也可以综合利用。4、生产周期短提取（动态）循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟左右便有产品分离析出，2-4小时左右便可提取完全。同时它不需浓缩步骤，即使加入夹带剂。也可通过分离功能除去或是简单浓缩。5、低耗能萃取、分离合二为一，当饱含溶解物的CO2流经分离器时，由于压力下降使得CO2与被萃取物成为两相而立即被分开，不存在物料的相变过程，节省了大量的相变热，大幅度降低生产成本，且简化了工艺流程；CO2循环使用，无需回收溶剂，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本。原料处理单元萃取单元分离单元产品检测和储藏原料产品CO2产品夹带剂增压、升温单元液化单元CO2供应单元原料渣CO2CO2CO2CO26、无易燃易爆危险全系统以CO2为主要溶剂，而CO2本身是惰性气体，因此可实现生产过程中真正绿色化。7、一套装置多种用途超临界CO2的溶解性能可以调节，在一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂提取不同极性的物质。没改变一次CO2的溶解性能，就等于在使用一种新的溶剂，从而使一套超临界CO2萃取装置可以适用十几种、几十种物质的提取，大大提高了装置的使用范围。8、操作参数容易控制超临界CO2提取各种天然物质，不仅工艺上优越，而且操作参数容易控制，使产品质量稳定；超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品质量。有机萃取与超临界流体萃取比较有机溶剂萃取超临界流体萃取溶剂残留不可避免完全无溶解残留，提取产品纯净存在重金属残留无重金属残留溶剂的溶解能力为定值溶解能力随温度和压力变化而变化可能使用高温，热敏物质分解通常在较低温度下，不分解存在无机盐被萃取的问题无无机盐残留溶解选择性差选择性好需额度外的操作单元换来解除溶解在线分离，有效物质收率高六、影响超临界CO2流体萃取的主要因素1、萃取压力的影响萃取过程中，SC-CO2密度的变化直接影响萃取效果。萃取压力是影响SC-CO2密度的重要参数。温度一定时，随着萃取压力的增加，SC-CO2的溶解能力也增加，但当压力增加到一定程度后，则溶解增加缓慢，这是由于高压下超临界相密度随压力变化缓慢所致。另外，压力对萃取效果的影响还与溶质的性质有关：对于烃类和极性低的脂溶性有机化合物，在较低压力时即可进行。而对于极性较大的有机化合物，则需提高萃取压力。2、萃取温度的影响萃取温度对萃取效果的影响较为复杂。对于CO2在临界点附近的低压区，升高温度导致SC-CO2能力下降，此阶段称为“温度的负效应阶段”。在高压区，升高温度导致SC-CO2能力提高，称为“温度正效应阶段”。3、萃取时间的影响在超临界萃流体取过程中，CO2流量一定时，萃取时间越长，收率越高。萃取刚开始时，由于溶剂与溶质未达到良好接触，收率较低。随着萃取时间的加长，传质达到某种程度，则萃取速率增大，直到达到最大之后，由于待分离组分较少传质动力降低而使萃取速率降低。4、CO2流量的影响通常，收率一定时，流量越大，溶质、溶剂见得传热阻力越小，则萃取速率越快，但萃取回收负荷大，从经济上考虑应选用适宜的萃取时间和流量。5、物料性质的影响一般情况下，物料粒度越小，扩散时间越短，有利于CO2向物料内部迁移，增加传质效果，但物料粉碎过细会增加表面流动阻力，反而不利于萃取。