第四章超臨界流體萃取技術(shù)

(supercriticalFluidExtractionSFE)主要內(nèi)容超臨界流體的概念超臨界流體萃取的基本原理及特征超臨界流體的工藝流程超臨界流體在食品工業(yè)中的應(yīng)用一、超臨界流體的相關(guān)概念1、穩(wěn)定的純物質(zhì)的幾種存在狀態(tài)固、液、氣：玻璃態(tài)：橡膠態(tài)：臨界狀態(tài)：指氣態(tài)和液態(tài)共存的一種邊緣狀態(tài)，在此狀態(tài)中，液態(tài)的密度與其飽和蒸氣的密度相同，因此界面消失.超臨界狀態(tài)：從單一物質(zhì)的典型相態(tài)圖可以看到，如果沿著氣液共存(蒸發(fā)和冷凝同時發(fā)生)的曲線向高溫、高壓的方向移動，就會達(dá)到該物質(zhì)的臨界點(diǎn)(臨界溫度和臨界壓力點(diǎn))。此過程中溫度的上升引致熱膨脹，使液相的密度減??；而壓力的上升則將氣相壓縮，使其密度加大。在臨界點(diǎn)上，兩相的密度相等，氣相與液相的分界消失，這時物質(zhì)就成為超臨界流體。當(dāng)物質(zhì)超過臨界溫度時，不會發(fā)生冷凝和蒸發(fā)的現(xiàn)象，而只以流動的形式存在在臨界區(qū)內(nèi)：常態(tài)下的氣體物質(zhì)會表現(xiàn)出液體一樣的密度和隨壓力增大而顯著增長的溶解能力。穩(wěn)定的純物質(zhì)都有固定的臨界點(diǎn)（處于其臨界溫度和臨界壓力點(diǎn)）：臨界溫度（pc)：在其之上，無論施加多大壓力都不能將其液化。臨界壓力(Tc)：臨界密度(ρc)：常見超臨界流體的臨界點(diǎn)（見P27）2、超臨界流體（1）定義：指處于稍為超過物質(zhì)本身的臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)時的流體，即在臨界點(diǎn)附近的超臨界流體。

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)致其密度顯著變化粘度接近于氣體,具有很強(qiáng)傳遞性能和運(yùn)動速度擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體高一到兩個數(shù)量級；

SCF的介電常數(shù)，極化率和分子行為與氣液兩相均有著明顯的差別;壓力和溫度的變化均可改變相變

(2)超臨界流體的主要特性物理特征密度（g/cm3）粘度（g/cm/s）擴(kuò)散系數(shù)（cm2/s）氣體（0.6-2）*10-3（1-4）*10-4

0.1-0.4液體

0.6-1.6（0.2-3）*10-2（0.2-2)*10-5

SCF

0.2-0.9（1-9）*10-4（0.2-0.7)*10-3超臨界流體的性質(zhì)（3）超臨界流體的溶解能力在臨界點(diǎn)附近（即適宜的操作區(qū)域），改變溫度或壓力都會明顯的改變超臨界流體的密度，也就改變了溶解度。二、超臨界流體萃取的基本原理及特征1、超臨界萃取定義：以超臨界流體為萃取劑，在臨界溫度和臨界壓力附近的條件狀態(tài)下，從液體或固體物料中萃取出待分離的組分。2、原理：利用超臨界流體的特性，在高密度條件下（低溫、高壓），溶解出所需組分，然后改變條件在低密度條件下將萃取出來的成分與萃取劑分離。見圖3－13、超臨界流體萃取的特征效率高工藝條件容易控制溶劑不易造成污染適用于熱敏性或易氧化的成分需要高壓設(shè)備4、超臨界流體的選擇(1)操作溫度與臨界溫度接近(2)萃取劑與待分離組分的化學(xué)性質(zhì)相似。等等。CO2作為萃取劑的優(yōu)點(diǎn)：臨界溫度、臨界壓力、化學(xué)性質(zhì)、無污染、防氧化和抑制好氣性微生物、易得。1、可以在接近室溫(35-40℃)及CO2氣體籠罩下進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)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。2、由于全過程不用有機(jī)溶劑，因此萃取物絕無殘留溶媒，同時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，符合當(dāng)今“綠色環(huán)?！?、“回歸自然”的高品位追求。3、控制工藝參數(shù)可以分離得到不同的產(chǎn)物，可用來萃取多種產(chǎn)品，而且原料中的重金屬、無機(jī)物、塵土等都不會被CO2溶解帶出。4、蒸餾和萃取合二為一，可以同時完成蒸餾和萃取兩個過程，尤其適用于分離難分離的物質(zhì)，如有機(jī)混合物、同系物的分離精制等。5、能耗少；熱水、冷水全都是閉路循環(huán)，無廢水、廢渣排放。CO2也是閉路循環(huán)，僅在排料時帶出少許，不會污染環(huán)境。由于能耗少、用人少、物料消耗少，所以運(yùn)行費(fèi)用非常低。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(jī)或泵

過濾器

圖2超臨界CO2萃取的基本流程

熱交換器三、超臨界流體的工藝流程三、超臨界流體的工藝流程1、等溫變壓法：整個過程溫度基本不變，壓力變化，如圖所示。此流程易于操作，應(yīng)用最為廣泛，而且適于對溫度有嚴(yán)格限制的物質(zhì)的萃取過程，但因萃取過程有不斷的加減壓步驟，能耗較高。2、等壓變溫法：利用超臨界流體在臨界壓力以上一定范圍內(nèi)溶解度隨溫度升高而降低的性質(zhì)，在分離釜中將超臨界萃取混合物加熱升溫而分離溶質(zhì)。其特點(diǎn)是過程壓力基本維持不變，氣體壓縮功耗較少，但需要加熱蒸汽和冷卻水。因萃取物品種的不同，分離效果也有較大差異。3、吸附法：利用活性炭等吸附劑，在分離釜中吸附溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)分子，操作過程中體系的壓力、溫度變化都很小。因所用吸附劑需解吸再生，不利于連續(xù)生產(chǎn)。見圖3－3四、超臨界流體在食品工業(yè)中的應(yīng)用1、植物油的提取壓榨法溶劑萃取法超臨界萃取2、咖啡豆和茶葉中咖啡堿的提取3、處理食品原料去除粗