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超臨界為超臨界流體,是介于氣液之間的一種既非氣態(tài)又非液態(tài)的物態(tài),這種物質(zhì)只能在其溫度和壓力超過臨界點時才能存在。超臨界流體的密度較大,與液體相仿,而它的粘度又較接近于氣體。因此超臨界流體是一種十分理想的萃取劑。
supercritical fluid extraction
超臨界流體的溶劑強度取決于萃取的溫度和壓力。利用這種特性,只需改變萃取劑流體的壓力和溫度,就可以把樣品中的不同組分按在流體中溶解度的大小,先后萃取出來,在低壓下弱極性的物質(zhì)先萃取,隨著壓力的增加,極性較大和大分子量的物質(zhì)與基本性質(zhì),所以在程序升壓下進行超臨界萃取,可得不同萃取組分,同時還可以起到分離的作用。
溫度的變化體現(xiàn)在影響萃取劑的密度與溶質(zhì)的蒸汽壓兩個因素,在低溫區(qū)(仍在臨界溫度以上),溫度升高降低流體密度,而溶質(zhì)蒸汽壓增加不多,因此,萃取劑的溶解能力時的升溫可以使溶質(zhì)從流體萃取劑中析出,溫度進一步升高到高溫區(qū)時,雖然萃取劑的密度進一步降低,但溶質(zhì)蒸汽壓增加,揮發(fā)度提高,萃取率不但不會減少反而有增大的趨勢。
除壓力與溫度外,在超臨界流體中加入少量其他溶劑也可改變它對溶質(zhì)的溶解能力。其作用機理至今尚未全清楚。通常加入量不超過10%,且以極性溶劑甲醇、異丙醇等居多。加入少量的極性溶劑,可以使超臨界萃取技術(shù)的適用范圍進一步擴大到極性較大化合物。
物質(zhì)是以氣、液和固3種形式存在,在不同的壓力和溫度下可以相的轉(zhuǎn)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(zhì)由氣相轉(zhuǎn)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z低壓力稱為臨界壓力Pc。當物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度,壓力大于臨界壓力時,該物質(zhì)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(zhì),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CO2流體萃取(SFE)分離過程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系,即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態(tài)下,將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸,使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當然,對應各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的,但可以控制條件得到最佳比例的混合成分,然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體,被萃取物質(zhì)則全或基本析出,從而達到分離提純的目的,所以超臨界CO2流體萃取過程是由萃取和分離過程組合而成的。
放空CO2
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冷卻水→CO2→低溫浴槽→高壓泵→預熱器→萃取器→分離器→產(chǎn)品
1、超臨界萃取可以在接近室溫(35~40℃)及CO2氣體籠罩下進行提取,有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持著藥用植物的有效成分,而且能把高沸點、低揮發(fā)性、易熱解的物質(zhì)在遠低于其沸點溫度下萃取出來;
2、使用SFE是最干凈的提取方法,由于全過程不用有機溶劑,因此萃取物無殘留的溶劑物質(zhì),從而防止了提取過程中對人體有害物的存在和對環(huán)境的污染,保證了天然性;
3、萃取和分離合二為一,當飽和的溶解物的CO2流體進入分離器時,由于壓力的下降或溫度的變化,使得CO2與萃取物迅速成為兩相(氣液分離)而立即分開,不僅萃取的效率高而且能耗較少,提高了生產(chǎn)效率也降低了費用成本;
4、CO2是一種不活潑的氣體,萃取過程中不發(fā)生化學反應,且屬于不燃性氣體,無味、無臭、無毒、安全性非常好;
5、CO2氣體價格便宜,純度高,容易制取,且在生產(chǎn)中可以重復循環(huán)使用,從而有效地降低了成本;
6、壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù),通過改變溫度和壓力達到萃取的目的,壓力固定通過改變溫度也同樣可以將物質(zhì)分離開來;反之,將溫度固定,通過降低壓力使萃取物分離,因此工藝簡單容易掌握,而且萃取的速度快。
超臨界CO2萃取的特點決定了其應用范圍十分廣闊。如在醫(yī)藥工業(yè)中,可用于中草藥有效成份的提取,熱敏性生物制品藥物的精制,及脂質(zhì)類混合物的分離;在食品工業(yè)中,啤酒花的提取,色素的提取等;在香料工業(yè)中,天然及合成香料的精制;化學工業(yè)中混合物的分離等。具體應用可以分為以下幾個方面:
1、從藥用植物中萃取生物活性分子,生物堿萃取和分離;
2、來自不同微生物的類脂脂類,或用于類脂脂類回收,或從配糖和蛋白質(zhì)中去除類脂脂類;
3、從多種植物中萃取抗癌物質(zhì),特別是從紅豆杉樹皮和枝葉中獲得紫杉醇防治癌癥;
4、維生素,主要是維生素E的萃取;
5、對各種活性物質(zhì)(天然的或合成的)進行提純,除去不需要分子(比如從蔬菜提取物中除掉殺蟲劑)或"渣物"以獲得提純產(chǎn)品;
6、對各種天然抗菌或抗氧化萃取物的加工,如羅勒、串紅、百里香、蒜、洋蔥、辣椒粉、甘草和茴香子等。
與超臨界萃取類似的亞臨界指物質(zhì)存在的狀態(tài)條件,是指某些物質(zhì)在溫度高于其沸點但低于臨界溫度,以流體形式且壓力低于其臨界壓力存在的物質(zhì)。當溫度不超過某一數(shù)值,對氣體進行加壓,可以使氣體液化,而在該溫度以上,無論加多大壓力都不能使氣體液化,這個溫度叫該氣體的臨界溫度。在臨界溫度下,使氣體液化所必須的壓力叫臨界壓力。
1、二氧化碳溶劑超臨界萃取
這種萃取方法是低溫加工,可提取出質(zhì)量較好的有效成分,無溶劑殘留。但是,設(shè)備一次性投入較大,因為在高壓力狀態(tài)下進行萃取,萃取缶體積較小(最大的1000升),生產(chǎn)能力有限,無法形成工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),產(chǎn)品成本高。
2、亞臨界(丁烷等)低溫萃取
這種方法整個生產(chǎn)過程在低溫下進行,物料營養(yǎng)成分不會受到破壞,且得率高,產(chǎn)品的品相較好。質(zhì)量可與二氧化碳超臨界萃取相媲美。 可以形成規(guī)?;a(chǎn),一次性設(shè)備投入少。生產(chǎn)成本低。環(huán)保節(jié)能。該技術(shù)已在貴重油料、辣椒紅色素及萬壽菊葉黃素等色素等領(lǐng)域得到很好的應用。
參考資料編輯區(qū)域
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