超臨界流體萃取技術和設備及應用

金永強 李凱 周玉琴

【摘 要】超臨界流體提取技米，是利用流體在臨界點附近所具有的特殊溶解能力的特點，進行物質提取分離或提純的高新技術，現已走向工業化階段，顯示出其獨特的優點，對于從天然植物中提取有效成份具有廣泛的應用前景。下面，本文就針對超臨界流體萃取技術和設備及應用展開簡單分析，以供參考。

【關鍵詞】超臨界流體萃取；技術；設備；應用

在超臨界狀態下，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、沸點高低和相對分子質量大小不同的成分萃取出來。

一、超臨界流體的性質

氣液平衡線的終點-臨界點對應的溫度和壓力即臨界溫度（TC）和臨界壓力（PC）。臨界點處氣相和液相差別消失。溫度和壓力高于TC和PC的狀態叫超臨界狀態（SC狀態）。此時，該物質成為既非液態又非氣態的單一相，稱為超臨界流體。SCF的相區在圖的右上方，氣液兩相共存線自三相點（B）延伸到臨界點（C）。超過臨界點，氣體不再因壓縮而液化。當溫度、壓力均大于臨界溫度、臨界壓力時，便進入了超臨界區SCF的性質介于液相與氣相之間，其密度和溶解能力類似液體，而遷移性和傳質性類似于可壓縮氣體。

溶質在SCF中的溶解度，隨壓力和溫度的變化而有明顯改變，特別是在臨界點附近0.9二、超臨界流體萃取技術和設備

超臨界流體CO2萃取過程工業化工藝流程如圖：

從圖中可知，過程主要設備有壓縮機、萃取器、分離器及溫度控制系統。超臨界萃取過程是一個高壓操作過程，裝置的設計壓力一般大于30MPa以上，主要設備都是二、三類壓力容器；同時物料大多是固體，間隙操作是過程的特點之一，萃取器頂蓋頻繁地開啟進出料，故對萃取器、分離器的設計要求較高，即物料進出口的拆裝要方便、安全、可靠；對疲勞設計、快開密封結構設計、厚器壁的傳熱及裝卸料的自動化等提出了較高的要求。當裝置的規模增大時，在長徑比不變的情況下，容器的直徑增大，解決上述間題的難度加大。目前我國自行設計的萃取器最大直徑是0.8m，而國外已做到2m以上。除了壓力容器外，壓縮機也是超臨界流體萃取過程一個重要的設備。流體的壓縮可用壓縮機（柱式或隔膜式）或高壓泵。前者設備體積較大，流體循環過程無相變；后者泵的體積雖小，但流體循環過程有相變，故需配冷凍裝置。

三、超臨界流體萃取的應用

（1）在食品工業中的應用

現階段，在進行天然香料植物的香精提取、動植物的油脂提取等方面，超臨界流體萃取技術都獲得了廣泛運用。其中一些技術早已實現工業化應用，例如，西德從1978年開始便相繼建成了2×106t/年咖啡豆脫咖啡因和年處理2×104t啤酒花的工業化裝置。日本富士香料公司也于1989年建成了1×300L的天然香料生產裝置等。現在國外市場上已出現了由該技術制取的具有高附加值的天然香料、色素和風味物質等高質量的食品添加劑系列。此外，用超臨界CO2進行食品殺菌也有研究，日本開發的非加熱殺菌酵母失活技術已成功用于醬油酵母的殺菌處理，它的殺菌效率比一般殺菌技術高。

（2）在醫藥工業中的應用

就針對于醫藥工業來說，因為SFE技術自身的優勢，使得其得到了廣泛運用。從動、植物中提取有效藥物成分仍是目前SFE在醫藥工業中應用較多的一個方面[1]。從各種動物中提取藥物成分也得到了較多的研究，其中從魚油中提取具有較高藥用價值和營養價值的EPA和DHA是近年研究的熱點，日本已成功地從多種魚油中獲得了這類高純度生化藥品。近年來，超臨界流體技術在醫藥工業上的應用已不僅僅局限于萃取方面，隨著研究的不斷深入，利用超臨界流體技術進行藥物的干燥、造粒和制做緩釋藥丸已成為人們關注的一個新的熱點。

（3）在化學工業中的應用

我國化學工業中SFE的應用研究也主要是在煤炭、石油、天然產物萃取及化學反應等方面。對不同產地煤在SFE、脫硫等工藝條件、動力學分析及萃取產物成分上開展了一些研究。最近，陳克宇等研究了在超臨界水中聚苯乙烯泡沫的降解反應，就溫度、時間和添加劑等因素的影響進行了討論，結果表明，超臨界水能將聚苯乙烯泡沫降解為油狀產物，為消除這類物質的污染提供了一種經濟快速的方法[2]。

（4）在天然色素中的應用

隨著國際社會對用于食品加工、醫藥和化妝品的合成色素的限制和禁用，溶劑法生產的色素有異味和溶劑殘留無法滿足國際社會對高品質色素的要求，嚴重影響了天然色素的推廣和應用。超臨界萃取技術克服了以上缺點。因此，用超臨界提取天然色素成了我國天然色素今后發展的一個重要課題。目前，超臨界CO2萃取天然色素研究比較成熟的有咖啡因、胡蘿卜素、辣椒紅素、玉米黃色素、胭脂樹橙、枸杞、番茄紅等。采用正己烷等有機溶劑提取胡蘿卜素，不僅要消耗大量的溶劑，而且產品必須除去所有溶劑，避免溶劑殘留引起的毒性。超臨界CO2萃取可以替代傳統的溶劑法，有效地提取胡蘿卜素。

四、結語

總而言之，通過今后進一步研究超臨界流體萃取影響因素、超臨界流體的性質等，結合其綠色環保、高效提取等優點，超臨界流體萃取技術的應用前景將十分廣闊。

【參考文獻】

[1]韓玉剛，汪小舟. 超臨界流體萃取技術的發展及應用[J]. 廣東化工，2014，（12）：104-105.

[2]霍鵬，張青，張濱，郭超英. 超臨界流體萃取技術的應用與發展[J]. 河北化工，2010，（03）：25-26+29.