超臨界萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品深加工中的應(yīng)用

王文仲 劉公文

（1.開原化工機(jī)械制造有限公司,遼寧 開原 112300）2.沈陽(yáng)索福爾超臨界萃取設(shè)備有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 前言

超臨界萃取技術(shù)，我國(guó)起源于上個(gè)世紀(jì)80年代，30年來(lái)技術(shù)日臻成熟，作為一種新型的萃取分離技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，大致可以分為以下幾種類別：

1.1 超臨界萃取

是從植物中提取我們所需要的有效成分，是超臨界萃取最傳統(tǒng)、最普遍的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。常用的有植物油脂的萃取、中藥有效成分的萃取、植物色素的萃取、植物香料的提取、啤酒花的萃取等。

1.2 超臨界干燥

是制備氣凝膠納米保溫材料的一種新興的先進(jìn)方法，這種保溫材料因其突出的絕熱性能，將逐步取代傳統(tǒng)的保溫材料。

1.3 超臨界染色

是利用超臨界二氧化碳作為溶劑進(jìn)行染色的一種全新的先進(jìn)工藝方法，可以徹底解決因傳統(tǒng)水染造成的環(huán)境污染問(wèn)題，并且可以節(jié)約大量水資源和人力資源，應(yīng)用前景十分可觀。

1.4 超臨界發(fā)泡

是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型發(fā)泡技術(shù)，主要用于TPU（熱塑性聚氨酯彈性橡膠）發(fā)泡，這種材料主要用于制作各種高檔運(yùn)動(dòng)鞋的鞋底材料。因?yàn)檫@種材料的高彈性、高強(qiáng)度、無(wú)毒、無(wú)味而得到了廣泛的應(yīng)用。如adds、nike等都已經(jīng)采用這種材料。

1.5 超臨界水氧化

該技術(shù)可以將有機(jī)廢水在幾秒鐘之內(nèi)轉(zhuǎn)變成99.99%以上純度的水，完全達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決有機(jī)廢水的污染問(wèn)題。這種技術(shù)目前還處于工業(yè)化研究推廣階段，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)定會(huì)得到快速的發(fā)展。

本文將就作者所了解的情況，重點(diǎn)對(duì)超臨界萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品深加工中的應(yīng)用做以簡(jiǎn)單介紹。

2 超臨界萃取技術(shù)原理

超臨界的概念：處在某一溫度下的任何氣體，在給其施加一定的壓力后都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力就越高。但當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，無(wú)論施加多大的壓力，也不能再使該氣體液化，這個(gè)溫度就是該氣體的臨界溫度，在臨界溫度點(diǎn)使氣體液化所需的最低壓力就是臨界壓力。當(dāng)溫度和壓力都超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，此時(shí)物質(zhì)的狀態(tài)既不是氣態(tài)，也不是液態(tài)，叫超臨界態(tài)，也稱為物質(zhì)的第四態(tài)，這種物質(zhì)叫超臨界流體。

2.1 超臨界流體的性質(zhì)

超臨界流體是介于氣體與液體之間的一種狀態(tài)，它兼具有氣體的高流動(dòng)性和接近于于液體的密度。超臨界流體的這種特性決定了它具有較高的傳遞性、滲透性和溶解能力。

2.2 常用的超臨界介質(zhì)

2.2.1 CO2：這中介質(zhì)有很多突出優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的超臨界介質(zhì)。首先是它的臨界溫度和臨界壓力比較低，臨界溫度為31.06℃，臨界壓力為7.38MPa，這種性質(zhì)可以節(jié)約能源，降低設(shè)備投資。其次，CO2是一種惰性物質(zhì)，所以使用安全，不用考慮防爆問(wèn)題。第三，CO2無(wú)毒，萃取物中無(wú)有害殘留，因此是一種先進(jìn)的綠色提取方法。第四，CO2資源豐富，價(jià)格低廉，因此可降低生產(chǎn)成本。

二氧化碳相圖

2.2.2 酒精：臨界溫度243.1℃，臨界壓力6.38MPa，相對(duì)于CO2來(lái)說(shuō)，臨界壓力較低，因此設(shè)備的工作壓力較低，但工作溫度較高，目前主要用于作為超臨界干燥的介質(zhì)。用這種介質(zhì)進(jìn)行的超臨界干燥比用CO2的萃取效果好，生產(chǎn)出的絕熱材料質(zhì)量好，導(dǎo)熱系數(shù)小。缺點(diǎn)是易燃易爆，對(duì)設(shè)備及工藝過(guò)程要求嚴(yán)格防爆。

2.2.3 氟利昂（134a）：臨界溫度 100.6℃，臨界壓力4.06MPa。134a在較低的壓力下就具有很強(qiáng)的萃取能力，因此設(shè)備照價(jià)很低。缺點(diǎn)是134a價(jià)格昂貴，萃取物里有微量殘留。

2.2.4 水：水的臨界溫度374.15℃，臨界壓力22.56MPa。水是自然界中儲(chǔ)量最大的物質(zhì)，超臨界水有著極其獨(dú)特的性質(zhì)，超臨界水氧化反應(yīng)也是目前研究熱度極高的一個(gè)課題。

2.3 超臨界萃取原理與工藝流程

2.3.1 超臨界萃取原理：超臨界萃取實(shí)質(zhì)上是一種分離過(guò)程，利用超臨界流體超強(qiáng)的溶解能力，針對(duì)某種特定的物質(zhì)具有最大溶解力的溫度和壓力下，進(jìn)行加溫加壓，把我們所需要的物質(zhì)溶解于CO2中，然后再經(jīng)過(guò)降壓，把CO2恢復(fù)為氣體狀態(tài)，而萃取物則留在了分離容器中，從而達(dá)到了萃取分離的目的。常用的CO2超臨界萃取溫度為40℃，萃取壓力為25MPa。

2.3.2 簡(jiǎn)單工藝流程：萃取前，需將被萃取物粉碎成20～30目的顆粒，以便使萃取劑與被萃取物接觸面積最大化，具體流程見萃取工藝流程圖。

3 超臨界萃取主要設(shè)備

3.1 萃取釜

設(shè)計(jì)壓力35MPa，設(shè)計(jì)溫度90℃，是超臨界萃取的核心設(shè)備，采用自動(dòng)快開蓋結(jié)構(gòu)，帶有加熱夾套，用于完成萃取物的溶解過(guò)程。

3.2 分離釜

一般采用二級(jí)分離，設(shè)計(jì)壓力分別為16MPa和12MPa，設(shè)計(jì)溫度90℃，帶有加熱夾套，用于完成萃取介質(zhì)和萃取物的分離過(guò)程。

3.3 加熱器

分為萃取加熱器和分離加熱器，設(shè)計(jì)參數(shù)分別與相應(yīng)的萃取釜、分離釜的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力一致，用于加熱萃取、分離各段的CO2介質(zhì)。

3.4 冷凝器

設(shè)計(jì)壓力9MPa，設(shè)計(jì)溫度50℃，用于將從分離釜出來(lái)的CO2冷凝成液態(tài)，并回收到中間儲(chǔ)罐中。

3.5 中間儲(chǔ)罐

用于儲(chǔ)存工藝過(guò)程中循環(huán)使用的CO2。

3.6 工藝過(guò)程控制

整個(gè)過(guò)程采用計(jì)算機(jī)控制，工藝參數(shù)全部自動(dòng)控制，其它操作過(guò)程可采用全自動(dòng)控制或手動(dòng)控制。

4 超臨界萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品深加工中的應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品的超臨界萃取基本采用CO2為萃取介質(zhì)，主要用于以下幾方面：

4.1 植物油脂提取

主要提取物有：花椒油、麻椒油、辣椒油、生姜油、亞麻油、紫蘇子油、橄欖油、各種花籽油等。

4.2 中藥提取

利用超臨界萃取方法將各種中藥材中的有效成分提取出來(lái)，例如紫杉醇、青蒿素等。

4.3 植物色素提取

主要有：辣椒紅色素、番茄紅素等。

4.4 植物香料提取

用于提取一些植物中的香精、香料、香油等。

4.5 啤酒花提取

從啤酒花（又名蛇麻花、酵母花）中提取酒花，酒花是啤酒生產(chǎn)中重要的添加劑。

5 結(jié)語(yǔ)

超臨界萃取技術(shù)是一種現(xiàn)代化的、先進(jìn)的、綠色的提取技術(shù)，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量和身體健康方面越來(lái)越高的要求，以及超臨界萃取技術(shù)與裝備水平的不斷提高，這種技術(shù)未來(lái)在農(nóng)產(chǎn)品深加工方面將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，發(fā)展前景十分可觀。