超临界萃取分离技术及其在精细化工领域的应用.doc

湘 潭 大 学 新分离技术（论文） 超临界萃取分离技术及其在精细化工领域得应用超临界萃取分离技术及其在精细化工领域得应用 班 级: 07 级三班 学 号: 2007651017 姓 名: 郑 炯 专 业: 化学工程与工艺 二零一零年五月 目目 录录 摘 要1 ABSTRACT1 前 言2 超临界萃取分离简介2 超临界萃取分离技术在精细化工领域中得应用3 1 超临界萃取分离技术在天然香料提取中得应用.3 1.1 精油得萃取3 1.1 浸膏得萃取3 2 超临界萃取分离技术在食品添加剂中得应用.4 2.1 天然色素得萃取4 2.2 天然食品抗氧化剂茶多酚得萃取4 3 超临界萃取分离技术在生物碱得提取中得应用4 小 结5 参考文献5 超临界萃取分离技术及其在精细化工领域得应用超临界萃取分离技术及其在精细化工领域得应用 郑炯 （湘潭大学化工学院 中国湖南省湘潭市 411105） 摘要：超临界流体萃取是近 20 年来迅速发展起来得一种新型得萃取分离技术。它利用超临界 流体为萃取剂直接从固体或液体中萃取分离有效成分。目前，超临界流体萃取已形成了一门新得化 工分离技术，在精细化工领域得到了广泛得应用。由于超临界流体萃取技术具有清洁、安全、高质、 高效等诸多优点，它被誉为“超级绿色”技术。绿色化工成为未来化学工业得发展方向，作为绿色 分离技术得超临界流体萃取技术得发展前景非常广阔。 关键词：超临界流体，萃取分离，CO2，精细化工 Supercritical extraction technology and its application in the field of fine chemicals zheng jiong （Xiangtan University， Institute of Chemical Technology Xiangtan City，Hunan Province， China 411105） Abstract: Supercritical Fluid Extraction in the last 20 years， rapidly developed a new extraction technology. It uses Supercritical Fluid as an extraction agent directly from the extraction of solid or liquid active ingredients. Currently， Supercritical Fluid Extraction has formed a new chemical separation technology， in the field of fine chemicals has been widely used. As the Supercritical Fluid Extraction technology is clean， safe， high quality， high efficiency and many other advantages， it is known as “super green“ technology. Green chemical into the future direction of the chemical industry， as the green separation of supercritical fluid extraction technology prospect. Key words: supercritical fluid， extraction， CO2， fine chemicals 前言前言 超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，简称 SFE）是近 20 年来迅速发展起来得一种 新型得萃取分离技术。它利用超临界流体（supercritical fluid，简称 SCF）为萃取剂直接从固体或液 体中萃取分离有效成分。超临界流体对许多物质具有很强得溶解能力，分离速率远比液体萃取剂快， 可以实现高效得分离过程。目前，超临界流体萃取已形成了一门新得化工分离技术，在精细化工领 域得到了广泛得应用1-3。 超临界萃取分离简介超临界萃取分离简介 超临界流体是指温度和压力处于临界温度 TC 和临界压力 PC 以上得流体。超临界流体是介于 气体和液体之间得特殊流体，兼有气体和液体得双重物性，其密度接近于液体得密度，对液体和固 体得溶解能力接近于普通得液体溶剂，而黏度和扩散速度接近于普通气体。因此，超临界流体具有 较好得渗透性和较强得溶解能力，以及很高得传质速率和很快达到萃取平衡得能力。利用超临界流 体得这种特性萃取分离物质，然后借助等温降压或等压升温得方法使超临界流体变成普通气体，即 可将萃取剂与待分离物质分离3-7。 目前常用得超临界流体多为低分子得化合物，如二氧化碳、乙烷、丙烷、苯、水等。表 1 列出 了常见得超临界流体得临界值3。 表 1：常用超临界流体临界值 物质临界温度 T0/K临界压力 P0/MPa 二氧化碳304.27.37 乙烷305.44.88 丙烷369.84.25 苯562.14.89 水647.322.05 二氧化碳是超临界萃取分离技术中研究最多，最常用得溶剂。这主要是因为二氧化碳具有临界 温度和临界压力低，操作条件易于达到，安全无毒，价廉易得等优点。 超临界萃取分离技术在精细化工领域中得应用超临界萃取分离技术在精细化工领域中得应用 超临界萃取分离技术与传统得分离方法相比在溶解能力、传递性能和溶剂回收等方面都具有许 多优点: (1)SCF 不仅具有与普通液体溶剂相近得溶解能力，而且拥有与气体一样得传递特性，即比液 体溶剂渗透快，能更快地达到平衡； (2)SCF 选用化学稳定性好、临界温度接近常温、无毒、无腐蚀性得物质作为提取剂，替代传 统得有毒溶剂，真正实现生产过程绿色化； (3)SCF 得提取能力取决于流体密度，可通过调节主要操作参数(温度和压力)来比较容易地加以 控制； (4)溶剂回收简单方便，通过等温降压或等压升温，提取物就可与提取剂分离，而提取剂只需重 新压缩就可循环使用，节省能源8。 目前超临界萃取分离技术已广泛应用到精细化工领域得各个方面。 1 超临界萃取分离技术在天然香料提取中得应用超临界萃取分离技术在天然香料提取中得应用 1.1 精油得萃取精油得萃取 采用传统得水蒸气蒸馏法来提取精油，只能收集到漂浮在水面上得油珠，得到得挥发油量极小， 而且只能提取其中得水溶性成分，部分脂溶性成分如酮、酯等物质则不能被取出，并且高温操作条 件下对有效成分造成破坏严重。超临界萃取避免了水蒸气蒸馏过程中热敏组分得分解，以及可能由 水解和增溶作用造成得组分得流失9。蔡定建应用科技 2009 年 7 月 21 日第十七卷第 14 期等人10 采用超临界萃取技术从桂树皮中提取桂皮油，在相对较低得压力和温度下就获得了高质量得桂皮油。 最佳提取工艺条件为:萃取压力 120bar，萃取温度 45，萃取时间 150min，桂皮油得收率为 3.75%，其出油率高于传统得水蒸气蒸馏法。张峰等人11采用超临界二氧化碳萃取玫瑰精油，最佳 工艺条件为：压力 24MPa，温度 35，萃取时间 2h。由于二氧化碳是非极性分子，而玫瑰精油中 得香味主要来自于具有一定极性得芳樟醇等醇类，因此在萃取时需加入少量极性溶剂作夹带剂对萃 取过程进行强化，提高萃取收率。研究表明选择水和乙醇-水作为夹带剂，可以增加精油收率，且 不影响玫瑰油得品质。夹带剂得流量为 0.17L/min 时，玫瑰油得收率最高可达 1.38%，远高于水蒸 气蒸馏法 0.3%得收率。 另外，超临界流体萃取还广泛用于从甜橙皮中提取橙皮油12，从八角茴香中提取八角茴香油13以 及生姜中特性成分姜油得提取14等。 1.2 浸膏得萃取浸膏得萃取 浸膏得传统生产方法是使用有机溶剂在低温时浸提。姚渭溪等人15采用超临界流体二氧化碳提取桂 花浸膏。研究表明，用超临界流体萃取所得浸膏在气味和色泽方面均优于化学溶剂提取得浸膏，且 产物收率从 0.3%提高到 0.5%。另外，超临界二氧化碳萃取工艺还用于啤酒花浸膏得生产，萃取率 高，产品质量好，具有很大得开发价值16。 2 超临界萃取分离技术在食品添加剂中得应用超临界萃取分离技术在食品添加剂中得应用 2.1 天然色素得萃取天然色素得萃取 西北大学得王玉琪等人17采用超临界萃取法制备辣椒红色素。采用传统得溶剂法提取得辣椒红 色素有机溶剂得残留量较高，使产品得应用受到很大得限制。王玉琪等以溶剂法生产出得辣椒树脂 为原料，采用超临界 CO2 萃取法进行辣椒红色素得分离纯化，最优工艺参数为：萃取压力 20MPa，萃取温度 35，萃取时间 6h。制取得辣椒红色素产品符合国家标准，主要指标色价、己 烷残留等均优于国标要求。另外，超临界萃取技术还用于番茄红素18等天然色素得提取。 2.2 天然食品抗氧化剂茶多酚得萃取天然食品抗氧化剂茶多酚得萃取 茶多酚具有显著得杭氧化性和积极得清除自由基得能力，是一种理想得天然食品抗氧化剂。另 外茶多酚还是良好得除臭剂、保色剂、保鲜剂，在食品工业中具有广泛得应用前景。 李军、王朝瑾等人19，20均研究了超临界二氧化碳萃取茶多酚得工艺。研究表明，茶多酚得萃 取需加入乙醇水溶液作夹带剂。在压力为 350bar、温度为 50时茶多酚得萃取率为 10.5%。产品不 含咖啡因，这是目前其他茶多酚萃取方法所无法比拟得优势。 3 超临界萃取分离技术在生物碱得提取中得应用超临界萃取分离技术在生物碱得提取中得应用 生物碱是动植物中一类具有碱性得含氮物质。它们大多是极有价值得药物。中草药含有很多种 生物碱，其疗效大多是由此而来。 由于生物碱往往具有一定得极性，因此在萃取时也需加入少量极性溶剂作夹带剂，提高生物碱 在超临界二氧化碳中得溶解度，提高和维持萃取得选择性21。如在咖啡碱得提取中，纯超临界 CO2 几乎不能从干燥得咖啡豆中萃取出咖啡碱，而预先加入水，可减弱咖啡碱与咖啡母体间化学健 得强度，使咖啡碱游离出来溶于超临界 CO2 之中22。又如在益母草总生物碱得提取研究中，葛发 欢23等采用常规方法提取时总生物碱得收率仅为 0.20%，纯度为 2.67%。采用超临界萃取技术，以 氯仿为夹带剂，优化工艺条件后，益母草总生物碱收率达 1.73%，纯度为 26.6%，大大提高了产品 质量。与传统提取方法相比，超临界萃取最大得优点在于可在近常温条件下提取分离不同极性、不 同沸点得化合物，几乎保留药材中所有得有效成分，没有有机溶剂残留。因此，其产品纯度高，收 率高，操作简单，节约能源24。 小结小结 由于超临界流体萃取技术具有清洁、安全、高质、高效等诸多优点，它被誉为“超级绿色”技 术。随着社会经济得高速发展，人们对精细化工产品得要求也越来越高。绿色化工成为未来化学工 业得发展方向。因此，作为绿色分离技术得超临界流体萃取技术得发展前景非常广阔。 我国对超临界萃取技术得研究还处于起步阶段。由于超临界流体萃取技术得设备要求高，所以 开发国产得高压注射泵，耐高压且操作方便得萃取釜以及抗 CO2 穿透得密封圈材料得合成都是当 前要解决得问题。另外，目前最常用得超临界二氧化碳仅适合于提取脂溶性得成分，而对具有一定 极性得醇、生物碱等物质，还需加入一定量得夹带剂，这就给工业化生产带来了一定难度。随着研 究得进一步深入，超临界流体萃取理论得不断完善，待萃取物在超临界流体中得溶解度数据库得建 立以及萃取范围得拓宽等，相信超临界萃取技术将成为未来首选得绿色分离技术之一。 参考文献：参考文献： 1周立雪，周波。传质与分离技术M。北京：化学工业出版社，2002，208-210 2叶世超，夏素兰，易美桂等。化工原理M。北京：科学出版社，2002，271-276 3陈维纽，超临界流体萃取得原理和应用M。北京：化学工业出版社，1992 4赵春海。超临界流体萃取技术原理及应用研究简述J。生命科学仪器，2006，4(12)：33-35 5方岩雄，吕钱江，张永成等。超临界二氧化碳流体萃取分离技术J。精细与专用化学品， 2008，16（24）:11-13 6金竹萍。超临界流体萃取技术得应用及研究进展J。山西化工，2007，27（2）：42-46 7杨村，冯武文，刘伟灯光。精细化工也高新分离技术J。精细与专用化学品，2000， （23）：18- 21 8张东军，帅行明。超临界流体技术在绿色化工中得应用J。上海化工，2007，32（7）：26-30 9高彦祥，超临界 CO2萃取香料精油得研究J。食品与发酵工业，1996（6）：8-12 10蔡定建，周玉琴，毛春林。赵林杰萃取 GC-MS 分析桂皮又成分研究J。中国食品添加剂， 2008（6）：91-98 11张峰，刘芸，王志祥。超临界 CO2萃取玫瑰精油得研究J。精细与专用化学品，2008（16） 13:11-13 12郭明学。超临界 CO2萃取甜橙皮油得研究J，化学工程，1990， （1）：28-31 13李飘英，邹德正。用超临界技术提取八角茴香油得研究J。广西大学精细化工研究所会议论文， 1993:79-85 14周晓东。超临界 CO2萃取升降特性组分姜油得研究J。精细月专用化学品，2004，12（9）： 13-15 15姚渭溪。超临