超临界流体萃取技术研究与应用进展.doc

超临界流体萃取技术研究与应用进展 吴江川 （生工2班 1030551205） 摘要: 综述了超临界流体萃取的基本原理, 以及提高超临界流体萃取效率的方法, 包括加入夹带剂、利用高压电场和超声波等。并对超临界流体萃取技术在生物化工、食品、医药和环保行业的最新应用情况作了介绍。关键词: 超临界流体萃取; CO2超临界流体; 发展历史; 应用超临界流体萃取技术( SFE) 是利用超临界流体作为萃取剂, 从液体或固体中萃取了特定成分,达到分离目的产物的一种新型分离技术。超临界流体萃取具有其它分离方法无可比拟的优点: 易于和产物分离、安全无毒、不造成环境污染、操作条件温和不易破坏有效成分等。因此, 超临界流体萃取技术在生化、医药、日化、环保、石化及其它领域具有广阔的应用前景。1.超临界流体萃取技术发展历史最先发现超临界现象的是英国女王学院Thoms Andrews 博士。1850年，Andrews对二氧化碳的超临界现象进行了研究，并于1869年发表了超临界实验装置和超临界实验现象观察的文章。早期超临界流体的研究主要集中在相行为变化和溶剂性质上。二十世纪六十年代，由于超临界萃取装置的出现及人们对超临界流体的性质和萃取理论有了初步的了解，超临界流体萃取技术开始应用于化工、石油等工业领域。六十年代末至八十年代初，超临界二氧化碳流体在食品和医药方面的应用引起了人们的注意。1958年，日本水产学会发表了超临界流体萃取水产物的报告。从整个世界范围来看，超临界流体萃取技术正在以不可抗拒的力量推向石油、化工、医药、食品等工业领域，并逐步向工业化生产迈进。2. 超临界流体的萃取原理和特点1.1技术原理超临界流体萃取技术就是利用上述超临界流体的特殊性质, 将其在萃取塔的高压下与待分离的固体或液体混合物接触, 调节系统的操作温度和压力, 萃取出所需组分; 进入分离塔后, 通过等压升温、等温降压或吸附等方法, 降低超临界流体的密度, 使该组分在超临界流体中的溶解度减小而从中分离出来。1.2技术特点超临界流体萃取技术作为近30 年来发展起来的一种新兴技术，它有传统萃取方法所不具备的优势。超临界萃取技术在萃取和精馏过程中的特点，首先是操作温度低，特别适合那些热稳定性较差，容易氧化分解，化学性质不稳定的物质分离，能够使萃取物的有效成分保留下来，不被损坏；其次是超临界流体萃取技术在高压、密闭、惰性环境中能最大程度地提取物质的有效成分；再次，超临界流体萃取技术工艺简单，萃取效率高而且无污染。3. 超临界流体的种类与特点3.1 超临界流体的种类目前研究的超临界流体种类很多，主要有二氧化碳、水、甲苯、甲醇、乙烯、乙烷、丙烷、丙酮和氨等。3.2 典型CO2超临界流体的特点近年来主要还是以使用二氧化碳和水作为超临界流体居多，因为二氧化碳的临界状态易达到，它的临界温度(Tc=30.98) 接近室温，临界压力(Pc=7.377 MPa)也不高，具有很好的扩散性能，较低的表面张力，且无毒、无味、不易燃、价廉、易精制等特点，这些特性对热敏性易氧化的天然产品更具吸引力。从图1中可以看出熔点线、沸点线、升华线这三条线将CO2 超临界流体的相图分为四个区：气体区、液体区、固体区及超临界流体区。CO2 的三相点温度为256.56, 压力为0.52MPa。CO2 的临界点温度为30.98,临界点压力为7.377MPa。在临界区附近，任何微小的变化都会造成相关物质的物理或化学性质的剧烈变化。超临界CO2 流体的温度和压力的微小变化，都会引起流体体积及密度的大幅度变化。难挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上与流体密度成正比。利用超临界流体的特性，在高密度（低温、高压）下萃取分离物质，然后稍微提高温度或降低压力，就可以将萃取剂与待分离物质分离。4. 超临界流体萃取技术在工业上的应用4.1 在生物化工中的应用由超临界流体的特性可知, 它特别适合用于热敏性生物物质的分离和提取。目前超临界流体萃取技术已应用于提取和精制混合油脂, 如用EPA( 二十碳五烯酸) 和DHA( 二十二碳六烯酸) 总含量为60%的鱼油为原料, 可得到纯度高达90%的EPA 和DHA。Marion Ltisse 等对超临界流体萃取法富集沙丁鱼中EPA 和DHA 的操作条件进行了优化。袁成凌等对超临界流体萃取微生物发酵法生产的真菌油脂进行了研究, 结果表明采用超临界CO2 富集微生物菌丝体中多不饱和脂肪酸的方法在工艺上是可行的, 但富集效果还有待进一步提高。N.Vedaraman 等对超临界流体萃取牛脑中的胆固醇进行了研究。4.2 在食品工业中的应用超临界流体萃取技术在食品工业的应用已有相当长的历史。用超临界流体萃取技术脱除咖啡豆和茶叶中的咖啡因早已实现工业化生产。德国SKW公司生产脱咖啡因茶, 采用超临界流体萃取技术生产能力达6 000 t /a。此外, SKW公司还将超临界流体萃取技术应用于啤酒的生产, 该公司超临界流体萃取加工酒花的设备的生产能力为104 t /a。4.3 在医药行业中的应用超临界流体萃取在医药行业的应用是非常广泛的, 尤其值得一提的是在中药有效成分的提取方面, 我国做了大量工作。目前, 超临界流体萃取中药有效成分已实现工业化生产, 浙江康莱特公司将其用于萃取抗癌中药, 云南森菊公司拥有两套1 000 L的萃取除虫菊成分的超临界流体萃取装置。杜玉枝等研究表明, CO2 超临界萃取比石油醚抽提优越, 具有收率高、提取时间短及无溶剂残留等优点, 适合于藏成药安神丸的制备。Ben liu 等研究了利用超临界流体萃取黄连根中的黄连成分。很多学者对超临界流体萃取中药有效成分进行研究, 如川芎、白芷、当归和黄连等。4.4 在环境保护中的应用超临界流体萃取技术在环境保护领域尤其是处理被污染的固体物料和水体等方面具有广阔的应用前景。于恩平利用超临界流体萃取方法处理多氯联苯污染物的研究表明, 用超临界流体萃取技术可以清除固体物料中的有机毒性物质。高连存等对炼钢厂炼焦车间土壤进行了SFE 研究, 比较了温度和压力对超临界流体萃取PAH ( 苯丙胺酸羟化酵素)类化合物的影响, 并且用GC-MS( 气- 质联用法) 分析结果和索式提取法做了对比, 结果其回收率远远高于索式提取法的回收率。游静等研究了用固相吸附与超临界流体萃取相结合富集水中有机污染物的方法, 表明超临界流体萃取对水中极性较大的有机化合物的处理是可行的。V.Librando 等对超临界流体萃取海洋沉积物和土壤样本中的多环芳烃污染物进行了研究, 多环芳烃回收率达到90%以上。Kong- Hwa Chiu 等也将超临界流体萃取技术应用于治理环境中的有机污染物。参考文献：1陈必春, 毛多斌, 郭鹏, 李晓芬, 陈永森. 超临界萃取技术在食品工业中的应用J. 食品工程 , 2008,(02) 2 高德霖. 超临界萃取技术的开发研究J. 化工进展 , 1985, (03)3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,2006,4:33- 34.4赵亚平,胡成一,万国存. 超临界CO2 流体萃取的原理及应用J.贵州化工,1994,2:2- 7.5宋启煌,宋照斌,白研. 超临界流体萃取原理及发展动向J.广东化工, 1999