生物工程下游技术-第五章-萃取

第五章萃取,生物分离过程的一般流程,主要是小分子物质（抗生素），在植物有效成分提取中应用广泛（中草药）,萃取技术的地位：,利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作称为萃取。物质的溶解和相似相溶原理。在溶剂萃取中，被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物质称为溶质，用以进行萃取的溶剂称为萃取剂。经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液称为萃取液，而被萃取出溶质的料液称为萃余液。,第一节概述,萃取是通过溶质在两个液相之间的竟争性溶解（分配）而实现的。物理萃取理论基础是分配定律化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡定律。,根据相似相溶的原理在两相间达到平衡分配，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶解度广泛应用于石油化工、抗生素及天然植物中有效成分的提取。,物理萃取,利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。主要用于金属的提取，也可用于氨基酸、抗生素和有机酸等的分离回收。,化学萃取,溶液萃取过程,杂质,溶质,原溶剂,萃取剂,Lightphase,Heavyphase,溶剂萃取法和其他新型分离技术相结合，产生了一系列新型分离技术：超临界流体萃取（Supercriticalfluidextraction）反胶团萃取（Reversedmicelleextraction）双水相萃取技术（Partitionoftwoaqueousphasesystem）等。用于高品质的天然物质、胞内物质（胞内酶、蛋白质、多肽、核酸等）的分离提取上。,用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程称为浸取或浸出。,用热水浸取茶叶获得茶水，用酒浸泡中草药材获得药酒。用温水从甜菜中提取糖，用水从粗茶末中抽提粗茶多酚，用有机溶剂从大豆、花生等油料作物中提取食用油，用水或有机溶剂从植物中提取药物、香料或色素等。,萃取和反萃取,萃取一般指用有机溶剂将物质从水相转移到有机相的过程。反萃取(stripping或backextraction)是将萃取液与反萃取剂（一般为水溶液）相接触，使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过程，可看作是萃取的逆过程。,萃取和反萃取,第二节溶剂萃取的理论基础,分配定律K-分配系数应用前提条件（1）稀溶液（2）溶质对溶剂互溶没有影响（3）必须是同一分子类型，不发生缔合或离解,在常温下为常数；的单位通常用mol/L或质量单位/mL,一、分配定律,分离因素（）,如果原来料液中除溶质A以外，还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同，萃取相中A和B的相对含量就不同于萃余相中A和B的相对含量。如A的分配系数较B大，则萃取相中A的含量（浓度）较B多，这样A和B就得到一定程度的分离。萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因素（）来表征：,萃取因素也称萃取比，其定义为被萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中总量之比。通常以E表示。若以Vl和V2分别表示萃取相和萃余相的体积，M1和M2分别表示溶质在萃取相和萃余相中的平衡浓度。萃取因素（E）为：,萃取因素（E）,二、溶剂萃取法的基本原理,抗生素在不同的pH条件下，可以有不同的化学状态，其分配系数亦有差别，若适度改变pH，可将抗生素自水相转入有机相，或从有机相再转入水相，这样反复萃取，可以达到浓缩和提纯的目的,有机溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物工业规模的提取上。,利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂相）中竟争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。,比化学沉淀法分离程度高；比离子交换法选择性好、传质快；比蒸馏法能耗低；生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动化控制。,优点,第三节有机溶剂萃取,一、特点,有很大的萃取容量；良好的选择性，理想情况是只萃取产物而不萃取杂质；与被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面张力小或适中，有利于相的分散和两相分离；溶剂的回收和再生容易；化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小；经济性好，价廉易得；安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。,一个良好的溶剂要满足以下要求：,生物工业上常用的溶剂有酯类、醇类和酮类等。,二、影响因素,温度pH值溶媒比盐分乳化程度,温度互溶性增大；温度产物稳定性提高，粘度增加，扩散性能减小。,影响分配系数，影响物质解离情况,溶媒比溶媒体积/萃取体积溶媒比萃取效果溶媒回收费用,盐分分配系数,尽量破坏乳浊液，如轻度乳化，要加热过滤离心（热敏物质不用加热）；重度乳化，加SDS、溴化十五烷基吡啶等去乳化剂。,三、乳化和去乳化,乳化产生后会使有机溶剂相和水相分层困难，出现两种夹带，即发酵液废液中夹带有机溶剂微滴和溶剂相中夹带发酵液的微滴，前者意味着发酵单位的损失，后者会给以后的精制造成困难。离心机分离也不能将两相分离完全，所以必须破坏乳化。,1.乳化,一种液体（分散相）分散在另一种不相混溶的液体（连续相）中的现象。,乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液：一种是水包油型（O/W），另一种为油包水型（W/O）。,在发酵液中，蛋白质是引起乳化的最重要的表面活性物质。由蛋白质引起的乳化多为水包油型（O/W）。,当表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易生成水包油型（O/W）乳浊液；反之则易生成油包水型（W/O）乳浊液。,生产过程出现的乳浊液是水包油型（O/W），还是油包水型（W/O），主要由表面活性剂的性质决定。,过滤或离心分离破乳法化学法（加电解质中和离子型乳浊液的电荷）、物理法（加热、稀释、吸附等）、顶替法转型法（如在O/W中加入亲油性乳化剂，使乳化液有生成W/O的倾向，但又不稳定，从而达到破乳目的）。,2.破乳化,最好的方法是防止乳化，应设法去除蛋白质。,四、浸取,1.浸取过程的应用,2.浸出的问题,（1）溶剂的选择,“相似相容”原理。在工业规模上，希望溶剂对目的物质的分配系数大且对目的物质的选择性高，价格低廉，无毒，无腐蚀性，闪点高，无爆炸性，易去除和回收。不能影响食品风味。食品工业中常用的浸取剂有：水、酸、无毒的含盐水溶液、乙醇或其他小分子醇、己烷、二氯甲烷、甲基乙基酮和丙酮、低分子量的酯和植物油等。,生物工业的浸取过程中往往包含增溶作用。原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的生物物质转变。如原果胶向果胶的转化；胶原向胶质的转变；啤酒酿造的麦芽淀粉向可溶性糖的转化等。这些过程中含有酶或酸碱催化的生物大分子水解反应或促使大分子溶解的作用。,（2）增溶作用,（3）固体原料的预处理,适当粉碎，如用有机溶剂浸取前，要对含水原料进行干燥等。,第四节萃取方式与理论收率的计算,工业萃取的流程,混合分离溶媒回收,料液F与萃取溶剂S一起加入混合器内搅拌混合萃取，达到平衡后的溶液送到分离器内分离得到萃取相L和萃余相R，萃取相送到回收器，萃余相R为废液。在回收器内产物与溶剂分离（如蒸馏、反萃取等），溶剂则可循环使用。,一、单级萃取,使用一个混合器和一个分离器的萃取操作：,萃取因素E为式中VF料液体积；Vs萃取剂的体积；C1溶质在萃取液的浓度；C2溶质在萃余相的浓度；K表观分配系数；m浓缩倍数,萃余率：理论收率：,例如：洁霉素在20和pH10.0时分配系数（丁醇/水）为18。用等量的丁醇萃取料液中的洁霉素，计算可得理论收率E=18*1/1=18理论收率：94.7%若改用1/3体积丁醇萃取，理论收率：,为提高收率常采用多级萃取，多级萃取又有多级逆流萃取和多级错流萃取的区别。,二、多级萃取,多级错流萃取流程的特点：每级均加新鲜溶剂，故溶剂消耗量大，得到的萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全；,多级错流萃取,经一级萃取后，未被萃取的分率1为,经二级萃取后,经n级萃取后，未被萃取的分率为,产物收率为：,红霉素在pH9.8时的分配系数（醋酸丁酯/水）为44.5，若用1/2体积的醋酸丁酯进行单级萃取，则：理论收率若用1/2体积的醋酸丁酯进行二级错流萃取，则理论收率,在多级逆流萃取中，在第一级中加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动。料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取。在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液平均浓度较高。,n级萃取后，萃余率为：理论收率为,离心萃取器,青霉素在0和pH2.5时的分配系数（醋酸丁酯/水）为35，若用1/4体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取，则：n2，理论收率,若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯，则,有机溶剂萃取的不足：许多蛋白质都有极强的亲水性，不溶于有机溶剂；蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。双水相萃取（aqueoustwo-phaseextraction）是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来实现分离的一新型分离技术。,第五节双水相萃取,双水相萃取(Aquestwophaseextration,ATPE)技术始于20世纪60年代,瑞典伦德大学的Albertson理首先研究双水相技术,他主要研究了聚乙二醇/葡聚糖(PEG/DEX)系统和PEG/盐系统在分离纯化中的应用。,1979年德国的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离。1896年Beijerinck观察到当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉的水溶液混合时,就得到一个浑浊不透明的溶液,它随之分成两个液相,这就是后期的双水相体系。国内自20世纪80年代起也开展了双水相萃取技术研究。,一、双水相萃取的优点使固液分离和纯化两个步骤同时进行，一步完成；适合热敏物质的提取，主要是胞内酶；亲水性聚合物加入水中，形成两相，在这两相中，水分都占大比例（8595），这样生物活性蛋白质在两相中不会失活，且以一定比例分配于两相中。,二、双水相的形成,取决于两种因素：体系熵的增加分子间作用力：随相对分子质量的增大而增大。,两种高聚物之间形成的双水相系统并不一定是液相，其中一相可以或多或少地成固体或凝胶状，如PEG的相对分子质量小于1000时，葡聚糖可形成固态凝胶相。多种互不相溶的高聚物水溶液按一定比例混合时，还可形成多相系统。,三、双水相体系的相图,TKB称为双节线。如果体系位于双节线下方，两高聚物不分相。体系位于双节线上方，体系形成两相，上相富集了高聚物Q，下相富集了高聚物P。用M点代表体系总组成，T点和B点分别代表互相平衡的上相和下相组成，称为节点。T、M、B三点在一条直线上，称为系线。当达到K点时，系线的长度为零，两相间的差别消失，K点称为临界点。,两相的体积近似服从杠杆规则,VTVB,=,BMMT,其中VT，VB分别上相和下相的体积,双水相体系萃取分离原理是基于物质在双水相体系中的选择性分配。当生物物质进入双水相体系后，在上相和下相间进行选择性分配，这种分配关系与常规的萃取分配关系相比，表现出更大或更小的分配系数。溶质在两相间的分配主要由其表面性质所决定，而分配能力的大小则用分配系数K来表示。分配系数K其分配规律服从Nernst分配定律，即K=t/b(1)式中Ct，b分别代表上相、下相中的被萃取物（分子或粒子）的浓度，mol/L。,四、物质在两相中的分配,研究表明，在相体系固定时，预分离物质在相当大的浓度范围内，分配系数为常数，与相体积无关，只取决于被分离物质本身的表面性质、温度和特定的双水相体系的性质。,1、表面自由能的影响将一种粒子从相2移到相1所需的能量如为E，则当系统达到平衡时，根据相平衡时化学位相等的原则，从rounstedt方程式求得分配系数即lnK=-E/kT式中k波尔兹曼常数（J/K）T绝对温度K分配系数,显然，E与被分配粒子的大小有关，粒子越大，暴露于外界的粒子数越多，与其周围相系统的作用力也越大。故E可看作与粒子的表面积A或相对分子质量M成正比即lnK=Mr/kTMr:物质相对分子质量A:粒子的表面积系统的表面特性系数，表征粒子性能的参数（与表面积或分子量无关）,2、表面电荷的影响如果粒子所带的净电荷为Z，则在两相间存在电位差U1-U2时，E中应包括电能项Z（U1-U2），则有U2-U1=RT/（Z+Z-）FlnK-/K+式中与粒子大小和净电荷无关，而决定于其它性质的常数,Donnan效应,通过公式可知，分配系数由多种因素决定，如粒子大小，分子质量，温度，表面电荷及分子构象等，这些因素的微小变化均可导致分配系数较大的变化，因而双水相萃取有较好的选择性。,综合以上两种影响分配系数的主要因素，Gerson提出公式：,影响分配系数的因素,物质在双水相体系中的分配系数不是一个确定的量,它要受许多因素的影响(表1)。对于某一物质,只要选择合适的双水相体系,控制一定的条件,就可以得到合适的(较大的)分配系数,从而达到分离纯化之目的。,影响分配系数的因素,聚合物的分子量聚合物的浓度盐类pH值温度的影响(离开临界点远，不太敏感，粘度),分子量越小，蛋白质容易分配于富含该聚合物的相中。,当接近分配的临界点蛋白质均匀分配于两相中，分配系数接近1；成相聚合物的总浓度或聚合物/盐浓度的比例增加时，系统远离平衡点，此时两相性质的差别增加，蛋白质容易趋向于某一极。,A盐离子的不均匀分配改变两相间电位差B高盐浓度引起盐析效应,对物质解离度影响,五、双水相萃取的工艺流程,双水相萃取技术的工艺流程主要由三部分构成:目的产物的萃取;的循环;无机盐的循环。另外，现在也实现了胞内酶的连续萃取。,(1)目的产物的萃取原料匀浆液与PEG和葡聚糖（或盐）在萃取器中混合,然后进入分离器分相。一般使目标物分配到上相(PEG相),而细胞碎片、核酸、多糖和杂蛋白等分配到下相(富盐相)。第二步萃取是将目标物转入富盐相,方法是在上相中加入盐,形成新的双水相体系,从而将目标物与PEG分离,以利于使用超滤或透析将PEG回收利用和目的产物进一步加工处理。,(2)PEG的循环回收方法:加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收PEG;将PEG相通过离子交换树脂,用洗脱剂先洗去PEG,再洗出蛋白质。(3)无机盐的循环将含无机盐相冷却,结晶,然后用离心机分离收集。电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG相的盐。,（1）产品的浓缩（2）蛋白质的提取和纯化（3）生物小分子的分离和纯化（4）中草药有效成分的提取（5）生物活性物质的分析检测,六、双水相萃取的应用,传统提取：将细胞破碎得到匀浆液，黏度很大，有微小的细胞碎片存在，依靠离心分离的方法，非常困难。双水相系统：可用于细胞碎片以及酶的进一步精制。,1.双水相萃取法常用于胞内酶提取,要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列条件：欲提取的酶和细胞应分配在不同的相中；酶的分配系数应足够大，使在一定的相体积比时，经过一次萃取，就能得到高的收率；两相用离心机很容易分离。,在两水相系统中进行转化翻译功能，如酶促反应，可以把产物移入另一相中，消除产物抑制，提高产率。反应和分离耦合，称为萃取生物转化；如果发生的是一种发酵过程，称为萃取发酵；因而也可以把两水相系统称为两水相反应器。,2.两水相反应器,要进行两水相生物转化反应应满足下列条件：催化剂应单侧分配；底物应分配于催化剂所处的相中；产物应分配在另一相中；要有合适的相比。如产物分配在上相中，则相比要大，反之则相比要小。,这些条件不可能同时满足，分配理论也不完善，因此常需要根据试验选择最优系统和操作条件。,采用两水相系统进行生物转化反应有下列优点：与固定床反应器相比，不需载体，不存在多孔载体中的扩散阻力，故反应速度较快，生产能力较高；生物催化剂在两水相系统中较稳定；两相间表面张力低，轻微搅拌即能形成高度分散系统，分散相液滴在10m以下，有很大的表面积，有利于底物和产物的传递。,六、双水相萃取技术的发展,非离子型聚合物/非离子型聚合物：生物活性物质变性作用低,界面吸附少,但是所用的聚合物(如葡聚糖)价格较高,成本高,而且体系黏度大,影响工业规模应用的进展;非离子型聚合物/无机盐：成本相对低,黏度小,但是由于高浓度的盐废水不能直接排入生物氧化池,使其可行性受到环保限制,且有些对盐敏感的物质会在这类体系中失活。,新型双水相体系的开发:廉价的双水相系统新型功能双水相系统。,用变性淀粉、乙基羟乙基纤维素，糊精、麦芽糖糊精等有机物代替昂贵的葡聚糖，羟基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等代替PEG,亲和双水相萃取技术是在组成相系统的聚合物(如PEG、葡聚糖等)上耦联一定的亲和配基。根据配基性质不同,常用于亲和双水相系统的配基有3种:基团亲和配基型、染料亲和配基型和生物亲和配基型。,第六节反胶团萃取,一、反胶团反胶团是两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发的向内聚集而成的，内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合型胶体。,微团：表面活性剂的极性头朝外，疏水的尾部朝内，中间形成非极性的“核”,水,非极性的“核”,极性“头”,非极性“尾”,反微团：表面活性剂的极性头朝内，疏水的尾部向外，中间形成极性的“核”,有机溶剂,极性“头”,极性的“核”,非极性“尾”,优点：有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性；分离浓缩可同时进行，过程简便；能解决蛋白质（如胞内酶）在非细胞环境中迅速失活得问题；由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁功效，因而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；反胶团萃取技术的成本低，溶剂可反复使用。,1.表面活性剂种类阴离子表面活性剂AOT（丁二酸乙基己基酯-磺酸钠）阳离子表面活性剂季铵盐,二.反胶团的制备,水AOT异辛烷系统相图,AOT,2.反胶团相图,3.制备过程注入法：直接向含有表面活性剂的有机相注入浓缩蛋白质。适用水溶性蛋白质。液液接触法：料液相与反胶团相接触溶解法：蛋白质粉末加入到反胶团相，适用非水溶性蛋白质。,注入法,相转移法,溶解法,三、反胶团萃取机理,萃取过程中，水相中的溶质进入反胶团相需经历三步传质过程：通过表面液膜扩散，从水相到达相界面；在相界面处溶质进入反胶团；含溶质的反胶团扩散进入有机相。反萃操作中溶质亦经历相似的过程，只是方向相反，在界面处溶质从反胶团释放出来。,蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶剂相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层,同邻近的蛋白质分子发生静电吸引而变形,接着两界面形成含有蛋白质的反胶团,然后扩散到有机相中,从而实现了蛋白质的萃取。(可能机理）改变水相条件(如pH值、离子种类或离子强度),又可使蛋白质从有机相中返回到水相中,实现反萃取过程。,反胶团萃取蛋白质示意图,蛋白质的溶解,a、水壳模型：蛋白质位于水池的中心，周围存在的水层将其与反胶团壁隔开；b、半岛模型：pro表面存在强烈疏水区，该区直接与有机相接触；c、pro吸附于反胶团内壁；d、pro疏水区与几个反胶团的疏水尾发生相互作用，被几个小反胶团所“溶解”。,1.水相的pH值2.盐离子的种类和浓度3.温度4.蛋白质的分子量和浓度5.表面活性剂,四、反胶团萃取的主要影响因素,水相的pH值pH对萃取的影响主要体现在改变蛋白质的表面电荷上。一种阴离子型表面活性剂,它所形成的反胶团的内表面带负电荷。当水溶液的pH小于蛋白质的等电点时,两表面异电荷的吸引力使蛋白质的萃取率接近100%。当pH大于PI时,溶菌酶萃取率急剧下降,直到接近于零。,盐离子的种类,盐浓度,温度温度是影响蛋白质萃取率的一个重要因素。一般来说,温度的增加将使反胶团的含水量下降,因而不利于蛋白质的萃取。通过提高温度可以实现蛋白质的反萃取。,蛋白质分子量和浓度,蛋白质的分子量对其萃取率有较大影响。例如溶菌酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶的分子量分别为14300、23300、35000,AOT/异辛烷反胶团萃取它们的最大萃取率分别约为100%、90%、30%,表明分子量越大的蛋白质越难萃取。用AOT反胶团体系萃取血红蛋白时发现,蛋白质浓度高时,萃取率降低;而蛋白质浓度低时,萃取率较高。,表面活性剂表面活性剂的类型目前最常用的反胶团或微乳液是AOT/异辛烷体系。一是AOT形成的反胶团较大,有利于蛋白质的萃取;二是AOT形成反胶团时不需加助表面活性剂。表面活性剂的浓度当其它条件一定时,表面活性剂浓度也存在某临界值。小于此临界值时,增大表面活性剂的浓度可提高蛋白质的萃取率,大于临界值时,则无明显影响,五、反胶团萃取的应用,（1）分离蛋白质或酶；（2）分离氨基酸；（3）分离抗生素；（4）分离核酸；（5）用于蛋白质复性。,通过调节水相pH值和KCl浓度来实现三种蛋白质的分离。在pH=9时，核糖核酸酶的溶解度很小，保留在水相而与其他两种蛋白质分离；相分离后得到的反胶团相（含细胞色素C和溶菌酶）与0.5mol/dm3的KCl水溶液接触后，细胞色素C被反萃取到水相，而溶菌酶留在反胶团相；含溶菌酶的反胶团与2.0mol/dm3KCl，pH值为11.5的水相接触后，将溶菌酶反萃至水相中。,反胶团萃取过程,多步混合/澄清萃取,连续循环萃取与反萃取过程示意图,使用二级混合-分离型萃取流程，TOMAC/0.1%辛醇-异辛烷的溶液体系连续分离-淀粉酶，浓缩了17倍。,氨基酸可以通过静电或疏水性作用增溶于反胶束中。疏水性氨基酸主要存在于反胶束界面；亲水性氨基酸主要溶解在反胶束的极性水池中,反胶束溶液可以用来萃取分离抗生素,而且对糖肽类抗生素的分离具有一定的优势。Fadnavis等利用AOT/异辛烷反胶束溶液分离了红霉素、土霉素、青霉素及防线酮,而且回收率较高。,核酸较难溶于有机相,利用反胶束溶液可以实现这一过程,而且核酸构象不发生变化。Imre和Luisi等于1982年首先发现脱氧核糖核酸DNA(或核糖核酸RNA)(2030kDa)可以被AOT/异辛烷反胶束溶液萃取。,反胶团介导复性与稀释复性的比较,将变性蛋白质分子彼此分隔开来，阻止分子间相互作用，提高复性收率；反胶团萃取复性，实现目标蛋白质分离与复性的集成。,反胶团的作用,AOT-basedreversemicelles：问题：萃取率低；反萃取困难，需要用冷丙酮沉淀。非离子型表面活性剂反胶团问题：萃取率低。,反胶团介导复性：困难和挑战,第七节超临界流体萃取,超临界流体：处于临界温度、临界压力以上的流体。特点：密度接近液体萃取能力强粘度接近气体传质性能好超临界流体具有低粘度、高密度、扩散系数大、超强的溶解能力等特性。,一、超临界流体,这种流体(SCF)兼有气液两重性的特点，它既有与气体相当的高渗透能力和低的粘度，又兼有与液体相近的密度和对许多物质优良的溶解能力。,SCF:在临界温度和临界压力以上的流体处于超临界状态时，气液两相分界面消失,（一）超临界流体的发展,1822年，首次报道1879年，发现超临界流体对固体有溶解能力1970年从咖啡豆提取咖啡因1992年，首先报道了超临界聚合反应,（二）超临界流体的主要特性,密度类似液体压力和温度的变化均可改变相变粘度,扩散系数接近于气体SCF的介电常数，极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别,二.超临界流体萃取技术,超临界流体（supercriticalfluid，简称SCF）萃取技术，又称压力流体萃取、超临界气体萃取、临界溶剂萃取等，是利用处于临界压力和临界温度以上的一些溶剂流体所具有特异增加物质溶解能力来进行分离纯化的技术。,（一）原理：在超临界状态下，超临界流体具有很好的流动性和渗透性，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。,作为萃取溶剂的超临界流体必须具备以下条件：萃取剂应具有化学稳定性，对设备无腐蚀性；临界温度不能太高或太低，最好在室温附近；操作温度应低于被萃取溶质的变性温度；为减小能耗，临界压力不能太高；选择性好，容易得到高纯产品；溶解度要高，可减少溶剂的循环量；萃取溶剂易得，价格便宜。,常用萃取剂极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）非极性萃取剂：二氧化碳（易）,利用CO2作为萃取剂主要有以下优点:(1)临界条件温和(Tc=31.06Pc=7.2MPa)，可以在3540的条件下进行提取,防止热敏性物质的变质和挥发性物质的逸散。(2)在CO2气体笼罩下进行萃取,萃取过程中不发生化学反应;又由于完全隔绝了空气中的氧,因此,萃取物不会因氧化或化学变化而变质。,(3)由于CO2无味、无臭、无毒、不可燃、价格便宜、纯度高、容易获得,使用相对安全。(4)CO2容易提纯与分离的,因此萃取物几乎无溶剂残留,也避免了溶剂对人体的毒害和对环境的污染。(5)CO2扩散系数大而粘度小,大大节省了萃取时间,萃取效率高。缺点：设备投资大。,（二）超临界萃取流程,（三）响超临界萃取的主要因素1.密度：溶剂强度与SCF的密度有关。温度一定时，密度(压力)增加，可使溶剂强度增加，溶质的溶解度增加。2.温度：温度对流体密度的影响，随温度升高，CO2流体密度降低，导致其溶剂化效应下降，对物质的溶解度也下降；温度对物质蒸气压的影响，随温度升高，物质的蒸气压增大，使物质在CO2流体中的溶解度增大,3.夹带