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超临界萃取原理:超临界流体萃取是当前国际上最先进的物理分离技术。

2017-7-10 14:45:25      点击:

    常见的超临界流体中,由于C02化学性质稳定,无毒性和无腐蚀性,不易遨和不爆炸,临界状态容易实现,而且其临界温度(31. IC)接近常温,在食品及医药中香气成份,生理活性物质、酶及蛋白质等热敏性物质无破坏作用,因而常用C02作为萃取剂进行超临界萃取。

    超临界C02

.纯C02的临界压力是7. 3MPai临界温度是31工七。当C02的压力和温度分别超过7.3MPa和3盖工℃时,此状态的C02被称为超临界C02.在超临界状态下,C02流体是一种可压缩的高密度流体,成为性质介于液体和气体之间的单一相态,兼有气液两相的双重特点:它的密度接近液体,粘度是液体的1%,自扩散系数是液体的100倍,因而它既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度,又具有与液体相近的密度和对某些物质很强的溶解能力,可以说超临界C02对某些物料有着特殊的渗透性和溶解能力。

  超临界C02萃取过程

.超临界C02的密度对温度和压力变化十分敏感,所以调节止仕使用的C02的压力和温度,就可以通过调整C02的密度来调整该C02对欲提取物质Z9解能力;对应各压力范围所得的萃取物不是单一的,可以控制条件按比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,与被萃取物质完全或基本分开,从而达到分离提纯的目的,这就是一个超临界C02萃取过程.

    超临界C02的溶解选择性

.超临界状态下的C02具有选择性溶解,对低分子、弱极性、脂溶性、低沸点的成分如挥发油、烃、酷、内酷、醚,环氧化合物等表现出优异的溶解性,而对具有极性集团(-OH, -COON等)的化合物,极性集团愈多,就愈难萃取,故多元醇,多元酸及多经基的芳香物质均难溶于超临界Cos.对于分子量高的化合物,分子量越高,越难萃取,分子量超过500的高分子化合物也几乎不溶,因而对这类物质的萃取,就需加大萃取压力或向有效成分和超临界C02组成的二元体系中加入具有改变溶质溶解度的第三组分(即夹带剂),来改变原来有效成分的;容解度。一般地说,具有很好溶解性能的;容剂,也往往是很好的夹带剂,如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙醋等。

超临界萃取的特点和优点:

    与传统的分离技术相比,超临界C02萃取技术具有以下独特优点:

  提取温度低。

.在接近室温(30-50C〕及C02气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散,完整保留生物活性,且能把高沸点,低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来;

  提取率高(795%).

.可以方便地通过调整压力和温度来改变系统内C02的溶解性能,从而提高产品的收率,适合珍贵、高附加值物质的提取

.全过程不用有机;容剂,有效避免了传统提取条件下;容剂毒性的残留,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,无废气、废水,即使是废渣也可以综合利用;

  生产周期短。

.提取(动态)循环一开始,分离便开始进行.一般提取10分钟左右便有产品分离析出,2-4小时左右便可提取完全。同时,它不需浓缩步骤,即使加入夹带剂,也可通过分离功能除去或只是简单浓缩;

  能耗低。

.萃取分离合二为一,当饱含溶解物的C02流经分离器时,由于压力下降使得CO2与被萃取物成为两相而立即分开,不存在物料的相变过程,节省了大量相变热,大幅度降低生产成本,且简化了工艺流程;CO2循环使用,无需回收溶剂,不仅萃取效率高而且能耗较少,节约成本;

  无易燃易爆危险.

.全系统以CO2为主要;容剂,而C02本身就是一种惰性气体,因此可实现生产过程绿色化;

  一套装置多种用途.

.超临界C02的溶解性能可以调节.在一定的温度条件下,只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质.每改变一次C02的溶解性能,就等于在使用一种新的溶剂,从而使一套超临界C02萃取装置可适用于十几种、几十种物质的提取,大大提高了装置的使用范围;

  操作参数容易控制。

.超临界C02提取各种天然产物(如中草药),不仅工艺上优越,而且操作参数容易控制,使产品质量稳定;超临界002还具有抗氧化、灭菌作用,有利于保证和提高产品质量;


影响超临界002流体萃取的主要因素

    影响超临界002流体萃取的主要因素包括萃取压力、萃取温度、萃取时间、二氧化碳流量与物料性质等。

1萃取压力的影响:

    萃取过程中,SC-C02密度的变化直接影响萃取效果.萃取压力是影响SC-C02密度的重要参数。温度一定时,随着萃取压力增加,SC-C02的溶解能力也增加,但当压力增加到一定程度后,则溶解增加缓慢,这是由于高压下超临界相密度随压力变化缓慢所致.另外,压力对萃取效果的影响还与溶质的性质有关:对于烃类和极性低的脂溶性有机化合物,在较低压力时即可进行;而对于极性较大的有机化合物,则需提高萃取压力.

2萃取温度的影响:

      萃取温度对萃取效果的影响较为复杂.对于C02在临界点附近的低压区,升高温度导致SC-C02能力下降,此阶段称为“温度的负效应阶段”。在高压区J升高温度导致SC-C02能力提高J称为“温度正效应阶段’、

3萃取时间的影响:

    在超临界流体萃取过程中,C02流量一定时,萃取时间越长,收率越高.萃取刚开始时,由于溶剂与溶质未达到良好接触,

收率较低.随着萃取时间的加长,传质达到某种程度,则萃取速率增大,直到达到大之后,由于待分离组分的减少,传质动力降f氏而使萃取速率降f氏。

4. C02流量的影响:

    通常,收率一定时,流量越大,;容剂、;容质间的传热阻力越小,则萃取的速度越快,但萃取回收负荷大,从经济上考虑应选择适宜的萃取时间和流量。

S物料性质的影响:

    一般情况下,物料粒度越小,扩散时间越短,有利于C02向物料内部迁移,增加了传质效果,但物料粉碎过细会增加表面流动阻力J反而不利于萃取。

    超临界