超临界流体萃取实验报告

中药，酿酒，应用，展望

超临界流体(supercriticalfluid，简称SCF)是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体。超临界流体既具有液体对溶质有较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散和运动的特点。更重要的是，超临界流体的许多性质(如黏度、密度、扩散系数、溶剂化能力等)随温度和压力变化很大，因此对选择性的分离非常敏感。超临界流体萃取法技术就是利用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取出某些有效组分，并进行分离的一种技术。

超临界流体具有高密度、低粘度、高介电常数及扩散系数大的特性，并有良好的流动和传递性质，还可萃取极性小的物质，有较大的萃取容量。从超临界流体性质看，其具有的特点：

(1)萃取速度高于液体萃取，特别适合于固态物质的分离提取；

(2)在接近常温的条件下操作，能耗低于一般精馏萃取，适合于热敏性物质和易氧化物质的分离；

(3)传热速率快，温度易于控制；

(4)适合于挥发性物质的分离

并可结合图1，知：

在临XX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。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。

超临界流体萃取技术可萃取高沸点、难挥发物质，常用的CO2，其临界温度低、无毒、无臭、无公害，是一种环境友好的分离技术；超临界流体萃取技术具有萃取和分离的双重作用，物料无相变过程因而节能明显，工艺流程简单，萃取效率高，无有机溶剂残留，产品质量好，同时也是一种高效的廉价分类技术。正是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”2

技术。因此，作为绿色分离技术的超临界流体萃取技术的发展前景非常广阔。

以下对超临界流体萃取技术的应用作些简单的介绍阐述：

1.超临界流体萃取技术在环境工程中的应用

1.1SCF技术在废水治理中的应用：

1.1.1SCF技术在高浓度有机废水处理中的应用

利用CO2-SCF技术也可以用于处理含除草剂废水，通过采用直接接

触法对除草剂废水进行超临界CO2净化的研究表明，利用超临界CO2净化来自芴丁酯生产装臵的废水,可使芴醇含量降低0.2％；净化来自甜菜生产装臵的废水，可使其COD降低22.O％；净化来自甲草胺生产装臵的废水,可使其COD降低21.0％，甲草胺降低30.O％。与传统方法相比,采用SCF技术无论在去除效果还是在投资操作费用方面，都优于其他方法。

1.1.2SCF技术在低浓度有机废水处理中的应用

利用CO2-SCF技术可以实现从含醇稀溶液中回收酒精,净化废水。利

用CO2-SCF技术处理含有机磷农药废水，在温度90℃、压力32.9MPa、

萃取时间>40min的条件下，可将各种低浓度有机磷农药成分基本除尽。此外，采用超临界CO2再生吸苯活性炭，再生效率随温度降低、

压力升高而提高，低压下，温度的影响更为明显，随着压力的升高，各温度间再生效率的差距减小，16MPa、45℃时再生效率最高。可见，3

超临界CO2萃取对吸苯活性炭的再生效果比较理想，在较温和的条件

下就可达到较理想的再生效率，并且经多次循环使用再生后，活性炭仍能保持较高的吸附性能。

1.2SCF技术在固体废物处理中的应用：

1.2.1SCF技术在污泥处理中的应用

利用CO2-SCF加入改性剂(如丙烷三乙胺)后对污泥进行萃取，能够

使油泥的含油降至1％(质量)以下，可直接回炼，还可把废水中的有机物提取出来，而经CO2-SCF处理后的泥渣大多都能达到BDJLT(best

demonstratedavailabletechnology)要求。

1.2.2SCF技术用于污染土壤的处理

土壤受多氯联苯(PCBs)污染后对环境安全和人体健康构成巨大的潜在威胁。常规处理方法是将被PCBs污染的土壤用液氮冷冻后，送到专门工厂进行焚烧，该法处理费用昂贵，而使用CO2-SCF技术能经济

快速地分离污染土壤中的全部PCBs，高效廉价。

1.3SCF技术在大气污染中（处理工业“三苯”废气）的应用：运用超临界态CO2再生活性炭法治理三苯废气，可完全再生活性炭；

以超临界态的压缩CO2作萃取剂，对活性炭具有扩孔作用，可增加活

性炭的吸附容量；并且可更充分的回收“三苯”溶剂。

2.超临界萃取技术在食品方面的应用

2.1植物油脂的萃取：

植物种子富含油脂，传统的提取采用压榨法或溶剂萃取法。用压榨法4

提取，油脂得率低；用有机溶剂提取时，油脂的收率大大提高，但存在溶剂回收和产品中溶剂残留等问题。利用超临界CO2萃取得到的油

品，油收率高，杂质含量低，色泽浅，并可省去后续的减压蒸馏和脱臭等精制工序。与传统方法相比，提油脂后的残粕仍保留了原样，可以很方便地用于提取蛋白质、掺人食品或用作饲料。

2.2色素的分离：

超临界CO2流体萃取技术可以分离天然色素，随着合成色素的不安全

性日益受到人们的重视，世界各国使用合成色素的种类日趋减少。天然色素不仅使用安全，而且常有一定的营养价值，深受消费者喜爱。

2.3磷脂的分离与提纯：

磷脂普通存在于动植物的细胞中，是细胞膜、神经细胞及脑细胞的重要组成部分，也是生命的基础物质之一。磷脂主要有卵黄磷脂和大豆磷脂。传统的分离提纯方法有溶剂法和高温煎煮法。溶剂法不仅会给卵磷脂和蛋白质带来难以除尽的有机溶剂，而且会造成环境污染；高温XX使磷脂分离，颜色加深，酸值升高。利用卵磷脂通常不溶于超临界CO2中这一特性，采用超临界CO2去除蛋黄粉中的非目的产物--

蛋黄油，然后用一定比例的乙醇溶解出卵磷脂，干燥得到产品。

2.4分离提取高度不饱和脂肪酸：

高度不饱和脂肪酸--二十碳五烯酸

()和二十碳六烯酸

()具有降血脂、防血栓、保护血管和增强血液流动的功能，被视为新一代治疗心脑血管疾病的药物。但由于高度不饱和脂肪酸分子结构的特点，它们极易被氧化，易受光热破坏，传统的分离方法很难解决高浓5

度和的提取问题，因此采用超临界CO2分离和日益受

到人们的重视，并取得良好的进展。在鱼油中，和主要是以九油三醋的形式存在，并与其他脂肪和从酸一起结合在九油分子上。鱼油的溶解度很低，更难将九油分子上解离下来而得以分离，只能萃取出鱼油中的色素、臭味物质(如醛类、酮类)以及其中部分游离脂肪酸。因此，直接萃取鱼油实际上只能起到精制鱼油的作用。一般把超临界萃取技术与其他分离技术(如尿素包合技术、蒸馏技术、树脂层析技术等)结合起来使用。

3.超临界流体萃取技术在现代中药提取中的应用

3.1萜类和挥发油的提取：

萜类化合物是一类具有广泛生物活性的天然药物有效成分，植物中的挥发油大多富含萜和倍半萜类化合物。大多数挥发油由于沸点较低，性质不稳定，用常规的水蒸气蒸馏，由于方法本身存在提取温度高、提取时间长，易破坏有效成分等缺陷，造成挥发油的分解或氧化，导致提取收率较低。挥发油的分子量不大，且在超临界CO2流体中具有

良好的溶解性能，因而多数可用超临界CO2流体直接萃取而得。与传

统的水蒸馏法相比，SCF法萃取的挥发油香气质量明显提高，提取的化学成分更高，效率更高、更灵敏。

3.2生物碱的提取：

生物碱是生物体内一类含氮有机物的总称，多数生物碱具有较复杂的含氮杂环结构和特殊而显著的生理作用，是中草药中的重要成分之6

一。生物碱在天然植物体内以盐的形式存在，仅有少数碱性极弱的生物碱以游离态存在。超临界CO2流体可适用于极性小的生物碱提取，

如从长春花中提取长春碱和长春新碱；从秋水仙中提取秋水仙碱等。

3.3醌类化合物的提取：

醌类化合物是一类分子中具有不饱和环二酮结构的有机化合物，包括苯醌、萘醌、菲醌等，具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性。由于醌类化合物极性较大，在应用SCF时一般压力较大，需加入适当的夹带剂。在乙醇为夹带剂的条件下，其所得萃取物远优于乙醇提取工艺；与石油醚溶剂法比较，所得萃取物较多；与超声波提取法比较，两种方法无显著差异。以甲醇为夹带剂，利用超临界CO2萃取技术易

高效提取何首乌中的醌类活性成分。超临界CO2萃取法具有速度快、

收率高、后处理简单等优点。

4.超临界萃取技术在酿酒生产中的应用

在发酵法生产酒精工艺流程中，精馏过程具有举足轻重的地位。它不但决定了最终酒精产品的质量，而且控制着产品收率及公用工程消耗，堪称酒精生产过程的关键技术。一般发酵醪液的酒精浓度为8％-12％，酒精产品必须浓缩95％，若用作燃料则应浓缩到99.5％以上。传统的浓缩法是精馏法,即使最先进的精馏设备,精制每升酒精也需耗能5.57MJ，约占生产总能耗的60％～80％，成本较高。因此，各国学者正在从不同的分离方法中探索浓缩高纯或无水乙醇。近年来，国内外学者对不同超临界和亚临界溶剂流体的特殊相性质，以及对固7

体、液体的浸取和萃取进行了大量的研究工作，采用超临界CO2流体萃取乙醇-水溶液为重要的研究进展之一。

下图即是超临界乙醇脱水工艺流程图

酒精生产拥有丰富的CO2的资源,具有应用超临界CO2萃取技术得天独

厚的资源优势。

基于超临界流体萃取技术具有传统萃取技术无法比拟的优势，兼备环境友好、高效廉价的特色，超临界流体萃取技术发展和应用越来越受到人们的关注。同时临界流体萃取技术日趋成熟，相信在不久的未来，随着超临界流体萃取技术和准备的不断拓展和完善，在许许多多的方面都会有超临界流体萃取的技术影子，并会有“更上一层楼”的突破和进展！

【参考文献】

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11.《生物分离技术》，谭，化学工业出版社，第五章第五节

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