超临界CO2萃取在植物和药物提取中的应用

超临界CO2萃取在植物和药物提取中的应用

生化学院研化14：奎仔学号：********超临界CO2萃取的影响因素超临界CO2萃取技术超临界CO2萃取的应用超临界流体的概念与特性超临界CO2萃取优点与缺点物质有三种状态：

气态、液态、固态物质的第四态：超临界状态流体状态超临界流体的概念与性质基本概念：

当把处于气液平衡的物质继续升温、升压时，热膨胀引起液体密度的减小，而压力的升高又使气相密度变大，当温度和压力达到某一点时，气液两相的相界面消失，成为一个均相体系，这一点就是该物质的临界点。当流体的温度和压力都处在临界温度和临界压力以上时，则称该流体处于超临界状态，该流体为超临界流体。在超临界流体中，CO2是研究最多的一种流体。CO2因其无毒、不燃烧、与大部分物质不反应、价廉等优点，最为常用。超临界相密度（g/ml）粘度（g/cm·s）扩散系数（cm2/s）气体10-3

10-4

10-1

超临界流体10-1

10-410-3液体110-2

10-5

超临界流体的主要特性：超临界流体的主要特性：1.密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度微小变化可导致其密度显著变化；2.粘度接近于气体,具有很强传递性能和运动速度；扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级；3.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;

4.零表面张力使它易溶入多孔性物质中；5.消除了反应物与催化剂之间的扩散阻力。6.超临界流体的极性可以改变，在一定温度条件下，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，可选择范围广。CO2本身是非极性的，可以在超临界CO2流体中加入一些C2H5OH，则可以萃取一些极性的化合物。试剂临界温度（℃）临界压力（MPa）CO231.067.38甲烷-83.04.6丙烷97.04.26二氯二氟甲烷111.73.99甲醇240.57.99乙醚193.63.68

萃取原理概述：

物质在超临界流体中的溶解度，受压力和温度的影响很大。在超临界状态下，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，就可以达到分离提纯的目的。

问：对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，那么我们怎么有效分离呢？

但事实上可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。超临界CO2萃取技术原理流量计CO2钢瓶冷箱泵泵流量计分离分离萃取混合超临界CO2萃取基本流程图精馏柱携带剂

解析（分离）方法

等温法通过变化压力而使萃取组分从超临界流体中分离出来。萃取了溶质的超临界流体经过膨胀阀后压力下降，其溶质的溶解度下降。溶质析出由分离槽底部取出，充当萃取剂的气体则经压缩机送回萃取槽循环使用。

解析（分离）方法

等压法利用温度的变化来实现溶质与萃取剂的分离。萃取了溶质的超临界流体经加热升温使萃取剂与溶质分离，由分离槽下方取出溶质。作为萃取剂的气体经降温升压后送回萃取槽使用。

解析（分离）方法

吸附法

采用可吸附溶质而不吸附萃取剂的吸附剂使两者分离。萃取剂气体经压缩后循环使用。这种方法通常可用于利用超临界流体萃取产物中的杂质以纯化产品的工艺过程中。压缩机

萃取釜

热交换器（制冷）二氧化碳循环泵

超临界流体CO2萃取的优点：1．萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的二氧化碳超临界流体流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不存在物料的相变过程，不需回收溶剂,操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本。

2．压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。临界点附近，温度压力的微小变化，都会引起CO2密度显著变化，从而引起待萃物的溶解度发生变化，可通过控制温度或压力的方法达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离；因此工艺流程短、耗时少。对环境无污染，萃取流体可循环使用，真正实现生产过程绿色化。

3．萃取温度低,CO2的临界温度为31.265℃,临界压力为7.18MPa,可以有效地防止热敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发渡、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。

4.临界CO2流体常态下是气体,无毒,与萃取成分分离后,完全没有溶剂的残留,有效地避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留。同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,100%的纯天然。

5．超临界流体的极性可以改变,一定温度条件下,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,可选择范围广。优点：1、CO2的临界温度接近于室温，适合于热敏性物质，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质分离出来。2、CO2的临界压力适中，目前工业水平易达到；3、CO2的临界密度是常用超临界溶剂中最高的（合成氟化物除外），即溶解能力较好4、CO2无毒、无味、不燃、不腐蚀、价廉，易于精制、易于回收，无污染（1）对脂溶性成分溶解能力较强而对水溶性成分溶解能力较低；（2）设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例过大；（3）更换产品时清洗设备较困难。局限性超临界CO2萃取的影响因素1：萃取压力

在临界压力附近，压力的微小提高会引起密度的急剧增大，而密度增加引起溶解度提高。萃取压力的设置对于碳氢化合物、酯等弱极性物质，萃取压力一般为7～10MPa；对于含-OH，-COOH强极性基因的物质，萃取压力一般20MPa；对于强极性的配糖体以及氨基酸类物质，萃取压力要求50MPa以上。2：萃取温度

温度对超临界流体溶解度的影响：①温度升高，SCF密度降低，溶解力下降；②温度升高使被萃取溶质的挥发性增加，增大了在SCF中的浓度。9.0MPa温度溶解度超临界CO2萃取的影响因素萃取温度的设置温度对溶解度的影响还与压力有密切的关系：在压力相对较低时，温度升高溶解度降低；而在压力相对较高时，温度升高超临界CO2的溶解能力提高。3：萃取时间超临界CO2萃取的影响因素

CO2流速提高，增加溶剂对原料的萃取次数，强化萃取过程的传质效果，可缩短萃取时间；

CO2流速加快，CO2与被萃取物接触时间减少，溶质含量降低。4：CO2流量超临界CO2萃取的影响因素

原料颗粒愈小，溶质从原料向SCF传输的路径愈短，与SCF的接触的表面积愈大，萃取愈快，愈完全，粒度也不宜太小，容易造成过滤网堵塞而破坏设备。5：粒度超临界CO2萃取的影响因素

超临界CO2流体对亲脂类物质的溶解度较大，对较大极性的物质溶解较小，限制了其对极性较大溶质的应用。可在SCF中加入极性溶剂（如乙醇等）以改变溶剂的极性，拓宽其适用范围。如丹参中的丹参酮难溶于CO2流体，在CO2中添加一定量乙醇可大大增加其溶解度。6.提携剂超临界CO2萃取的影响因素①增加目标组分在CO2中的溶解度②增加溶质在CO2中的溶解度对温度、压力的敏感性，有可能单独通过降温来解析③提高溶质的选择性④可改变CO2的临界参数携带剂的作用：中草药提取酶，纤维素精制金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取天然香料化妆品原料食品工业医药工业化学工业化妆品、香料超临界流体萃取的应用

1青蒿素：是我国唯一得到国际承认的抗疟新药。青蒿素结构中有一过氧基团,传统的溶剂提取法由于经过长时间的提取和浓缩,易使青蒿素破坏损失,且要浓缩大量的有机溶剂,易燃易爆,提取周期长,成本高。 中药提取分离过程现代化国家工程研究中心采用了超临界CO2

萃取、重结晶等技术的工艺集成从黄花蒿中提取青蒿素,产品收率比传统法提高1.9倍,生产周期比传统法缩短约10h,并且成本有较大降低一般提取10min便有成分分离析出，2-4h左右便可完全提取。此外,该工程中心在注射用蛋黄卵磷脂的产业化开发中将超临界CO2

萃取与结晶、冷冻干燥等技术工艺集成,结果既解决了生产工艺上的难点,又降低了成本。

2大蒜：

可行滞气、暖脾胃、消症积、解毒杀虫的作用，近代研究表明大蒜亦有抗菌消炎、降血脂、抑制血小板聚集、减少冠状动脉粥样硬化、抗癌防癌等作用临床所用大蒜注射液的生产工艺中集成了超临界CO2

萃取、分子蒸馏和膜分离技术。采用超临界CO2

萃取大蒜有效成分,用分子蒸馏进行分离纯化,用膜分离过滤除菌。该工艺简单,有效成分不被破坏,生产的大蒜注射液各项指标符合药典注射剂项下的各项规定。充分显示了高新提取分离技术工艺集成应用于中药开发的优势。

3

植物油脂的萃取：我国传统的植物油制取一般采用压榨法和浸出法,前者残油率高,后者味差色深。如用超临界CO2萃取,所得油的颜色、外观,理化指标均优于溶剂法,且提取率高,杂质少,水分低,无需精炼。在最佳工艺条件下（CO2流量18L/h、原料粒径范围20～40目），超临界CO2萃取黑芝的，萃取压力25MPa，萃取温度50℃和萃取时间4h，夹带剂为95%乙醇；超临界CO2萃取脱皮白芝麻的最佳工艺条件为萃取压力25.5MPa、萃取温度53℃和萃取时间4h。油脂萃取率分别为87.7％和95.3％。4

色素的提取：玉米黄色素属于异戊二烯类色素,生理上可作为维生素A的来源,超临界CO2萃取的玉米黄色素,性能指标优于有机溶剂法萃取所得产品,萃取率高且不含残留溶剂。利用超临界萃取分离的枸杞油,不仅不饱和脂肪酸含量高,亚油酸含量高达66.2%～67.8%,还能从中分离出枸杞色素,即β-胡萝卜素,色素提取率达51.5%。超临界CO2还能对马铃薯和番茄榨汁后的副产品进行分离,从中提取出胡萝卜素。在胭脂红等其他植物染料提取中也有应用。南通市华安超临界萃取有限公司

1.国产设备的生产情况工业化超临界CO2萃取设备北京超流萃取技术研究所

1.德国伍德公司2.国外设备的生产情况参考文献1

谢春英，袁雨婕，宁德山,等.超临界CO2萃取芝麻油及芝麻素的工艺研究[J]

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