超临界流体萃取技术的应用

超临界流体萃取技术的应用

对于高蒸发或热敏性的超球方程，提取高压和高密度超球方程的异质性，并提取液体或固体中的高蒸发或热敏性的有效成分，以达到分离或提取的目的。与一般的萃取及浸取技术相比较,它们同是加入溶剂,形成不同的相而进行的传质分离。不同之处在于,超临界流体萃取中,萃取剂是超临界状态下的流体,具有气体和液体的某些共同特性,且对许多物质有很强的溶解能力,分离速率比普通液-液萃取快,可以实现高效的分离过程。目前最常用的超临界流体萃取的载体是CO2,其安全易得、价廉,广泛应用于医药、食品、化工、环境、能源等领域。1rr-交叉工艺的工业化应用1.1超临界流体提取超临界流体萃取技术对环境友好无污染,对有效成分破坏少和提取选择性高,利于对易氧化和热不稳定性物质的萃取,已成为一种理想的现代中药提取技术,主要应用于植物中挥发性成分,如生物碱,木脂素,香豆素,醌类,黄酮类,皂苷类,甚至多糖类的提取。在益母草的生物碱提取中,超临界流体提取技术比常规提取法的收率提高了10倍。在多糖类的提取方面,盛桂华等以瓜篓多糖的得率作为评价指标,对超临界CO2萃取瓜篓多糖的最佳条件进行确定,得出萃取压力为20.1MPa,萃取温度为55.2℃,携带剂乙醇的体积分数为50.2%,携带剂用量为12.0mL/100g,篓多糖收率为0.95%,较传统方法有所提高。赵子剑等对CO2流体萃取茯苓多糖提取工艺进行优化,得到最佳多糖提取条件为:萃取温度35℃、萃取压力20MPa、萃取时间4h、夹带剂(水)用量0.4mL/g。陈明等采用超临界CO2萃取茶多糖,不仅有效地提取了茶叶中的多糖,并最大限度地保持了茶多糖的生物活性。1.2超临界氧氧化物萃取法超临界流体萃取技术的发展对环境保护有双重意义,一是此技术很少或不造成污染;二是此技术可以用于环境治理。众所周知,人类的工业活动产生了大量的CO2,破坏了生态圈的平衡。最近关于超临界流体萃取的应用开发不仅倾向于消除有机溶剂,而且也致力于减少人类活动对环境的影响。例如去除土壤、淤泥、废料中的重金属污染,减少二次废物的生成,活性催化剂的再生等。Kumar等人研究了应用超临界CO2流体和各种有机膦试剂从薄纸中提取出放射性金属钍的可能性,得出最佳的萃取条件为:压力20MPa、温度60℃、CO2流率为2mL/min、静置时间20min、动态萃取时间20min,最大提取率是68%±4%。除了超临界CO2流体,超临界水氧化物在环境保护方面也有重要的作用。例如BO等人应用水和过氧化氢来消除医疗废物燃烧灰烬中的重金属。在压力(32~42)MPa、温度450℃的条件下反应1~4h,在灰烬中的以碳酸盐形式存在的重金属可以转换成其它相关的稳定形式。研究结论为,超临界水和过氧化氢不仅可以分解有害有机物,还能有效地去除灰烬浮尘中的重金属污染。1.3在其他方面的研究及应用SFE在食品工业中的应用发展迅速,并已取得了卓越的成效。目前在啤酒花有效成分的萃取,天然香料植物中提取香精、色素,动植物中提取动植物油脂,咖啡豆或茶叶中脱除咖啡因,烟草脱除尼古丁,奶脂脱胆固醇及食品脱臭等方面的研究及应用都取得了长足的发展,其中一些技术已得到工业化应用。刘小莉等人用超临界CO2流体萃取黑莓籽油,所得黑莓籽油中含有丰富的亚油酸,其质量分数达58.04%。王莉娟等人采用超临界CO2装置研究了被孢霉油脂萃取工艺,确定了超临界萃取被孢霉油脂的最佳条件:温度40℃,压力20MPa,时间120min,原料粒度380~830μm,油脂得率为46.08%。经气相色谱检测其油脂的质量分数,其中棕榈酸为24.2%,油酸54.2%,亚油酸11.3%,1-亚麻酸2.8%。Anastasiya等采用超临界CO2从双歧杆菌和角形双歧杆菌中提取极性脂质,并对其进行比较,得出同一属的菌株会因为细胞壁脂质组合物的不同而存在差异。2加强户外萃取技术2.1带液带液的挥发性超临界CO2流体作为萃取剂最主要的缺点是其极性低,解决此问题的方法是加入极性共溶剂,增加其溶剂化能力。此极性共溶剂称为夹带剂。夹带剂是在纯超临界流体中加入的一种少量的可以与之混溶的挥发性介于被分离物质与超临界组分之间的物质。夹带剂可以是一种纯物质,也可以是两种或多种物质的混合物。夹带剂对超临界流体的作用有:提高超临界流体的选择性、增加溶质溶解度对温度、压力的敏感程度、增加被萃取组分在超临界流体中的溶解度等。如ShirishMHarde等人在温度为40℃、压力为25MPa、萃取时间为1h的条件下,利用超临界CO2流体从毛喉鞘蕊花根中萃取出毛猴素,最佳回收率为50.32%,但在此条件下,当加入甲醇作为夹带剂后,回收提高到74.29%。2.2超声波强化萃取超声波是频率高于20kHz的声波,由一系列疏密相间的纵波组成,在物质介质中传播时导致介质粒子的机械振动,从而引起与介质的相互作用。超声波强化萃取的研究已涉及食品、医药、化工等领域。如Ai-junHu等利用超临界流体从薏米中提取出薏苡仁酯,无超声波下获得高收率的最佳条件为:温度45℃、压力25MPa、萃取时间4h、CO2流率为3.5L/h;而采用超声波辅助后萃取的最佳条件为:温度40℃、压力20MPa、萃取时间3.5h、CO2体积流量为3.0L/h。实验表明,采用超声波强化超临界流体萃取过程,各工艺参数值均有所降低,达到了节能省时的目的。2.3微波萃取剂的选择微波是一种频率在300MHz~300GHz的电磁波,具有高频性、波动性、热特性和非热特性4大特性。在微波场中,吸收微波能力的不同导致萃取体系中的某些区域被选择性加热,被萃取物质从体系中分离,进入到微波吸收能力相对较弱,介电常数较小的萃取剂中。Yardfon等研究了用微波萃取技术从卷心菜中提取萝卜硫素的可行性,结果表明,相比于传统的萃取技术,微波萃取技术能在更短的萃取时间内得到更大的萝卜硫素的萃取率。2.4抗溶剂法微粉化法超临界流体萃取可以与其它技术相耦合互补,如超临界流体结晶技术,其方法主要有3种,即快速膨胀法、抗溶剂法、压缩抗溶剂法,用于超细颗粒材料的制备。HadiBaseri等研究出未被处理的二甲苯氧庚酸平均粒子大小为(30±2.5)μm,经快速膨胀法微粉化后的平均粒子大小为(0.8±0.03)μm到(2.2±0.057)μm。Yeo首次提出了用抗溶剂法制备具有生物活性的超细蛋白质粉末。压缩抗溶剂法已成功应用于药物与聚合物共沉淀以及多微孔纤维的制备等方面。其它如超临界流体色谱技术、超临界流体膜分离技术、超临界流体络合萃取技术等,因为其大大提高产物分析的实用性和高效性,实用性强等特点,已成为我国大力研究开发的重点。除上述强化方法外,还有诸如采用高压电场、利用磁场强化、增加流量、搅拌及采用流动床等方法。这些方法的使用都能提高超临界流体的萃取能力和增加产率,降低操作压力,缩短萃取时间,降低能耗等。3超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术的工业化应用关键在于设备。超临界高压萃取设备操作压力高、开关频繁,缺乏设计经验和有效的设计方法,密封元件无法反复使用,且国内尚无该种设备的设计、生产标准,无法大规模标准化生产,工业化发展受到了制约。尽管如此,我国目前仍在用心致力于该装置的研究开发。如温州市成药机有限公司与浙江大学合作开发的TH系列超临界CO2流体萃取装置可广泛用于制药、食品、香精香料等行业。此装置的萃取釜采用快开盖结构,可以快速启闭、自锁、快速提升。生产型装置的萃取釜盖的启闭均采用液压缸进行自动操作,工作效率有所提高,在快开盖机构中设置有安全联锁装置,可连续工作,并自动装料、自动出渣,方便可靠。采用计算机系统对整个工艺流程进行控制,根据工艺设定各项工艺参数,自动控制,自动调节并将其反馈给计算机进行储存等。国外在超临界流体萃取技术方面的研究和应用较我国来说相对成熟。例如美国ASI公司生产的Spe-edSFE-2/4超临界流体萃取装置,可独立控制各斧的流速,平行处理2个或者4个萃取斧,并且可以在线收集萃取物。又如美国SFT-1000超临界萃取/反应设备,其是一种全自动的超临界中试设备,实现了阀门自动化和节流器自动化,通过可编程逻辑控制器全自动操作。在过压保护方面,装置了安全膜和PLC安全联动装置,并且安装有内嵌式微处理器,可以控制所有温度、萃取时间、萃取模式、搅拌强度、操作压力等。4超临界流体萃取法超临界流体萃取技术克服了传统萃取法费时费力、回收率低、污染严重、操作繁琐等问题,特别是消除了有机溶剂对人体和环境的危害,被喻为“绿色环保技术”,具有广泛的应用前景。香料工业方面,此技术用于烟草脱烟碱、合成香料的分离