环境样品前处理技术第四章 萃取技术

第四章萃取技术概述溶液萃取技术双水相萃取反胶团萃取技术超临界流体萃取其他萃取技术概念：萃取是利用溶质在互不混溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。根据参与溶质分配的两相不同分类液固萃取液液萃取萃取概念：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固-液萃取，也称浸取（Leaching）或浸出。应用：用温水从甜菜中提取蔗糖用乙醇从菌丝体中提取庐山霉素、曲谷霉素用有机溶剂从大豆、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、香料或色素日常生活中煎煮中药、泡茶叶等液-固萃取用溶剂从溶液中抽提物质叫液-液萃取，也称溶剂萃取。经典的液-液萃取指的是有机溶剂萃取液-液萃取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。应用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。液-液萃取一、基本概念

经典实验：四氯化碳萃取碘水中碘料液、萃取剂、原溶剂、溶质、萃取液、萃余液、分配系数、分离因素案例有机溶剂萃取发酵液中的青霉素具有50多年历史的华北制药以抗生素（特别是青霉素）生产而著称，目前华药主要抗生素原料药的生产技术指标均接近或超过国际水平，在国内处于领先地位；青霉素、阿莫西林等品种的产销量居世界前列。华药青霉素采取独特的溶媒萃取工艺，确保了低过敏率；注射用头孢唑林钠拥有从原料到制剂完整的产品生产链，做到了全过程质量控制；阿莫西林胶囊在国内率先申报并获批3年有效期，20亿粒的规模化生产带来了低成本优势。二、基本原理物理萃取溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡而进行萃取的分离过程。化学萃取利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相分配的过程。萃取剂与溶质之间的化学反应包括离子交换和络合反应等。化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂diluent

。萃取过程机理主要有以下四种类型：(1)简单分子萃取(物理萃取)(2)中性溶剂络合萃取(3)酸性阳离心交换萃取(4)离子络合萃取三、液-液萃取过程E－萃取相R—萃余相E，－脱去溶剂后的萃取相R，—脱去溶剂后的萃余相四、液-液萃取的基本流程工业萃取的流程混合分离溶剂回收混合器（如搅拌混合器）分离器（如碟片式离心机）溶剂回收装置（如蒸馏塔）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。

1.单级萃取流程萃取器分离器回收器FSRP（产物）使用一个混合器和一个分离器的萃取操作：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。

2.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。

混合分离器1混合分离器2混合分离器n料液溶剂萃取液萃余液萃余液萃取液萃取液萃余液溶剂溶剂多级逆流萃取流程的特点：料液走向和萃取剂走向相反，只在最后一级中加入萃取剂，萃取剂消耗少，萃取液产物平均浓度高，产物收率较高。工业上多采用多级逆流萃取流程。

混合分离器1混合分离器2混合分离器n料液产物＋溶剂萃余液萃余液废液溶剂多级逆流萃取五、液-液萃取的影响因素（一）萃取剂S的选择性（二）温度对液液萃取的影响（三）原溶剂pH值对液液萃取的影响（四）盐析作用对溶剂萃取的影响分配定律(表征萃取剂对溶质的萃取能力)是指在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度之比为一常数K，这个常数称为分配系数，即：

K＝萃取相浓度/萃余相浓度＝X／Y

应用条件：(1)稀溶液；(2)溶质对溶剂之互溶度没有影响；(3)必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。分配系数和分配因素分离因数若原来的料液中除溶质A以外，还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同，A和B就得到了一定程度的分离。如A的分配系数较B大，这样萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因数β来表征：

β＝KA／KBβ越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。有很大的萃取容量；良好的选择性；与被萃取的液相（通常是水相）存在一定的密度差，且粘度低、界面张力适中，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；价廉易得；安全性好，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。

（一）萃取剂的选择萃取剂的条件：一、萃取剂分子至少有一个萃取功能基，通过它与被萃取物结合形成萃合物，常见的萃取功能基是O、N、P、S等原子，其中以O原子为功能基的萃取剂最多。二、萃取剂分子中必须有相当长链的烃或芳烃，其目的是萃取剂及萃合物容易溶于有机溶剂，而难溶于水相。影响萃取操作的因素：温度pH值溶媒比盐分温度↑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↑无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相中的溶解度。盐分↑分配系数↑作业：实验青霉素的萃取与萃取率的计算

双水相萃取

过滤和离心依赖于被分离颗粒的尺寸或密度的差异，当希望收集微生物的细胞器、分离去除细胞碎片、提取和浓缩胞内物质时，普通的过滤和离心技术就显得力不从心了。溶剂萃取法难于应用于蛋白质分离。值得注意的是溶液的分相不一定完全依赖于有机溶剂，在一定条件下，水相也可以形成两相甚至多相。于是有可能将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中，从而完成分离任务。

1896年Beijerinck观察到当把明胶与琼脂或把明胶和可溶性淀粉的水溶液混合时，先得到一混浊不透明的溶液，随后分成两相，上相含有大部分明胶，下相含有大部分琼脂(或可溶性淀粉)。再如下图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得到两个粘稠的液层。

葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系

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。第二节双水相萃取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（85～95％），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。一、双水相基本原理什么是双水相？经研究发现，当一种亲水性高分子聚合物水溶液浓度达到一定值后，与另一种亲水性高分子聚合物的水溶液混合，可以形成互不相溶的两个相，即形成双水相系统。在双水相体系中，两相中水分均占很大比例，蛋白质两个水相中的溶解度有很大的差别。故可以利用双水相萃取分离蛋白质等亲水性生物物质。双水相是如何形成的呢？

双水相体系的形成主要是原因是高聚物之间的不相溶性。由于高聚物分子之间存在的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异，混合时就可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离的倾向也就越大。常用聚合物构成的双水相体系：聚乙二醇葡聚糖++聚乙二醇聚乙烯醇+羧甲基纤维素聚乙烯醇聚丙二醇甲氧基聚乙二醇+常用聚合物与无机盐构成的双水相体系：聚乙二醇磷酸钾++聚乙二醇磷酸铵+硫酸钠聚乙二醇聚乙二醇葡萄糖+某些有机物之间或有机物与无机盐之间，在水中以适当的浓度溶解后形成互不相溶的两相或多相水相体系，两相中水的含量都很高，如下图：由聚乙二醇6000与葡聚糖两种混合物形成的双水相体系示意图：双水相中蛋白质的分配其中K为分配系数，和分别为被分离物质在上相、下相的浓度。分配系数K等于物质在两相的浓度比,由于各种物质的K值不同,可利用双水相萃取体系对物质进行分离。其分配情况服从分配定律，分离效果由分配系数来表征。二、双水相萃取的优点

双水相萃取作为一种新型的分离技术，对生物物质、天然产物、抗生素等的提取、纯化表现出以下优势：

1.含水量高(70％--90％)，在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；2.分相时间短，自然分相时间一般为5min～15min；3.易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；4.操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行；

5.不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发物质，对人体无害；6.步骤简便，大量杂质可与固体物质一同除去。虽然该技术在应用方面已经取得了很大的进展，但几乎都是建立在实验的基础上，到目前为止还没能完全清楚地从理论上解释双水相系统的形成机理以及生物分子在系统中的分配机理。三、双水相萃取工艺流程双水相萃取技术的工艺流程主要由三部分构成：1）目的产物的萃取2）PEG循环3）无机盐的循环三步双水相萃取流程示意图不同聚合物，水相系统显示不同的疏水性，水溶液中聚合物的疏水性依下列次序递增：葡萄糖硫酸盐＜甲基葡萄糖＜葡萄糖＜羟丙基葡聚糖＜甲基纤维素＜聚乙烯醇＜聚乙二醇＜聚丙三醇，这种疏水性的差别对目的产物与相的相互作用是重要的。同一聚合物的疏水性随分子量增加而增加。四、影响双水相萃取的因素聚合物及其相对的分子量pH会影响蛋白质中可离解基团的离解度，因而改变蛋白质所带电荷和分配系数；另外，pH还影响系统缓冲物质磷酸盐的离解程度，从而影响分配系数。pH微小的变化有时会使蛋白质的K改变2～3个数量级。体系pH与蛋白质等电点相差越大，蛋白质在两相中分配越不均匀。2.pH的影响在PEG/Dex中，无机盐离子在两相中也有不同的分配(见表2-2)，因此在两相间形成电位差。由于各相要保持电中性，这对带电生物大分子，如蛋白质和核酸等的分配，产生很大的影响。一些无机离子的分配系数正离子分配系数K＋

负离子分配系数K－K＋

0.824I－

1.42Na＋

0.889Br－

1.21NH4＋

0.92Cl－

1.12Li＋

0.996F－

0.9123.离子环境对蛋白质在两相体系分配的影响由于亲水聚合物的多元醇或多糖结构保护了蛋白质，蛋白质在双水相中的稳定性增加，所以一般都可在室温下操作。而且室温时粘度较冷却时低，有助于相的分离并节约了能源开支。4.温度的影响目前已知的胞内酶约2500种，但投入生产的很少。原因之一是提取困难。胞内酶提取的第一步系将细胞破碎得到匀浆液，但匀浆液黏度很大，有微小的细胞碎片存在，欲将细胞碎片除去，过去是依靠离心分离的方法，但非常困难。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。五、双水相萃取的应用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。案例（一）分离和提纯各种蛋白质（酶）（二）提取抗生素和分离生物粒子（三）β-干扰素的提取（四）中草药成分的提取和分离

作业：双水相萃取分离酿酒酵母中延胡索酸酶

案例反胶团萃取分离螺旋藻藻蓝蛋白提取螺旋藻蓝藻蛋白质是天津市2008年重大科技攻关项目。在提取分离蓝藻蛋白质的工作中，采用了反胶团萃取技术。以CTAB/正戊醇-正辛烷为反胶团萃取剂，将该萃取剂与螺旋藻细胞破碎液混合萃取蓝蛋白。通过调整水相离子种类和强度，有机相中表面活性剂浓度和助溶剂浓度等条件因素，藻蓝蛋白萃取率可达96.3%，分配系数达到26.0，采用pH5.0,包含2mol/LKBr的反萃液反萃藻蓝蛋白，反萃取率可达90.6%。第三节反胶团萃取技术反胶团萃取技术的产生

传统的分离方法，如液-液萃取技术很难应用于对生化产品（如蛋白质、氨基酸、抗生素等）的提取与分离，原因在于这类物质多数不溶于非极性有机溶剂，或与有机溶剂接触后会引起变性和失活；而盐析、沉淀、层析、电泳等生化分离方法又不能实现连续和放大操作。因此，针对这两大难题，在20世纪70年代中期反胶团萃取技术就发展起来了。本质：液-液有机溶剂萃取特点：反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形成的反胶团（reversedmicelles），从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。分离速度快，具有提纯和浓缩作用2分离料液处理简单，操作方便

4选择性好、分离效率高

31分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率

33易放大，正萃和反萃同时进行5一、概述反胶团萃取的优点一、反胶团萃取的原理（一）反胶团的结构及形成表面活性剂的分子具有亲水基团和疏水基团疏水基团

亲水基团极性“头”水非极性的“核”非极性“尾”胶团：

表面活性剂的极性头部朝外，疏水的尾部朝内，中间形成非极性的“核”。反胶团：是指当向非极性溶剂中加入表面活性剂时，当表面活性剂的浓度超过临界胶团浓度（CMC）时，会在非极性溶剂内自发形成亲水头部向内、疏水尾部向外的具有极性内核的表面活性剂聚集体。与在水相中形成的微胶团方向相反，因此称为反胶团或反向胶团。胶团和反胶团的形成均是表面活性剂分子自聚集的结果，具有热力学稳定的有序构造。极性“头”有机溶剂极性的“核”非极性“尾”反胶团：

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”。

将表面活性剂分散到水相后，当其浓度超过一个特定值时，表面活性剂分子之间相互聚集形成微的颗粒，聚集的方式是亲水基团朝外，疏水基团向内，形成球装乳糜颗粒。在乳糜颗粒内部形成了亲脂性环境，类似于微型有机溶剂池塘。

水溶液微型有机池塘有机溶剂微型水池水溶液中的胶团微粒非极性有机溶剂中的反胶团微粒

通常反胶团的极性内核在溶解了水后在内核中形成“微水相”或“水池”，可以进一步溶解蛋白质、核酸、氨基酸等亲水性的生物大分子。胶团的屏蔽作用使这些物质不与有机溶剂直接接触，而“水池”的微环境又保护了生物物质的活性，从而达到了溶解和分离生物物质的目的。反胶团萃取

反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形成的反胶团（reversedmicelles），从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中。消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。二、反胶团体系的分类A、阴离子型。B、阳离子型。C、非离子型表面活性剂单一表面活性剂反胶团体系在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性剂（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠，简称AOT），AOT容易获得，它具有双链，形成反胶团时无需添加辅助表面活性剂且有较好的强度；它的极性基团较小，所形成的反胶团空间较大，有利于生物大分子进入。如TOMAC（氯化三辛基甲铵）、CTAB、DAP等。该体系适用于等电点较低的、相对分子量较大的蛋白质的分离。能形成更大的反胶团体系，能分离相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。能形成更大的反胶团体系，能分离相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。反胶团体系的分类（2）混合表面活性剂反胶团体系：是指两种或两种以上表面活性剂构成的体系，一般来说，混合表面活性剂反胶团对蛋白质有更高的分离效率。（3）亲和反胶团体系：是指除了有组成反胶团的表面活性剂以外，还有具有亲和特征的助剂，它的亲和配基与蛋白质有特异的结合能力，往往极少量亲和配基的加入就可使萃取蛋白质的选择性大大提高。三、反胶团萃取蛋白质的过程

由于反胶团内存在微水池，故可溶解氨基酸、脂肪和蛋白质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。因此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分离纯化，特别是蛋白质类生物大分子。水壳模型疏水区对于亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型，许多实验也证明了水壳模型的正确性。反胶团溶解作用的推动力

生物分子溶解于AOT等离子型表面活性剂反胶团相的推动力有：

（1）表面活性剂与蛋白质的静电相互作用；

（2）反胶团与生物分子间的空间排阻作用；

（3）疏水性相互作用。

（1）静电相互作用

反胶团萃取一般采用离子型表面活性剂制备反胶团相，因此这些表面活性剂所形成的反胶团内表面带有负电荷或正电荷。当改变水相pH值可使蛋白质表面带正电荷(pH<pI)或负电荷(pH>pI)，通过与表面活性剂发生强烈的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。

理论上，当溶质所带电荷与表面活性剂相反时，由于静电引力的作用，溶质易溶于反胶团，静电引力越大溶解率或分配系数较大，反之，则不能溶解到反胶团相中。（2）空间排阻作用（3）疏水相互作用五.影响反胶团萃取生物分子的主要因素水相pH值的影响水相离子强度的影响助表面活性剂的影响温度等

（1）水相pH值的影响表面活性剂的极性头朝向反胶团的内部，使反胶团的内壁带有一定的电荷，而蛋白质是一种两性电解质，通过改变水相pH值可改变蛋白质的表面电荷。当蛋白质所带电荷与反胶团内所带电荷的性质相反时，由于静电引力，可使蛋白质转移到反胶团中。通过改变水相pH，由于静电斥力，可使蛋白质从反胶团相反萃取到水相中。（2）水相离子强度的影响

a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度，降低了蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。b：减小了表面活性剂极性头之间的相互斥力，使反胶团变小。这两方面的效应都会使蛋白质分子的溶解性下降，甚至使已溶解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。

（3）助表面活性剂的影响蛋白质的分子量往往很大，超过几万或几十万，使表面活性剂形成的反胶团的大小不足以包容大的蛋白质，而无法实现萃取，此时加入一些非离子表面活性剂，使它们插入反胶团结构中，就可以增大反胶团的尺寸，溶解相对分子质量较大的蛋白质。

（1）萃取蛋白质：利用反胶团萃取技术处理蛋白质或其混合物，包括α-淀粉酶、细胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、过氧化氢酶等。

例：浓缩α-淀粉酶、分离蛋白质混合物（2）日化行业中用于化妆品原料及功能性添加剂（植物油、氨基酸、维生素）的提取。（3）在药物中的应用：主要是对各种蛋白质、抗体、抗生素的萃取。反胶团萃取技术的应用浓缩α-淀粉酶实验流程以TOMAC/异辛烷反胶团体系，将产物浓缩了8倍1、连续萃取-反萃取浓缩α-淀粉酶2、多步混合/澄清萃取法-----反胶团萃取分离核糖核酸酶、细胞色素C和溶酶菌等三种蛋白质的工艺过程。研究进展

反胶团萃取分离技术工艺流程简单，可实现规模化连续操作，分离效率高且能耗低，但目前还没有合适的分离设备应用于生物产品分离，这在一定程度上限制了其工业应用。与传统分离方法相比，反胶团萃取技术是一个相对年轻的领域，相信随着研究的深入反胶团技术的应用将更加广泛。第四节超临界萃取技术雅诗兰黛旗下的第一款中性香水“木之魂”。香调：木香调前调：牡丹、粉红胡椒中调：拉格斯玫瑰、埃及茉莉、普罗旺斯含羞草、摩洛哥鸢尾花、依兰后调：广藿香、皮革、印尼安息香、沉香、愈创木、覆盆子、SFE雪松精华（采用最新SFE超临界流体萃取法制得的一种浓郁而平和的雪松精华液，首次在香水中使用。）超临界流体萃取的概念超临界流体萃取(简称SFE)是用超临界条件下的流体作为萃取剂，由液体或固体中萃取出所需成分，然后再采用升温、降压或两者兼用的手段将超临界流体与萃取组分分开，达到提取分离的目的。在超临界状态下的流体，具有接近于液体的密度和类似于液体的溶解能力，同时还具有类似于气体的高扩散性、低粘度、低表面张力等特性。因此SCF具有良好的溶剂特性，很多固体或液体物质都能被其溶解。常用的SCF有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等．其中以二氧化碳最为常用。由于SCF在溶解能力、传递能力和溶剂回收等方面具有特殊的优点，而且所用溶剂多为无毒气体，避免了常用有机溶剂的污染问题。早在100多年前，人们就观察到临界流体的特殊溶解性能，但在相当长时间内局限于实验室研究及石油化工方面的小型应用。直到20世纪70年代以后才真正进入发展高潮。1978年召开了首届专题讨论会，1979年首台工业装置投入运行，标志着超临界萃取技术开始进入工业应用。1879年Hanney和Hogarth发表了他们研究非挥发性无机盐，如氯化钴、碘化钾、溴化钾等在超临界乙醇中的溶解现象。1905年，Buchner首先研究了萘在超临界CO2中的溶解。接着人们研究了蒽、菲、樟脑苯甲酸等挥发性有机物在超临界CO2、甲烷、乙烷、乙烯、三氟甲烷等中的溶解现象。1955年，Todd和Eling提出超临界流体用于分离的理论，同时出现了相关的专利。20世纪70年代的能源危机，使节能成为热点。无相变的超临界流体萃取迅速发展起来，人们期待用SFE分离醇和水的混合物，替代高能耗的精馏。1978年，德国建成了超临界流体萃取咖啡因的工业化装置；1979年，美国的Kerr—McGee开发了超临界流体处理渣油的工业化装置。1982年，德国建成超临界CO2萃取啤酒花的大型装置，年处理5000吨；我国在八十年代开始超临界流体萃取研究，国家在“八五”期间进行产业化攻关。1994年，广州南方面粉厂从德国伍德（UHDE）公司进口一套萃取器为300升的超临界萃取装置，生产小麦胚芽油。现在最大的生产装置，萃取器体积为1500升。超临界萃取之所以受到青睐，是由于它与传统额液-液萃取或浸取相比，有以下优点：

①萃取率高；②产品质量高；③萃取剂易于回收；④选择性好。

一、超临界流体（一）超临界流体所谓超临界流体（SCF），是指一类压强高于临界压强Pc，温度高于临界温度Tc的流体，这种流体既不是液体，也不是气体，是一类特殊的流体。表1超临界流体的物性及与普通流体物性的比较

表1将超临界流体的这些物性与气体、液体的相应值作了比较。从表中可以看出：

①超临界流体的密度接近于液体密度，而比气体密度高得多。另一方面．超临界流体是可压缩的，但其压缩性比气体小得多；②超临界流体的扩散系数比液体的扩散系数高100倍，可以迅速渗透到物体内部溶解目标物质；③超临界流体的粘度接近于气体的粘度，而比液体粘度低得多。

（二）超临界流体的选择

并非所有溶剂都适宜用作超临界萃取，超临界萃取对溶剂有以下要求:①有较高的溶解能力，且有一定的亲水—亲油平衡；②能容易地与溶质分离，无残留，不影响溶质品质；③无毒，化学上为惰性，且稳定；④来源丰富，价格便宜；⑤纯度高。

在所研究的超临界物质中，只有几种适用于超临界萃取的溶剂：二氧化碳、乙烷、乙烯，以及一些含氟的氢化合物。其中最理想的溶剂是二氧化碳，它几乎满足上述所有要求，它的临界压强为7.38MPa，临界温度为31.16℃，扩散系数为液体的10倍，具有惊人的溶解能力；同时具有化学性质不活泼、无色、无味、无毒、安全性好、价格便宜、纯度高、容易获得等优点。目前几乎所有的超临界萃取操作均以二氧化碳为溶剂。①易挥发，易于与溶质分离；②粘度小，扩散系数高，有很高的传质速率；③只有分子量低于500的低分于化合物才易溶于二氧化碳；④中、低分子量的卤化物、醛、酮、酯、醇、醚易溶于二氧化碳；⑤极性有机物中只有低分子者才溶于二氧化碳；⑥脂肪酸和甘油三酯不易溶于二氧化碳，但单酯化作用可增加溶解度；⑦同系物中溶解度随分子量的增加而降低；⑧生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸、氯仿和大多数无机盐不溶于二氧化碳。其他主要特点是：

二、超临界萃取原理超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。当气体处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，粘度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍；因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。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。

三、超临界流体萃取的特点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.萃取温度低

CO2的临界温度为31.16℃。临界压力为7.38MPa，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、低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。3．无毒、无污染临界CO2流体常态下是气体，无毒，与萃取