超临界流体萃取技术的发展及应用

广东化工

１０４

ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ＣＯＩＴＩ

２０１４年第１２期第４１卷总第２７８期

超临界流体萃取技术的发展及应用

韩玉刚，汪小舟＋

（荆楚理工学院化：［与药学院，湖北荆门４４８０００）

［摘要】超临界流体萃取技术（Ｓｕｐｅｒｅｒｉｔｉｅａｌｆｌｕｉｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，简称：ＳＦＥ）射ＩＪ用流体在超临界状态下具有选择性溶解能力的特性对不同的物料进行分离。超临界流体萃取技术在天然有机物质的提取方面有着巨大的优势。随着现代化工业工程技术的发展，超临界流体萃取技术在食品、石油、化工、医药等各个领域显示出广阔的发展前景。

［关键词】超临界流体：萃取技术：应用

［中图分类号］ＴＱ

【文献标识码］Ａ［文章编号－１１００７—１８６５（２０１４）１２—０１０４—０２

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ

Ｈａｎｇ

Ｙｕｇａｎｇ，ＷａｎｇＸｉａｏｚｈｏｕ＋

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭｅｄｉｃｉｎｅ，ＪｉｎｇｃｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｇｍｅｎ４４８０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｕｓｅｄ

ｔｏ

ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ＳＦＥ）ｉｓ

ａ

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ｎｅｗｔｙｐｅｏｆｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＴｈｅｆｌｕｉｄｉｎ

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ｓｔａｔｅｗｉｔｈｓｅｌｅｃｔｉｖｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｓ

ｓｅｐａｒａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｈｕｇｅａｄｖａｎｔａｇｅｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｎａｔｕｒａｌｏｒｇａｎｉｃ

ｍａｔｔｅｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｍｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＦＥｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｆｏｏｄ，ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，ｃｈｅｍｉｃａｌ，ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，ａｎｄｏｔｈｅｒｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄ：ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

超临界流体萃取技术的简介

超临界流体萃取技术（ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ，以下简称ＳＦＥ）是利用超临界流体的特殊性进行萃取的一种新型高效分离技

术。

１．１超临界流体

超临界流体（ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄ）指的是物质的一种特殊的流体状态。将处于气液平衡的物质升压升温时，热膨胀会引起液体

密度减小，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，气液两相的相界面就会消失，成为均相体系。

（１）液体的蒸发潜热为零，液体和气体的差别完全消失。

（２）超临界流体温度和压力的微小变化，可引起物质密度、扩散系数、粘度、溶解度等物理性质的显著变化，导致溶剂和溶质

的分离。

图１流体的相图

Ｆｉｇ１

Ｆｌｕｉｄｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ

（３）其密度接近于液体，具有很大的溶解性，能溶解出很多物

质。

（４）其粘度接近于普通气体，远小于液体，具有很强的扩散能力，其扩散系数比液体要大１００～１０００倍。

目前研究的超临界流体种类很多，主要有二氧化碳、水、甲苯、甲醇、乙烯、丙酮和氨等。

近年来主要还是以使用二氧化碳超临界流体居多，因为二氧化碳的临界状态易达到，它的临界温度（Ｔｃ＝３０．９８℃）接近室温，

分离釜

临界压力（Ｐｃ＝７．３７７ＭＰａ）也不高，具有很好的扩散性能，较低的表面张力，且无毒、无味、不易燃、价廉、易精制等特点。

超临界流体Ｃ０２具有一些独特的优点：操作范围广，便于调节；选择性好，可通过控制压力和温度，来改变溶解性能，有针对性地萃取所需成份；操作温度低；提取和分离一步完成；ＣＯ：无毒、无味、不燃、价廉易得，且可循环使用；萃取速度快，萃取效率高。

１．２超临界流体萃取的基本原理

超临界流体萃取正是利用超临界状态下的流体具有的高渗透能力和高溶解能力，在较高压力下，将溶质溶解在流体中，然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度，使溶解于超临界流

图２萃取装置流程简图

Ｆｉｇ．２

Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ

ＤｅｖｉｃｅＰｒｏｃｅｓｓ

将萃取原料装入萃取釜，采用二氧化碳为超临界溶剂，二氧

化碳气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过

程所需的压力（应高于二氧化碳的临界压力），同时调节温度，使其成为超临界二氧化碳流体。二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底

体中的溶质随其密度下降、溶解度降低而析出，从而实现特定溶

质的萃取。

１．３超临界流体萃取的装置及过程

部进入，与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需的化学成分。

含溶解萃取物的高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳

超临界萃取装置由下列部分组成：纯度为≥９９％的Ｃ０２气瓶、制冷装置、温度控显系统、压力控显系统、安全保护装置、携带剂罐、净化器、混合器、热交换器、贮罐、柱塞泵、萃取缸、分离器、精馏柱、电控柜、阀门、管件及柜架等组成。

临界压力以下进入分离釜ｆ又称解析釜），由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分，前

者为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环二氧化碳气体，经过热交换器冷凝成二氧化碳液体再循环使用。１４超临界流体萃取的特点

（１１操作温度低。能较好的使萃取物的有效成分不被破坏，不发生次生化，可在接近常温下完成萃取工艺，特别适合那些对热敏感应强、容易氧化分解成分的提取和分离。

［收稿日期】２０１４－０５－１６

［作者简介］＋为通讯作者：汪小ｆ日－（１９６６一），男，荆门人，硕士研究生，主要研究方向精细化工。

万方数据

２０１４年第１２期第４１卷总第２７８期

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（２）在高压、密闭、惰性环境中，选择性萃取分离天然物质精华。在最佳工艺条件卜，能将提取的成分几乎完全提出，从而大大提高了产品的收率和资源的利用率。

（３１萃取和分离合二为一，萃取工艺简单，效率高且无污染。１．５超临界流体萃取技术的影响因素银杏黄酮、紫杉醇、青嵩素、人参皂甙、马钱子碱、阿托品、甘草等的提取、精制。

２．３在化学工业方面的应用

超临界流体萃取技术用于脂肪族、芳香族、环烷族等同系物分离精制已取得了可喜的进展，还成功地用于己内酰胺、己二酸、

１．５．１萃取条件的影响

（１）萃取压力的影响

二甲基色胺等产品的脱水和回收有机溶剂特别是对于分离醇水共

沸物具有独特的优点，用于同收烷基铝等催化剂及活性碳再生方

萃取温度一定时，压力增大，流体密度增大，溶剂强度增强，溶剂的溶解度就增大。根据萃取压力的变化，可将ＳＦＥ分为３类：

（１）高压区的全萃取。高压时ＳＣＦ溶解能力强，可最大限度地溶解所有成；（２）低压临界区的萃取，仅能提取易溶解的成分，或除去

有害成分；（３）中压区的选择萃取，在高低压之间，可根据物料萃

取的要求，选择适宜的压力进行有效萃取。当压力增加到一定程度后，则溶解增加缓慢，这是由于高压Ｆ超临界相密度随压力变化缓慢所致。

（２１萃取温度的影响

面也有极好的效果。

生物碱是动植物中一类具有碱性的含氮物质。它们大多是极有价值的药物。中草药含有很多种生物碱，其疗效大多是由此而来。由于生物碱往往具有一定的极性，因此在萃取时也需加入少量极性溶剂作夹带剂，提高生物碱在超临界Ｃ０２中的溶解度，提高和维持萃取的选择性。

２．４在环境保护方面的应用

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；二是此技术呵以用于环境治理。由于该

温度对超临界流体溶解能力影响比较复杂，在一定压力Ｆ，

升高温度被萃取物挥发性增加．这样就增加了被萃取物在超临界气相中的浓度，从而使萃取量增人：但另一方面，温度升高，超

技术提取速度快、自动化程度高、溶质彳ｉ易被破坏等特点。使它

在某些特殊的环境研究及控制领域也得到应用，如：在超临界流体中进行化学反应及催化化学反应、气体抗溶提取、以及纸、纸

临界流体密度降低，从而使化学组分溶解度减小，导致萃取量减少。因此，在选择萃取温度时要综合这两个因素考虑。

（３）萃取时间的影响

在超临界流体萃取过程中，萃取剂流量一定时，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。随着萃取时间的力¨长，传质达到某种程度，则萃取速率增大，直到达到最大之后，山ｊ二待分离组分的减少，传质动力降低而使萃取速率降低。（４）Ｃ０２流量的影响

浆厂污水、污泥超临界水氧化处理等。

３超临界流体萃取技术的展望

超临界萃取作为一种全新的化工分离技术，也存在着一些弊端：分离过程在高压下进行，设备的一次性投资过大；萃取釜无

法连续操作，造成设备的时空产率较低：过程消耗指标过高。

迄今为止，有关超临界流体萃取过程的热力学及传质理论的研究还很不充分，其主要原因是高压条件下实验数据的测定比较困难。因此，应对现有的实验测试技术进行改进，以丰富和完善各种中药体系在超临界条件下的相平衡及传热、传质数据，并建

萃取剂的流量主要影响萃取时间。一般来说，收率一定时，

流量越大，溶剂、溶质问的传热阻力越小，则萃取的速度越快，

立描述超临界流体萃取过程的热力学和动力学模型，从而为超临

界流体萃取过程的设计和优化提供理论依据。

所需要的萃取时间越短，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。１．５．２物料性质的影响

粒度大小可影响提取回收率，减小样品粒度，可增加固体与

溶剂的接触面积，从而使萃取速度提高。不过，粒度如过小、过细，不仅会严重堵塞筛孔，造成萃取器出口过滤网的堵塞。物料的粒度影响萃取效果，一般情况下，粒度越小，扩散时间越短，有利于ＳＣＦ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，反而不利于萃取。

随着研究的进一步深入，超临界流体萃取理论的不断完善，待萃取物在超临界流体中的溶解度数据库的建立以及萃取范围的拓宽等，相信超临界萃取技术将成为未来首选的绿色分离技术之

参考文献

［１］廖传华，黄振仁．超临界流体与食品深加工［Ｍ】．北京：中国石化出版社．２００７：８１．

２超临界流体萃取技术的应用

２．１在食品工业方面的应用

［２］张昆，崔英德，卢蔚．有机溶剂在二氧化碳超临界流体萃取中的作用

【Ｊ］．现代化工，１９９８，４：２５—２７．

超临界流体萃取技术应用于食品中的研究有很多，如咖啡、红茶脱咖啡因，萃取啤酒花，萃取香辛料，萃取植物色素，植物油及其原料脱脂，萃取动物油脂，醇类饮料的软化脱色、脱臭，油脂的精炼和脱色，烟草的脱尼古丁等。

超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化，超临界ＣＯ，萃取技术采用的萃取剂具有无燃性、无化学反应、无毒、无

污染、无致癌性、安全性高、操作工艺简单及省时等优点，因此在食品工业中越来越受到重视。

超临界流体萃取技术得到较早大规模的工业化应用的是天然咖啡豆的脱咖啡因。

超临界萃取分离天然色素，不仅使用安全，而且常有一定的营养价值，深受消费者喜爱。２．２在医药工业方面的应用

［３】方岩雄，吕钱江，张永成，等．超临界二：氧化碳流体萃取分离技术［Ｊ］．精

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在医药工业中由于ＳＦＥ技术具有比传统分离技术的优点而备受关注，从动植物中提取有效成分仍然是目前在医药工业中的一个很重要的方面，在抗生素生产中的原料药的浓缩，精制：在脂质混合物中分离脂肪酸，脑磷脂甘油等；中草药有效成分的提取：

（本文文献格式：韩玉刚，汪小舟．超临界流体萃取技术的发展及应用［Ｊ］．广东化工，２０１４，４１（１２）：１０４—１０５）

万方数据

超临界流体萃取技术的发展及应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

韩玉刚， 汪小舟， Hang Yugang， Wang Xiaozhou荆楚理工学院化工与药学院,湖北荆门,448000广东化工

Guangdong Chemical Industry2014,41(12)

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