逐個回答,先來說什麼是超臨界萃取技術
超臨界萃取是利用超臨界流體作為在臨界溫度和臨界壓力附近具有特殊效能的溶劑進行萃取的一種分離方法。
當氣體溫度超過某一特定值後,無論多高的壓力,均不能使氣體液化,該特定溫度叫做臨界溫度。在臨界溫度下,使氣體液化所需的最低壓力叫做臨界壓力。與臨界壓力、臨界溫度對應的密度叫做臨界密度,這一狀態點稱為臨界點。物質在臨界點的特徵是氣液兩相介面消失而成為一種均相體系,蒸氣和液體的密度沒有差別,而且體系的汽化熱和表面張力也均等於零。
所謂超臨界流體就是指高於臨界溫度和臨界壓力,處於臨界點之上的流體,這種流體既不同於液體也不同於氣體,它具有獨特的性質,兼有氣體和液體的優點:超臨界流體的密度接近於該物質的正常液體密度,而且在臨界點附近,壓力和溫度的微小變化將會引起流體密度發生顯著改變;其黏度與該物質的氣體黏度相當,其擴散係數大於一般的液體,具有良好的傳質特性。
超臨界萃取技術就是利用超臨界流體的特點,將混合物系中的待測物質溶解並從中分離出來。
超臨界萃取的基本原理
超臨界萃取分離是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關係,即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。利用這種特性,只需改變萃取劑流體的壓力,就可以把混合物中的不同組分按它們在流體中溶解度大小的不同,先後萃取分離出來。
在低壓下溶解度大的物質先萃取,隨著壓力增加,難溶物質也逐漸與溶劑分離。所以在程序升壓下進行超臨界萃取,不但可以萃取組分,同時也可以起到分離的作用。溫度的變化也會改變超臨界流體萃取的能力,它體現在影響萃取溶劑的密度與溶質的蒸氣壓兩個方面·在低溫區(仍在臨界溫度之上),溫度升高降低流體密度,而溶質蒸氣壓增加不多,此時萃取劑的溶解能力降低,使溶質從流體萃取劑中析出;溫度進一步升高到高溫區時,雖然萃取劑密度進一步降低,但溶質蒸氣壓迅速增加起了主要作用,因而揮發度提高,萃取效率不但不減反而有增大的趨勢·除壓力與溫度外在超臨界流體中加人少量其他溶劑也可以改變它對溶質的溶解能力。
超臨界萃取技術的優點
常用的超臨界流體有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等,以二氧化碳為例:31.0℃,7.38MPa時,具有化學性質不活潑、不易與溶質反應,無毒、無臭、無味,不會有二次汙染,純度高,價格合適的優點,特別是不用加熱,極適用於萃取熱敏性物質,如深海金槍魚油,常用中草藥等;但是因為於二氧化碳的極性很低,只能用於萃取低極性和非極性化合物,對於極性較大的化合物則不適用。
由於超臨界流體在常溫或者不太高的溫度下選擇性地溶解的性質,適用於提取熱敏性物質及易氧化物質,是超臨界萃取技術優於精榴和液一液萃取之處,它具有以下的優點。
(1)具有廣泛的適應性:由於超臨界流體溶解度特異增高的現象普遍存在,只要選擇適當的溶劑、超臨界爍力及溫度,利用不同物質溶解度的差異,在理論上就可作為一種普遍、高效的萃取分離方法。
(2)萃取效率高,過程易於調節:超臨界流體兼具氣體和液體的特性,既有液體的溶解能力,又有氣體良好的流動性、揮發性和傳遞效能,因而萃取效率較單一相溶劑高。由於在臨界點附近,少量改變壓力和溫度,就可能顯著改變流體的溶解能力,從而易於調節和控制分離過程。
(3)分離工藝流程簡單:主要由萃取器和分離器二部分組成,不需要溶劑回收裝置,與傳統分離工藝相比不但流程簡化,節省能耗,而且能消除溶劑殘留物的汙染。
(4)有些分離過程可在接近室溫下完成(如二氧化碳、乙烷等溶劑),特別適用於熱敏性和化學不穩定性天然成分的分離。分離過程必須在高壓下進行,裝置及工藝技術要求高,投資比較大,普及應用較為困難,這是一個遺憾。
超臨界萃取技術的應用範圍
目前超臨界流體萃取在石油工業、醫藥工業、食品工業、化妝品香料工業、煤炭工業等方面得到了廣泛的重視、已用於從咖啡中提取咖啡因,從呷酒花中提取有效成分,從大豆中提取豆油,從菸草中提取尼古丁以及從動植物體中提取其他有用成分等。
(1)提取生物活性物質
從動、植物中提取有效藥物成分是目前超臨界流體萃取在醫藥工業中應用較多的一個方面。文獻報道用寸E一C02提取藥用植物中的有效成分包括從黃芩根、西番蓮葉、紫草中萃取貝加因、類黃酮、萘醌色素等幾十種。從各種動物中提取藥物成分也得到了較多的研究,如有報道成功地從多種魚油中提取具有較高藥用價值和營養價值的EPA和DHA。
超臨界萃取在提取氨基酸與蛋白質等方面也有研究在對溶菌酶所做的實驗中,發現超臨界狀態對蛋白質結構變化影響不大,從向進一步展示出超臨界流體技術在蛋白質分離和加工中應用的可能性。
(2)超臨界流體萃取除雜
用傳統提取方法得到的藥物或藥物的粗產品中常含有機溶劑和有害成分,而傳統的除雜純化方法不僅費時費力,成本高,而且很難達到現代藥物的高純度要求。純一氧化碳提取本身不存在溶劑殘留問題,用超臨界二氧化碳選擇性提取技術可以有效地去除其他殘留溶劑和有害成分。
例如,在生產硫酸鏈黴素時,可以利用超臨界界C02萃取去除甲醇等有機溶劑,面且不會降低藥效。超臨界流體萃取還可以去除具有腥、臭味等異味的雜質,不僅提高了產品的質量和純度.還可以延長產品的存放時間,拓寬產品的應用領域。
(3)超界流休結晶技術
超臨界流體結晶的過程可透過兩種方法來實現,即快速膨脹法與抗溶劑法。
逐個回答,先來說什麼是超臨界萃取技術
超臨界萃取是利用超臨界流體作為在臨界溫度和臨界壓力附近具有特殊效能的溶劑進行萃取的一種分離方法。
當氣體溫度超過某一特定值後,無論多高的壓力,均不能使氣體液化,該特定溫度叫做臨界溫度。在臨界溫度下,使氣體液化所需的最低壓力叫做臨界壓力。與臨界壓力、臨界溫度對應的密度叫做臨界密度,這一狀態點稱為臨界點。物質在臨界點的特徵是氣液兩相介面消失而成為一種均相體系,蒸氣和液體的密度沒有差別,而且體系的汽化熱和表面張力也均等於零。
所謂超臨界流體就是指高於臨界溫度和臨界壓力,處於臨界點之上的流體,這種流體既不同於液體也不同於氣體,它具有獨特的性質,兼有氣體和液體的優點:超臨界流體的密度接近於該物質的正常液體密度,而且在臨界點附近,壓力和溫度的微小變化將會引起流體密度發生顯著改變;其黏度與該物質的氣體黏度相當,其擴散係數大於一般的液體,具有良好的傳質特性。
超臨界萃取技術就是利用超臨界流體的特點,將混合物系中的待測物質溶解並從中分離出來。
超臨界萃取的基本原理
超臨界萃取分離是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關係,即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。利用這種特性,只需改變萃取劑流體的壓力,就可以把混合物中的不同組分按它們在流體中溶解度大小的不同,先後萃取分離出來。
在低壓下溶解度大的物質先萃取,隨著壓力增加,難溶物質也逐漸與溶劑分離。所以在程序升壓下進行超臨界萃取,不但可以萃取組分,同時也可以起到分離的作用。溫度的變化也會改變超臨界流體萃取的能力,它體現在影響萃取溶劑的密度與溶質的蒸氣壓兩個方面·在低溫區(仍在臨界溫度之上),溫度升高降低流體密度,而溶質蒸氣壓增加不多,此時萃取劑的溶解能力降低,使溶質從流體萃取劑中析出;溫度進一步升高到高溫區時,雖然萃取劑密度進一步降低,但溶質蒸氣壓迅速增加起了主要作用,因而揮發度提高,萃取效率不但不減反而有增大的趨勢·除壓力與溫度外在超臨界流體中加人少量其他溶劑也可以改變它對溶質的溶解能力。
超臨界萃取技術的優點
常用的超臨界流體有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等,以二氧化碳為例:31.0℃,7.38MPa時,具有化學性質不活潑、不易與溶質反應,無毒、無臭、無味,不會有二次汙染,純度高,價格合適的優點,特別是不用加熱,極適用於萃取熱敏性物質,如深海金槍魚油,常用中草藥等;但是因為於二氧化碳的極性很低,只能用於萃取低極性和非極性化合物,對於極性較大的化合物則不適用。
由於超臨界流體在常溫或者不太高的溫度下選擇性地溶解的性質,適用於提取熱敏性物質及易氧化物質,是超臨界萃取技術優於精榴和液一液萃取之處,它具有以下的優點。
(1)具有廣泛的適應性:由於超臨界流體溶解度特異增高的現象普遍存在,只要選擇適當的溶劑、超臨界爍力及溫度,利用不同物質溶解度的差異,在理論上就可作為一種普遍、高效的萃取分離方法。
(2)萃取效率高,過程易於調節:超臨界流體兼具氣體和液體的特性,既有液體的溶解能力,又有氣體良好的流動性、揮發性和傳遞效能,因而萃取效率較單一相溶劑高。由於在臨界點附近,少量改變壓力和溫度,就可能顯著改變流體的溶解能力,從而易於調節和控制分離過程。
(3)分離工藝流程簡單:主要由萃取器和分離器二部分組成,不需要溶劑回收裝置,與傳統分離工藝相比不但流程簡化,節省能耗,而且能消除溶劑殘留物的汙染。
(4)有些分離過程可在接近室溫下完成(如二氧化碳、乙烷等溶劑),特別適用於熱敏性和化學不穩定性天然成分的分離。分離過程必須在高壓下進行,裝置及工藝技術要求高,投資比較大,普及應用較為困難,這是一個遺憾。
超臨界萃取技術的應用範圍
目前超臨界流體萃取在石油工業、醫藥工業、食品工業、化妝品香料工業、煤炭工業等方面得到了廣泛的重視、已用於從咖啡中提取咖啡因,從呷酒花中提取有效成分,從大豆中提取豆油,從菸草中提取尼古丁以及從動植物體中提取其他有用成分等。
(1)提取生物活性物質
從動、植物中提取有效藥物成分是目前超臨界流體萃取在醫藥工業中應用較多的一個方面。文獻報道用寸E一C02提取藥用植物中的有效成分包括從黃芩根、西番蓮葉、紫草中萃取貝加因、類黃酮、萘醌色素等幾十種。從各種動物中提取藥物成分也得到了較多的研究,如有報道成功地從多種魚油中提取具有較高藥用價值和營養價值的EPA和DHA。
超臨界萃取在提取氨基酸與蛋白質等方面也有研究在對溶菌酶所做的實驗中,發現超臨界狀態對蛋白質結構變化影響不大,從向進一步展示出超臨界流體技術在蛋白質分離和加工中應用的可能性。
(2)超臨界流體萃取除雜
用傳統提取方法得到的藥物或藥物的粗產品中常含有機溶劑和有害成分,而傳統的除雜純化方法不僅費時費力,成本高,而且很難達到現代藥物的高純度要求。純一氧化碳提取本身不存在溶劑殘留問題,用超臨界二氧化碳選擇性提取技術可以有效地去除其他殘留溶劑和有害成分。
例如,在生產硫酸鏈黴素時,可以利用超臨界界C02萃取去除甲醇等有機溶劑,面且不會降低藥效。超臨界流體萃取還可以去除具有腥、臭味等異味的雜質,不僅提高了產品的質量和純度.還可以延長產品的存放時間,拓寬產品的應用領域。
(3)超界流休結晶技術
超臨界流體結晶的過程可透過兩種方法來實現,即快速膨脹法與抗溶劑法。