超臨界二氧化碳萃取工藝技術(shù)

2024-09-08

超臨界流體萃取(superiticalfluid extraction,簡稱SCFE)技術(shù)，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種獨特、高效、清潔的新型分離精制的高新技術(shù)。超臨界流體技術(shù)，主要利用物質(zhì)在溫度和壓力處于臨界狀態(tài)下，流體具有的優(yōu)異的溶解能力和傳質(zhì)性能來對物質(zhì)進(jìn)行提取、分離、純化。目前該技術(shù)比較成熟的是超臨界二氧化碳萃取技術(shù)。近年來，超臨界流體萃取技術(shù)在我國發(fā)展極其迅速，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。

一、超臨界二氧化碳萃取的基本原理

任何一種物質(zhì)都存在3種相態(tài)——氣相、液相、固相。三相成平衡態(tài)共存的點叫三相點。液、氣兩相成平衡狀態(tài)的點叫臨界點。在臨界點時的溫度和壓力稱為臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)。不同的物質(zhì)其臨界點所要求的壓力和溫度各不相同。物質(zhì)狀態(tài)隨溫度和壓力的變化如圖4-15所示。

超臨界流體是指溫度和壓力均高于臨界點的流體，目前研究較多的超臨界流體是二氧化碳(CO₂),因其具有無毒、不燃燒、對大部分物質(zhì)不反應(yīng)、價廉等優(yōu)點，最為常用。在超臨界狀態(tài)下，CO₂流體兼有氣、液兩相的雙重特點，成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單一相態(tài)，即密度為氣體的數(shù)百倍，接近液體，黏度雖高于氣體但明顯低于液體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的100倍。因此，化學(xué)物質(zhì)在其中的遷移或分配均比在液體溶劑中快，而且，通常溶劑密度增大，溶質(zhì)的溶解度就增大，反之密度減少，溶質(zhì)的溶解度就減少。所以，將溫度或壓力進(jìn)行適當(dāng)變化，可使溶解度在100-1000倍的范圍內(nèi)變化，這一特性有利于從物質(zhì)中分別萃取不同溶解度的成分，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。

二、超臨界二氧化碳萃取法生產(chǎn)的設(shè)備

超臨界萃取裝置從功能上大體可分為八部分：萃取劑供應(yīng)系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、改性劑供應(yīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)。具體包括二氧化碳注入泵、萃取器、壓縮機(jī)、二氧化碳儲罐、冷水機(jī)等設(shè)備。超臨界二氧化碳萃取工藝流程如圖4-16所示。

由于萃取過程在高壓下進(jìn)行，所以對設(shè)備及整個管路系統(tǒng)的耐壓性能要求較高，生產(chǎn)過程實現(xiàn)微機(jī)自動監(jiān)控，可以大大提高系統(tǒng)的安全可靠性，并降低運行成本。超臨界萃取小型實驗設(shè)備和超臨界萃取生產(chǎn)設(shè)備如圖4-17、圖4-18所示。

三、超臨界二氧化碳萃取茶油工藝

超臨界二氧化碳萃取茶油是利用超臨界二氧化碳對茶油具有特殊溶解作用，利用超臨界二氧化碳的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對超臨界二氧化碳溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界二氧化碳與預(yù)處理后的油茶籽接觸，使其有選擇性地把油茶籽中的油脂及脂溶性物質(zhì)萃取出來，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取的油脂則完全或基本析出，達(dá)到提取茶油的目的。

超臨界二氧化碳萃取技術(shù)提取的茶油品質(zhì)指標(biāo)如表4-1所示。

表4-1顯示，超臨界二氧化碳萃取的茶油品質(zhì)較好，各項質(zhì)量指標(biāo)（除酸值、水分及揮發(fā)物外）均已達(dá)到一級壓榨成品茶油國標(biāo)(GB/T11765一2003)的要求（因超臨界二氧化碳萃取法提取茶油屬于新技術(shù)，現(xiàn)行的油茶籽油國標(biāo)沒有相應(yīng)的指標(biāo)要求)，而酸值、水分及揮發(fā)物可通過控制原料質(zhì)量達(dá)到要求。因此，超臨界二氧化碳萃取技術(shù)可高效提取茶油，提高茶油的品質(zhì)，減少精煉工序，縮短生產(chǎn)周期，降低中性油的損耗，提高成品油產(chǎn)率。

四、超臨界二氧化碳萃取法的特點

茶油的超臨界二氧化碳萃取法和普通的溶劑萃取法相比，具有以下幾個特點：

（1)可以在接近室溫(35-40℃)及C0₂氣體籠罩下進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持著油茶籽中的大部分營養(yǎng)成分，而且能把高沸點、低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)在其沸點溫度以下萃取出來。

（2)使用超臨界二氧化碳對茶油進(jìn)行萃取是最干凈的提取方法，由于全過程不用有機(jī)溶劑，因此萃取物絕無殘留溶劑，同時也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染，是100%的純天然加工過程。

(3)萃取和分離合二為一，當(dāng)飽和溶解物的CO₂-SCF流經(jīng)分離器時，由于壓力下降使得CO₂,與萃取物迅速成為兩相（氣液分離)而立即分開，不僅萃取效率高而且耗能較少，節(jié)約成本。

（4)C0₂是一種不活潑的氣體，萃取過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且屬于不燃性氣體，無味、無臭、無毒，故安全性好。

(5)C0₂價格便宜，純度高，容易取得，且在生產(chǎn)過程中能循環(huán)使用，從而降低成本。

(6)壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)。通過改變溫度和壓力達(dá)到萃取的目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離。因此工藝簡單易掌握，而且萃取速度快。

利用超臨界二氧化碳提取茶油，產(chǎn)品質(zhì)量好，得率較高，但工藝設(shè)備要求高，一次性投資大，成本高。

茶油亞臨界流體萃取工藝技術(shù)

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