超临界流体萃取技术

史丽岩1史景明2张先海

［中图分类号］R943［文献标识码］A［文章编号］1810－5734(2010)9-0096-02

1引言

早在1879年，Hannay等就发现超临界流体（supercriticalfluid,SCF）具有显著的溶解能力，但超临界流体取（supercriticalfluidextraction,SFE）却是在近30年来迅速发展起来的一种分离技术［１，２］。

2超临界萃取的原理特点

2.1超临界流体萃取技术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。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和相对分子质量大小不同的成分萃取出来。

2.2SFE的萃取速率和范围更为扩大，具有以下特点：

2.2.1超临界萃取兼有精馏和液液萃取的某些特点。

2.2.2超临界流体的萃取能力取决于流体密度，因而可方便地通过调节温度和压力来控制,这对保证产品质量的稳定是非常有利的。

2.2.3萃取剂可循环使用，其分离与回收方法远比精馏和液液萃取简单，且能耗较低。

2.2.4超临界流体萃取的操作温度与萃取剂的临界温度有关。

3超临界萃取的主要影响因素

3.1萃取压力

萃取压力是SC-CO2萃取的最重要工艺参数之一。不同原料在不同超临界条件下的溶解度曲线表明，萃取物在SC-CO２中的溶解度与SC-CO２的密度密切相关，而萃取压力是改变超临界流体对物质溶解能力的重要参数，这种溶解度与萃取压力的关系构成SC-CO２流体萃取过程的基础［３，４］。

3.2萃取温度

萃取温度是影响SC-CO２密度的另一个十分重要的参数，对SC-CO２流体萃取过程的影响要复杂得多。在一定萃取压力下，萃取温度对植物萃取的影响有两种趋势：一是随温度的升高，收率逐渐增加，当超过一定温度时，又逐渐下降，这种情况在萃取压力较高时出现。

3.3萃取时间

实验表明，萃取时间越长，萃取率越高。在萃取的初始阶段，萃取率增加显著；但随着萃取时间的延长，萃取率增长缓慢，存在一个经济时间的终点，且萃取的选择性也下降。为降低成本，提高设备效率，综合考虑萃取时间一般为1-3h。

3.4CO２流

CO２流量的变化对SC-CO２萃取有两个方面的影响。一方面，CO２流量增加，可增大萃取过程的传质推动力，也相应地增大了传质系数，使传质速率加快，较快达到平衡溶解度，从而提高萃取能力，缩短萃取时间;但另一方面，CO２流量过大，会造成萃取器内CO２流速增加，使CO２停留时间缩短，从而使CO２与被萃取物接触的时间减少，不利于萃取率的提高，增加生产成本［５］。

3.5夹带剂

由于纯CO２本身的非极性特点，大大限制了其应用范围。加入夹带剂可以增加萃取率或改善选择性，并有效降低萃取压力。据文献报道［６］，当夹带剂的质量分数达到10

%时油脂萃率可以提高到97%左右。然而，夹带剂的用量必须是相对CO２流量而言的，其往往有一个最佳值，太大或太小都不好。

3.6原料物性的影响

原料的物性主要指含水量和粉碎粒度等。研究发现，物料的水分含量对超临界流体的萃取率有一定程度的影响。一定量的水分溶解在SC-CO２中，起到了夹带剂的作用，有利于萃取率和萃取速率的提高。在其他萃取条件相同的条件下，原料的粒度大小对SC-CO２萃取程有着重要的影响。

4超临界流体萃取技术在中药有效成分提取中的应用

4.1挥发油的SFE提取

由于挥发油成分极性小，分子量小且沸点低，在CO２流体中具有良好的溶解性能。应用超临界CO２萃取技术可以有效解决提取时挥发油成分不稳定的难题，如对郁金挥发油提取时，运用超临界萃取要比水提法高4倍［７］。

4.2生物碱的SFE提取

生物碱是生物体内一类含氮有机物的总称。在植物体中，生物碱往往和植物酸性成分结合成盐存在，只有少数碱性十分弱的可以以游离态存在，或以酯或酐的形式存在。一般使用夹带剂来进行提取,如从延胡索素中提取延胡索乙素,洋金花中提取东莨菪碱,马钱子中提取士的宁等,与传统提取方法相比,可大大减少酸或碱性试剂的用量,提取效率较高［８］。

4.3黄酮类化合物的SFE提取黄酮类化合物是指具有两个芳香环并成C12-C3-C6形式联结的一系列化合物。超临界CO２萃取对于黄酮类化合物是一种非常有效的提取分离方法。陶清等［９］研究了用超临界C２流体萃取竹叶黄酮，结果表明，用SFE大大提高萃取得率。

4.4皂苷类化合物的SFE提

皂苷类是具有复杂结构的大分子式化合物。采用超临界CO２萃取方法提取皂苷物质，以在较低的温度下，提取最高浓度的产品。罗登林等［１０］用超临界CO２流体萃取技人参皂苷的研究,结果表明该法具有速度快、收率高、提取完全等优点。

4.5醌类化合物的SFE提取

醌类化合物是一类分子中具有不饱和环二酮结构的有机化合物。研究表明，超临界流体萃取技术可用于中药中醌类化合物的提取。肖飞等［１１］以95%乙醇作夹带剂，利超临界CO２萃取技术提取大黄总蒽醌，结果表明超临界CO２萃取法具有速度快、收率高、后处理简单等优点。

5超临界萃取技术的展望

超临界萃取技术是一种符合当代绿色潮流的洁净的高效提取技术，超临界萃取技术在中药提取方面取代传统的提取分离技术确实具有诱人的应用前景。超临界萃取技术早已实现工业化，目前的趋势是向大规模、高附加值和套装工艺方向发展。

另外，超临界CO２萃取也存在着一些弊端：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。因此在今后的研究开发中，应充分考虑过程的经济性能，充分发挥该技术的固有优点，才能真正实现工业化应用。

参考文献

［１］何之源,付大友,李艳清.中药材活性成分提取技术的研究进展［J］.四川理工学院学报,2009,22(3):66.

［2］刘春海,陈亮.超临界CO２萃取技术在中药提取分离中的应用及产业化［J］.中国经贸导刊,2009,20(15):96.

［3］LIUWei,FUYujie,ZUGangyuan,et.SupercriticalcarbondioxideextractionofseedoilfromOpuntiadilleniiHaw.anditsantioxidantactivity［J］.FoodChemistry,2009,114(1):334-339.

［4］尹卓荣.超临界CO２萃取玉米胚芽油［J］.中国油脂,1996,21(5):34-35.

［5］KOHERM,HAERDIW,CHIISTENP,etal.ExtractionofartemisininandartemisimicacidfromArtemisianauaL.usingsupercriticalcarbondioxide［J］.JournalofChromatographyA,1997,785(1/2):353-360.

［6］高德永,林春绵.超临界CO２萃取花生油的研究［J］.浙江工业大学学报,1998,20(4):289-292.

［7］颜继忠,童胜强,陈钢.超临界萃取温郁金中的挥发油［J］.科学通报,2004,20(4):355-358.

［8］梁宝钻,张卫东,王军宪.亚东乌头总生物碱的超临界CO２萃取及含量测定［J］.中药材,2002,25(5):332-333.

［9］陶清,吕鉴泉.CO２超临界流体萃取法提取竹叶黄酮的研究［J］.湖北师范学院学报(自然科学版),2010,1(30):96-99.

［１0］罗登林,聂英,钟先锋,等.超声强化超临界CO２萃取人参皂苷的研究［J］.农业工程学报,2007,6(23):256-258.

［１1］肖飞,李卫民,李其凤.正交试验法优化SFE-CO２萃取大黄总蒽醌工艺探讨［J］.中国实验方剂学杂志,2009,4(15):34-36.