加工技术--超临界萃取技术5.ppt

超临界萃取技术在食品中的应用 吴立根 一、超临界萃取（SFE）技术的概述 超临界现象和研究已经有一个多世纪的历史，而超临界流体萃取技术在石油、化工、医药、食品、环保等领域中的应用是近30年才发展起来的。 20世纪60年代，随着超临界萃取装置的出现以及对超临界流体性质和萃取理论的初步了解，超临界萃取技术开始应用于化工、石油等工业领域。 SFE技术作为一种新的分离分析技术，该技术特别适用于提取易挥发和热敏物质，在食品、医药、化工、能源及环保等领域中得到了广泛的应用。 我国对超临界的研究开始于20世纪80年代初期，八五，九五期间，国家将超临界流体萃取技术列入重点攻关项目，已取得初步成果。已经从实验室走向工业化生产。 从目前的状况来看，SFE作为一项新的分离技术已为人们所公认，与传统的萃取、精馏等操作相比，操作过程易于调节，工作时温度低，压力不算太高，萃取效率高，有特殊的分离效能，同时易于分离，可能成为具有节能、环保意义的分离方法。 SFE在高附加值，热敏性，难分离物质的回收和微量杂质的脱除有其优越性，在医药、食品等工业中很有潜力。 1.概念 超临界萃取技术（supercritical fluid extraction,SFE）是利用超临界流体作为萃取溶剂，利用其特殊的物理化学性质对混合物进行萃取分离的一种高新技术。 超临界流体（Supercritical fluid,SCF），是指物质一种特殊流体状态，定义为处于临界温度，临界压力以上的单一均匀的流体。 将处于汽液平衡的物质升压升温时，热膨胀会引起液体密度减少，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。 物质存在着气体和液体两相均不能共存的固有状态，这个状态消失的点称为临界点（SCP），存在着物质的临界温度（TC）临界压力（PC）和临界密度。 在这个状态下，物质为非凝聚态的高密度流体，该流体的物理化学性质与非临界状态时相比具有以下一些特点。 (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、介电常数、扩散系数、黏度、溶解度的显著变化，导致溶剂和溶质的分离。 （3）其密度接近液体，具有很大的溶解性，能溶解许多物质。 （4）其黏度接近于普通气体，远小于液体，具有很强的扩散能力，其扩散系数要比液体大100-1000倍。 2.超临界流体的p-V-T特性 在食品工业中，常用的萃取剂是CO2,这主要因为CO2无毒,不易燃易爆,有较低的临界温度和临界压力,易于安全地从混合物中分离出溶质且价格低廉. 在稍高于临界点温度的区域内,压力稍有变化,即可引起密度的很大变化,这时超临界流体的密度已接近该物质的液体密度, 可想而知,超临界流体对液体或固体的溶解性也应与常规液体相当,但此时的状态仍为气态,因此,超临界流体具有高的扩散性，与液体溶剂萃取相比,其过程阻力大大降低了. 在临界点区域内,流体的密度随压力上升而迅速增加,在临界点CP,密度随压力的变化为无穷大. 3.超临界流体的传递性质 溶质在超临界流体中的溶解度是平衡性质,至于达到平衡所需的时间是萃取动力学范畴,这与超临界流体的传递性质有关. 从表中可以看到,超临界流体的密度接近于液体的密度,而黏度却接近普通气体,自扩散能力比液体大100倍. 超临界流体和常温下气体液体的物性比较 4.超临界流体的选择 用做超临界萃取剂的物质必须具备如下条件:化学性质稳定,对设备无腐蚀,临界温度接近室温或操作温度,不能太高或太低;操作温度应低于萃取对象的分解,变质温度,临界压力低,选择性高;对萃取对象的溶解度高;来源充足,价格便宜. 在食品工业中,以CO2作为超临界流体的应用最为广泛,利用CO2作为萃取剂主要有以下优势. 1.可以在35-40℃的条件下进行提取,操作条件温和,对有效成分的破坏少,能够防止热敏性物质的变质和挥发性物质的逸散. 2.由于CO2不具备可燃性,且萃取过程中不使用易燃易爆的有机溶剂,相对安全; 3.在CO2气体笼罩下进行萃取,萃取过程中不发生化学反应,又由于完全隔绝了空气中的氧,萃取物不会因氧化或化学变化而变质; 4.CO2无味,无臭,无毒,价格便宜,纯度高,容易取得,且能够循环利用,成本低. 5.CO2具有抑菌和保鲜作用; 6.CO2是比较容易提纯与分离的气体,因此萃取物几乎无溶剂残留,避免了溶剂对人体的毒害和对环境的污染; CO2超临界流体也有其缺点,即溶解度较小,萃取时溶剂用量较多,需要增加溶剂循环次数,因而增大了操作费用. 在超临界萃取加工时,若使用单一组分的纯气体,如CO2,二氧化硫,氯氟烃等,往往会遇到物料在超临界态流体中溶解度太低,选择性不高,溶解度对温度,压力变化不敏感等问题而使分离操作的能耗增加,时间延长,产品