超臨界流體萃取（supercritical fluidextraction，簡稱SFE）是指利用超臨界流體在超臨界狀態(tài)下對溶質(zhì)有很高的溶解能力而在非超臨界狀態(tài)下對溶質(zhì)的溶解能力又很低的特性，從液體或固體中萃取出特定成分，以達(dá)到提取和分離的過程。下面隨賢集網(wǎng)小編一起來了解下超臨界CO2 流體萃取技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用、過程及影響因素。
任何一種純物質(zhì)，隨著溫度、壓力的變化，都會相應(yīng)的呈現(xiàn)為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)這三種狀態(tài)，稱為物質(zhì)的三態(tài)。三態(tài)之間互相轉(zhuǎn)化的溫度和壓力值叫做三相點(diǎn)，每種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)都具有一個(gè)固有的臨界點(diǎn)，即在該溫度和壓力情況下物質(zhì)的密度與其處于液態(tài)時(shí)密度相接近，但又保留了氣體的特質(zhì)。當(dāng)溫度和壓力超過了臨界點(diǎn)的溫度和壓力時(shí)，該物質(zhì)就進(jìn)入了超臨界狀態(tài)，超臨界狀態(tài)下的物質(zhì)既非氣體又非液體的狀態(tài)，叫做超臨界流體。
超臨界CO2 流體萃取技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用、過程及影響因素
可以作為超臨界流體的物質(zhì)雖然很多，但從廉價(jià)易得、臨界溫度和壓力較低、蒸發(fā)潛熱較低、安全環(huán)保等方面考慮，僅有極少數(shù)的溶劑符合要求。臨界溫度在0~100℃以內(nèi)、臨界壓力在2~10MPa 以內(nèi)且蒸發(fā)潛熱較小的物質(zhì)有二氧化碳（TC31.1℃、Pc7.15MPa、蒸發(fā)潛熱25.25kJ/mol）、丙烷（TC96.8℃、Pc4.12MPa、蒸發(fā)潛熱15.1kJ/mol）。考慮到廉價(jià)易得、使用安全等因素，所以二氧化碳被作為很適合用作于萃取的超臨界流體。
超臨界流體的密度對溫度和壓力的變化非常敏感，同時(shí)它的溶解能力在一定壓力范圍內(nèi)與其密度成比例，因此可以通過控制溫度和壓力來改變物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度，特別是在臨界點(diǎn)附近，溫度和壓力的微小變化可導(dǎo)致溶質(zhì)溶解度發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級的突變，這就為SFE 技術(shù)可行性提供了研究基礎(chǔ)。
超臨界CO2 萃取過程及其影響因素
超臨界CO2 萃取的工藝流程是根據(jù)不同的萃取對象和為完成不同的工作任務(wù)而設(shè)置的。如圖為較簡單的工藝流程，主要分為提取段和分離段，其中提取段指溶質(zhì)由原料轉(zhuǎn)移至二氧化碳流體過程，分離段指溶質(zhì)和二氧化碳分離及不同溶質(zhì)間的分離。在超臨界二氧化碳萃取的實(shí)際操作過程中會受到很多因素的影響，而導(dǎo)致我們采用不同的萃取工藝流程。這些影響主要有：
（1）萃取壓力的影響
萃取壓力是SFE 重要的參數(shù)之一，萃取溫度一定時(shí)，壓力增大，流體密度增大，溶劑強(qiáng)度增強(qiáng)，溶劑的溶解度就增大。對于不同的物質(zhì)，其萃取壓力有很大的不同。
（2）萃取溫度的影響
溫度對超臨界流體溶解能力影響比較復(fù)雜，在一定壓力下，升高溫度被萃取物揮發(fā)性增加，這樣就增加了被萃取物在超臨界氣相中的濃度，從而使萃取量增大；但另一方面，溫度升高，超臨界流體密度降低，從而使溶解度減小，而導(dǎo)致萃取量降低。因此，在選擇萃取溫度時(shí)要綜合這兩個(gè)因素考慮。
（3）原料粒度的影響
原料粒度大小可影響提取回收率，減小原料粒度，可增加固體與溶劑的接觸面積，從而使萃取速度提高。不過，粒度如過小、過細(xì)，不僅會嚴(yán)重堵塞篩孔，造成萃取器出口過濾網(wǎng)的堵塞。
（4）CO2 流量的影響
CO2 的流量的變化對超臨界萃取有兩個(gè)方面的影響。CO2 的流量太大，會造成萃取器內(nèi)CO2 流速增加，CO2 停留時(shí)間縮短，與被萃取物接觸時(shí)間減少，不利于萃取率的提高。但另一方面，CO2 的流量增加，可增大萃取過程的傳質(zhì)推動力，相應(yīng)地增大傳質(zhì)系數(shù)，使傳質(zhì)速率加快，從而提高SFE 的萃取能力。因此，合理選擇CO2 的流量在SFE 中也相當(dāng)重要。
（5）夾帶劑的選擇
超臨界流體萃取的溶劑大多數(shù)是非極性或弱極性，對親脂類物質(zhì)的溶解度較大，對較大極性的物質(zhì)溶解度較小。針對這一問題，在純的超臨界CO2 中加入一定量的極性成分（即夾帶劑）可顯著地改變超臨界CO2 流體的極性，拓寬其適用范圍。
超臨界CO2 萃取技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
超臨界CO2 作為在萃取技術(shù)現(xiàn)今使用廣泛的流體，并不僅僅是因安全、無毒、廉價(jià)等特性，而是因?yàn)楹统Ｒ?guī)萃取方法比較，超臨界CO2 萃取具有如下的顯著優(yōu)點(diǎn)：
（1）操作接近室溫（34～39℃），整個(gè)萃取過程在CO2 氣體籠罩下，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和降解。能完整的保留生物活性，而且能把高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性、易熱解的物質(zhì)在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度下萃取出來；
（2）是綠色的提取方法，全過程不含有機(jī)溶劑，因此萃取物無溶劑殘留，從而防止了提取過程中對人體有害物的存在和對環(huán)境的污染，保證了100%的純天然；
（3）萃取和分離合二為一，當(dāng)飽含溶解物的CO2 流體進(jìn)入分離器時(shí)，經(jīng)過調(diào)節(jié)壓力或溫度，使得CO2 與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不僅萃取的效率高而且能耗較少，提高了生產(chǎn)效率也降低了費(fèi)用成本；
（4）CO2 是一種惰性氣體，萃取過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且屬于不燃性氣體，無味、無臭、無毒、安全性非常好；
（5）萃取能力強(qiáng)，提取率高；提取時(shí)間快，生產(chǎn)周期短。
（6）壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)，只通過改變萃取溫度和壓力就可以達(dá)到萃取的目的，改變分離壓力或溫度就可以達(dá)到分離的目的，因此工藝簡單容易掌握，而且萃取的速度快。
（7）超臨界CO2 還具有抗氧化、滅菌作用，有利于保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量；當(dāng)然，超臨界CO2 萃取技術(shù)也不是一種萬能的萃取技術(shù)，同其他任何技術(shù)一樣，也有其適用的范圍。我們需要根據(jù)其對不同物質(zhì)的溶解能力的大小來確認(rèn)是否適合采用。
一般來說，超臨界CO2 對不同物質(zhì)的溶解能力存在以下的規(guī)律：
（a）親脂性、低沸點(diǎn)成分可在10MPa 以下萃取，如天然植物和果實(shí)中的香氣成分。
（b）當(dāng)混合物中的組分間的相對揮發(fā)度或極性有較大差別時(shí)，可以在不同壓力下使混合物得到分餾。
（c）強(qiáng)的極性基團(tuán)（-OH，-COOH）的引入，使得萃取變得困難。在苯的衍生物范圍內(nèi)，具有三個(gè)羥基酚類的物質(zhì)，以及具有一個(gè)羧基和兩個(gè)羥基的化合物仍然可以被萃取，但那些具有一個(gè)羰基和三個(gè)以上羥基的化合物是不能被萃取的。
（d）更強(qiáng)的極性物質(zhì)，如糖類在40MPa 以下很難被萃取出來。
（e）化合物的相對分子質(zhì)量越高，越難被萃取。
超臨界CO2 萃取技術(shù)在植物提取物的應(yīng)用
近年來，隨著各種天然概念化妝品的逐漸面市，含天然成分的個(gè)人護(hù)理品的消費(fèi)需求持續(xù)增長，植物提取物在化妝品中占有的位置也越來越重，這也使得各類植物提取物需在安全性和功效性等方面進(jìn)一步的優(yōu)化。超臨界CO2 萃取技術(shù)不僅脫酸、脫色、脫臭在萃取器內(nèi)可以一次性完成，而且利用CO2 作為萃取劑可以保證無污染、無殘留、純天然的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的提取方法相比，SFE 在植物提取物及精油的提取應(yīng)用中，在植物提取物的純度、得率、活性成分含量、精油的色澤香氣等方面具有很大的優(yōu)勢。
（1）在提取物產(chǎn)品的純度方面：厚樸是我國重要的傳統(tǒng)中藥材，其中主要的有效成分是厚樸酚，和厚樸酚。因其具有顯著的抗菌、抗氧化的效果可作為食品、保健品、醫(yī)藥和日化產(chǎn)品的功效成分。傳統(tǒng)提取工藝存在得率不高，純度低和顏色深的缺點(diǎn)。羅安東等人利用超臨界CO2 提取得到的厚樸提取物，經(jīng)簡單精制后，其有效成分的純度均可達(dá)98%以上[4]。目前，利用超臨界CO2 提取的植物提取物如虎杖提取物、蛇床子提取物、丹皮酚等，經(jīng)過簡單精制后，純度均可達(dá)98%以上，這些提取物產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)相當(dāng)成熟。
（2）在提高提取物得率方面：中藥甘草為豆科多年生草本植物的根及根狀莖，其提取成分甘草酸和甘草黃酮類在化妝品中均為首選的功效成分，而這兩種產(chǎn)品的高售價(jià)卻令工程師在部分化妝品中不得不采用其他原料對這兩個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行替代。超臨界CO2 萃取技術(shù)與傳統(tǒng)萃取方法對比發(fā)現(xiàn)，超臨界CO2 萃取技術(shù)萃取甘草酸的得率是傳統(tǒng)萃取方法的8-12 倍[5]，而甘草黃酮類的萃取得率也提高1-1.5 倍[6,7]，這也為這兩種原料的大規(guī)模應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（3）在去除植物提取物異味方面：螺旋藻含豐富的蛋白質(zhì)和多種生物活性成分，在化妝品中有較好的護(hù)膚能力，不但有很好的潤膚,護(hù)扶效果，同時(shí)由于螺旋藻有清除和抑制自由基的能力，故能起到防皺、防曬、抗幅射、祛斑、抗衰老的作用[8]。使用傳統(tǒng)方法提取的螺旋藻有較重腥味，除味后其活性成分降低，從而限制了其深加工發(fā)展。而超臨界CO2 萃取技術(shù)與其他萃取技術(shù)相結(jié)合的方法能夠很好的解決在不降低其活性成分的情況下，去除其腥味[9,10]。
（4）植物油脂中有效成分和活性物提取：呂雪斌等人利用超臨界技術(shù)萃取石榴籽油，石榴酸含量在80%以上[11]，該結(jié)果表明超臨界CO2 萃取的石榴籽油中含有豐富的共軛不飽和脂肪酸，油脂無溶劑殘留、色澤淺，營養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，滿足食品、醫(yī)藥保健、化妝品等行業(yè)對高品質(zhì)油脂的需求。同樣通過超臨界CO2 技術(shù)萃取的川芎油和當(dāng)歸油，其有效成分藁本內(nèi)酯含量可以高達(dá)70%[12]。
（5）揮發(fā)油（精油）的提取方面：精油提取一般使用溶劑浸提法，但應(yīng)用傳統(tǒng)的提取方法會導(dǎo)致部分不穩(wěn)定的香氣成分受熱變質(zhì)，溶劑殘留以及低沸點(diǎn)頭香成分的損失，從而影響產(chǎn)品的香氣。無毒、無殘留的超臨界CO2 萃取可在室溫操作條件下將精油和特殊的香味成分同時(shí)抽出，由于揮發(fā)油沸點(diǎn)較低、分子量不大、極性小，在超臨界CO2 流體中有良好的溶解性能,很適于用超臨界CO2 流體提取。 張鏡澄等人通過超臨界CO2 萃取的茉莉精油 [13]，其得率高于傳統(tǒng)的浸提法，并且香氣具有天然茉莉花花香，香氣比常用品更清新，天然感和透發(fā)性更強(qiáng)。
（6）天然色素的提取：隨著合成色素的不安全性日益受到人們的重視，世界各國使用合成色素的種類日益減少。天然色素不僅使用安全，而且具有一定的營養(yǎng)價(jià)值，深受消費(fèi)者喜愛。以辣椒紅色素為例，采用超臨界CO2 可除去辣椒油樹脂中臭味、殘余溶劑，同時(shí)將辣椒色素分成紅、黃兩種色素且損失較少，與傳統(tǒng)的脫辣工藝相比，具有明顯的優(yōu)勢。超臨界流體CO2 萃取技術(shù)還可以分離其它天然色素，如蕃茄紅素、可可色素和β-胡蘿卜素等[14]。
（7）天然抗氧化劑的提取：從迷迭香葉子中提取物的迷迭香提取物，是一種高效的天然抗氧化劑，其抗氧化效果高于VC、VE、茶多酚，以及化學(xué)抗氧化劑BHA 和BHT。由于它是天然植物來源，可以滿足消費(fèi)者對干凈標(biāo)簽和天然安全的需求。羅安東等人通過超臨界CO2 技術(shù)萃取迷迭香提取物[15]，其有效成分（鼠尾草酸、迷迭香酸）含量高，具有抗氧化、保濕、祛斑、修復(fù)皮膚的作用，是化妝品中優(yōu)良的添加劑。
超臨界CO2 萃取技術(shù)不僅在化妝品工業(yè)中有相對廣泛的應(yīng)用，在其他行業(yè)也有較大應(yīng)用，如在食品工業(yè)中，對各種天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，啤酒花的提取，色素的提取等；在醫(yī)藥工業(yè)中，對抗瘧疾新藥青蒿素的提取，生物堿類的提取等。
超臨界CO2 流體萃取技術(shù)前景展望
目前，國內(nèi)外對SFE 技術(shù)的應(yīng)用正全面開展。日本、美國等發(fā)達(dá)國家處于領(lǐng)先地位，在各領(lǐng)域不斷有新的研究成果問世。國外SFE 設(shè)備大型化，超臨界色譜分析儀也已經(jīng)于日本問世。為得到更高純度的高附加值產(chǎn)品，對超臨界逆流萃取和分流萃取的研究日趨增多。
以上就是關(guān)于超臨界CO2 流體萃取技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用、過程及影響因素的介紹，超臨界CO2 萃取作為一種新興的化工分離技術(shù)，盡管在應(yīng)用過程中面臨設(shè)備一次性投資較大的問題，在操作成本上比傳統(tǒng)的水蒸汽蒸餾法和有機(jī)溶劑萃取法都高，但因其具有純凈、安全、保持有效成分活性、不易受熱分解、穩(wěn)定性強(qiáng)及提取率高等優(yōu)點(diǎn)而成為日化、食品、醫(yī)藥工業(yè)中一種具有相當(dāng)發(fā)展?jié)摿Φ母咝绿崛》蛛x方法。
地 址：江蘇省海安市海安鎮(zhèn)銘豪路39號 熱 線：13813798166 電 話：0513-88966001
網(wǎng) 址：www.jzy020.com E-mail：13813798166@163.com QQ：188582966
