超临界CO_2萃取蜂胶的抑菌性能及其在牙膏中的应用研究_李毅苹
第十九卷第二册2009年6月
牙 膏 工 业
T O O T H P A S T EI N D U S T R Y
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·研究报告·
超临界C O
2
萃取蜂胶的抑菌性能
及其在牙膏中的应用研究
李毅苹
(美晨集团股份有限公司广州510410)
摘 要:口腔疾病是影响人体健康的常见病,大多是由于口腔中的致病菌引起的。
本文通过测定超临界二氧化碳萃取的蜂胶提取物对4种口腔常见致病菌的最小抑菌浓
度,证实其具有良好的抑菌性能。然后,将其应用于牙膏,对牙膏作抑菌环试验,结果显
示该牙膏与空白牙膏相比抑菌效果有显著性差异,与阳性对照牙膏相比抑菌效果相当,
即该牙膏具有良好的抑菌能力。
关键词:超临界二氧化碳萃取蜂胶 牙膏 抑菌性能
1 研究意义
口腔疾病是影响人体健康的常见病、多发病。常见的口腔疾病主要有龋病、牙龈炎、牙周病、口腔溃疡等。W H O把龋齿列为在世界范围内应重点防治的三大慢性非传染性疾病之一,排在心脑血管病和癌症之后的第三位。这表明慢性非传染性疾病对人群健康的危害性已引起人类的关注,口腔疾病的防治是未来生命科学研究的重要课题之一[1]。
大部分口腔疾病及口腔问题,主要是由于口腔中存在的致病菌引起的。口腔细菌摄取糖后所产生的酸能够导致蛀牙;由口腔细菌所产生的毒素,可导致牙龈出血;此外,这些细菌的代谢废物还可导致牙结石及口臭等。因此,控制口腔致病菌是预防口腔疾病的主要任务。
口腔疾病大多起病隐匿,早期症状不明显,常常被忽略或被错误判断为“上火”等其他问题。而且,国人对口腔保健的意识还比较薄弱,在口腔问题未发展到非常严重的程度之前,普遍不会太重视,不会去医院进行医治,而可能仅是自行吃一些抗生素或清火的药物,以缓解症状。
事实上,如果通过良好、有效的口腔清洁卫生习惯,可大大避免或减少口腔问题的发生。其中最简便、最直接的方法就是使用牙膏进行口腔清洁,清除口腔中有害的细菌,并控制其再生。
本研究选取超临界二氧化碳萃取的蜂胶提取物作为研究对象,研究其对4种口腔常见致病菌(牙龈卟啉单胞菌、变形链球菌、中间普氏菌、具核梭杆菌)的抑菌性能。并将其应用于牙膏,研究牙膏对口腔中致病菌的抑菌性能。
本研究希望通过在牙膏中添加超临界提取的蜂胶,研制出对口腔中的致病细菌具有良好抑制作用、能辅助改善口腔问题、维持口腔健康的牙膏。
2 蜂胶的成分及药理作用
蜂胶是由蜜蜂从植物幼芽、树皮与树干裂缝上采集来的树脂,并混入其上颚腺分泌物和蜂蜡等加工而成的具有芳香气味的胶状固体物[2]。蜂胶是一种天然广谱抗菌剂,对病原真菌、细菌及病毒都有很强的抑制作用。蜂胶无毒无害,具有多种保健作用,因此是理想的天然抑菌剂[3]。
蜂胶的化学成分非常复杂,到目前为止在蜂胶中发现的化学成分已经超过200多种。其基本成分是:50%～55%的树脂类、芳香油,30%～40%蜂蜡, 5%～10%的花粉[4]。其中分离出的类黄酮化合物、醇、醛、酚等类物质构成蜂胶的香气,酸性物质和部分黄酮具有抗菌、消炎、防腐作用[5]。黄酮类化合物是蜂胶的主要生物活性成分。已从蜂胶中分离出来30多种黄酮类化合物,包括黄酮类、黄酮醇类和双氢黄酮类等。黄酮化合物在植物界分布很广泛,含有很多活性化合物,具有重要作用,对多种疾病表现出良好的治疗作用,因而药用价值很高。
中医药文献中记载蜂胶有润肤生肌、解毒杀虫、祛风止痛以及治疗风虫牙痛等功效主治[6]。
2.1 抗菌作用
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蜂胶及其制剂能抑制金黄色葡萄球菌、链球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念珠菌和炭疽杆菌等20余种细菌。对主要致龋菌进行体外抑菌试验,有显著效果。另外,蜂胶还具有中和细菌毒素的作用,常用不会引起菌群失调症,也不会产生耐药现象
[7]
。
2.2 抗炎镇痛和抗溃疡作用
蜂胶具有消炎和促进组织愈合的功效。能促进口腔溃疡的愈合,促进组织修复。其化学成分中的花粉、多种维生素、脂肪酸、多糖有营养作用,可提供溃疡愈合所需的营养;醇类、酚类、醛类有腐蚀、凝固有机质、促进组织再生、溃疡愈合作用
[8]
。
2.3 镇静麻醉作用
能拮抗咖啡因引起的中枢兴奋作用。具有局部
麻醉作用,与普鲁卡因作用相似[6]
。其有效成分为芳香油和醚类
[9]
。
2.4 毒性作用实际无毒、无刺激物质
[10]
。蜂胶无致癌性
[11]
。
3 蜂胶的提取方法比较
天然蜂胶中含有蜂蜡、蜂尸、木屑和泥沙等杂质,在使用前,要先进行去除杂质、提取精制。传统方法是用乙醇浸出提取,现代技术用C O 2超临界萃取技术萃取。
醇提方法提取出来的蜂胶是黑褐色的,是能溶于酒精的黑色焦油状态的物质所致,这是多酚的一种咖啡酸聚合物,这种聚合体有难以入口的味道,在口中会有麻木感。另外,咖啡酸的诱导体是过敏原物质,在超临界提取的蜂胶里,不含有这种物质,可以防止过敏症发生。因此,醇提的蜂胶不适合用于牙膏,且对膏体的外观会有很大的影响。
超临界提取的蜂胶是金黄色的,是黄酮类物质的颜色。超临界提取的蜂胶没有溶剂残留。提取时所用的温度近于室温,不会破坏非耐热的酵素等。且沸点非常低的香味成分可以基本完全提出,因为所有香的成分是脂溶性的,完全溶解于二氧化碳。因此,超临界提取法是提取全部香味的最好方法,提取的蜂胶具有浓郁的蜂蜜特征香气。
用超临界提取法是在无氧状态下提取的,不会使提出的成分氧化。含有黄酮类的多酚化合物,有氧状态下,稍加热,就会被氧化而失去黄酮类的活性,颜色变深。不饱和脂肪酸氧化产生的过氧化碳脂化合物有毒性。
另外,采用超临界提取,微调压力和温度等,就
能选择地提取需要的成分,提取的范围幅度大。能有效除去蜂胶中的重金属,如铅等,确保了产品的安全性。
4 超临界萃取蜂胶提取物的抑菌性能研究
4.1 最小抑菌浓度测定试验4.1.1 原理
本试验采用琼脂稀释法将不同浓度的抑菌剂混合溶解在琼脂培养基中,然后点种细菌,通过细菌的生长与否,确定抗(抑)菌物质抑制受试菌生长的最低浓度,即最小抑菌浓度(M i n i m a l I n h i b i t o r y C o n c e n -t r a t i o n ,M I C )。本方法适用于不溶性抗(抑)菌产品。
4.1.2 试验材料4.1.2.1 菌株
牙龈卟啉单胞菌(P .g i n g i v a l i s )A T C C 33277变形链球菌(S .m u t a n s )C N C C 32400
中间普氏菌(P r e v o t e l l a i n t e r m e d i a )A T C C 25611具核梭杆菌(F .n u c l e a t u m )A T C C 255864.1.2.2 抗(抑)菌物质
超临界二氧化碳萃取蜂胶提取物,广州美晨药业有限公司。
三氯生,河北卫洁日用化工厂。4.1.3 试剂、器材及操作步骤
参照《消毒技术规范(2002年版)》2.1.8.3“最小抑菌浓度试验(琼脂稀释法)”。
4.1.4评判规定
菌落生长被完全抑制的最低抗(抑)菌液浓度为该样品对受试菌的M I C 。单一菌落生长忽略不计。
4.2 实验结果与讨论
本研究选用的变形链球菌是公认的主要致龋菌,可引起牙齿任何部位的龋损;选用的牙龈卟啉单胞菌、中间普氏菌、具核梭杆菌是牙周炎的可疑致病菌,在牙周病的发病和病情进展中起重要作用。选这4种菌作为龋病、牙周病的代表菌。
4.2.1 蜂胶对4种口腔常见致病菌分别有不同的抑菌浓度,结果见表1。
表1
蜂胶对口腔常见致病菌的抑菌作用
口腔致病菌
浓度(μg /L )
25
5010020040080016003200变形链球菌+++-----牙龈卟啉单胞菌++++----中间普氏菌+-------具核梭杆菌
+
+
+
-----
注:-无菌生长,+有菌生长(下同)
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4.2.2 三氯生对4种口腔常见致病菌分别有不同的抑菌浓度,结果见表2。
表2
三氯生对口腔常见致病菌的抑菌作用
口腔致病菌
浓度(μg /L )
25
5010020040080016003200变形链球菌+-------牙龈卟啉单胞菌+-------中间普氏菌+-------具核梭杆菌
+
+
------
4.2.3 最小抑菌浓度
两种抑菌物质对口腔常见致病菌的最小抑菌浓度,结果见表3及图1。
表3
抗菌物质对口腔常见致病菌的最小抑菌浓度
抗菌物质
最小抑菌浓度(M I C )(μg /L )
变形链球菌
牙龈卟啉单胞菌
中间普氏菌
具核梭杆菌
蜂胶提取物20040050200三氯生
50
50
50
1
00
图1 蜂胶提取物与三氯生对口腔常见致病菌的M I C 对比图
4.3 结果分析
超临界二氧化碳萃取的蜂胶提取物,对4种口腔致病菌均有较好的抑制效果,尤其对中间普氏菌有很强的的抑制作用,与作为阳性参照的三氯生相当。
关于蜂胶抗菌作用机理,有学者
[12]
推测是某些
单一成分的作用,主要来自含量很高的黄酮类,可能是黄酮类和苯乙烯类成分分解了细菌胞膜上的能量,从而限制细菌运动。蜂胶可能含有抑制变链生长繁殖的生物活性物质,但也有研究
[13]
说明从蜂胶
中提出单一成分(如黄酮类化合物)的抗菌作用不如总提取物,故认为蜂胶的药用价值是它作为一种天然混合物表现出来的,其抗菌作用是所含各种成分综合作用的结果,单一成分不能作为高效抗菌制剂的来源。T a k a i s i 等
[14]
利用微量测热法和电子显
微照相技术研究了蜂胶对链球菌的作用方式,结果表明,蜂胶可以通过抑制细胞分化抑制细菌生长,进而导致假性多细胞(P s e u d o -m u l t i c e l l u l a r )链球菌形成。此外,蜂胶还能破坏细胞膜和细胞浆的有序状态,引起部分溶菌和抑制细菌蛋白质合成
[15]
。由此
推断,蜂胶可能是通过影响细菌的繁殖和生长,而表现出较强的抑菌作用;可见蜂胶的抗菌机制十分复杂,是各种成分综合作用的结果,其确切作用机制还有待进一步研究探讨。
三氯生在本研究中作为阳性参照物,其对4种口腔常见致病菌的M I C 均较小,体现出其具有良好的抑菌能力,与以往研究结果一致。
三氯生的抑菌能力可能由于其具有亲脂性,可直接作用于细菌的胞浆膜,抑制细菌对必需氨基酸的摄取
[16]
,从而达到抑菌的作用。
4.4 小结
虽然超临界萃取蜂胶的抑菌效果总体不及三氯生,但其来源天然、安全有效的特性对于牙膏这种口腔护理用品十分重要,因此,接下来对其在牙膏中的应用作研究。
5 抗菌物质在牙膏中的应用
5.1 牙膏基础配方的确定
经过分别以石粉、磷酸氢钙及二氧化硅为磨擦剂的膏体试验,结果显示,二氧化硅膏体稳定性良好,受活性物质影响的程度相对较小。而且二氧化硅比较惰性,其形成的膏体p H 值接近中性,有利于
天然提取物的稳定。所以,选取以二氧化硅为基质的牙膏作为研究对象,配方见表4。
表4
抑菌试验用抗菌牙膏配方表
组分添加量(%)
聚乙二醇-400
8甘油10山梨醇30羧甲基纤维素钠
0.6汉生胶0.3糖精钠0.18十二醇硫酸钠1.6二氧化硅(增稠型)8二氧化硅(磨擦型)
16香精
0.8抗菌物质0.1～0.5其它稳定剂适量去离子水
加至100
其中抗菌物质的添加量为:
蜂胶牙膏:分别添加超临界二氧化碳萃取蜂胶提取物0.1%、0.3%、0.5%;
三氯生牙膏:分别添加三氯生0.1%、0.3%。5.2 蜂胶牙膏抑菌性能研究
蜂胶对4种口腔致病菌的最小抑菌浓度只代表单纯的抗菌物质对细菌的作用。但牙膏配方中组分
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复杂,抗菌物质添加到牙膏中是否还能发挥其抑菌效果,下面进一步探讨。
依据上述对抗菌物质抑菌性能的研究作为基础,对添加蜂胶的牙膏进行抑菌环试验,并设置空白牙膏作为阴性对照、添加三氯生的牙膏作为阳性对照,以确定牙膏对4种主要的口腔致病菌的抑制能力。
5.2.1 牙膏抑菌环试验5.2.1.1 原理
利用抑菌剂不断溶解经琼脂扩散形成不同浓度梯度,以显示其抑菌作用。试验通过抑菌环大小以判断其是否具有抑菌能力。
5.2.1.2 试验菌株
牙龈卟啉单胞菌(A T C C 33277)菌悬液变形链球菌(C N C C 32400)菌悬液中间普氏菌(A T C C 25611)菌悬液具核梭杆菌(A T C C 25586)菌悬液5.2.1.3 实验牙膏
蜂胶牙膏、三氯生牙膏和空白牙膏(不含抗菌物质,其余成分一致)。
5.2.1.4 试验方法
(1)抑菌片的制备:采用牙膏与水1∶3稀释成均匀牙膏浆后,取无菌并干燥的滤纸片。每片滴加牙膏20μL ,然后将滤纸片平放于清洁的无菌平皿内,开盖置温箱(37℃)中烤干,或置室温下自然干燥后备用。
(2)阴性对照样片的制备:取无抑菌活性成分或无显著抑菌效果的牙膏与水1∶3稀释成均匀牙膏浆后,取无菌并干燥的滤纸片。每片滴加牙膏20μL ,然后将滤纸片平放于清洁的无菌平皿内,开盖置温箱(37℃)中烤干,或置室温下自然干燥后备用。
(3)试验菌的接种及抑菌剂样片贴放:参照《消毒技术规范(2002年版)》2.1.8.1“抗(抑)菌试验”。
(4)测量抑菌环时,应选均匀而完全无菌生长的抑菌环进行。测量其直径应以抑菌环外沿为界。
5.2.1.5 评价规定(1)抑菌作用的判断
抑菌环直径大于7m m 者,且试验组的抑菌环显著大于阴性对照组,判为有抑菌作用。抑菌环直径小于或等于7m m 者,判为无抑菌作用。
(2)3次重复试验均有抑菌作用结果者,判为合格。
5.2.2 试验结果
(1)空白牙膏的抑菌试验结果表明,空白牙膏
对4种口腔常见致病菌的抑菌环平均直径均不大于
7m m ,即其不具有抑菌作用。
(2)蜂胶牙膏对口腔常见致病菌抑制作用的实验结果见表5和图2。从表5抑菌环平均直径数据看,蜂胶添加量为0.1%的牙膏只对中间普氏菌有一定的抑制作用,添加量为0.3%和0.5%时,对4种口腔常见致病菌均有抑制作用。从图2可以看出,随着蜂胶添加量的增加,牙膏抑菌环直径扩大,即牙膏的抑菌性能增强。
表5
蜂胶牙膏对口腔常见致病菌的抑制作用
不同蜂胶提取物添加量的牙膏抑菌环平均直径(m m )
变形链球菌
牙龈卟啉单胞菌
中间普氏菌
具核梭杆菌
空白牙膏5.63.24.95.9蜂胶(0.1%)牙膏6.15.47.36.5蜂胶(0.3%)牙膏8.67.69.18.2蜂胶(0.5%)牙膏
9.1
8.2
12.3
9.4
图2 蜂胶提取物含量对抑菌作用的影响
(3)三氯生牙膏对口腔常见致病菌抑制作用的实验结果见表6和图3。从表6抑菌环平均直径数据看,三氯生添加量为0.1%和0.3%的牙膏对4种口腔常见致病菌均有抑制作用。从图3可以看出,随着三氯生添加量的增加,牙膏抑菌环直径扩大,即牙膏的抑菌性能增强。
图3 三氯生添加量对抑菌作用的影响
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表6三氯生牙膏对口腔常见致病菌的抑制作用
不同三氯生添加量
的牙膏
抑菌环平均直径(m m)
变形链球菌牙龈卟啉单胞菌中间普氏菌具核梭杆菌
空白牙膏5.63.24.95.9
三氯生(0.1%)牙膏8.17.08.67.4
三氯生(0.3%)牙膏11.69.411.38.7
5.2.3 结果讨论
通过采用一元回归方差分析,在α=0.05水平上:
(1)蜂胶添加量为0.1%的牙膏其抑菌环直径与空白牙膏比较没有显著性差异;而蜂胶添加量为0.3%及0.5%的牙膏其抑菌环直径与空白牙膏比较有显著性差异,说明该两个添加量下的蜂胶牙膏对口腔致病菌具有良好的抑菌功效;
(2)三氯生添加量为0.1%和0.3%的牙膏其抑菌环直径与空白牙膏比较有显著性差异,说明该两个添加量下的三氯生牙膏对口腔致病菌具有良好的抑菌功效;
(3)蜂胶添加量为0.1%的牙膏其抑菌环直径和三氯生添加量为0.1%比较,有显著性差异;蜂胶添加量为0.3%的牙膏其抑菌环直径和三氯生添加量为0.3%比较,没有显著性差异,说明该添加量下蜂胶牙膏和三氯生牙膏对口腔致病菌同样具有良好的抑菌效果。
5.2.4 小结
从上述数据分析可以看出,添加超临界二氧化碳萃取蜂胶的牙膏,在添加量为03.%及0.5%时明显优于空白对照样,且与阳性对照抑菌效果相当。表明蜂胶添加到牙膏后依然能发挥其对口腔致病菌的抑菌性能,所制出的牙膏对口腔致病菌具有良好的抑制作用。
6 结论与展望
本研究以我公司的高新分离技术作为平台,研究超临界二氧化碳萃取蜂胶的抑菌作用及其应用于牙膏的抑菌性能。超临界二氧化碳萃取物应用于牙膏在国内甚至国外研究目前均较少,此为研究的创新点之一。
超临界二氧化碳萃取蜂胶及其牙膏,对4种口腔常见致病菌均具有较好的抑制作用。
添加超临界二氧化碳萃取蜂胶的牙膏,能充分利用提取物的所具有的天然蜂蜜香气,令牙膏的口感更丰满、独特,这种口感非香精可以模拟。
本文暂时只在体外的基础上进行研究,但口腔是一个复杂的系统,要对抗菌牙膏对口腔致病菌的抑制作用有更准确的判断,需进一步开展临床试验。本研究为临床试验奠定了良好的基础、提供了有力的试验依据。
天然抗菌物质在牙膏中的应用有望可以取代合成抗菌剂的使用,令牙膏更“绿色”,可避免安全性方面的隐患,具有更广阔的应用前景。
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(收稿日期:2009年4月23日)
超临界萃取的技术原理
一、超临界萃取的技术原理 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，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。 超临界CO2是指处于临界温度与临界压力（称为临界点）以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可大幅度节能。 超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数，因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一，自扩散系数是液体的100倍，因而具有良好的传质特性，可大大缩短相平衡所需时间，是高效传质的理想介质；具有比液体快得多的溶解溶质的速率，有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力；具有不同寻常的巨大压缩性，在临界点附件，压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化，所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2 的溶解能力，提高萃取的选择性；通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品，省去消除溶剂的工序。 在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性（表现在溶解度）的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度（蒸汽压）的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的，故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点，进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，因此引起了国内外的广泛关注。二、超临界萃取的特点
超临界萃取原理
超临界萃取原理 超临界流体萃取是当前国际上最先进的物理分离技术。 常见的临界流体中，由于CO2化学性质稳定，无毒害和无腐蚀性，不易燃和不爆炸，临界状态容易实现，而且其临界温度（31.1℃）接近常温，在食品及医药中香气成分，生理活性物质、酶及蛋白质等热敏物质无破坏作用，因而常用CO2作为作为萃取剂进行超临界萃取。 一、超临界CO2 纯CO2的临界压力是7.3MPa和31.1℃时，此状态CO2被称为超临界CO2。在超临界状态下，CO2流体是一种可压缩的高密度流体，成为性质介于液体和气体之间的单一状态，兼有气液两相的双重特点：它的密度接近液体，粘度是液体的1%，自扩散系数是液体的100倍，因而它既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相近的密度和对某些物质很强的溶解能力，可以说超临界CO2对某些物质有着特殊的渗透力和溶解能力。 二、超临界CO2萃取过程 超临界CO2密度对对温度和压力变化十分敏感，所以调节正在使用的CO2的压力和密度，就可以通过调节CO2密度来调整该CO2对欲提取物质的溶解能力；对应各压力范围所得到的的萃取物不是单一的，可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，与被萃取物质完全或部分分开，从而达到分离提纯的目的。 三、超临界CO2溶解选择性 超临界状态下的CO2具有选择性溶解，对低分子、弱极性、脂溶性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、内脂、醚、环氧化合物等表现出优异的溶解性，而对具有极性集团（-OH、-COOH等）的化合物，极性基团愈多，就愈难萃取，故多元醇、多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界CO2。对于分子量大的化合物，分子量越大，越难萃取，分子量超过500的高分子化合物几乎不溶，因而对这类物质的萃取，就需加大萃取压力或者向有效成分和超临界CO2组成的二元体系中加入具有改变溶质溶解度的第三组成粉（即夹带剂），来改变原来有效成分的溶解度。一般来说，具有很好性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，如甲
超临界二氧化碳萃取技术
摘要：介绍了超临界二氧化碳萃取技术的基本原理和特点，简单说明了该技术在香料、医药、食品等工业上的应用。 关键词：超临界二氧化碳萃取分离技术基本原理 前言 超临界流体萃取，又称超临界萃取、压力流体萃取、超临界气体萃取。它是以高压、高密度的超临界状态流体为溶剂，从液体或固体中萃取所需要的组分，然后采用升温、降压或二者兼用和吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分分离。 早在1897年，人们就已经认识到了超临界萃取这一概念。当时发现超临界状态的压缩气体对于固体具有特殊的溶解作用。例如再高于临界点的条件下，金属卤化物可以溶解再在乙醇或四氯化碳中，当压力降低后又可以析出。但直到20世纪60年代，才开始了其工业应用的研究。目前超临界二氧化碳萃取已成为一种新型萃取分离技术，被广泛应用于食品、医药、化工、能源、香精香料的工业的生产部门。 1 超临界萃取的原理 当液体的温度和压力处于它的临界状态。 如图1是纯流体的典型压力—温度图。图中， AT表示气—固平衡的升华曲线，BT表示液— 固平衡的熔融曲线，CT表示气－液平衡的饱 和液体的蒸汽压曲线，点T是气－液－固三相 共存的三相点。按照相率，当纯物的气－液－ 固三相共存时，确定系统状态的自由度为零， 即每个纯物质都有自己确定的三相点。将纯物 质沿气－液饱和线升温，当达到图中的C时， 气－液的分界面消失，体系的性质变得均一， 不再分为气体和液体，称点C为临界点。与该点相对应的临界温度和压力分别称 为临界温度T 0和临界压力P 。图中高于临界温度和临界压力的有影阴的区域属 于超临界流体状态。 在这种状态下，它既不完全与一般气相相同，又不是液相，故称为超临界流体。超临界流体有气、液相的特点，它既有与气体相当的高渗透力和低粘度，又兼有液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。这种溶解能力能随体系参数的变化而连续的改变，因而可以通过改变体系的温度和压力，方便的调节组分的溶解度和萃取的选择性。利用上述特点，超临界二氧化碳萃取技术主要分为两大类原理流程即恒温降压流程和恒压升温流程。前者萃取相经减压，后者萃取相经升温。
超临界流体萃取原理及其特点
超临界流体萃取技术 超临界流体概念 任何物质，随着温度、压力的变化，都会相应的呈现为固态、液态和气态这三种状态，称为物质的三态。三态之间互相转化的温度和压力值叫做三相点，每种分子量不太大的稳定的物质都具有一个固有的临界点，严格意义上，临界点由临界温度、临界压力、临界密度构成。在临界温度以上，无论怎样加压，气态物质绝不会被液化。当温度和压力超过了临界点时，该物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质既非气体又非液体的状态，叫做超临界流体[11]，SCF是气体和液体状态以外的第三流体。 超临界流体萃取原理及其特点 所谓超临界流体萃取[12]，是指利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的。SCF的密度对温度和压力的变化很敏感，而其溶解能力在一定压力范围内与其密度成比例，因此可以通过控制温度和压力来改变物质在SCF中的溶解度，特别是在临界点附近，温度和压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变，这就是SFE的依据。 与其它常规分离方法相比，SFE具有以下特点[13]： 1) 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有害物质； 可在较低温度和无氧环境下操作，分离、精制热敏 2)选择适宜的溶剂如CO 2 性物质和易氧化物质； 3)临界流体具有良好的渗透性和溶解性，能从固体或粘稠的原料中快速提 取有效成分； 4)降低超临界相的密度，很容易使溶剂从产品中分离，无溶剂污染，且回 收溶剂无相变过程，能耗低； 5)兼有蒸馏和萃取双重功能，可用于有机物的分离、精制。 SFE存在的不足有[14]： 1) 高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏； 2) 高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求亦高； 3) 超临界流体中溶质浓度相对还是较低，故需大量溶剂循环； 4) 超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。 超临界流体的选择
二氧化碳超临界萃取技术
超临界CO2萃取装置 该装置主要由萃取釜、分离釜、精镏柱、CO2高压泵、副泵、制冷系统、CO2贮罐、换热系统、净化系统、流量计、温度、压力控制（保护）系统等组成。 超临界CO2萃取装置的主要技术指标 萃取釜：0.5L、1L、2L、5L/50Mpa；10L、24L/40Mpa；50-200L/32Mpa,固态两用。配水夹套循环加热，温度可调。 分离釜：0.3-10L/30Mpa；50-100L/16-22Mpa。配水夹套循环加热，温度可调。 精镏柱：内径ф25×2-3m/30Mpa；ф35×2-3m/30Mpa；ф48×4-6m/30Mpa；ф78×4-6m/30Mpa，根据工艺要求可分4节、6节、8节梯度控温；柱内根据工艺要求由用户选相关填料。 CO2高压泵：20L/40Mpa·h双柱塞，50L/50Mpa·h双柱塞调频，400L/40Mpa·h三柱塞调频，800L/40Mpa·h三柱塞调频，泵头带冷却系统。 携带剂泵：用于萃取过程中，夹带溶剂来改变CO2极性，扩大应用范围。 制冷系统：配半封式、全封式压缩机，制冷量满足工艺要求。 换热及温度的控制系统：根据工艺要求,萃取釜、分离釜、精镏柱分别配置换热和温控系统，温度控制-85℃水循环、室温-150℃油循环，温度控制数显双屏控制水浴温度，测试CO2流体温度，控温±1℃ 压力控制（保护）：高压泵出口配电接点压力表，设定工作压力，超压自动保护停泵。高压泵、萃取釜、分离釜、精镏柱，根据最高工作压力，分别配安全阀，超压自动泄压保护。萃取釜出口配背压阀系统，压力稳定，易于调整，压控制精度（动态）±0.1Mpa 流量显示：金属转子流量计，数显远传，分别显示瞬时流量和累积流量 管路：接触流体的容器、阀门、管件、管线均采用不锈钢制作。 其他：电源三相四线制380V/50Hz，CO2食品级≥99.5，用户自备 超临界CO2萃取装置的基本流程 1、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路； 2、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→精镏柱→回路； 3、CO2→萃取釜→精镏柱→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路； 4、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→精镏柱→分离Ⅱ→回路。 超临界CO2萃取装置的特点
超临界流体技术原理及其应用
“超临界流体技术原理及其应用” 院选课读书报告 (2012~2013下学期) 题目:SC—CO2流体技术基本原理及其应用前景系专业名称: 学生姓名: 学号: 指导教师:
SC—CO2流体技术基本原理及其应用前景 摘要 超临界流体是指物质处于极其临界的温度和压强下形成的一种新的流体，它的性质介于液体和气体之间，并且兼具二者的有点。现研究较多的流体包括：二氧化碳等。超临界二氧化碳是一种液态的二氧化碳，在一定的条件，如果达到临界点或者以上，会形成一种新的状态，兼顾气态和液态的部分性质，而且拥有新的性质。超临界二氧化碳萃取技术是一种新型分离技术，超临界CO2萃取是采用CO2作为溶剂，在超临界状态下的CO2流体密度和介电常数较大，对物质溶解度很大，并随压力和温度的变化而急剧变化，因此，不仅对某些物质的溶解度有选择性，且溶剂和萃取物非常容易分离。超临界CO2萃取特别适用于脂溶性，高沸点，热敏性物质的提取，同时也适用于不同组分的精细分离，即超临界精镏。超流体流体应用前景目前应用十分的广泛，目前已应用于食品工业、化妆品香料工业、医药工业、化工工业等方面，超临界流体应用将越来越广泛于各个行业的发展。 关键词：“超临界流体，超临界二氧化碳，超临界二氧化碳萃取，超临界流体应用前景” 一、SC—CO2流体技术基本原理 （一）SC—CO2超流体技术的基本原理概述 超临界流体（SCF）是指处于临界温度和压强的情况下，它的物理性质介于液体和气体之间。⑴这种流体同时据有气态和液态的特点，它既具有与液体相近的密度和其优良的溶解性。溶质在某溶剂中的溶解度与溶剂的密度相关，溶质在超临界流体中的溶解度也与其类似。因此，通过改变超临界流体的压强和温度，改变其密度，便可以溶解许多不同类型的物质。 超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解力和其密度的关系，即利用压强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，其拥有
超临界流体萃取实验报告
超临界流体萃取 一、实验目的 1. 通过实际操作进一步加深和巩固超临界萃取的原理。 2. 了解掌握超临界仪器的使用及使用过程中的注意事项。 3. 练习超临界CO2萃取桂花实验操作。 二、实验原理 超临界萃取技术是现代化工分离中出现的最新学科，是目前国际上兴起的一种先进的分离工艺。超临界流体是指热力学状态处于临界点（Pc、Tc）之上的流体，临界点是气、液界面刚刚消失的状态点，超临界流体具有十分独特的物理化学性，它的密度接近于液体，粘度接近于气体，而扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点，使其分离效果较好，是很好的溶剂。超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触，溶质扩散到溶剂中，再在分离器中改变操作条件，使溶解物质析出以达到分离目的。 超临界萃取装置的特点：⑴操作范围广，便于调节。⑵选择性好，可通过控制压力和温度，有针对性地萃取所需成份。⑶操作温度低，在接近室温条件下进行萃取，这对于热敏性成份尤其适宜。萃取过程中排除了氧化和见光反应的可能性，萃取物能够保持其自然风味。⑷从萃取到分离一步完成，萃取后的CO2挥发掉而不会残留在萃取物上。⑸萃取速度快，耗时短。⑹CO2无毒、无味、不燃、廉价易得且可循环使用，绿色环保。 三、实验步骤 1. 了解超临界萃取装置的主要构成； 2. 开机前的准备工作； ⑴首先检查电源、三相四线是否完好无缺； ⑵冷冻机及贮罐的冷却水源是否畅通，冷箱内为30%乙二醇＋70%水溶液； ⑶CO2气瓶压力保证在56MPa的气压，且食品级净重≥22kg； ⑷检查管路接头以及各连接部位是否牢靠； ⑸检查需要关的阀门是否关好，气路是否畅通。
3. 实验操作顺序； ⑴接通电源，打开空气压缩机、循环水冷却仪，并按下循环水冷却仪前面的三个按纽； ⑵确定各气阀的关闭状态。打开保温箱和加压泵，并对保温箱预热； ⑶用台秤称量萃取物质，如桂花（本次实验为2.0g），记录好数据。称量好后，将其装入萃取釜中并旋紧，放入保温箱内，将气路接好； ⑷设置所需温度，待其升到设置的温度之后（需要时同时要加入夹带剂），再打开CO2气瓶阀门，调节加压泵的旋纽，将其加到所需的压力； ⑸萃取时间完成后，先关闭CO2气瓶阀门，打开排气阀用溶剂收集萃取的目标物，再卸压。待萃取缸内压力和外界平衡后，取下萃取釜，倒出萃取残物，整个萃取过程结束； ⑹依次关闭加压泵、保温箱、循环水和总电源，排尽压缩机内的空气。关好水、电、门、窗离开实验室； 四、实验注意事项 1. 使用的温度不能过高，要在仪器的使用范围之内；美国Applied公司的超临界萃取仪最高压力70Mpa，最高温度240℃。 2. 在装样的过程中，要在萃取斧的两端放玻璃棉以防造成气路堵塞。尽量做到平稳操作以免损坏仪器。 3. 此装置为高压流动装置，非熟悉本系统流程者不得操作，高压运转时不得离开岗位，如发生异常情况要立即停机关闭总电源检查。
超临界流体萃取原理及其特点
第二章 文献综述 2.1超临界流体萃取技术 2.1.1超临界流体概念 任何物质，随着温度、压力的变化，都会相应的呈现为固态、液态和气态这三种状态，称为物质的三态。三态之间互相转化的温度和压力值叫做三相点，每种分子量不太大的稳定的物质都具有一个固有的临界点，严格意义上，临界点由临界温度、临界压力、临界密度构成。在临界温度以上，无论怎样加压，气态物质绝不会被液化。当温度和压力超过了临界点时，该物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质既非气体又非液体的状态，叫做超临界流体[11]，SCF是气体和液体状态以外的第三流体。 2.1.2 超临界流体萃取原理及其特点 所谓超临界流体萃取[12]，是指利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的。SCF的密度对温度和压力的变化很敏感，而其溶解能力在一定压力范围内与其密度成比例，因此可以通过控制温度和压力来改变物质在SCF中的溶解度，特别是在临界点附近，温度和压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变，这就是SFE的依据。 与其它常规分离方法相比，SFE具有以下特点[13]： 1) 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有害物质； 2) 选择适宜的溶剂如CO2可在较低温度和无氧环境下操作，分 离、精制热敏性物质和易氧化物质； 3) 临界流体具有良好的渗透性和溶解性，能从固体或粘稠的原料 中快速提取有效成分；
4) 降低超临界相的密度，很容易使溶剂从产品中分离，无溶剂污 染，且回收溶剂无相变过程，能耗低； 5) 兼有蒸馏和萃取双重功能，可用于有机物的分离、精制。 SFE存在的不足有[14]： 1) 高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏； 2) 高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求亦高； 3) 超临界流体中溶质浓度相对还是较低，故需大量溶剂循环； 4) 超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。 2.1.3 超临界流体的选择 可用作SFE的溶剂很多，不同的溶剂其临界性质各不相同，而不同的萃取过程要求采用不同的溶剂。可用作超临界萃取剂的流体主要有乙烷、乙烯、丙稀、二氧化碳等。采用SFE技术提取天然物质，CO2是人们首选的溶剂，因为CO2作为一种溶剂，具有如下的主要优点[15]： 1) CO2与大多数的有机化合物具有良好的互溶性，而CO2液体与萃出 物相比，具有更大的挥发度，从而使萃取剂与萃出物的分离更容 易； 2) 选择性好，超临界CO2对低分子量的脂肪烃，低极性的亲脂性化合 物，如酯、醚、内脂等表现出优异的溶解性能； 3) 临界温度(31.1℃)低，汽化焓低，更适合于工业化生产； 4) 临界压力(7.38MPa)低，较易达到； 5) 化学惰性，无燃烧爆炸危险，无毒性，无腐蚀性，对设备不构 成侵蚀，不会对产品及环境造成污染；且价格便宜，较高纯度 的CO2容易获得； 6) 在萃取体系中，高浓度的CO2对产品具有杀菌、防氧化的作 用。 2.1.4 超临界CO2萃取技术的国外研究进展 早在100多年前英国的Thomas Andrews[16]就发现超临界现象。1879年Hannay[17]等人发现了SCF与液体一样，可以用来溶解高沸点的固体物
超临界萃取的技术原理及应用
所谓超临界流体，是指物体处于其临界温度和临界压力以上时的状态。这种流体兼有液体和气体的优点，密度大，粘稠度低，表面张力小，有极高的溶解能力，能深入到提取材料的基质中，发挥非常有效的萃取功能。而且这种溶解能力随着压力的升高而急剧增大。这些特性使得超临界流体成为一种好的萃取剂。而超临界流体萃取，就是利用超临界流体的这一强溶解能力特性，从动、植物中提取各种有效成份，再通过减压将其释放出来的过程。 超临界流体萃取法是一种物理分离和纯化方法，它是以CO2为萃取剂，在超临界状态下，加压后使其溶解度增大。将物质溶解出来，然后通过减压又将其释放出来。该过程中CO2循环使用。在压力为8--40MPa时的超临界CO2足以溶解任何非极性、中极性化合物，在加入改性剂后则可溶解极化物。 一、超临界萃取的技术原理 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，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。 超临界CO2是指处于临界温度与临界压力（称为临界点）以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可大幅度节能。 超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数，因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一，自扩散系数是液体的100倍，因而具有良好的传质特性，可大大缩短相平衡所需时间，是高效传质的理想介质；具有比液体快得多的溶解溶质的速率，有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力；具有不同寻常的巨大压缩性，在临界点附件，压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化，所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2的溶解能力，提高萃取的选择性；通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品，省去消除溶剂的工序。在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性（表现在溶解度）的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度（蒸汽压）的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的，故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点，进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，因此引起了国内外的广泛关注。 二、超临界萃取的特点 1、超临界萃取可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的有效成分，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来； 2、使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100%的纯天然性； 3、萃取和分离合二为一，当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取的效率高而且能耗较少，提高了生产效率也降低了费用成本； 4、CO2是一种不活泼的气体，萃取过程中不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒、安全性非常好； 5、CO2气体价格便宜，纯度高，容易制取，且在生产中可以重复循环使用，从而有效地降低了成本； 6、压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，通过改变温度和压力达到萃取的目的，压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来；反之，将温度固定，通过降低压力使萃取物分离，因此工艺简单容易掌握，而且萃取的速度快。 4、在化学工业中，混合物的分离。许多碳氢高分子化合物不溶于CO2，只能采用非均相聚合（如分散聚合、沉淀聚合、乳化聚合等）；而无定型的碳氟高聚物和硅酮高聚物能溶解于CO2，则可采用均相聚合。在液体或超临界CO2体系中进行高分子材料的合成与加工，其优点在于：不使用有机溶剂避免了对环境的污染；省去了脱溶及回收溶剂的工艺；可改进高分子材料的机械性能及加工性能；可按分子量的大小对产品进行分离；可回收未进行反应的单体并可去除次反应物及过反应物杂质；
超临界萃取技术+
超临界萃取技术 超临界流体是指物质处于其临界温度和临界压力之上的状态。超临界流体兼有气、液两重性的特点,它既有与气体相当的高渗透能量和低的黏度,又具有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。应用超临界流体可以从原料中提取有用的成分或脱除有害成分,从而达到所需要的分离目的。超临界萃取工艺已成为食品工业的先进技术,特别是天然食品的加工,如植物原料中各种香料、色素的提取。在可作为超临界流体的各种物质中,CO2最适合于食品工业生产,它价廉、易得、萃取功能强、无毒、不会产生环境污染、可在低温下萃取,食品产品质量明显优于传统方法所得。在温度超过31.1℃,压力超过7.38MPa的领域,二氧化碳就成为超临界流体,此时,其密度接近液体,扩散系数和黏性接近气体。 超临界萃取工艺可应用于咖啡豆脱咖啡因,烟草脱尼古丁,奶油脱胆固醇,啤酒花有效成分、天然香精香料以及色素的提取。已经产业化的有啤酒花的萃取、咖啡豆和红茶脱咖啡因、天然香料提取精油等领域。将原料装入萃取罐,起动升压泵,调成超临界压力,并用热交换器调成超临界温度,在萃取罐内溶解萃取成分后,超临界流体在恒温下减压,通过降低密度失去溶解力,在分离罐内分离出溶质和流体。此时,分离出来的流体二氧化碳用冷却器转变成液体,再度使用,或者放入大气。
一、超临界流体萃取技术原理 有机物的密度和介电常数均随压力增高而上升,其密度随温度升高而下降,特别是在临界点附近压力和温度的微小变化都会引起气体密度的很大变化。在超临界流体中物质的溶解度在恒温下随压力升高而增加,而在恒压下溶解度随温度升高而下降,这一性质有利于从物质中提取某些易溶解的成分。而超临界流体的高流动性和高扩散能力,则有助于溶解的各成分之间的分离,并能加速溶解平衡,提高萃取效率。随着超临界萃取研究领域的不断拓宽,超临界萃取的工艺及设备不断革新,现在的分离技术已由过去的单一分离器发展为多级串联分离器,由同一原料可以生产不同等级的产品。超临界流体技术工艺流程图如图4-1所示。 图4-1 超临界流体技术工艺流程图 选择萃取剂的原则是,在保证特定产品要求的前提下,尽量选择较低 的临界温度和压力、化学性质稳定、惰性、安全、来源广、价格低的萃取剂为好。在食品工业中多采用CO2为萃取剂。 原料经除杂质、粉碎或压片后,装入萃取器,流体CO2由CO2储罐供给,然后通过贮存器经过高压泵至理想压力,并经加热器至特定温度,使其在通过萃取器之前处于超临界状态。超临界CO2由下而上流经萃取器,原料的可溶成分进入超临界CO2相,经调节压力和温度,使超临界CO2的密度降低,可选择性地使萃取物在分离器中分离出来。含脂产品在低压下不溶于CO2,沉淀于分离器的底部。萃取液由第一分离器经减压后流入第二分离器,含油产品在更低的压力下不溶于CO2,沉淀于分离器的底部。CO2经第二分离器后,回收循环使用或排放掉。降压通过半自动压力阀调节,温度通
超临界CO2流体萃取技术特点
超临界CO2流体萃取技术特点： 与传统的分离技术相比，超临界CO2流体萃取技术具有以下独特优 ?提取温度低 在接近室温及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来； ?提取率高（>95%） 可以方便地通过调整压力和温度来改变系统内CO2流体的溶解性能，从而提高产品的收率，适合珍贵、高附加值物质的提取； ?无污染 全过程不用有机溶剂，有效避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，无废气、废水，即使是废渣也可以综合利用； ?生产周期短 提取（动态）循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟左右便有产品分离析出，2-4小时左右便可提取完全。同时，它不需要浓缩步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只是简单浓缩； ?能耗低 萃取分离合二为一，当饱含溶解物的CO2流体流经分离器时，由于压力下降使得CO2流体与被萃取物成为两相而立即分开，不存在物料的相变过程，节省了大量相变热，大幅度降低生产成本，且简化了工艺流程；CO2流体循环使用，无需回收溶剂，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本； ?无易燃易爆危险 全系统以CO2流体为主要溶剂，而CO2流体本身就是一种惰性气体，因此可真正实现生产过程绿色化； ?一套装置多种用途 超临界CO2流体的溶解性能可以调节。在一定的温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质。每改变一次CO2流体的溶解性能，就等于在使用一种新的溶剂，从而使一套超临界CO2流体萃取装置可适用于十几种、几十种物质的提取，大大提高了装置的使用范围，满足客户广泛的产品提取需要； ?操作参数容易控制 超临界CO2流体提取各种天然产物（如中草药），不仅工艺上优越，而且操作参
超临界萃取技术
超临界萃取技术 魏小东 2012110663 化学工程学院化学工艺专业 2012级12班 摘要：回顾了超临界萃取的发展历程，简要介绍了此技术的基本原理、流程技术、研究概况、影响因素、存在问题，并对超临界萃取技术今后的研究方向做了简单概述。 关键词：超临界萃取；现状；应用 0 引言 超临界萃取技术( Supercritical fluid extraction，简称SCFE) 是一种高效的新型分离技术。与传统的萃取方法如减压蒸馏、水蒸汽蒸馏和溶剂萃取等相比，其工艺简单、选择性好、产品纯度高，而且产品不残留有害物质污染环境，符合当今寻找和开发节能环保的“绿色化学技术”的潮流。 从1869 爱尔兰物理学家Thomas Andrews 在《论物质气态与液态的连续性》一文中提出物质的临界点、临界温度及临界压强的相关概念以来人们对相变的研究已有近150 年的历史，但对超临界流体的研究和工业应用却是近几十年的事。 20 世纪40 年代国外就有学者开展了针对超临界流体的相关研究工作; 70 年代初联邦德国率先将超临界萃取技术应用到工业生产中，并取得显著的经济效益和社会效益; 80 年代以来发达国家在SCFE 方面的研究投入了大量的人力物力，在许多领域取得了一系列进展。以日本为例，1984 年到1991 年 3 月统计显示，日本公布有关超临界流体萃取的公开特许专利共438 件，除1987 年外，基本趋势是逐年递增。SCFE 作为一种共性技术，正逐渐渗透到有关材料、生物技术、环境污染控制等高新技术领域，并被认为是一种“绿色、可持续发展技术”，其理论及应用研究受到越来越多的重视，在化工、医药、石油、食品、香料、香精、化妆品、环保、生物工程等行业均得到了不同程度的应用。我国对SCFE 的研究是最近十几年的事，因此我国在这方面的研究与国际相比还有很大差距。[1] 1 超临界萃取技术概述 1.1 超临界流体特性简介 汽液平衡相图中物质气液平衡线在一定的温度或压强下是呈水平变化的，
超临界流体萃取原理及其特点
第二章文献综述 超临界流体萃取技术 超临界流体概念 任何物质，随着温度、压力的变化，都会相应的呈现为固态、液态和气态这三种状态，称为物质的三态。三态之间互相转化的温度和压力值叫做三相点，每种分子量不太大的稳定的物质都具有一个固有的临界点，严格意义上，临界点由临界温度、临界压力、临界密度构成。在临界温度以上，无论怎样加压，气态物质绝不会被液化。当温度和压力超过了临界点时，该物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质既非气体又非液体的状态，叫做超临界流体[11]，SCF是气体和液体状态以外的第三流体。 超临界流体萃取原理及其特点 所谓超临界流体萃取[12]，是指利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的。SCF的密度对温度和压力的变化很敏感，而其溶解能力在一定压力范围内与其密度成比例，因此可以通过控制温度和压力来改变物质在SCF中的溶解度，特别是在临界点附近，温度和压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变，这就是SFE的依据。 与其它常规分离方法相比，SFE具有以下特点[13]： 1) 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有害物质； 2)选择适宜的溶剂如CO2可在较低温度和无氧环境下操作，分离、精制热 敏性物质和易氧化物质； 3)临界流体具有良好的渗透性和溶解性，能从固体或粘稠的原料中快速提 取有效成分； 4)降低超临界相的密度，很容易使溶剂从产品中分离，无溶剂污染，且回 收溶剂无相变过程，能耗低； 5)兼有蒸馏和萃取双重功能，可用于有机物的分离、精制。 SFE存在的不足有[14]： 1) 高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏； 2) 高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求亦高；
超临界二氧化碳萃取技术在几个方面的应用
湖北民族学院 本科生文献综述 题目超临界二氧化碳萃取技术的 应用 作者所在系别化学与环境工程学院 作者所在专业化工与制药 作者所在班级0408405 作者姓名简丹 作者学号0404840547 指导教师姓名李国祥 指导教师职称博士 完成时间2011 年 5 月
超临界二氧化碳萃取技术的应用 简丹 （湖北民族学院化学与环境工程学院，恩施 445000） 摘要：本文系统的介绍了超临界二氧化碳萃取技术在环境领域，放射性金属离子萃取领域，油脂工业中的应用与发展现状，对超临界二氧化碳萃取技术在这三个方面应用所遇到的问题做了总结，并对未来的发展做了展望。 关键词：超临界二氧化碳;萃取；放射金属离子；油脂工业 Application of supercritical CO2 extraction in some fields Jian dan (Hubei University for Nationalities School of Chemistry and Environmental Engneering,Enshi 445000,China) Abstract:This artical systematically introduces application of supercritical CO2 extraction in the fields of environment,extraction of radioactive metals，oil industry.This artical also introduces the present development situation and tendency in these fields. Key words:CO2-SFE;environment; extraction ofradioactive metals；oil industry 1、前言 超临界流体二氧化碳萃取（supercritical CO2 extraction ,CO2-SFE或CO2-SCFE）技术是超临界流体萃取(superccritical fluid extraction,SCEF或SEF)技术的一种，由于CO2具有无毒、无味、无臭、化学惰性，超临界点低(Tc=31·1℃,Pc=7·28 MPa），不污染环境和产品，廉价易得，不易染易爆，使用安全等诸多优点，所以CO2已经成为工业上和首选的绿色萃取剂，成为超临界萃取技术最重要的应用技术[1]。CO2-SFE的研究在国内研究起步晚，现在有关CO2-SFE的应用主要集中在环境，放射金属离子萃取，油脂工业，
萃取原理
液液萃取原理 液液萃取是指两个完全不互溶或部分互溶的液相接触后，一个液相中 的溶质经过物理或化学作用另一个液相，或在两相中重新分配的过程。如图所示。 萃取操作示意图 几个概念： 1 原溶液：欲分离的原料溶液，原溶液中欲萃取组份称为溶质 A ，其余称稀释剂B 2 溶剂S ：为萃取A 而加入的溶剂，也称萃取剂 3 萃取相：原溶剂和稀释剂混合萃取后，分成两相，含溶剂S 较多 的一相； 4 萃余相：主含稀释剂的一相 5 萃取液：萃取相脱溶剂后的溶液 6 萃余液：萃余相脱溶剂后的溶液 萃取过程的条件： 1． 两个接触的液相完全不互溶或部分互溶； 2． 溶质组分和稀释剂在两相中分配比不同； 3． 两相接触混合和分相； 4． 溶剂S 对A 和B 的溶解能力不一样，溶剂具有选择性，即 B A B A x x y y 其中：y 表示萃取相内组分浓度；x 表示萃余相内组分浓度。
上式表明：萃取相中A／B的浓度比值应大于萃余相中A／B的浓度比值。 典型工业萃取过程 1以醋酸乙酯为溶剂萃取稀醋酸水溶液中的醋酸，制取无水醋酸。 由于萃取相中含有水，萃余相中含有醋酸乙酯，所以萃取后产品和溶剂均须通过精馏分离实现。 2．以醋酸丁酯为溶剂萃取青霉素产品。 3．以环砜为溶剂从石油轻馏分中提取环烃； 4．以轻油为溶剂从废水中脱酚； 5．以丙烷为溶剂从植物油中提取维生素。 萃取过程的经济性 1 混合物的相对挥发度下或形成恒沸物，用一般精馏方法不能分离或很不经济； 2．混合物浓度很稀，采用精馏方法必须将大量稀释剂B气化，能耗国道； 3 混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法精制可避免物料受 热破坏。 萃取过程对萃取剂要求： ①选择性好； ②萃取容量大； ③化学稳定性好； ④分相好； ⑤易于反萃取或精馏分离；
超临界流体萃取原理及其特点
超临界流体萃取原理及其特点 超声强化超临界CO萃取除虫菊酯的研究 2 第二章文献综述 2.1超临界流体萃取技术 2.1.1超临界流体概念 任何物质，随着温度、压力的变化，都会相应的呈现为固态、液态和气态这三种状态，称为物质的三态。三态之间互相转化的温度和压力值叫做三相点，每种分子量不太大的稳定的物质都具有一个固有的临界点，严格意义上，临界点由临界温度、临界压力、临界密度构成。在临界温度以上，无论怎样加压，气态物质绝不会被液化。当温度和压力超过了临界点时，该物质就进入了超临界状态， [11]超临界状态下的物质既非气体又非液体的状态，叫做超临界流体，SCF是气体和液体状态以外的第三流体。 2.1.2 超临界流体萃取原理及其特点 [12]所谓超临界流体萃取，是指利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的。SCF的密度对温度和压力的变化很敏感，而其溶解能力在一定压力范围内与其密度成比例，因此可以通过控制温度和压力来改变物质在SCF中的溶解度，特别是在临界点附近，温度和压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变，这就是SFE的依据。 [13]与其它常规分离方法相比，SFE具有以下特点: 1) 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有害物质; 2) 选择适宜的溶剂如CO可在较低温度和无氧环境下操作，分离、精制热2 敏性物质和易氧化物质; 3) 临界流体具有良好的渗透性和溶解性，能从固体或粘稠的原料中快速提
取有效成分; 4) 降低超临界相的密度，很容易使溶剂从产品中分离，无溶剂污染，且回 收溶剂无相变过程，能耗低; 5) 兼有蒸馏和萃取双重功能，可用于有机物的分离、精制。 [14]SFE存在的不足有: 1) 高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏; 2) 高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求亦高; 3 福州大学硕士学位论文 3) 超临界流体中溶质浓度相对还是较低，故需大量溶剂循环; 4) 超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。 2.1.3 超临界流体的选择 可用作SFE的溶剂很多，不同的溶剂其临界性质各不相同，而不同的萃取过程要求采用不同的溶剂。可用作超临界萃取剂的流体主要有乙烷、乙烯、丙稀、二氧化碳等。采用SFE技术提取天然物质，CO是人们首选的溶剂，因为CO22 [15]作为一种溶剂，具有如下的主要优点: 1) CO与大多数的有机化合物具有良好的互溶性，而CO液体与萃出物相22 比，具有更大的挥发度，从而使萃取剂与萃出物的分离更容易; 2) 选择性好，超临界CO对低分子量的脂肪烃，低极性的亲脂性化合物，2 如酯、醚、内脂等表现出优异的溶解性能; 3) 临界温度(31.1?)低，汽化焓低，更适合于工业化生产; 4) 临界压力(7.38MPa)低，较易达到; 5) 化学惰性，无燃烧爆炸危险，无毒性，无腐蚀性，对设备不构成侵蚀， 不会对产品及环境造成污染;且价格便宜，较高纯度的CO容易获得; 2
超临界流体萃取技术及其应用
第46卷第2期2018年1月广 州 化 工 Guangzhou Chemical Industry Vol.46No.2Jan.2018 超临界流体萃取技术及其应用 吴 芳,李雄山,陈乐斌 (广东巴松那生物科技有限公司,广东 东莞 523443) 摘 要:超临界流体是一种具有特殊物理特性和热力学性质的绿色溶剂,可表现出液体与气体的性质;超临界流体萃取技 术是一种新型二清洁二高效的绿色分离二提取技术,是国内外研究的热点之一三对超临界流体萃取技术的基本原理二发展过程和特点进行了介绍,并对超临界萃取技术在食品工业二制药工业二天然香料领域和环境保护领域的应用进展进行了综述,为超临界流体萃取技术的进一步应用提供参考三 关键词:超临界流体;萃取技术;应用 中图分类号:TQ028 文献标志码:A 文章编号:1001-9677(2018)02-0019-03 第一作者:吴芳(1989-),男,硕士,主要从事天然成分提取三 Application of Supercritical Fluid Extraction WU Fang ,LI Xiong -shan ,CHEN Le -bin (Guangdong Basonnia Biotechnology Co.,Ltd.,Guangdong Dongguan 523443,China) Abstract :With similar properties to liquids and gas,supercritical fluid is a green solvent.It has unique physical properties and thermodynamic properties.Supercritical fluid extraction is a new kind of clean and efficient green separation method with green technology,which is a research hotspot at home and abroad.The basic principle,developing process and characteristics of supercritical fluid extraction were reviewed,and the application of supercritical fluid extraction in food industry,pharmaceutical industry,natural-spices field and environmental science were also summarized,so as to provide scientific data for further application of supercritical fluid extraction technology. Key word :supercritical fluid;extraction technology;application 超临界流体(Supercritical Fluid,即SCF)是指温度和压力都处于临界点以上的流体,可同时表现出液体与气体的特点,具有特殊的物理性质和热力学性质[1]三超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction,即SFE)正是一种利用超临界流体的该特殊性质进行萃取的高效二清洁的新兴分离二提取手段三 1 超临界流体萃取技术 1.1 超临界流体萃取技术的基本原理 超临界流体萃取的溶质与溶剂分离过程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[2]三超临界状态下的流体具有很高的渗透能力和溶解能力,在较高压力条件下,将溶质溶解在流体中;当流体的压力降低或者温度升高时,流体的密度变小二溶解能力减弱,导致流体中的溶质析出,从而实现萃取的目的三 1.2 超临界流体萃取技术的发展过程 超临界流体的应用型研究在近些年才初有成效,但其学术研究起步比较早,可追溯到19世纪三1822年,Cagniard 首次报道了物质的临界现象三1850年,英国女王学院的Thomas Andrews 博士首先对CO 2的超临界现象进行了研究,并在1869年的英国皇家学术会议上发表了超临界实验装置和超临界现象观察的论文三1879年,Hanny 和Hogarth [3]就发现了超临界状态 下的流体具有极强的溶解能力,这为超临界流体的发展和应用提供了理论依据三但在此后相当长的一段时间里,超临界流体的研究进展缓慢三一直到1955年,Todd 和Elgin 首次指出了超临界状态下的流体对类似于固体的不挥发性物质的溶解特性,这为超临界流体用于分离过程提供了可行性三20世纪70年代初,Zosel 等[3]成功利用超临界CO 2萃取咖啡豆中的咖啡因,自此超临界流体的发展及其应用进入了一个新的阶段三1979年联邦德国的HAG 公司首先建成了用超临界流体萃取技术除去咖啡中咖啡碱的生产线三日本开发的一种耐高压的螺旋进样系统,在一定程度上解决了固相原料的进料问题以及固相残渣的出料问题,从而实现了固相物料的连续萃取[4-5]三虽然国内对超临界流体的研究起步较晚,但发展迅速,目前已经有一部分技术初步实现了工业化应用三 1.3 超临界流体萃取技术的特点 超临界流体的密度接近于液体,粘度却接近于普通气体,而扩散能力又比液体大100~1000倍,因此超临界流体具有很高的溶解能力和很好的流动性以及传质性能[4]三物质的溶解能力与溶剂的密度直接相关三研究人员可通过调节超临界流体的温度和压力来快速调整流体的密度,进而调整其对目标提取物的溶解度,实现选择性地提取目标成份三 CO 2是大自然里最常见的气体之一,不仅不可燃二安全无毒二来源丰富,而且其临界温度较低,接近常温,因此可利用