亚临界流体是指某些化合物在温度高于其沸点但低于临界温度,且压力低于其临界压力的条件下,以流体形式存在的该物质。当温度不超过某一数值,对气体进行加压,可以使气体液化,而在该温度以上,无论加多大压力都不能使气体液化,这个温度叫该气体的临界温度。在临界温度下,使气体液化所必须的压力叫临界压力。当丙烷、丁烷、1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、二甲醚(DME)、液化石油气(LPG)和六氟化硫等以亚临界流体状态存在时,分子的扩散性能增强,传质速度加快,对天然产物中弱极性以及非极性物质的渗透性和溶解能力显著提高。亚临界环境下萃取,不破坏热敏性成分、目的物完全,被视为绿色环保、前景广阔的一项变革性技术。
亚临界萃取原理
亚临界萃取是利用亚临界流体作为萃取剂,在密闭、无氧。低压的压力容器内,依据有机物相似相溶的原理,通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程,达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取剂中,再通过减压蒸发的过程将萃取剂与目的产物分离,最终得到目的产物的一种新型萃取与分离技术。亚临界流体萃取技术就是利用上述亚临界流体的特殊性质,物料在萃取罐内注入亚临界流体浸泡,在一定的料溶比、萃取温度、萃取时间、萃取压力,萃取剂及夹带剂及搅拌、超声波的辅助下进行的萃取过程。萃取混合液经过固液分离后进入蒸发系统,压缩机和真空泵的作用下,根据减压蒸发的原理将萃取剂由液态转为气态从而得到目标提取物。
亚临界流体萃取相比其它分离方法具有许多优点:无毒、无害,环保、无污染、非热加工、保留提取物的活性产品不破坏、不氧化,产能大、可进行工业化大规模生产,节能、运行成本低,易于和产物分离。因此,亚临界流体萃取与分离技术在天然动植物有效成分的提取、中药(含复方)活性成分的提取与有害脂溶性成分的分离、昆虫提取物、动物提取物、天然色素、特种油脂的提取、各种植物粉的脱脂等领域,具有广阔的应用实践。
亚临界流体萃取技术发展的历史
亚临界流体萃取是以亚临界状态的流体或亚临界流体的混合溶液为溶媒,与溶质在系统内相继经过浸提、蒸发脱溶、压缩、冷凝回收等过程,从天然产物中提取目标组分的一种新技术。当LPG、丙烷、丁烷、R600a、DME、R134a和六氟化硫等以亚临界流体状态存在时,分子的扩散性能增强,传质速度加快,对天然产物中弱极性以及非极性物质的渗透性和溶解能力显著的提高。
1939年,美国的HenryRosenthal首创将压缩后液化的低级气态烷烃用于油料浸出(专利号:US2152664),加压状态下,溶剂以液态形式浸出油脂,混合油和湿粕中含的溶剂在减压的状态下自然挥发。整个加工过程在低温状态下进行,油料中组分不氧化,粕中蛋白不变性,且生产成本低。国内也有亚临界流体萃取方法的相关报道,2001.8.2公开的发明专利(ZL01108701.3)提供了一种亚临界液化石油气萃取除虫菊酯的方法;2007.11.28公开的发明专利(200610081101.1)提供了一种亚临界二甲醚流体提取天然除虫菊素的方法;2008.4.16公开的发明专利(200610104744.3)提供了一种亚临界流体萃取溶剂及萃取方法,其主要特点是以液态六氟化硫为萃取溶剂。
上述亚临界提取相关方法,均局限于某一种特定亚临界流体,萃取对象主要针对弱极性、脂溶性成分,未涉及中等极性和强极性的目标组分。
亚临界萃取技术的优势
亚临界流体萃取相比其它分离方法具有许多优点:无毒、无害,环保、无污染、非热加工、保留提取物的活性成分不破坏、不氧化,产能大、可进行工业化大规模生产,节能、运行成本低,易于和产物分离。因此,亚临界流体萃取与分离技术在天然动植物有效成分的提取、中药活性成分的提取与有害脂溶性成分的分离、昆虫提取物、动物提取物、天然色素、特种油脂的提取、各种植物粉的脱脂等领域,具有广阔的应用实践。亚临界低温萃取技术的优点:
(1)浸出后的饼粕质量好,保持原有热敏性物质不被破坏,可进一步开发植物蛋白。
(2)溶剂损耗低,吨原料消耗溶剂小于8kg。
(3)不需要蒸汽,仅90℃的热水即可,相对六号溶剂,可节约热能源70%。
(4)生产中无“三废污染”,属环保工程。
(5)常温萃取,低温(小于40℃)脱溶,浸出后的油中、粕中热敏性物质不破坏,浸膏中色素得率高,色泽鲜艳,是贵重油料、植物蛋白和天然色素保质萃取的理想工艺。
(6)投资小、生产成本低(相对于超临界二氧化碳设备)。
(7)亚临界流体来源广,价格低。该溶剂各油田、炼油厂均有此产品,且价格低于六号溶剂。
(8)设备压力低,安全性高(工作压力0.3~0.7MPa)。
(9)生产规模大,成套萃取设备一条线可达0.1吨~200吨/天的处理量。
亚临界萃取技术获奖情况
亚临界萃取技术已获得多年的发展,先后与中国科学院生物学部、中国科学院昆明动物研究所、中国农业科学院油料所、华南理工大学、江南大学、江苏大学、河南省农科院、河南工业大学、河南轻工学院、武汉工业学院、湖南林科院等高校和科研机构开展合作交流,就我中心核心技术的推广创新进行了广泛的产学研合作开发。应用单位遍及江苏、云南、四川、河南、河北、山东、山西、辽宁、内蒙、新疆、甘肃、湖北等地后,用户反馈该技术日处理原料量大、效率高、效果好,天然产物活性不破坏,运行成本低,生产的产品质量稳定可靠。该技术获得国家原内贸部科技进步一等奖,河南省发明一等奖,国家发明银质奖,享有自有知识产权,发明人为学者型专家祁鲲。
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亚临界萃取技术