亞臨界流體是指某些化合物在溫度高于其沸點但低于臨界溫度,且壓力低于其臨界壓力的條件下,以流體形式存在的該物質。當溫度不超過某一數值,對氣體進行加壓,可以使氣體液化,而在該溫度以上,無論加多大壓力都不能使氣體液化,這個溫度叫該氣體的臨界溫度。在臨界溫度下,使氣體液化所必須的壓力叫臨界壓力。當丙烷、丁烷、1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、二甲醚(DME)、液化石油氣(LPG)和六氟化硫等以亞臨界流體狀態存在時,分子的擴散性能增強,傳質速度加快,對天然產物中弱極性以及非極性物質的滲透性和溶解能力顯著提高。亞臨界環境下萃取,不破壞熱敏性成分、目的物完全,被視為綠色環保、前景廣闊的一項變革性技術。
亞臨界萃取原理
亞臨界萃取是利用亞臨界流體作為萃取劑,在密閉、無氧。低壓的壓力容器內,依據有機物相似相溶的原理,通過萃取物料與萃取劑在浸泡過程中的分子擴散過程,達到固體物料中的脂溶性成分轉移到液態的萃取劑中,再通過減壓蒸發的過程將萃取劑與目的產物分離,最終得到目的產物的一種新型萃取與分離技術。亞臨界流體萃取技術就是利用上述亞臨界流體的特殊性質,物料在萃取罐內注入亞臨界流體浸泡,在一定的料溶比、萃取溫度、萃取時間、萃取壓力,萃取劑及夾帶劑及攪拌、超聲波的輔助下進行的萃取過程。萃取混合液經過固液分離后進入蒸發系統,壓縮機和真空泵的作用下,根據減壓蒸發的原理將萃取劑由液態轉為氣態從而得到目標提取物。
亞臨界流體萃取相比其它分離方法具有許多優點:無毒、無害,環保、無污染、非熱加工、保留提取物的活性產品不破壞、不氧化,產能大、可進行工業化大規模生產,節能、運行成本低,易于和產物分離。因此,亞臨界流體萃取與分離技術在天然動植物有效成分的提取、中藥(含復方)活性成分的提取與有害脂溶性成分的分離、昆蟲提取物、動物提取物、天然色素、特種油脂的提取、各種植物粉的脫脂等領域,具有廣闊的應用實踐。
亞臨界流體萃取技術發展的歷史
亞臨界流體萃取是以亞臨界狀態的流體或亞臨界流體的混合溶液為溶媒,與溶質在系統內相繼經過浸提、蒸發脫溶、壓縮、冷凝回收等過程,從天然產物中提取目標組分的一種新技術。當LPG、丙烷、丁烷、R600a、DME、R134a和六氟化硫等以亞臨界流體狀態存在時,分子的擴散性能增強,傳質速度加快,對天然產物中弱極性以及非極性物質的滲透性和溶解能力顯著的提高。
1939年,美國的HenryRosenthal首創將壓縮后液化的低級氣態烷烴用于油料浸出(專利號:US2152664),加壓狀態下,溶劑以液態形式浸出油脂,混合油和濕粕中含的溶劑在減壓的狀態下自然揮發。整個加工過程在低溫狀態下進行,油料中組分不氧化,粕中蛋白不變性,且生產成本低。國內也有亞臨界流體萃取方法的相關報道,2001.8.2公開的發明專利(ZL01108701.3)提供了一種亞臨界液化石油氣萃取除蟲菊酯的方法;2007.11.28公開的發明專利(200610081101.1)提供了一種亞臨界二甲醚流體提取天然除蟲菊素的方法;2008.4.16公開的發明專利(200610104744.3)提供了一種亞臨界流體萃取溶劑及萃取方法,其主要特點是以液態六氟化硫為萃取溶劑。
上述亞臨界提取相關方法,均局限于某一種特定亞臨界流體,萃取對象主要針對弱極性、脂溶性成分,未涉及中等極性和強極性的目標組分。
亞臨界萃取技術的優勢
亞臨界流體萃取相比其它分離方法具有許多優點:無毒、無害,環保、無污染、非熱加工、保留提取物的活性成分不破壞、不氧化,產能大、可進行工業化大規模生產,節能、運行成本低,易于和產物分離。因此,亞臨界流體萃取與分離技術在天然動植物有效成分的提取、中藥活性成分的提取與有害脂溶性成分的分離、昆蟲提取物、動物提取物、天然色素、特種油脂的提取、各種植物粉的脫脂等領域,具有廣闊的應用實踐。亞臨界低溫萃取技術的優點:
?。?)浸出后的餅粕質量好,保持原有熱敏性物質不被破壞,可進一步開發植物蛋白。
?。?)溶劑損耗低,噸原料消耗溶劑小于8kg。
?。?)不需要蒸汽,僅90℃的熱水即可,相對六號溶劑,可節約熱能源70%。
?。?)生產中無“三廢污染”,屬環保工程。
?。?)常溫萃取,低溫(小于40℃)脫溶,浸出后的油中、粕中熱敏性物質不破壞,浸膏中色素得率高,色澤鮮艷,是貴重油料、植物蛋白和天然色素保質萃取的理想工藝。
?。?)投資小、生產成本低(相對于超臨界二氧化碳設備)。
?。?)亞臨界流體來源廣,價格低。該溶劑各油田、煉油廠均有此產品,且價格低于六號溶劑。
?。?)設備壓力低,安全性高(工作壓力0.3~0.7MPa)。
?。?)生產規模大,成套萃取設備一條線可達0.1噸~200噸/天的處理量。
亞臨界萃取技術獲獎情況
亞臨界萃取技術已獲得多年的發展,先后與中國科學院生物學部、中國科學院昆明動物研究所、中國農業科學院油料所、華南理工大學、江南大學、江蘇大學、河南省農科院、河南工業大學、河南輕工學院、武漢工業學院、湖南林科院等高校和科研機構開展合作交流,就我中心核心技術的推廣創新進行了廣泛的產學研合作開發。應用單位遍及江蘇、云南、四川、河南、河北、山東、山西、遼寧、內蒙、新疆、甘肅、湖北等地后,用戶反饋該技術日處理原料量大、效率高、效果好,天然產物活性不破壞,運行成本低,生產的產品質量穩定可靠。該技術獲得國家原內貿部科技進步一等獎,河南省發明一等獎,國家發明銀質獎,享有自有知識產權,發明人為學者型專家祁鯤。
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亞臨界萃取技術