夹带剂及其对超临界CO2萃取效能的影响

夹带剂及其对超临界CO2萃取效能的影响作为高新技术的超临界CO2萃取技术近年来受到极大关注,并广泛推广应用。但也发现超临界CO2萃取技术还存在着:操作压力大、萃取时间长、对设备的要求较高、能耗相对较大、提取容量小、萃取率不够理想等有待提高或改善的问题,而采用夹带剂对超临界萃取过程进行强化,能有效提高萃取得率、降低操作压力等。因此,本文从夹带剂在超临界CO2萃取中的作用原理出发,讨论夹带剂分子特性对超临界CO2萃取效能的影响,也对在夹带剂下超临界CO2萃取存在的问题也作了简要阐述。并总结出夹带剂性质对萃取率的变化规律是:夹带剂的分子极性越大,溶质在超临界CO2中的溶解度越大;夹带剂的相对分子质量或分子体积的增大,其在超临界CO2中的溶解度降低,萃取率减小;易形成氢键的夹带剂分子,能明显提高萃取率;多(混合)组分的夹带剂,对萃取效能的提高更显著。关键词:超临界CO2萃取;夹带剂;分子特性;强化萃取1、超临界流体萃取的特点和夹带剂的强化作用自1879年,Hanny和Hogarth发现了超临界流体的独特溶解现象来,特别是1978年后超临界流体萃取作为一种高新分离技术而倍受人们的关注,在基础理论研究、工艺、设备的设计以及工业化等方面都取得了较大发展。与传统萃取方法相比较,超临界CO2萃取过程具有与环境友好、分离方便、低毒、少甚至无残留、可在常温下操作等优点(见表1),因此特别适合于不稳定天然产物和生理活性物质的分离与精制。在发达国家,超临界流体技术发展很快,已成为食品、香料、生物、医药、化工、轻工、冶金、环保、农业等深加工领域中获得高品质产品的最有效方法之一,各国纷纷推出各具特色的提取装置,已从实验室走向工业化阶段,从20世纪70年开始,我国对超临界萃取技术进行了大量的应用与工程研究,取得了可喜的成果,内容涉及小麦胚芽油、卵磷脂、天然香料、动物油脂的萃取,食品脱脂(炸薯片、无脂淀粉、油炸食品),奶脂脱胆固醇,咖啡、红茶脱咖啡因,啤酒花的萃取,植物色素的萃取,油脂脱色、脱臭,原药的提纯,活性炭的再生,烟草脱烟碱,天然香料的萃取、合成香料的分离、精制,化工原料、产品的萃取分离回收和精制等等,虽然超临界流体的粘度是液体的百分之一,自扩散系数是液体的100倍,因而它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;具有不同寻常的可压缩性,在临界点附近,压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生巨大变化,所以可通过简单的变换CO2的压力和温度便可调节它的溶解能力,提高萃取的选择性;再通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品,省去了脱溶剂工序,而且溶质和溶剂的分离彻底。但是超临界CO2萃取技术也不是万能的,仍存在需要解决的问题。CO2的分子结构决定了它对分离过程存在局限性:对于烃类和弱极性的脂溶性物质的溶解能力较好,对于强极性的化合物则需加大萃取压力或使用夹带剂才能实现分离。一般超临界CO2萃取压力比较高,对设备的要求高,提取能力小,而且能耗较大;采用夹带剂可强化超临界CO2萃取过程的选择性、溶解能力和提取效率。夹带剂也称为携带剂,是在超临界流体溶剂中加入与被萃取物亲和力强的组分,可以与流体溶剂混溶的、挥发性介于被萃取物质与超临界组分之间,以提高其对萃取组分的选择性和溶解度为主要目的的一类物质,这类物质可以是某一种纯物质,也可以是两种或多种物质的混合物。Johnston等向超临界CO2萃取中添加摩尔分数为0.028的CH3OH,对苯二酚的溶解度可提高10倍,而添加摩尔分数为0.02的TBP(tri-n-butylphos-phate)可使对苯二酚的溶解度提高250倍。可见夹带剂对超临界萃取效果有极大的强化作用。夹带剂作用的原理是夹带剂可从两方面影响溶质在超临界流体中的溶解度和选择性,即溶剂流体的密度和溶质与夹带剂分子间的相互作用。通常夹带剂在使用中用量较少,对溶剂流体的密度影响不大,甚至还会降低超临界流体的密度。而影响溶解度和选择性的决定因素就是夹带剂与溶质分子间的范德...

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