超臨界流體萃取在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

呂璟慧，溫 哲

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116

0 引言

超臨界流體（SCF）指的是熱力學(xué)狀態(tài)處于臨界點(diǎn)（Tc，Pc）之上的高密度流體。超臨界流體具有氣體和液體的雙重特性，其粘度與氣體相似，密度和液體相近，但擴(kuò)散系數(shù)比液體大得多。這種氣液雙重特性使得其對(duì)很多物質(zhì)均具有很強(qiáng)的溶解能力，分離速率遠(yuǎn)比液體溶劑萃取快。隨著近十幾年來(lái)對(duì)超臨界流體萃取的基本原理、工藝流程和裝備等方面的研究的進(jìn)一步深入，超臨界萃取技術(shù)已經(jīng)在精細(xì)化工、食品工業(yè)、醫(yī)藥生產(chǎn)、石油化工、環(huán)境保護(hù)等方面有了較廣泛的應(yīng)用。目前，超臨界流體萃取已經(jīng)形成一門(mén)新的化工分離技術(shù)，并在一些特定組分的分離上展示了它的應(yīng)用前景[4，6]。

1 超臨界萃取基本原理[6]

超臨界流體（SCF）是處于臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）以上的非凝縮性的高密度流體。超臨界流體沒(méi)有明顯的氣液分界面，是一種氣液不分的狀態(tài)，具有優(yōu)異的溶劑性質(zhì)，粘度低，密度大，有較好的流動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱和溶解性能，其物理性質(zhì)介于氣體與液體之間。

超臨界流體處于超臨界狀態(tài)時(shí)，其密度為氣體密度的數(shù)百倍，接近于液體密度，而其流動(dòng)性和黏度仍接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)大約為氣體的1% ，而較液體的擴(kuò)散系數(shù)大數(shù)百倍，因此物質(zhì)移動(dòng)或分配時(shí)，均比其在液體溶劑中要快。在超臨界狀態(tài)下，適當(dāng)改變超臨界流體的溫度或壓力，可使超臨界流體對(duì)被萃取物質(zhì)的溶解能力在1O0～l 000倍的范圍內(nèi)變化。超臨界流體萃取正是利用這種性質(zhì)，在較高壓力下，將溶質(zhì)溶解于流體中，然后降低流體溶液的壓力或升高流體溶液的溫度，使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因其密度下降溶解度降低而析出，從而實(shí)現(xiàn)特定溶質(zhì)的萃取。

2 超臨界流體萃取技術(shù)在啤酒生產(chǎn)上的應(yīng)用

2.1 超臨界CO2萃取啤酒花浸膏[1，2]

啤酒花可以作為啤酒釀造中的防腐劑和芳香劑，賦予啤酒特有的苦味和香味，在啤酒釀造過(guò)程中有很重要的作用。但啤酒花是季節(jié)性生產(chǎn)且有效成分會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)而降低和氧化。傳統(tǒng)的提取方法提取出的產(chǎn)品質(zhì)量差，而且存在化學(xué)溶劑殘留，故采用超臨界萃取技術(shù)更為有效。此方法操作方便、萃取率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。

具體過(guò)程如下：啤酒花經(jīng)適當(dāng)粉碎裝入萃取器中，凈化的CO2氣體由壓縮機(jī)加壓至一定的高壓后通人到萃取器，在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行萃取，然后經(jīng)減壓閥減壓后進(jìn)入分離器進(jìn)行分離，啤酒花浸膏留在分離器中，后由放油閥放出收集，CO2氣體進(jìn)入儲(chǔ)罐與來(lái)自鋼瓶的CO2混合，可以循環(huán)利用。

2.2 白酒芳香昧物質(zhì)萃取[2]

在白酒釀造的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢槽液，廢槽液中含有糖分、蛋白質(zhì)、氨等大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因而酸度高、粘度大，直接排放不但會(huì)污染環(huán)境，還造成了資源浪費(fèi)，故可采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取酒糟中的白酒香氣成分。

具體過(guò)程如下：首先將酒糟干燥粉碎，同時(shí)加入1%的CaCO3對(duì)酒糟進(jìn)行中和處理，使進(jìn)入萃取分離體系的液體呈中性；將酒糟原料裝入萃取器，開(kāi)始加熱萃取器、分離器到35℃～60℃；再將萃取劑超臨界CO2加壓泵入萃取器中，萃取器操作壓力為15MPa～45MPa，萃取后的萃取劑流體減壓流人第一分離器分離，第一分離器壓力為5MPa～20MPa，萃取劑流體再減壓流人第二分離器分離，第二分離器壓力為2MPa～10MPa，分離的CO2凈化后循環(huán)進(jìn)入萃取器再萃取。從分離器放出產(chǎn)品。

2.3 酒精脫水精制[2]

酒精脫水精制是酒精生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。一般發(fā)酵醪液的酒精濃度為8%～12%，酒精產(chǎn)品必須濃縮到95%，若用作燃料則應(yīng)濃縮到99.5%以上。傳統(tǒng)的濃縮法是精餾法，能耗很高。采用超臨界CO2流體萃取乙醇一水溶液可以減少能耗，降低成本。

具體過(guò)程如下：將CO2壓縮到6.5MPa～7.0MPa與逆流的稀酒精水溶液、丁醇水溶液以及醛、酮、酸、酯等的水溶液呈逆流接觸，因有機(jī)質(zhì)較水更易溶于近臨界CO2流體，結(jié)果可使有機(jī)質(zhì)富集于CO2萃取相中。將萃取相稍經(jīng)減壓后，送入精餾塔，利用CO2與有機(jī)質(zhì)之間較大的相對(duì)揮發(fā)度，只需少數(shù)塔板即可將CO2分離干凈而獲得濃縮的乙醇、丙醇和丁醇，大大減少了能耗。

2.4 玉米胚芽油提取[3]

玉米胚芽油的提取是玉米酒精生產(chǎn)過(guò)程的重要生產(chǎn)單元。傳統(tǒng)的玉米胚芽油的生產(chǎn)主要有機(jī)榨法和工業(yè)己烷浸出法。機(jī)榨法出油率較低，且對(duì)油成分影響較大；工業(yè)己烷浸出法工藝復(fù)雜，且殘存的工業(yè)己烷對(duì)人體有一定的毒副作用。采用超臨界CO2萃取所提取得到的玉米油的質(zhì)量不經(jīng)過(guò)深加工就已經(jīng)達(dá)到了精煉油的標(biāo)準(zhǔn)，且萃取過(guò)程中有較好的選擇性，可在萃取的同時(shí)完成脫酸、脫臭、脫膠、脫色等精煉過(guò)程，不需要高溫，有利于節(jié)能和防止油脂的氧化；脫脂后的玉米胚餅蛋白含量高，無(wú)溶劑殘留。

3 展望

超臨界流體萃取技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用日趨成熟。將該技術(shù)應(yīng)用于發(fā)酵法酒精生產(chǎn)過(guò)程中，不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，增加了產(chǎn)品的附加值，而且有利于實(shí)現(xiàn)酒精釀造過(guò)程的清潔生產(chǎn)，減少運(yùn)輸和儲(chǔ)存的費(fèi)用[6]。目前，超臨界流體萃取技術(shù)和設(shè)備由于投資和操作成本等問(wèn)題，在發(fā)酵法酒精生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用還受到一定的限制，隨著超臨界CO2萃取技術(shù)和裝備的不斷拓展與完善，超臨界萃取技術(shù)在釀酒生產(chǎn)中的應(yīng)用有可能實(shí)現(xiàn)較大的突破。

[1]李疆，周紅.超臨界萃取技術(shù)及其在啤酒花浸膏生產(chǎn)上的應(yīng)用[J].釀酒，2008，5：53-54.

[2]劉寶菊，等.超臨界萃取技術(shù)在釀酒生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].釀酒，2009，1：18-20.

[3]陳必春，等.超臨界萃取技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品工程，2008，2：6-7.

[4]王艷萍.談超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，11：25-27.

[5]高慶宇，尹文萱，周同齡，耿汝波.物質(zhì)分離和鑒定的方法與實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[6]王艷萍.談超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，6.