超臨界萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品深加工中的應(yīng)用

王文仲 劉公文

（1.開原化工機械制造有限公司,遼寧 開原 112300）2.沈陽索福爾超臨界萃取設(shè)備有限公司,遼寧 沈陽 110000）

1 前言

超臨界萃取技術(shù)，我國起源于上個世紀80年代，30年來技術(shù)日臻成熟，作為一種新型的萃取分離技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，大致可以分為以下幾種類別：

1.1 超臨界萃取

是從植物中提取我們所需要的有效成分，是超臨界萃取最傳統(tǒng)、最普遍的一個應(yīng)用領(lǐng)域。常用的有植物油脂的萃取、中藥有效成分的萃取、植物色素的萃取、植物香料的提取、啤酒花的萃取等。

1.2 超臨界干燥

是制備氣凝膠納米保溫材料的一種新興的先進方法，這種保溫材料因其突出的絕熱性能，將逐步取代傳統(tǒng)的保溫材料。

1.3 超臨界染色

是利用超臨界二氧化碳作為溶劑進行染色的一種全新的先進工藝方法，可以徹底解決因傳統(tǒng)水染造成的環(huán)境污染問題，并且可以節(jié)約大量水資源和人力資源，應(yīng)用前景十分可觀。

1.4 超臨界發(fā)泡

是近年來發(fā)展起來的一種新型發(fā)泡技術(shù)，主要用于TPU（熱塑性聚氨酯彈性橡膠）發(fā)泡，這種材料主要用于制作各種高檔運動鞋的鞋底材料。因為這種材料的高彈性、高強度、無毒、無味而得到了廣泛的應(yīng)用。如adds、nike等都已經(jīng)采用這種材料。

1.5 超臨界水氧化

該技術(shù)可以將有機廢水在幾秒鐘之內(nèi)轉(zhuǎn)變成99.99%以上純度的水，完全達到排放標準，徹底解決有機廢水的污染問題。這種技術(shù)目前還處于工業(yè)化研究推廣階段，相信在不遠的將來定會得到快速的發(fā)展。

本文將就作者所了解的情況，重點對超臨界萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品深加工中的應(yīng)用做以簡單介紹。

2 超臨界萃取技術(shù)原理

超臨界的概念：處在某一溫度下的任何氣體，在給其施加一定的壓力后都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力就越高。但當(dāng)溫度升高到某一溫度時，無論施加多大的壓力，也不能再使該氣體液化，這個溫度就是該氣體的臨界溫度，在臨界溫度點使氣體液化所需的最低壓力就是臨界壓力。當(dāng)溫度和壓力都超過臨界點時，此時物質(zhì)的狀態(tài)既不是氣態(tài)，也不是液態(tài)，叫超臨界態(tài)，也稱為物質(zhì)的第四態(tài)，這種物質(zhì)叫超臨界流體。

2.1 超臨界流體的性質(zhì)

超臨界流體是介于氣體與液體之間的一種狀態(tài)，它兼具有氣體的高流動性和接近于于液體的密度。超臨界流體的這種特性決定了它具有較高的傳遞性、滲透性和溶解能力。

2.2 常用的超臨界介質(zhì)

2.2.1 CO2：這中介質(zhì)有很多突出優(yōu)點，是目前最常用的超臨界介質(zhì)。首先是它的臨界溫度和臨界壓力比較低，臨界溫度為31.06℃，臨界壓力為7.38MPa，這種性質(zhì)可以節(jié)約能源，降低設(shè)備投資。其次，CO2是一種惰性物質(zhì)，所以使用安全，不用考慮防爆問題。第三，CO2無毒，萃取物中無有害殘留，因此是一種先進的綠色提取方法。第四，CO2資源豐富，價格低廉，因此可降低生產(chǎn)成本。

二氧化碳相圖

2.2.2 酒精：臨界溫度243.1℃，臨界壓力6.38MPa，相對于CO2來說，臨界壓力較低，因此設(shè)備的工作壓力較低，但工作溫度較高，目前主要用于作為超臨界干燥的介質(zhì)。用這種介質(zhì)進行的超臨界干燥比用CO2的萃取效果好，生產(chǎn)出的絕熱材料質(zhì)量好，導(dǎo)熱系數(shù)小。缺點是易燃易爆，對設(shè)備及工藝過程要求嚴格防爆。

2.2.3 氟利昂（134a）：臨界溫度 100.6℃，臨界壓力4.06MPa。134a在較低的壓力下就具有很強的萃取能力，因此設(shè)備照價很低。缺點是134a價格昂貴，萃取物里有微量殘留。

2.2.4 水：水的臨界溫度374.15℃，臨界壓力22.56MPa。水是自然界中儲量最大的物質(zhì)，超臨界水有著極其獨特的性質(zhì)，超臨界水氧化反應(yīng)也是目前研究熱度極高的一個課題。

2.3 超臨界萃取原理與工藝流程

2.3.1 超臨界萃取原理：超臨界萃取實質(zhì)上是一種分離過程，利用超臨界流體超強的溶解能力，針對某種特定的物質(zhì)具有最大溶解力的溫度和壓力下，進行加溫加壓，把我們所需要的物質(zhì)溶解于CO2中，然后再經(jīng)過降壓，把CO2恢復(fù)為氣體狀態(tài)，而萃取物則留在了分離容器中，從而達到了萃取分離的目的。常用的CO2超臨界萃取溫度為40℃，萃取壓力為25MPa。

2.3.2 簡單工藝流程：萃取前，需將被萃取物粉碎成20～30目的顆粒，以便使萃取劑與被萃取物接觸面積最大化，具體流程見萃取工藝流程圖。

3 超臨界萃取主要設(shè)備

3.1 萃取釜

設(shè)計壓力35MPa，設(shè)計溫度90℃，是超臨界萃取的核心設(shè)備，采用自動快開蓋結(jié)構(gòu)，帶有加熱夾套，用于完成萃取物的溶解過程。

3.2 分離釜

一般采用二級分離，設(shè)計壓力分別為16MPa和12MPa，設(shè)計溫度90℃，帶有加熱夾套，用于完成萃取介質(zhì)和萃取物的分離過程。

3.3 加熱器

分為萃取加熱器和分離加熱器，設(shè)計參數(shù)分別與相應(yīng)的萃取釜、分離釜的設(shè)計溫度、設(shè)計壓力一致，用于加熱萃取、分離各段的CO2介質(zhì)。

3.4 冷凝器

設(shè)計壓力9MPa，設(shè)計溫度50℃，用于將從分離釜出來的CO2冷凝成液態(tài)，并回收到中間儲罐中。

3.5 中間儲罐

用于儲存工藝過程中循環(huán)使用的CO2。

3.6 工藝過程控制

整個過程采用計算機控制，工藝參數(shù)全部自動控制，其它操作過程可采用全自動控制或手動控制。

4 超臨界萃取技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品深加工中的應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品的超臨界萃取基本采用CO2為萃取介質(zhì)，主要用于以下幾方面：

4.1 植物油脂提取

主要提取物有：花椒油、麻椒油、辣椒油、生姜油、亞麻油、紫蘇子油、橄欖油、各種花籽油等。

4.2 中藥提取

利用超臨界萃取方法將各種中藥材中的有效成分提取出來，例如紫杉醇、青蒿素等。

4.3 植物色素提取

主要有：辣椒紅色素、番茄紅素等。

4.4 植物香料提取

用于提取一些植物中的香精、香料、香油等。

4.5 啤酒花提取

從啤酒花（又名蛇麻花、酵母花）中提取酒花，酒花是啤酒生產(chǎn)中重要的添加劑。

5 結(jié)語

超臨界萃取技術(shù)是一種現(xiàn)代化的、先進的、綠色的提取技術(shù)，隨著人們對生活質(zhì)量和身體健康方面越來越高的要求，以及超臨界萃取技術(shù)與裝備水平的不斷提高，這種技術(shù)未來在農(nóng)產(chǎn)品深加工方面將會得到越來越廣泛的應(yīng)用，發(fā)展前景十分可觀。