超臨界二氧化碳萃取的優(yōu)點(diǎn)與前景

康向奎

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西太原 030000）

超臨界流體萃取（簡(jiǎn)稱SFE）是一種迅速發(fā)展起來的新型綠色分離技術(shù)，超臨界CO2萃取是采用CO2作溶劑，超臨界狀態(tài)下的CO2流體有較大密度和介電常數(shù)，對(duì)許多物質(zhì)具有很強(qiáng)溶解力，分離速率遠(yuǎn)比液體萃取快，并隨壓力和溫度的變化而急劇變化，因此，不僅對(duì)某些物質(zhì)的溶解度有選擇性，且溶劑和萃取物容易分離。與常規(guī)的分離方法相比，具有萃取溫度低、選擇性強(qiáng)、高效率、低能耗、無污染等特點(diǎn)，特別適用于脂溶性、高沸點(diǎn)、熱敏性物質(zhì)的提取，同時(shí)也適用于不同組分的精細(xì)分離。廣泛應(yīng)用于生物制藥、食品工業(yè)、保健品、化妝品香料等行業(yè)。

1 我國(guó)中藥提取技術(shù)

1.1 我國(guó)中藥發(fā)展?fàn)顩r

中醫(yī)在我國(guó)發(fā)展歷史悠久，中藥是中國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)特有藥物，中國(guó)是中藥主要的生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)也是中藥的出口國(guó)。其質(zhì)量直接決定了疾病治療的效果。中藥提取物作為中藥行業(yè)的新興領(lǐng)域，隨著科技不斷發(fā)展，中藥的提取工藝也在不斷創(chuàng)新。

1.2 我國(guó)中藥提取工藝

根據(jù)我國(guó)傳統(tǒng)中藥提取的原理不同，提取可以分為溶劑法、水蒸氣蒸餾法與升華法三種。其中傳播最廣泛的是溶劑法。其工藝操作相對(duì)于其他兩類來說更加簡(jiǎn)單，所用的儀器也并不復(fù)雜，是三類中最容易的一類[1]。目前，新藥材的提取方式各種各樣，包括靜態(tài)提取方法和動(dòng)態(tài)提取方法，其中動(dòng)態(tài)提取方法包括煎煮法、回流法等。主要中提取、濃縮、純化、干燥和制劑等。其中提取和提取液的濃縮是現(xiàn)代中藥制藥的關(guān)鍵單元操作[2]，現(xiàn)主要采用的為煎煮法和蒸發(fā)濃縮工藝，其耗時(shí)長(zhǎng)，耗能大，使用大量溶劑（水或者酒精），溫度高，而且對(duì)熱敏性產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，引起中藥有效成分的損失和變質(zhì)。

2 超臨界萃取技術(shù)

超臨界流體萃取技術(shù)是20世紀(jì)70年代受世人關(guān)注的一種新工藝，新技術(shù)在很多領(lǐng)域得到廣泛重視和開發(fā)。

2.1 超臨界流體萃取技術(shù)

我國(guó)自20世紀(jì)80年代就開始了對(duì)超臨界流體技術(shù)的研究和開發(fā)，引進(jìn)國(guó)外實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備，90年代后國(guó)產(chǎn)中試，小試設(shè)備，甚至工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，隨著我國(guó)科技的發(fā)展和中藥現(xiàn)代化戰(zhàn)略的部署，超臨界流體萃取技術(shù)用于中藥提取的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化在國(guó)內(nèi)形成了新的研究熱點(diǎn)。

超臨界流體是處于臨界溫度和臨界壓力以上的非凝縮性的高密度流體，處于超臨界狀態(tài)的流體，其具有優(yōu)異的溶劑性質(zhì)，黏度低，密度大，有較好的流動(dòng)、傳質(zhì)、，傳熱和溶解性?，F(xiàn)行可作為超臨界流體的物質(zhì)很多，如CO2，N2O，SF6，乙烷，庚烷，氨等。部分超臨界參數(shù)如表1和表2所示。

表1 超臨界流體萃取劑的臨界參數(shù)

表2 超臨界流體與氣體，液體的性質(zhì)比較

通過表2在超臨界狀態(tài)下，流體兼有氣-液兩相的雙重性質(zhì)特點(diǎn)，既有與氣體相當(dāng)?shù)母邤U(kuò)散系數(shù)和低黏度，又具有與液體相近的密度和良好的溶解能力。

二氧化碳作為超臨界流體，其臨界溫度為31.1℃，臨界壓力7.39MPa，其操作溫度和壓力都比較容易實(shí)現(xiàn)。CO2的溶解能力完全依賴于溫度和壓力，具有接近液體的密度，接近氣體的黏度和擴(kuò)散速度等超臨界流體的特征 此時(shí)CO2的傳質(zhì)速度遠(yuǎn)大于其處于液態(tài)下的溶劑萃取速率，且能很快得到平衡。

2.2 超臨界提取工藝

萃取工作原理見圖1。

圖1 萃取裝置工作原理示意圖

低溫CO2儲(chǔ)罐中的CO2經(jīng)CO2輸送泵抽入冷凝器，流入CO2儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存。液態(tài)的CO2經(jīng)過CO2加壓泵加壓到一定的壓力（按生產(chǎn)工藝要求執(zhí)行），進(jìn)入萃取加熱器將液態(tài)的CO2加熱至50℃左右（按生產(chǎn)工藝要求執(zhí)行），處于超臨界狀態(tài)的CO2進(jìn)入已裝好物料的萃取釜中，當(dāng)超臨界狀態(tài)的CO2在萃取釜內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行萃取，達(dá)到設(shè)定的工藝參數(shù)后攜帶萃取物的CO2進(jìn)入分離釜進(jìn)行分離，分離出需要的產(chǎn)品。氣體CO2進(jìn)入循環(huán)管路，進(jìn)行循環(huán)萃取。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，極大提高了設(shè)備的安全性。

3 超臨界CO2萃取技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)比較

超臨界CO2萃取技術(shù)不用有機(jī)溶劑，無溶劑殘留；傳統(tǒng)的溶劑法是使用大量有害溶劑進(jìn)行浸出植物內(nèi)油品，油品得到后需要進(jìn)行脫溶劑工序，但無論怎樣脫溶劑都無法完全除掉；

超臨界萃取為物理過程，無重金屬、農(nóng)藥殘留；重金屬不溶于CO2，農(nóng)藥為水溶性，不溶于CO2，超臨界法不會(huì)將重金屬、農(nóng)藥帶出，而傳統(tǒng)溶劑法或壓榨法，會(huì)將重金屬、農(nóng)藥一同帶出進(jìn)入油品中；

無三廢；超臨界方法整個(gè)過程中無廢氣、廢水、廢渣；而溶劑法會(huì)大量使用溶劑，溶劑易燃有毒，存在環(huán)境污染以及安全隱患；壓榨法則會(huì)使用大量水，存在廢渣、廢水排放；

提取物高度富集，選擇性強(qiáng)；超臨界方法可調(diào)整CO2壓力溫度，對(duì)需要的物質(zhì)針對(duì)性提取，而溶劑法無選擇性，整個(gè)過程會(huì)帶出很多不需要的物質(zhì)，后期精煉工序復(fù)雜；

4 結(jié)語

制藥工業(yè)中，要求分離出的產(chǎn)品純度高，不含有毒有害物質(zhì)，而傳統(tǒng)工藝不能滿足這些要求，超臨界 CO2萃取則可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中無溶劑殘留。相信隨著科學(xué)界的不斷探索，這項(xiàng)技術(shù)能夠在醫(yī)藥化工領(lǐng)域取得更快更好的發(fā)展。