超临界co2萃取技术应用

超临界二氧化碳萃取在食品工业中的应用

超临界二氧化碳（Supercritical carbon dioxide, SC-CO2）萃取技术是一种在食品工业中广泛应用的新型技术。它利用高温高压下的超临界二氧化碳作为溶剂，对食品原料进行提取和分离，以提取出有用的成分。本文将探讨超临界二氧化碳萃取技术在食品工业中的应用。

超临界二氧化碳萃取技术在食品工业中的一个重要应用是咖啡因的提取。咖啡因是咖啡和茶中的重要成分，但过多的摄入会对人体健康造成一定的影响。因此，食品工业需要对咖啡因进行提取和分离。传统的提取方法通常使用有机溶剂，如乙醇和丙酮，但这些溶剂在提取过程中可能残留在食品中，对人体健康不利。而超临界二氧化碳萃取技术具有溶剂残留少、操作简便等优点，被广泛应用于咖啡因的提取。通过调节超临界二氧化碳的温度和压力，可以实现咖啡因的高效提取和分离，同时不会对咖啡因的化学性质造成破坏。

超临界二氧化碳萃取技术还可以应用于天然色素的提取。天然色素是食品中的一类重要添加剂，可以为食品增添色彩，提升食品的吸引力。传统的天然色素提取方法通常使用有机溶剂，但这些有机溶剂对环境有一定的污染，并且在提取过程中可能会破坏天然色素的结构和性质。而超临界二氧化碳萃取技术可以在较低的温度和压力下实现对天然色素的高效提取，而且提取出的天然色素更加纯净，对食品的色泽稳定性较好。

超临界二氧化碳萃取技术还可以应用于植物油的提取。植物油是食品加工中常用的原料，传统的植物油提取方法通常使用有机溶剂，但这些溶剂在提取过程中容易残留在植物油中，对人体健康不利。而超临界二氧化碳萃取技术可以在较低的温度和压力下实现对植物油的高效提取，同时不会对植物油的品质和营养成分造成破坏，提取出的植物油更加纯净和健康。

超临界二氧化碳萃取技术还可以应用于食品中有害物质的去除。食品中可能存在一些有害物质，如农药残留、重金属等。传统的去除方法通常使用有机溶剂或热处理，但这些方法存在操作复杂、效果不佳等问题。而超临界二氧化碳萃取技术可以在较低的温度和压力下实现对有害物质的高效去除，而且操作简单，不会对食品的品质和营养成分造成破坏。

湖南农业大学研究生课程论文

学 院： 食品科技学院

年级专业：07级营养与食品卫生学

姓 名： 邓婷婷 学 号： s200700293

课程论文题目： 超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

课 程 名 称： 现代食品分析技术

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日期： 年 月 日

超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

学 生：邓婷婷

(07级 食品科技学院 营养与食品卫生专业，学号s200700293)

摘 要：本文介绍了超临界CO2流体萃取技术的萃取原理、特点、基本流程及其影响萃取的因素，对此技术在食品、医药、农药残留分析、化工等方面的应用进行了简要概述，并展望了今后的发展。

关键词：超临界CO2流体萃取技术 原理 特点 流程 影响因素 应用

超临界流体萃取（supercritical fluid extraction）简称SCFE，是利用超临界状态的流体具有强溶解能力而对物质进行提取分类的技术。1897年,Hannay和Hogarth发现了超临界乙醇异乎寻常的溶解特性[1]。近20年来,超临界流体萃取技术开始应用于工业实践并引起广泛关注，现已应用于食品、医药、化工、石油、和香料等领域。

1 超临界CO2流体萃取基本原理

超临界流体是物质处于其临界点（Tc、Pc）以上状态时所呈现出的一种高压、高密度，具有气液两重性的液体。超临界CO2萃取技术就是以超临界状态的CO2流体为溶剂，利用超临界CO2在临界点附近所具有的高渗透性、高扩散性和高溶解能力，对萃取物中的目标组分进行提取分离，从而达到分离精制的目的[2]。

超临界CO2流体对溶质的溶解度取决于其密度，当在临界点附近，压力和温度发生微小的变化时，密度即发生变化，从而会引起溶解度的变化。因此，将温度或压力适当变化， 可使溶解度在100-1000倍的范围内变化，因而具有较高的溶解性[2]。一般情况下，超临界CO2流体的密度越大，其溶解能力就越大。在恒温下随压力升高，溶质的溶解度增大；在恒压下随温度升高，溶质的溶解度减小。利用这一特性可从物质中萃取某些易溶解的成分。而超临界CO2流体的高扩散性和流动性则有助于所溶解的各成分彼此分离，达到萃取分离的目的，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。

超临界萃取的技术原理及应用

一、超临界萃取的技术原理

利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

超临界CO2是指处于临界温度与临界压力以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可大幅度节能。

超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数，因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一，自扩散系数是液体的100倍，因而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；具有不同寻常的巨大压缩性，在临界点附件，压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化，所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2的溶解能力，提高萃取的选择性；通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品，省去消除溶剂的工序。

在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的，故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点，进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，因此引起了国内外的广泛关注。

超临界CO2流体技术与纳米颗粒制备

引言

纳米技术是21世纪最为活跃的研究领域之一。目前，对纳米的研究主要停留在对纳米材料制造方法的探索和纳米材料物性的表征水平上，其中超临界流体技术成功地被应用于纳米颗粒的制备尤为引人关注。

超临界流体技术在纳米材料制备的过程中主要采用了对环境无污染的CO2和H2O，以取代传统的制备方法中所用的大量的有机溶媒，这对于人们普遍所关心的日益严重的环境污染问题来说具有重要的意义。目前，有关超临界CO2的应用的报导比较多，这很大程度上是因为CO2的超临界操作条件比较容易实现(如下图所示):

物质名 临界温度(K) 临界压力(BAR)

CO2 304.2 72.8

H2O 647.3

217.6

此外，因为超临界状态的H2O可以高速地分解有机物质，故其更多地被用于无机材料制备领域：比如说，用于制备金属氧化物的微粒和纳米多孔性物质。因此，相对於超临界的H2O来说，超临界CO2更适合于有机纳米颗粒的制备过程。目前，该技术已被用于有机或高分子材料的制备，并取得了令人振奋的成果。

超临界流体

超临界流体(Supercritical Fluid ，SCF)是指物质处在临界温度和临界压力之上的状态，介于气态和液态之间，兼有气体和液体的某些物理性状：它即不是液体，也不是气体，但它具有液体的高密度，气体的低粘度，以及介入气液态之间的扩散系数的特征。

一方面超临界流体的密度通常比气体密度高两个数量级，因此具有较高的溶解能力；另一方面，它表面张力几近为零，因此具有较高的扩散性能，可以和样品充分的混合、接触，最大限度的发挥其溶解能力，又称为超临界流体或高密度气体(densegases)。

利用它的这种性质，在萃取分离过程中，溶解样品在气相和液相之间经过连续的多次的分配交换，从而达到分离的目的。

气体 超临界流体 液体

密度[Kg/m3] 0.6-1 200-900 1000

粘度[Ps.s] 10-5 10-5 -10-4 10-3