超超临界二氧化碳干燥超临界萃取工厂需要办什么手续

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二氧化碳超临界萃取技术在辣椒深加工的综合应用
辣​椒​具​有​很​高​的​营​养​价​值​与​保​健​功​能​,​产​品​开​发​潜​力​巨​大​。​该​文​简​要​介​绍​C​O超​临​界​提​取​技​术​,​综​述​了​辣​椒​碱​、​辣​椒​红​色​素​提​取​方​法​和​它​们​的​应​用​现​状​,​综​合​国​内​外​研​究​情​况​为​辣​椒​制​品​的​研​究​开​发​指​明​方​向​。
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73超临界二氧化碳萃取技术
化学工程与装备2007年第1期;?57?;超临界二氧化碳萃取技术;王忠华,张钟宪;(首都师范大学化学系,北京100037);摘要:超临界流体苹取(Supercfidcal;Fluid;Extraction)技术是一种新型的化工分离技;本文综述了超临界流体萃取技术的发展,超临界流体的;关键词:超临界流体二氧化碳萆取应用;引言;础理论研究方面还是在工艺和设备设计
化学工程与装备2007年第1期?57?超临界二氧化碳萃取技术王忠华,张钟宪(首都师范大学化学系,北京100037)摘要:超临界流体苹取(SupercfidcalFluidExtraction)技术是一种新型的化工分离技术。本文综述了超临界流体萃取技术的发展,超临界流体的特性,介绍了超临界二氧化碳革取技术在中草药。食品工业,香料工业和环保技术方面的应用,并对超格界二氧化碳苹取技术的现状和前景进行了分析。关键词:超临界流体二氧化碳萆取应用引言础理论研究方面还是在工艺和设备设计方面都取超I临界流体萃取(SupercriticalFluidExtrac.得了很大的发展。tion)技术是20世纪70年代以来发展起来的一种1超临界C02流体新型的化工分离技术。这项技术综合了溶剂萃取所谓流体的超临界状态,就是指流体的温度和蒸馏的特点及功能。通过调节体系的温度和压和压力都处于它的临界温度和临界压力以上。处力,使处于超临界状态下的流体对某些有机物的于超临界状态的流体,具有十分独待的物理化学溶解度可以增加几个数量级,因此,近些年来性质。其密度接近液体,因而对溶质有很强的溶SFE技术成为了一个热点研究领域…。最早有关解能力。而黏度和扩散系数比液体大的多,接近超临界现象的报道见于1822年。1879年,气体,因而具有良好的传质性能。可以用作超临J.B.Hannay和Hogarth通过对碘化钾在超I寤界乙界萃取溶剂的物质有很多,如二氧化碳、甲烷、醇流体中溶解度异常增加的现象进行研究发现了乙烷、丙烷、丙烯、甲醇、乙醇、苯、甲苯、氨、超临界流体极强的溶解性,这种独特的性质引起氮气、氩气、氙气、水等。综合考虑物质的临界了科学家们极大的关注。1955年,Todd和Elgin点数据,应用于生产的可能性以及成本等各种因提出将超临界流体的溶解特性应用于分离过程中素之后,二氧化碳成为首选的超临界流体萃取的的可行性,超临界流体萃取技术的研究进入实用溶剂13]。二氧化碳的临界温度(31.06℃)和临开发阶段【引。1978年,第一次“超临界流体萃取界压力(7.39MP)较低,这样一方面可以在室技术”的国际会议在Essen召开。同年,德国的温附近实现超临界萃取的操作,减少了对能量的HAGAG公司建成第一家以SFE技术脱去咖啡因消耗,另一方面也降低了对设备的要求,同时还的工厂,超临界萃取技术正式开始了在工业领域可以保证热敏性物质在萃取过程中不被热分解。的应用。自此,超临界流体萃取技术无论是在基超临界流体的溶解能力与流体的密度有关,与密度大致成正比关系。在二氧化碳的临界点附近,基金项目:北京市自然科学基金项目(6032004)温度和压力微小的变化,都可以引起流体密度极万 方数据?58?超I临界二氧化碳萃取技术大的变化,从而引起超临界二氧化碳流体溶解能力的显著改变。因此通过改变超临界二氧化碳的温度和压力就可以有选择性的进行物质的萃取。另外,与一些有机溶剂相比,二氧化碳不易燃、无毒性、不会造成环境的污染。溶剂与产物的分离可以很容易地通过等温降压或等压升温的方法实现。而且二氧化碳更有活泼性低,价格低廉,易于生产等优点,有很好的应用前景。虽然SC―c02对非极性或极性较小的物质有较大的溶解度,如烃类、脂溶性物质等。但是作为超临界萃取的溶剂.cch不是万能的。由于C④是非极性物质,对于极性较大的物质,二氧化碳的溶解能力明显不足。此外,受试样放置时间以及基体效应的影响,待萃取的物质在基体上的吸附也会导致萃取效率的下降。为了解决这些问题,通常在超临界C02中加入夹带剂(modifi.er).以改善萃取效果.提高萃取效率。夹带剂也称携带剂、共溶剂,是一种可与超临界溶剂混溶的,挥发性介于超临界溶剂和待萃取物质之间的组分。夹带剂既可以是一种纯物质,也可以是两种或两种以上物质的混合物。甲醇、乙醇、丙酮、水、烷烃都可以用作夹带剂【4】。2超临界C02萃取技术的应用2.1超临界流体萃取技术在中草药中的应用中药中的有效成分主要有生物碱类、黄酮类、香豆素和木脂素、挥发油类等[5-7],与传统的溶剂提取法和水蒸汽蒸馏法相比,超临界流体萃取法具有操作温度低、不易破坏有效成分、溶剂与产物分离后无残留、耗时短、收率高、无污染等优点,因此在中草药领域有着广阔的应用前景。2.1.1在生物碱提取中的应用生物碱在中草药有效成分中是非常重要的一类,也是植物药材中研究最早最多的一类成分。生物碱常以结合盐的形式存在于生物体中,故应在提取前先碱化,同时需要选择合适的央带剂以提高其在溶剂中的溶解度。FangRuibin等【8】利用超临界二氧化碳萃取技万 方数据术提取秋水仙中的秋水仙碱,研究结果表明,样品经乙醇浸泡后,在40℃,35MP的条件下进行SF―co:萃取,仅消耗0.21mol的cch一次萃取的秋水碱的萃取率就达80%。秋水仙碱的质量分数从原植物样品中的0.18%提高到萃取物中的6.92%,提高了将近38倍,萃取效果明显优于传统的乙醇提取法。2.1.2在黄酮类提取中的应用黄酮类化合物广泛存在于植物中,现代医学研究表明,黄酮类化合物具有降低心肌耗氧量、扩张冠状血管、增加冠脉和脑血管流量、降血糖、血脂等作用,同时它还具有清除人体中超氧离子自由基、抗衰老、增强机体免疫力的生理活性【9l。孙婷[10]采用正交实验设计法,以银杏叶中槲皮素含量为考察指标。对影响槲皮素提取工艺的因素进行了研究。碍出最佳的SFE条件是:萃取压力20MPa,萃取温度是40℃,流量是14ml?min~,萃取时间2.0h。在此条件下测得总黄酮的含量为29.1%。2.1.3在香豆素和木脂素提取中的应用香豆素又称豆精,在植物中分布广泛。是主要豆香型香料之一,具有扩张冠状动脉、抑制肿瘤和防御紫外线灼伤的作用。木脂素类化合物具有抗肿瘤、抗病毒、保护肝脏、抗氧化、血小板活化因子拮杭活性等广泛的药理作用[11】。超临界流体萃取对于香豆素和木脂素的提取是非常有效的方法。蛇床子的主要有效成分为香豆素类化合物,王清海【12】等用自行设计安装的超临界萃取装置进行了中药蛇床子中有效成分欧前胡素的萃取研究,对影响欧前胡素回收率的重要因素如温度、压力、密度、萃取时间及萃取改性剂等进行了考察。对萃取产物进行了HPLC分析,结果表明,蛇床子中有效成分欧前胡素经40minSFE的回收率,可相当于经典溶剂法萃取72h的结果。2.1.4在挥发油类提取中的应用挥发油是广泛存在植物体内的一类多成分油化学工程与装备状混合物。挥发油难溶于水,能完全溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,对光线、温度和空气敏感,易氧化变质和分解,挥发油中所含的化学成分比较复杂,因来源不同所含成分也不一致,但其中往往以某种或数种成分占较大分量,按化学结构可分为芳香族、萜类和脂肪族等三大化合物以及其衍生物。提取挥发油传统方法是水蒸气蒸馏法或有机溶剂萃取法。水蒸汽蒸馏法操作温度较高,易使热敏性物质分解而失去生物活性。有机溶剂萃取法难以将产品和有机溶剂完全分离,而且步骤多,能耗大,易污染环境。采用超临界流体萃取技术就可以克服上述缺点。中国科学院广州化学研究所科学院纤维素重点实验室的戴箭[i3】考察了超临界二氧化碳萃取法提取石菖蒲挥发油,在不同萃取压力、温度、夹带剂及夹带剂用量下对石莒蒲挥发油提取率和8一细辛醚选择性的影响。得出最佳的萃取条件为:萃取压力(10MPa)、萃取温度(45℃)、c02流量(10L?h-1),萃取时间为120min。用甲醇作夹带剂对选择性提取8一细辛醚效果最佳,加入3.2ml时,X(B一细辛醚)=56.08%;加入乙酸乙酯16mL时,X(8一细辛醚)=54.02%。2.2超临界流体萃取技术在食品工业中的应用食品工业是超临界流体技术最早实现工业化应用的领域,1978年德国的HAGAG公司将第一套超临界二氧化碳流体萃取设备用于脱除咖啡因。随着社会的进步和人们生活水平的提高,天然食品越来越受重视,而作为超临界萃取剂使用的二氧化碳由于具有无毒、无溶剂残留、可在室温下操作等一系列优点,特别适合于食品工业中天然物质的分离和精制。天津大学的唐韶坤【14]等人对葡萄籽油的萃取工艺进行了研究,选取影响葡萄籽油在超临界二氧化碳中溶解度的两个主要因素萃取时间和萃取温度进行考察.得出最佳的萃取条件为:萃取压力30MPa,萃取温度为55℃。同时考虑到原料万 方数据2007年第1期?59?种类的影响,对不同来源的三种葡萄籽油的得率进行了比较。李大婧[15】等人以玉米淀粉加工的副产品一玉米蛋白粉为原料萃取玉米黄色素。试验采用两级分离法,得到了质量较高的玉米黄色素。2.3超临界流体技术在香料工业中的应用天然香料的使用由来已久,据考证,早在古埃及时代,祭师就把芦荟、鸢尾、月桂、熏衣草等芳香类植物浸泡在水中或酒里,将它洒在身体或物体上,散发出馥郁的清香气息。由于天然香料具有独特、自然、令人愉悦的香气和香韵,在讲求生活质量和品位的今天越来越受到重视。天然香料传统的提取方法有水蒸气蒸馏(SD)法、溶剂萃取法、榨磨法、吸附法等。水蒸气蒸馏法操作温度较高,易度天然香料中的热敏性物质分解,同时易损失沸点较低的头香成分丽改变香料的天然香韵。溶剂萃取法则存在溶剂残留的问题。采用可在常温下进行、无毒、无溶剂残留、选择性和溶解能力强的超临界二氧化碳萃取法就可以有效地避免上述问题。湖南大学的李昶红(16j等进行了超临界二氧化碳萃取莺尾(on-is)油工艺条件的研究。采用L9(34)正交实验考察了二氧化碳超临界萃取中萃取压力、萃取温度和萃取时间对鸢尾精油提取率的影响,结果表明各种影响因子的影响顺序为:压力>时间>温度,当原料的颗粒度为60―80目,c(h流量为20.0m3h-1时,用超临界二氧化碳萃取鸢尾精油的最佳工艺条件为:萃取压力26.0MVa,萃取温度55.0℃,萃取完成时间为2.5h,此条件下鸢尾香根中鸢尾油的萃取率高达12.71%,得到的精油中鸢尾酮的含量为39.95%,与索氏萃取法和微波提取法相比,超临界萃取得到的产品得到的产品具有提取率高、无溶剂残留、不含重金属离子和砷元素、产品香气纯正高雅等优点。张文成(17】等采用超l临界cch萃取新鲜柚子花中芳香性成分,并用气相色谱一质谱联用仪对其?60?超临界二氧化碳萃取技术中化学成分进行分析鉴定,共鉴定出31个芳香性有机化学成分,占超临界C02萃取柚子鲜花总芳香油的78.886%。通过对柚子花芳香性成分的分析,.为开发高附加值的柚子花香精香料提供了科学依据。2.4超临界流体萃取技术在环保技术中的应用在全球工业化进程中,环境污染与自然社会的和谐发展之间的矛盾变得越来越尖锐,因此环境保护问题受到了越来越广泛的关注。为了保障社会和环境的协调发展,各国政府纷纷制定更加严格的环保法规,限制污染物的排放,并加强对环境污染治理技术的研究与开发。临界二氧化碳流体萃取技术由于能耗低,效率高,选择性好等特点在环保技术中得到了日益广泛的应用。美国EPA已逐步将SFE技术作为替代溶剂萃取的标准方法。对壬基苯酚(4一nonylphenol即4一NP,下同)是一种非离子表面活性剂烷基酚聚乙烯醚类的厌氧分解产物,具有环境雌激素效应,常存在于下水污泥和污水处理厂污泥中。如果将含有对壬基苯酚的污泥未经处理就直接排放到水域中会导致严重的后果,对人类的健康和水生生物的生殖繁衍产生巨大危害。欧美和日本等发达国家自2000年起就已停止使用烷基酚聚乙烯醚类表面活性剂,而我国从90年代起将其作为一种新型的表面活性剂正在大量生产【18】。因此,非常有必要发展一种有效的方法对污染物中的4一NP进行去除。Jih―GawLin等[19】对超临界二氧化碳萃取技术在去除城市下水污泥和污水处理厂污泥中4一NP方面的应用进行了研究,通过对温度、压力、静态萃取时间、动态萃取时间、C02流量,试样质量和夹带剂等因素的考察,确定了对于加料试样(spikedsample)最优的工艺条件为萃取压力9.7Mb,温度为40℃,C02流量为3.0roA?min-。,静态萃取2min,动态萃取5min,夹带剂为甲醇(0.5m1)。萃出物用C-C―MS进行分析,万 方数据并与传统的索氏提取法进行了比较。结果显示,SFE法的总回收率比索氏提取法要高。超临界C02萃取法是从城市下水污泥中萃取4一NP的一种有效方法。3展望超临界C02流体萃取技术在近30多年的时间里取得了很大的发展,研究领域涉及医药、食品工业、香料工业、环保技术等众多方面。同时,SFE技术由于其安全无毒等绿色化学性质,在一些新兴的领域如核废料的处理,有毒有害金属化合物的分离与去除都将成为可行的工业过程。SFE技术在分析化学中的应用研究一直很活跃,越来越多的实验室将SFE技术用作样品分离和预处理的手段[20】。在今后一段时间内,SFE技术与GC、MS、FTIR等联用仍将是分析化学界的研究热点。到目前为止,真正实现工业化的超临界CQ流体萃取过程还十分有限。要使SFE技术有进一步的突破,就必须加强基础理论的研究,完善和丰富超临界状态下各种物系的相平衡、物理化学、传质系数、传热系数等数据【21,引,建立萃取过程中的热力学和动力学模型,推动工艺和设备研究的不断深入。我们有充分的理由相信,超临界C02流体萃取技术必将在更多潜在的领域得到更广泛的应用。参考文献1u∞Chuanhua(廖传华)。HmngZbearen(黄振仁).Super.criticalCarbonDioxideFluidExtractionTechnique―DevelopmemandApplication(超临界C02流体萃取技术一一工艺开发及其应用).北京:ChemicalInd卿Press,2004.2FanLihtla(范利华),TongZha耐a(童张法),XiaoAnfeng(肖安风),.JournalofGuangxiUniversity(PhilosophyandSocialSd.ence)广西大学学报(哲学社会科学版)2001,25:53―55.3WngQifang(王齐放),Lisa啦(李三鸣)。ZhaoZhe(赵哲).JournaloIShenyangPharmaceuticalUniversity(沈阳药科大学学报)。2005,22(6):475―480.4LiTianxiang(李天祥),WangJingkang(王静康).Journalof化学工程与装备Eanj证University(天津大学学报),2002.35(4):417―424.52007年―36I.14第1期?6l?ZhaoQid∞(赵启铎).GongJi”(贡济宇).G∞Ymg(高TangSh∞kun(唐韶坤),LiShuf∞(李淑芬).YeChtmhao额),DinoXixia(刁习霞),LiShufeng(李书峰).ChineseAchievlsofTraditionalChinese(叶春路),TiangheeringSon舀i∞g(田检江).Jous蒯ofChe耐cBlEn―Medicine(中医药学刊)2003.21ofCllineseUniversiti∞(高校化学工程学报).2004,(5):82l一823.6Yang18:25―27.15LiPm(杨频).Hart如西吼(韩铃军)。ZhangUwei(张立App如uon(化学研究与应用),Dajing(李大婧),LiuRong(刘荣).w锄gPmg(王萍).伟).ChemicalRe.archand2001.13(2):138―142.7J伽maIofTheCh岫e靶Cereals托d报).2005,20(5):31―35.16LiOils黼tion(中国粮油学LiangXiaoyllan(粱哓原),Mi的Julian(缪菊莲),Wu压engeaiCh喝hong(李昶红),Liwei(李薇),LiXuho啄(李旭(武正才)。ZhuDm(朱丹).QiuJingf锄g(邱静芳).Joumalof红),Y证Dcmg}m堰(银篮红).Nattu-alProductRe∞-.m'ehmdDevelopment(天然产物研究与开发),200517:773―776.17Y吼nanTraditionalChineseMedicineCoMege(云南中医学院学报).200528(1):68―70.8Fang娥w∞ch∞g(张文成),P∞JiaIl(潘见),HuⅪIe岫(胡学桥).Chinesew¨dPlant源).21)04.23:43―45.Rmbm.及mgShihong.ChineseJoumaIofChmmatography,Resou∞(中国野生植物资1999,17:250―253.9xuFeihai(徐飞海)。HuangXiarum(黄晓楠).WangShibin18w∞gHbng(王宏).YarIgNi舯(扬霓云).She,Yir喀,wa(王士斌).GL晔houChemistry(广州化学).2005.30(4):44―47.10sun(沈英娃),w∞gBo(王波).Wm,.gLuxi.(王鲁听).Re.∞m'ehofEn“rDnm∞talSci∞。∞(环境科学研究),2003.16nflg(孙婷).JournalofChineseImdtuteofFoodSci吼ce19(6):35―37.Jib―GawLin。R∞haAflmIclImar.CKh―HuangLiu.Journalof∞dT∞hnolocy(中国食品学报)。2005,5:126―129.11HartG∞ping(韩国萍).ZhouHu^feng(周华风).JournaIofSham.,dNormal142一144.12Umve嘶(陕西师范大学学报).2005,33:20Chmtogmphy.1999,840:7I一79.LafIgQing恻(朗庆勇).weiJianmo(魏建谟).RockMmexalandAllalysis(岩矿测试).1998,17(3):216―223.WangQ沁}Iai(王清海).a姗Ru(陈儒).ZhuDaoqian(朱of21Ch∞№ng(陈虹),zh∞gChenghong(张承红).Progre≈抽ch口Iis_【ry(化学进展).1999.11(3):227―238.遭乾).孙olILiangmo(周良模).CllineseJourdmatography(色谱).1998,16(4):344―346.13Chro-22wallg‰ngqiu(王红秋),X啦Hong(睾红).Petroehe∞es.IIndmu了T∞hnology(石化技术).2004.11(3):62―65.INijim(甄箭),HaCh∞gyong(啥成勇).zhangJingcheng(张镜澄).RneChemicals(精细化工),2005.22(5):359SⅡpercriⅡc砒C盯b∞D|o妇de玎nidExt瞰tionTeehmq舵‘W瓶gZharIghm?Zl删ngZhongxi蛆(Depa栅酿tofCheIIIistry.CapitalNomMlUmve啪,B面ing100037,(№-)A咖d:Su娜fidealnique,theFlmdE】瞳珊:tim(SFE)isanewchemicalsep&强ti∞techn岫ue.Thispaper轴删m血酋小ed“ebpmentofSFEt∞h.inf随ture5ofsupe耐dcalflmd。凼eappfica溉offuture臼endsofSFEareSFEt∞hniquetnditionalChinesemedicine,food.mdustry,flavorindustry蚰d∞vi.ronm∞tKeyp∞tect确.Somealsodi懿ussed.worcb:supen:fidcaIflmdearbondio如deexn。ac妇appfi∞don万方数据 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超临界二氧化碳萃取
油状、膏状
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超临界二氧化碳萃取
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