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低温亚临界萃取技术的原理及优势

发布时间:2022/9/14 10:28:53

    溶剂在高于其沸点但低于临界点的温度区间内,在一定压力下以液化状态存在,我们定义为溶剂的亚临界状态。在此状态下利用其相似相溶的物理性质,用作生物成分萃取的溶剂为亚临界萃取溶剂,其萃取工艺称为亚临界萃取工艺。适合在室温及更低温度下萃取和脱溶的溶剂,我们定义为低温亚临界溶剂,目前适合工业生产的低温亚临界溶剂主要有丙烷、丁烷、二甲醚、四氟乙烷、液氨5种。用一句话概括:低温亚临界生物萃取工艺是一种低温低压高成效的物理方法。


  低温亚临界萃取溶剂的定义:溶剂在高于其沸点但低于临界温度的温度区间内,在一定压力下以液化状态存在,我们定义为溶剂的亚临界状态。这也是气体的液化状态。在此状态下利用其相似相溶的物理性质,用作生物成分萃取的溶剂,目前适合工业生产的低温亚临界溶剂主要有丙烷、丁烷、甲醚、四氟乙烷、液氨5种。


  水、乙醇、醚等许多沸点较高的溶剂,其亚临界状态的温度也较商,一般高于某些生物热敏性成分的破坏温度,我们不作为低温亚临界溶剂使用,但其亚临界状态的特殊萃取效果是可被应用的,例如溶剂的渗透性高、介电常数变化、表面张力减小、pH值变化等,与沸点以下的同样溶剂比较,萃取效率更高、萃取成分更广等优势将显现出来。换言之,以亚临界的视角重新审视这些常规的溶剂,会有许多意想不到的新发现。

溶剂状态图

  上图是溶剂亚临界状态与溶剂其他状态的温度-压力关系示意图。是溶剂在不同的温度下,对应的压力和状态区域图,图中:亚临界状态的区域处于溶剂的沸点B点以上,临界点C点以下,是溶剂的液相区域,相对于同区域的液体状态我们可以称为液化状态,亚临界状态区域下方的气相区域,对应的就是饱和蒸汽状态,因此,在纯溶剂萃取的理想状态时(系统里没有其他物质的蒸气),亚临界萃取过程的系统压力就是萃取温度下溶剂的饱和蒸气压。


  图中的Tc和pc是溶剂的临界温度和临界压力,T点是熔点,T-S线是固-液分界线。常规萃取所用溶剂处于上图的液体状态区域,而超临界萃取溶剂则处于上图中右上角的超临界状态区域。以水为例:0℃(对应T点)到100℃(对应B点)的水为常规溶剂,超过100℃到374℃(对应G点,水的临界温度)的水为亚临界水溶剂,374℃以上的水为超临界水,也是不可液化的水。可以称为超临界水溶剂。超临界发电就是利用超临界水不液化的特性,没有相变就没有液态水产生,不会对发电机组造成液击,从而提高发电机组的稳定性。


  CO2的临界温度为31℃,临界压力为7.15MPa,临界密度为469kg/m³,所以,超临界CO2萃取须在31℃以上,但是为了提高萃取能力,一般要对超临界温度点的CO2流体继续加压到20MPa甚至50MPa,提高流体密度,从而提高其萃取大分子成分的能力。下表是几种常见溶剂的无力参数,供参考。

常用溶剂的物理参数

  亚临界萃取的工艺原理:在一定压力下,以液化的亚临界溶剂对物料进行逆流萃取,萃取液(液相)中溶剂经蒸发工序,使溶剂汽化与萃取出的目标成分分离,得到产品;被萃取过的物料蒸发出其中吸附的溶剂,得到另一产品(固相)。汽化的溶剂经压缩换热后被液化,循环使用。低温亚临界萃取的整个萃取过程可以在室温或更低的温度下进行,所以不会对物料中的热敏性成分造成损害,这是低温亚临界萃取工艺的优点。


  低温亚临界萃取工艺的主要优点:①萃取和脱溶过程不用过度加热,减少了对物料中的热敏性成分造成损害,还能有效地保存萃取产品中的易挥发成分;②已使用和研究的5种溶剂的极性不同,可萃取目标物的极性范围大;③有-定的萃取选择性;④节能,萃取液蒸发耗能少,脱溶过程不必使物料高温升温;⑤相对于超临界提取技术,投资少,生产成本低,容易实现大规模生产。


  基于低温亚临界流体生物萃取技术的低温、低压、高成效特点,所以我们也将其称作DDG萃取技术。



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