超临界萃取技术在农产品深加工中的应用

王文仲 刘公文

（1.开原化工机械制造有限公司,辽宁 开原 112300）2.沈阳索福尔超临界萃取设备有限公司,辽宁 沈阳 110000）

1 前言

超临界萃取技术，我国起源于上个世纪80年代，30年来技术日臻成熟，作为一种新型的萃取分离技术，其应用领域越来越广泛。按照应用领域的不同，大致可以分为以下几种类别：

1.1 超临界萃取

是从植物中提取我们所需要的有效成分，是超临界萃取最传统、最普遍的一个应用领域。常用的有植物油脂的萃取、中药有效成分的萃取、植物色素的萃取、植物香料的提取、啤酒花的萃取等。

1.2 超临界干燥

是制备气凝胶纳米保温材料的一种新兴的先进方法，这种保温材料因其突出的绝热性能，将逐步取代传统的保温材料。

1.3 超临界染色

是利用超临界二氧化碳作为溶剂进行染色的一种全新的先进工艺方法，可以彻底解决因传统水染造成的环境污染问题，并且可以节约大量水资源和人力资源，应用前景十分可观。

1.4 超临界发泡

是近年来发展起来的一种新型发泡技术，主要用于TPU（热塑性聚氨酯弹性橡胶）发泡，这种材料主要用于制作各种高档运动鞋的鞋底材料。因为这种材料的高弹性、高强度、无毒、无味而得到了广泛的应用。如adds、nike等都已经采用这种材料。

1.5 超临界水氧化

该技术可以将有机废水在几秒钟之内转变成99.99%以上纯度的水，完全达到排放标准，彻底解决有机废水的污染问题。这种技术目前还处于工业化研究推广阶段，相信在不远的将来定会得到快速的发展。

本文将就作者所了解的情况，重点对超临界萃取技术在农产品深加工中的应用做以简单介绍。

2 超临界萃取技术原理

超临界的概念：处在某一温度下的任何气体，在给其施加一定的压力后都可以液化，温度越高，液化所需要的压力就越高。但当温度升高到某一温度时，无论施加多大的压力，也不能再使该气体液化，这个温度就是该气体的临界温度，在临界温度点使气体液化所需的最低压力就是临界压力。当温度和压力都超过临界点时，此时物质的状态既不是气态，也不是液态，叫超临界态，也称为物质的第四态，这种物质叫超临界流体。

2.1 超临界流体的性质

超临界流体是介于气体与液体之间的一种状态，它兼具有气体的高流动性和接近于于液体的密度。超临界流体的这种特性决定了它具有较高的传递性、渗透性和溶解能力。

2.2 常用的超临界介质

2.2.1 CO2：这中介质有很多突出优点，是目前最常用的超临界介质。首先是它的临界温度和临界压力比较低，临界温度为31.06℃，临界压力为7.38MPa，这种性质可以节约能源，降低设备投资。其次，CO2是一种惰性物质，所以使用安全，不用考虑防爆问题。第三，CO2无毒，萃取物中无有害残留，因此是一种先进的绿色提取方法。第四，CO2资源丰富，价格低廉，因此可降低生产成本。

二氧化碳相图

2.2.2 酒精：临界温度243.1℃，临界压力6.38MPa，相对于CO2来说，临界压力较低，因此设备的工作压力较低，但工作温度较高，目前主要用于作为超临界干燥的介质。用这种介质进行的超临界干燥比用CO2的萃取效果好，生产出的绝热材料质量好，导热系数小。缺点是易燃易爆，对设备及工艺过程要求严格防爆。

2.2.3 氟利昂（134a）：临界温度 100.6℃，临界压力4.06MPa。134a在较低的压力下就具有很强的萃取能力，因此设备照价很低。缺点是134a价格昂贵，萃取物里有微量残留。

2.2.4 水：水的临界温度374.15℃，临界压力22.56MPa。水是自然界中储量最大的物质，超临界水有着极其独特的性质，超临界水氧化反应也是目前研究热度极高的一个课题。

2.3 超临界萃取原理与工艺流程

2.3.1 超临界萃取原理：超临界萃取实质上是一种分离过程，利用超临界流体超强的溶解能力，针对某种特定的物质具有最大溶解力的温度和压力下，进行加温加压，把我们所需要的物质溶解于CO2中，然后再经过降压，把CO2恢复为气体状态，而萃取物则留在了分离容器中，从而达到了萃取分离的目的。常用的CO2超临界萃取温度为40℃，萃取压力为25MPa。

2.3.2 简单工艺流程：萃取前，需将被萃取物粉碎成20～30目的颗粒，以便使萃取剂与被萃取物接触面积最大化，具体流程见萃取工艺流程图。

3 超临界萃取主要设备

3.1 萃取釜

设计压力35MPa，设计温度90℃，是超临界萃取的核心设备，采用自动快开盖结构，带有加热夹套，用于完成萃取物的溶解过程。

3.2 分离釜

一般采用二级分离，设计压力分别为16MPa和12MPa，设计温度90℃，带有加热夹套，用于完成萃取介质和萃取物的分离过程。

3.3 加热器

分为萃取加热器和分离加热器，设计参数分别与相应的萃取釜、分离釜的设计温度、设计压力一致，用于加热萃取、分离各段的CO2介质。

3.4 冷凝器

设计压力9MPa，设计温度50℃，用于将从分离釜出来的CO2冷凝成液态，并回收到中间储罐中。

3.5 中间储罐

用于储存工艺过程中循环使用的CO2。

3.6 工艺过程控制

整个过程采用计算机控制，工艺参数全部自动控制，其它操作过程可采用全自动控制或手动控制。

4 超临界萃取技术在农产品深加工中的应用

农产品的超临界萃取基本采用CO2为萃取介质，主要用于以下几方面：

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、亚麻油、紫苏子油、橄榄油、各种花籽油等。

4.2 中药提取

利用超临界萃取方法将各种中药材中的有效成分提取出来，例如紫杉醇、青蒿素等。

4.3 植物色素提取

主要有：辣椒红色素、番茄红素等。

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

从啤酒花（又名蛇麻花、酵母花）中提取酒花，酒花是啤酒生产中重要的添加剂。

5 结语

超临界萃取技术是一种现代化的、先进的、绿色的提取技术，随着人们对生活质量和身体健康方面越来越高的要求，以及超临界萃取技术与装备水平的不断提高，这种技术未来在农产品深加工方面将会得到越来越广泛的应用，发展前景十分可观。