研究分析超临界二氧化碳萃取优点和发展前景

2020-07-21 583 上传者：管理员

摘要：通过对传统提取工艺和超临界CO2萃取工艺的分析比较,总结二氧化碳超临界萃取在中药提取领域的优越性及发展前景。

关键词：
优点
前景
医药设计
新型绿色分离技术
超临界二氧化碳
超临界流体萃取
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超临界流体萃取(简称SFE)是一种迅速发展起来的新型绿色分离技术,超临界CO2萃取是采用CO2作溶剂,超临界状态下的CO2流体有较大密度和介电常数,对许多物质具有很强溶解力,分离速率远比液体萃取快,并随压力和温度的变化而急剧变化,因此,不仅对某些物质的溶解度有选择性,且溶剂和萃取物容易分离。与常规的分离方法相比,具有萃取温度低、选择性强、高效率、低能耗、无污染等特点,特别适用于脂溶性、高沸点、热敏性物质的提取,同时也适用于不同组分的精细分离。广泛应用于生物制药、食品工业、保健品、化妆品香料等行业。

1、国中药提取技术

1.1我国中药发展状况

中医在我国发展历史悠久,中药是中国传统中医特有药物,中国是中药主要的生产国,同时也是中药的出口国。其质量直接决定了疾病治疗的效果。中药提取物作为中药行业的新兴领域,随着科技不断发展,中药的提取工艺也在不断创新。

1.2我国中药提取工艺

根据我国传统中药提取的原理不同,提取可以分为溶剂法、水蒸气蒸馏法与升华法三种。其中传播最广泛的是溶剂法。其工艺操作相对于其他两类来说更加简单,所用的仪器也并不复杂,是三类中最容易的一类[1]。目前,新药材的提取方式各种各样,包括静态提取方法和动态提取方法,其中动态提取方法包括煎煮法、回流法等。主要中提取、浓缩、纯化、干燥和制剂等。其中提取和提取液的浓缩是现代中药制药的关键单元操作[2],现主要采用的为煎煮法和蒸发浓缩工艺,其耗时长,耗能大,使用大量溶剂(水或者酒精),温度高,而且对热敏性产品质量影响较大,引起中药有效成分的损失和变质。

2、临界萃取技术

超临界流体萃取技术是20世纪70年代受世人关注的一种新工艺,新技术在很多领域得到广泛重视和开发。

2.1超临界流体萃取技术

我国自20世纪80年代就开始了对超临界流体技术的研究和开发,引进国外实验研究设备,90年代后国产中试,小试设备,甚至工业化生产设备,随着我国科技的发展和中药现代化战略的部署,超临界流体萃取技术用于中药提取的开发与产业化在国内形成了新的研究热点。

超临界流体是处于临界温度和临界压力以上的非凝缩性的高密度流体,处于超临界状态的流体,其具有优异的溶剂性质,黏度低,密度大,有较好的流动、传质、,传热和溶解性。现行可作为超临界流体的物质很多,如CO2,N2O,SF6,乙烷,庚烷,氨等。部分超临界参数如表1和表2所示。

表1超临界流体萃取剂的临界参数

通过表2在超临界状态下,流体兼有气-液两相的双重性质特点,既有与气体相当的高扩散系数和低黏度,又具有与液体相近的密度和良好的溶解能力。

二氧化碳作为超临界流体,其临界温度为31.1℃,临界压力7.39MPa,其操作温度和压力都比较容易实现。CO2的溶解能力完全依赖于温度和压力,具有接近液体的密度,接近气体的黏度和扩散速度等超临界流体的特征此时CO2的传质速度远大于其处于液态下的溶剂萃取速率,且能很快得到平衡。

2.2超临界提取工艺

萃取工作原理见图1。

图1萃取装置工作原理示意图

低温CO2储罐中的CO2经CO2输送泵抽入冷凝器,流入CO2储罐中储存。液态的CO2经过CO2加压泵加压到一定的压力(按生产工艺要求执行),进入萃取加热器将液态的CO2加热至50℃左右(按生产工艺要求执行),处于超临界状态的CO2进入已装好物料的萃取釜中,当超临界状态的CO2在萃取釜内对物料进行萃取,达到设定的工艺参数后携带萃取物的CO2进入分离釜进行分离,分离出需要的产品。气体CO2进入循环管路,进行循环萃取。整个过程实现自动化控制,极大提高了设备的安全性。

3、超临界CO2萃取技术与传统技术比较

超临界CO2萃取技术不用有机溶剂,无溶剂残留;传统的溶剂法是使用大量有害溶剂进行浸出植物内油品,油品得到后需要进行脱溶剂工序,但无论怎样脱溶剂都无法完全除掉;

超临界萃取为物理过程,无重金属、农药残留;重金属不溶于CO2,农药为水溶性,不溶于CO2,超临界法不会将重金属、农药带出,而传统溶剂法或压榨法,会将重金属、农药一同带出进入油品中;

无三废;超临界方法整个过程中无废气、废水、废渣;而溶剂法会大量使用溶剂,溶剂易燃有毒,存在环境污染以及安全隐患;压榨法则会使用大量水,存在废渣、废水排放;

提取物高度富集,选择性强;超临界方法可调整CO2压力温度,对需要的物质针对性提取,而溶剂法无选择性,整个过程会带出很多不需要的物质,后期精炼工序复杂。

4、结语

制药工业中,要求分离出的产品纯度高,不含有毒有害物质,而传统工艺不能满足这些要求,超临界CO2萃取则可实现产品中无溶剂残留。相信随着科学界的不断探索,这项技术能够在医药化工领域取得更快更好的发展。

参考文献:

[1]张银银,杨俊,成磊.中药提取工艺对药品质量的影响[J].医药,2016,18(7):156.

[2]元英进,刘明言,董岸杰.中药现代化生产关键技术[M].北京:化学工业出版社,2002.

[3]徐怀德主编.天然产物提取工艺学.北京:中国轻工业出版社,2009.

康向奎.超临界二氧化碳萃取的优点与前景[J].化工设计通讯,2020,46(06):144-145.