超臨界萃取的技術原理及應用
一、超臨界萃取的技術原理
利(li)用(yong)超(chao)臨(lin)界(jie)流(liu)體(ti)的(de)溶(rong)解(jie)能(neng)力(li)與(yu)其(qi)密(mi)度(du)的(de)關(guan)係(xi)，即(ji)利(li)用(yong)壓(ya)力(li)和(he)溫(wen)度(du)對(dui)超(chao)臨(lin)界(jie)流(liu)體(ti)溶(rong)解(jie)能(neng)力(li)的(de)影(ying)響(xiang)而(er)進(jin)行(xing)的(de)。在(zai)超(chao)臨(lin)界(jie)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，將(jiang)超(chao)臨(lin)界(jie)流(liu)體(ti)與(yu)待(dai)分(fen)離(li)的(de)物(wu)質(zhi)接(jie)觸(chu)
，使(shi)其(qi)有(you)選(xuan)擇(ze)性(xing)地(di)把(ba)極(ji)性(xing)大(da)小(xiao)、feidiangaodihefenziliangdaxiaodechengfenyicicuiquchulai。dangran
，duiyinggeyalifanweisuodedaodecuiquwubukenengshidanyide，dankeyikongzhitiaojiandedaozuijiabilidehunhechengfen，ranhoujiezhujianya
、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質則完全或基本析出，從而達到分離提純的目的
，所以超臨界CO2流體萃取過程是由萃取和分離過程組合而成的。
超臨界CO2是指處於臨界溫度與臨界壓力（稱為臨界點）以上狀態的一種可壓縮的高密度流體
，是通常所說的氣


、液、固gu三san態tai以yi外wai的de第di四si態tai，其qi分fen子zi間jian力li很hen小xiao
，類lei似si於yu氣qi體ti
，而er密mi度du卻que很hen大da
，接jie近jin於yu液ye體ti，因yin此ci具ju有you介jie於yu氣qi體ti和he液ye體ti之zhi間jian的de氣qi液ye兩liang重zhong性xing質zhi，同tong時shi具ju有you液ye體ti較jiao高gao的de溶rong解jie性xing和he氣qi體ti較jiao高gao的de流liu動dong性xing
，比bi普pu通tong液ye體ti溶rong劑ji傳chuan質zhi速su率lv高gao，並bing且qie擴kuo散san係xi數shu介jie於yu液ye體ti和he氣qi體ti之zhi間jian，具ju有you較jiao好hao的de滲shen透tou性xing，而er且qie沒mei有you相xiang際ji效xiao應ying，因yin此ci有you助zhu於yu提ti高gao萃cui取qu效xiao率lv
，並bing可ke大da幅fu度du節jie能neng。
超臨界CO2的物理化學性質與在非臨界狀態的液體和氣體有很大的不同。由於密度是溶解能力、粘度是流體阻力

、擴散係數是傳質速率高低的主要參數，因此超臨界CO2的特殊性質決定了超臨界CO2萃取技術具有一係列的重要特點。超臨界CO2的粘度是液體的百分之一
，自擴散係數是液體的100倍，因而具有良好的傳質特性，可大大縮短相平衡所需時間
，是高效傳質的理想介質
；具有比液體快得多的溶解溶質的速率
，有比氣體大得多的對固體物質的溶解和攜帶能力
；具有不同尋常的巨大壓縮性，在臨界點附件
，壓力和溫度的微小變化會引起CO2的密度發生很大的變化，所以可通過簡單的變化體係的溫度或壓力來調節CO2的溶解能力，提高萃取的選擇性；通過降低體係的壓力來分離CO2和所溶解的產品

，省去消除溶劑的工序。
在傳統的分離方法中，溶劑萃取是利用溶劑和各溶質間的親和性（表現在溶解度）的差異來實現分離的；蒸餾是利用溶液中各組分的揮發度（蒸汽壓）的不同來實現分離的。而超臨界CO2萃取則是通過調節CO2的壓力和溫度來控製溶解度和蒸汽壓這2個參數進行分離的
，故超臨界CO2萃取綜合了溶劑萃取和蒸餾的2種功能和特點，進而決定了超臨界CO2萃取具有傳統普通流體萃取方法所不具有的優勢：通過調節壓力和溫度而方便地改變溶劑的性質，控製其選擇性；適當地選擇提取條件和溶劑，能在接近常溫下操作，對熱敏性物質可適用；因粘度小、擴散係數大，提取速度較快；溶質和溶劑的分離徹底而且容易。從它的特性和完整性來看
，相當於一個新的單元操作，因此引起了國內外的廣泛關注。
二
、超臨界萃取的特點
1、超臨界萃取可以在接近室溫(35～40℃)及CO2氣體籠罩下進行提取，有效地防止了熱敏性物質的氧化和逸散。因此
，在萃取物中保持著藥用植物的有效成分，而且能把高沸點
、低揮發性

、易熱解的物質在遠低於其沸點溫度下萃取出來；
2、使用SFEshizuiganjingdetiqufangfa，youyuquanguochengbuyongyoujirongji，yincicuiquwujuewucanliuderongjiwuzhi，congerfangzhiletiquguochengzhongduirentiyouhaiwudecunzaiheduihuanjingdewuran，baozhengle100%的純天然性；
3、萃取和分離合二為一
，當飽和的溶解物的CO2流體進入分離器時
，由於壓力的下降或溫度的變化

，使得CO2與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不僅萃取的效率高而且能耗較少，提高了生產效率也降低了費用成本；
4
、CO2是一種不活潑的氣體
，萃取過程中不發生化學反應，且屬於不燃性氣體，無味、無臭、無毒、安全性非常好；
5、CO2氣體價格便宜，純度高，容易製取，且在生產中可以重複循環使用
，從而有效地降低了成本
；
6、壓力和溫度都可以成為調節萃取過程的參數，通過改變溫度和壓力達到萃取的目的，壓力固定通過改變溫度也同樣可以將物質分離開來

；反之，將溫度固定
，通過降低壓力使萃取物分離，因此工藝簡單容易掌握，而且萃取的速度快。
三
、超臨界CO2萃取技術在中藥現代化中應用的優越性
1
、萃取能力強，提取率高。用超臨界CO2提(ti)取(qu)中(zhong)藥(yao)有(you)效(xiao)成(cheng)分(fen)，在(zai)最(zui)佳(jia)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)下(xia)，能(neng)將(jiang)所(suo)需(xu)提(ti)取(qu)的(de)成(cheng)分(fen)幾(ji)乎(hu)完(wan)全(quan)提(ti)取(qu)，從(cong)而(er)大(da)大(da)提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)收(shou)率(lv)及(ji)資(zi)源(yuan)的(de)利(li)用(yong)率(lv)。同(tong)時(shi)
，隨(sui)著(zhe)超(chao)臨(lin)界(jie)CO2萃取技術的不斷進步，把超臨界CO2萃取擴展到水溶液體係，使得難以提取的強極性化合物如蛋白質等的超臨界CO2提取已成為可能；
2
、cuiqunenglidedaxiaoqujueyuliutidemidu
，zuizhongqujueyucaozuoguochengdewenduheyali。gaibianqizhongzhiyihuotongshigaibian，doukegaibianrongjiedu，keyiyouxuanzedijinxingzhongyaozhongduozhongwuzhidefenli，congerkejianxiaozazhi
，shizhongyaoyouxiaochengfengaodufuji，bianyujianxiaojilianghekongzhizhiliang
，shichanpinwaiguandaweigaishan；
3
、超臨界CO2萃取的操作溫度低，能較完好地保存中藥有效成分不被破壞，不發生次生化
，因此，特別適合於那些對熱敏感性強、容易氧化分解破壞的成分的提取
；
4、提取時間快，生產周期短。超臨界CO2提取循環一開始，分離便開始進行。一般提取10分鍾就有成分分離析出，2~4小時左右便可完全提取，同時

，它不需濃縮等步驟

，即使加入夾帶劑

，也可通過分離功能除去或隻需簡單濃縮；
5

、超臨界CO2提取，操作參數容易控製，因此能保證有效成分及產品質量的穩定性

；
6
、超臨界CO2haikezhijiecongdanfanghuofufangzhongyaozhongtiqubutongbuweihuozhijietiqujingaojinxingyaolishaixuan，kaifaxinyao，dadatigaoxinyaodeshaixuansudu。tongshikeyitiquxuduochuantongfangfatibuchulaidewuzhi
，qiejiaoyicongzhongyaozhongfaxianxinchengfen，congerfaxianxindeyaoliyaoxing，kaifaxinyao；
7、超臨界CO2還具有抗氧化、滅菌作用
，有利於保證和提高產品的質量；
8
、超臨界CO2萃取應用於分析或與GC、IR、MS、LC等聯用成為一種高效的分析手段，將其用於中藥質量分析，能客觀地反映中藥中有效成分的真實含量；
9、經藥理、臨床證明，超臨界CO2提取中藥
，不僅工藝上優越，質量穩定
，且標準容易控製，其藥理、臨床效果能夠保證或更好
；
10、超臨界CO2萃取工藝流程簡單，操作方便，節省勞動力和大量有機溶劑
，減少三廢汙染

，這無疑為中藥現代化提供了一種高效的提取、分離、製備及濃縮的新方法。
四、超臨界CO2萃取技術的應用
1
、zaiyiyaogongyezhong，keyongyuzhongcaoyaoyouxiaochengfendetiqu，reminxingshengwuzhipinyaowudejingzhi，jizhizhileihunhewudefenli
，kefangzhizhongyaoyouxiaozufendeyisanheyanghua

，guochengmeiyouyoujirongjicanliu，kehuodegaozhiliangdetiquwubingtigaoyaoyongziyuandeliyonglv，kedadajianhuatiqufenlibuzhou
，nengtiqufenlidaoyixieyongchuantongrongjifadebudaodechengfen
，jieyuedaliangdeyoujirongji。
（1）hongdoushanzhongdezishanchunjuyoukangaizuoyong。duiyuhongdoushanzhongzishanwanleichengfendetiqufenli
，chuantongdezhiwuhuaxuefenliyaodedaodantichunpinnandujiaoda，buzhoujiaoweifansuo，yuanliaojingduocijintinongsuohou，haixuyongyoujirongjiduocicuiqu，zaijinxingduocizhucengxi。ciguochengyaoyongduozhongyoududeyoujirongji。caiyongchaolinjieCO2萃取技術進行紅豆杉的化學成分的研究，所得粗浸膏含雜質少，較易分離得到單體。
（2）螺(luo)旋(xuan)藻(zao)含(han)豐(feng)富(fu)的(de)蛋(dan)白(bai)質(zhi)和(he)多(duo)種(zhong)生(sheng)物(wu)活(huo)性(xing)成(cheng)分(fen)
，采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)有(you)機(ji)溶(rong)劑(ji)法(fa)會(hui)汙(wu)染(ran)產(chan)品(pin)，且(qie)分(fen)離(li)工(gong)藝(yi)複(fu)雜(za)。超(chao)臨(lin)界(jie)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)萃(cui)取(qu)技(ji)術(shu)可(ke)將(jiang)螺(luo)旋(xuan)藻(zao)中(zhong)所(suo)含(han)的(de)具(ju)有(you)生(sheng)物(wu)活(huo)性(xing)和(he)熱(re)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)物(wu)質(zhi)提(ti)取(qu)出(chu)來(lai)並(bing)保(bao)持(chi)其(qi)天(tian)然(ran)特(te)性(xing)，可(ke)提(ti)高(gao)螺(luo)旋(xuan)藻(zao)產(chan)品(pin)的(de)附(fu)加(jia)值(zhi)，並(bing)可(ke)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)螺(luo)旋(xuan)藻(zao)產(chan)業(ye)的(de)經(jing)濟(ji)和(he)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)。
（3）丹參酮類是從唇形科植物丹參中提取的總酮類及其它成分的總稱，是製備各種丹參製劑如複方丹參片、丹參酮磺酸鈉注射液（主要用於心腦血管疾病）和丹參酮膠囊（主要用於抗菌消炎）yuanliaodezhuyaochengfen。chuantongdetiqufangfazhuyaoshiyichunrehuiliutiqu
，ranhounongsuochengjingao，yongyugezhongzhiji。youyutiqunenglichahechangshijianjiaretiquhuonongsuo，youxiaochengfensunshiyanzhong，nanyidadaobiaozhun。caiyongchaolinjieCO2萃取技術進行工藝改革，收率高，生產周期縮短，有效成分可大大提高。
（4）采用超臨界CO2提取紫蘇子油的工藝

，與傳統的工藝（石油醚法）相(xiang)比(bi)較(jiao)，收(shou)率(lv)高(gao)
，提(ti)取(qu)時(shi)間(jian)短(duan)

，有(you)效(xiao)成(cheng)分(fen)濃(nong)縮(suo)。毒(du)性(xing)實(shi)驗(yan)表(biao)明(ming)，超(chao)臨(lin)界(jie)提(ti)取(qu)的(de)紫(zi)蘇(su)子(zi)油(you)具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)降(jiang)血(xue)脂(zhi)作(zuo)用(yong)，且(qie)毒(du)性(xing)較(jiao)低(di)，藥(yao)理(li)效(xiao)果(guo)較(jiao)好(hao)，有(you)效(xiao)成(cheng)分(fen)高(gao)度(du)濃(nong)縮(suo)
，雜(za)質(zhi)少(shao)，質(zhi)量(liang)容(rong)易(yi)控(kong)製(zhi)

，製(zhi)劑(ji)的(de)外(wai)觀(guan)顏(yan)色(se)好(hao)。
（5）蛇床子為傘形科植物蛇床的果實，傳統的中醫主要用於婦科炎症的治療。采用超臨界CO2cuiqufatiqushechuangzideyouxiaobuwei
，gongyishangbiaoxianchuyouxiaochengfenshoulvgao，tiqushijianduanjiyouxiaochengfengaodunongsuodengyouyuexing，linchuangshiyanzhengming，shechuangzicaiyongchaolinjieCO2工藝提取有效部位進行新藥開發，不僅工藝優越，質量穩定且容易控製

，而且還能保持傳統中醫的治療效果。
（6）青蒿素是來自菊科植物黃花蒿的一種半萜內酯類成分，是我國唯一得到國際承認的抗瘧新藥。傳統的汽油法存在收率低、成本高、易燃易爆等危險。采用超臨界CO2萃取工藝用於青蒿素的生產，青蒿素產品符合中國藥品標準。與傳統的提取工藝相比，超臨界CO2萃取工藝具有產品收率高、生產周期短
、成本低等優點，可節省大量的有機溶劑汽油，避免易燃易爆等危險，減少了三廢汙染，大大簡化了生產工藝。
（7）中藥複方是傳統中藥的最主要部分，也是中藥與國際接軌難度最大的部分
，用超臨界CO2萃取技術對中藥複方進行提取工藝的研究及新藥開發還是一個空白。在對單方中藥超臨界CO2萃(cui)取(qu)研(yan)究(jiu)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)結(jie)合(he)傳(chuan)統(tong)中(zhong)醫(yi)理(li)論(lun)對(dui)中(zhong)藥(yao)複(fu)方(fang)進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu)，證(zheng)明(ming)複(fu)方(fang)提(ti)取(qu)時(shi)，中(zhong)藥(yao)成(cheng)分(fen)的(de)提(ti)取(qu)由(you)於(yu)互(hu)溶(rong)作(zuo)用(yong)，促(cu)進(jin)了(le)其(qi)它(ta)中(zhong)藥(yao)成(cheng)分(fen)的(de)提(ti)取(qu)。采(cai)用(yong)超(chao)臨(lin)界(jie)CO2萃(cui)取(qu)技(ji)術(shu)，複(fu)方(fang)的(de)有(you)效(xiao)成(cheng)分(fen)高(gao)度(du)濃(nong)縮(suo)
，雜(za)質(zhi)少(shao)

，外(wai)觀(guan)顏(yan)色(se)較(jiao)好(hao)，批(pi)間(jian)重(zhong)複(fu)性(xing)較(jiao)好(hao)，有(you)效(xiao)部(bu)分(fen)具(ju)有(you)傳(chuan)統(tong)中(zhong)醫(yi)要(yao)求(qiu)的(de)藥(yao)效(xiao)，且(qie)複(fu)方(fang)後(hou)具(ju)有(you)協(xie)同(tong)補(bu)充(chong)效(xiao)果(guo)。
（8）質量標準是影響中藥進入國際市場的又一因素。采用先進、準確的分析方法進行中藥質量控製有利於中藥現代化。分析型超臨界CO2萃取技術用於藥物分析具有省時、樣品用量少、條件易於控製、不分解也不汙染產品等優點，特別適用於從複雜基體中分離、鑒定痕量組分，因此，對成分複雜的中藥特別是複方中藥的分析就特別適用。
2、在食品工業中，啤酒花的提取，色素的提取等。對各種天然抗菌或抗氧化萃取物的加工
，如羅勒
、串紅、百裏香、蒜

、洋蔥、春黃菊、辣椒粉
、甘草和茴香子等。 大蒜注射液為臨床上廣泛應用的中藥製劑，傳統的生產工藝是水蒸汽蒸餾配製而成。采用超臨界CO2萃取法對其進行工藝改革並用於臨床證明

，不僅工藝優越
，而且還能提高療效。單味中藥製劑是傳統中藥製劑的一部分。采用超臨界CO2萃取技術對單味中藥進行提取工藝、藥理毒理的研究及新藥的開發過程，既需考慮有效部位的提取效率，還要考慮藥理毒理效果。β-胡蘿卜素在增強人體的免疫能力等方麵具有明顯的作用
，采用超臨界CO2萃取技術用於β-胡蘿卜素的生產
，具有萃取效率高，速度快，無汙染，工藝簡單，萃取物色味純正等優點。
3、在香料工業中，天然及合成香料的精製。
4
、在化學工業中，混合物的分離。 許多碳氫高分子化合物不溶於CO2
，隻能采用非均相聚合（如分散聚合
、沉澱聚合、乳化聚合等）；而無定型的碳氟高聚物和矽酮高聚物能溶解於CO2，則可采用均相聚合。在液體或超臨界CO2體係中進行高分子材料的合成與加工，其優點在於：不使用有機溶劑避免了對環境的汙染

；省去了脫溶及回收溶劑的工藝

；可改進高分子材料的機械性能及加工性能
；可按分子量的大小對產品進行分離；可回收未進行反應的單體並可去除次反應物及過反應物雜質；可通過超臨界多元流體對高分子材料進行染色、加香及改性。
5、在生物技術開發中
，（1）固定化酶的催化反應：超臨界CO2是一種非極性反應溶劑，可代替脂溶性的有機溶劑，進行酶催化反應，脂溶性的反應物可溶於超臨界CO2中，而酶則不溶解,並且有些酶的生物活性反而會有所提高,從而可提高反應速率,有利於產品的分離及精製。國內已在試驗室研究開發了月桂酸丁酯、油酸香茅酯、油酸乙酯、油酸辛酯、油酸油酯
、乙酸異戍酯等酯化反應技術。（2）澱粉及纖維素的水解：澱粉及纖維素是地球上太陽光合作用的可再生生物資源，可用於生產能源、化學品、食品和藥品，傳統的工藝是發酵及水解，存在著轉化率低、三廢難治理
、纖維素的水解腐蝕性強等難以克服的缺點，采用超臨界水進行非催化轉化則可徹底克服這些缺點。