超临界流体萃取在食品加工中的应用

超临界流体萃取的基本过程分成萃取阶段和分离阶段，萃取阶段由萃取釜和加压装置组成，分离阶段由分离釜和减压装置组成。按分离方式的不同，可分为等温法、等压法、吸附法、多级分离法；按萃取过程的特殊性可分为常规萃取、夹带剂萃取、喷射萃取等。常规萃取即等温法流程，夹带剂萃取即根据需要在萃取剂中添加不同极性的夹带剂，喷射萃取主要应用于黏稠的物料，通过喷射的方式加大物料与超临界流体的接触面积，以促进传质进程。

（一）等温法流程

等温法流程即变压分离流程，被萃取物质在萃取器中被萃取后，经过减压阀后压力下降，被萃取物质在超临界流体中的溶解度降低，因而在分离器中析出。如图8-10所示，被萃取物质从分离器下部取出，萃取剂由压缩机压缩并返回萃取器循环使用。由于CO₂流体在降压过程中节流膨胀使温度降低，因此在分离段需加温以使其温度与萃取段保持大致相同。该流程是在萃取段和分离段CO₂的温度基本相同的情况下，利用其压力降低造成对溶质的溶解度下降而在分离段沉淀出来，故称该流程为等温法。等温法流程是最常见的超临界CO₂流体萃取流程，适用于从固体物质中萃取油溶性组分、热不稳定性成分。

图8-10 等温法流程

1—萃取釜 2—减压阀 3—分离釜 4—压缩机

（二）等压法流程

如图8-11所示，等压法流程即溶质在萃取段被CO₂流体萃取后，通过分离段改变CO₂的温度，使溶质在CO₂流体中的溶解度降低而分离出来。该流程在萃取段和分离段的压力基本相同，利用温度改变造成的溶解度下降而实现物质的分离，故称该流程为等压法。该流程具有设备简单、造价低廉、操作简单、运行费用低等优点，适用于那些在CO₂中的溶解度对温度变化较为敏感且不易热分解的物质。该流程适应性不强，实用价值小。

图8-11 等压法流程图

1—萃取釜 2—加热器 3—分离釜 4—压缩机 5—冷却器(www.xing528.com)

（三）吸附法流程

如图8-12所示，吸附法是将萃取釜和分离釜处于大致同等的温度和压力下，利用分离釜中填充特定的吸附剂将分离目标组分选择性地除去，然后定期再生吸附剂即可达到分离目的。吸附剂可以是液体（如水、有机溶剂等），也可以是固体（如活性炭）。吸附法流程比等压法和等温法都简单，也最节能，但是该法只适合于可选择性吸附分离目标组分的体系，绝大多数天然物质的分离过程很难通过吸附来收集产品，所以吸附法只能用于少量杂质的脱除过程，而且必须选择廉价的、易于再生的吸附剂。

图8-12 吸附法流程图

1—萃取釜 2—吸附剂 3—分离釜 4—高压泵

（四）多级降压分离流程

在超临界萃取过程中，被萃取出来的物质绝大部分是混合成分，有时需要对其进一步分离精制以富集其中的一些成分。例如，从生姜中萃取出来的混合成分中将姜辣素和精油分离（图8-13），从植物种子中萃取出来的油脂与同时萃取出来的水、腥臭成分和游离脂肪酸分离，从辣椒中萃取出来的混合成分中将辣椒红色素和辣椒碱分离。上述这些情况均可利用多级降压分离工艺一次达到目的，而不需要在萃取完成后另外对萃取出来的混合物再次进行分离。

图8-13 超临界CO₂流体萃取分离姜油二级分离流程

该流程是对等温法流程分离段的改进，等温法是在分离段将具有很大溶解度的高压CO₂流体（其中溶解了各种被萃取物质）的压力在一个分离釜中一步降到几乎没有溶解能力的、很低的压力（一般为4～6MPa），使溶解于高压CO₂流体中具有不同溶解度的组分在分离段全部析出在分离釜中。而多级降压分离则是将溶解了各种被萃取物质的高压流体在流经串联着的几个分离釜中逐步降压分离，逐步地降低CO₂流体的溶解度，使在萃取段中处于溶解状态的各种组分在逐步降压过程中依次在不同的分离釜中分离出来。