影響超臨界流體萃取效果的因素主要有:(1)萃取條件,包括壓力、溫度、時(shí)間、溶劑及流量等;(2)原料的性質(zhì),如顆粒大小、水分含量、細(xì)胞破裂及組分的極性等。
⑴萃取壓力的影響
萃取過程中,SF密度的變化直接影響萃取效果。萃取壓力是影響SF密度的重要參數(shù)。壓力的變化能顯著提高SF溶解物質(zhì)的能力。根據(jù)萃取壓力的變化,可將SFE分為3類:(1)高壓區(qū)的全萃取。高壓時(shí),SF的溶解能力強(qiáng),可最大限度地溶解所有成分;(2)低壓臨界區(qū)的萃取,僅能提取易溶解的成分,或除去有害成分;(3)中壓區(qū)的選擇萃取,在高低壓之間,可根據(jù)物料萃取的要求,選擇適宜的壓力進(jìn)行有效萃取。當(dāng)壓力增加到一定程度后,則溶解增加緩慢,這是由于高壓下超臨界相密度隨壓力變化緩慢所致。另外,壓力對(duì)萃取效果的影響還與溶質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。
⑵溫度的影響
溫度對(duì)萃取效果的影響較為復(fù)雜??梢詮膬蓚€(gè)方面來考慮:一方面,在一定壓力下,升高溫度;由于升高溫度作為萃取劑CO2的分子間距增大,分子間作用力減小,密度降低,溶解能力相應(yīng)下降。另一方面,在一定壓力下,升高溫度被萃取物的揮發(fā)性增強(qiáng),分子的熱運(yùn)動(dòng)加快,分子間締和的機(jī)會(huì)增加,從而使溶解能力增大。因此,溫度對(duì)超臨界萃取率的影響應(yīng)綜合這兩個(gè)因素來考慮。:升高溫度,分子的熱運(yùn)動(dòng)加快,分子的締和的機(jī)會(huì)增加,從而使溶解度的增加起了一定的主導(dǎo)作用。在實(shí)際生產(chǎn)中,超臨界CO2萃取的溫度控制為大于臨界溫度,但不宜太高,一般為31.5℃~85℃ 是合適操作溫度。
⑶萃取劑流量、萃取時(shí)間的影響
在超臨界流體萃取過程中,萃取劑流量一定時(shí),萃取時(shí)間越長,收率越高。萃取剛開始時(shí),由于溶劑與溶質(zhì)未達(dá)到良好接觸,收率較低。隨著萃取時(shí)間的加長,傳質(zhì)達(dá)到某種程度,則萃取速率增大,直到達(dá)到最大之后,由于待分離組分的減少,傳質(zhì)動(dòng)力降低而使萃取速率降低。萃取劑的流量主要影響萃取時(shí)間。一般來說,收率一定時(shí),流量越大,溶劑、溶質(zhì)問的傳熱阻力越小,則萃取的速度越快,所需要的萃取時(shí)間越短,但萃取回收負(fù)荷大,從經(jīng)濟(jì)上考慮應(yīng)選擇適宜的萃取時(shí)間和流量。
⑷物料性質(zhì)的影響
物料的粒度影響萃取效果,一般情況下,粒度越小,擴(kuò)散時(shí)間越短,有利于SF向物料內(nèi)部遷移,增加了傳質(zhì)效果,但物料粉碎過細(xì)會(huì)增加表面流動(dòng)阻力,反而不利于萃取。對(duì)于多孔的疏松物料,粒度對(duì)萃取率影響較小,菌體脂肪存在于細(xì)胞內(nèi),萃取脂肪時(shí),應(yīng)考慮使細(xì)胞破壁。水分是影響萃取效率的重要因素。物料中含水量較高時(shí),其水分主要以單分子水膜形式在親水性大分子界面形成連續(xù)系統(tǒng),從而增加了超臨界相流動(dòng)的阻力,當(dāng)繼續(xù)增加水分時(shí),多余的水分子主要以游離態(tài)存在,對(duì)萃取不產(chǎn)生明顯的影響。而當(dāng)含水量較低時(shí),水分子主要以非連續(xù)的單分子層形式存在。可見,破壞傳質(zhì)界面的連續(xù)水膜,使溶質(zhì)與溶劑之間進(jìn)行有效的接觸,形成連續(xù)的主體傳質(zhì)體系就可減小水分的影響。超臨界流體的極性是影響萃取速率的又一因素。在弱極性的溶劑中,強(qiáng)極性物質(zhì)的溶解度遠(yuǎn)小于非極性物質(zhì),可萃取性隨極性增加而降低,如超臨界CO2是一種非極性溶劑,因此,它非常適用于弱極性物質(zhì)的萃取。通過使用不同的夾帶劑來改變COz的極性,使萃取范圍擴(kuò)大,可萃取極性較強(qiáng)的物質(zhì)。