二氧化碳是一種常見的氣體,充分正確的利用二氧化碳具有重要意義。傳統的二氧化碳利用技術主要用于生產干冰(滅火用)或作為食品添加劑等。超臨界二氧化碳流體技術正引導相關使用向高附加值產品的加工發展。如超臨界二氧化碳萃取設備可提取過去用化學方法無法提取的物質,且廉價、無毒、安全。適用于化工、醫藥、食品、化妝品等行業。超臨界二氧化碳干燥設備可制備納米級框架結構材料,具有保溫效果好,比表面積大,質地輕等特點,適用于航空航天、精密電子、醫藥、能源儲備等領域。超臨界二氧化碳清洗設備可實現精密部件微隙槽的清洗和電路芯片的清洗作業,方便廉價,安全可靠。適用于核能、芯片等行業。
二氧化碳在溫度高于臨界溫度(Tc)31℃、壓满堂彩于臨界壓力(Pc)3MPa的狀態下,性質會發生變化,其密度近于液體,粘度近于氣體,擴散系數為液體的100倍,因而具有驚人的溶解能力,用它可溶解多種物質,然后提取其中的有效成分,具有廣泛應用。 傳統提取有效成份的方法如水满堂彩蒸餾法、減壓蒸餾法、溶劑萃取法等,但工藝復雜、純度不高,而且易殘留有害物質。而二氧化碳超臨界萃取廉價、無毒、安全,可以生產極高附加值的產品。用超臨界CO2萃取法可以從許多種植物中提取其有效成分,而這些成分過去用化學方法是提取不出來的。
除了用在化工、化工等工業外,還可用在煙草、香料、食品等方面。如食品中,可以用來去除咖啡、茶葉中的咖啡因,可提取大蒜素、胚芽油、沙棘油、植物油以及醫藥用的鴉片、阿托品、人參素及銀杏葉、紫杉中的有價值成分。以下舉例簡單介紹一下該技術的應用。
(一)用于提取辣椒中的紅色素 用超臨界方法萃取的紅色素沒有一絲辣味,副產品主要是辣味素,只要加入90%的熟植物油即可制成辣椒油。一年能收回投資。1991年以來,在日本每年需要辣椒紅色素30噸,每公斤價3萬日元,年銷售額9億日元。我國化學方法生產的辣椒紅色素每年60噸,但色價太低又有辣味,出口困難。我國色素應用也呈直線上升趨勢,因此生產色素有極光明的前景。除辣椒色素外,設備還可以生產姜黃、玉米黃、紅花色素等。
(二)用于提取茶葉中的茶多酚 安徽、云南、四川、湖北等省盛產茶葉,可以將質次的碎茶葉未或次茶生產茶多酚及咖啡因。茶多酚是極優良的抗氧劑,廣泛用于食品和化妝品等方面,已發現茶多酚有抗齲殺菌作用,在醫學方面茶多酚可以有降膽固醇、降血壓、降血脂、延緩衰老作用,因此是一種優良的天然食品添加劑。用化學方法提取的茶多酚比不上用CO2超臨界萃取法生產的茶多酚純凈,因此在大量種植茶葉的地區上此項目,一定有較大的經濟效益。此外咖啡因也是常用的藥品,這將使過去認為無用的次品,轉變成高附加值的產品。100噸茶葉末可以提取5噸茶多酚,產值近千萬元。
(三)用于提取銀杏黃酮、內酯 用超臨界萃取設備杏從銀可粗提物中精提銀杏黃酮、內酯。銀杏葉粗提物成本年需1860萬元,超臨界萃取設備工藝投資300萬元,產值就可達到2900萬元。一年內可收回投資并有600萬元收益,第二年可獲毛利900萬元。
(四)用于提取桂花精和米糖油 如用超臨界萃取技術提取桂花精油,每千克油在國際市場上售價可達3000美元。一瓶25mL裝的香水只需桂花精油5~6滴,可賣幾十法朗,經濟效益十分可觀。 由超臨界流體浸制的米糠油是一種相當純的天然高品質油。米糠油中所含的甾醇(高達0.75%)可化學合成甾醇激素,其產品包括:雄性荷爾蒙、雌性荷爾蒙、避孕藥、利尿劑、抗癌劑。這些產品在醫藥工業中占有重要的地位和極高的經濟價值。甾族藥物的生產,在世界范圍內是一個40億美元的產業,而米糠油是合成甾醇藥的原料。
國外在生產香精和啤酒花方面已采用了CO2超臨界萃取技術。我國有豐富的自然資源,超臨界萃取技術有極大的推廣價值。有些交通不發達的山區,特產資源十分豐富,尤其盛產中草藥材。處理這些藥材,要用相當大的裝置,且運輸不便,如能在這些山區建立CO2超臨界萃取設備,可用以提取中藥中有用的精華部分,這不僅減少了大量的運輸成本,而且極大地增加了中藥的附加值,可開發生產出更多的醫藥新產品。 目前,國內外采用CO2超臨界萃取技術可利用的資源有:紫杉、黃芪、人參葉、大麻、香獐、青蒿草、銀杏葉、川貝草、桉葉、玫瑰花、樟樹葉、茉莉花、花椒、八角、桂花、生姜、大蒜、辣椒、桔柚皮、啤酒花、芒草、香茅草、鼠尾草、迷迭香、丁子香、豆蔻、沙棘、小麥、玉米、米糠、魚、煙草、茶葉、煤、廢油等。北京、山東、湖南、廣西、浙江、江蘇等地的一些科研所、院校和醫藥、食品企業都在積極進行超臨界萃取技術的研究應用,并取得了一批可喜的成果。