【正文】 最后，感謝各位論文評閱人和答辯委員會的老師們在百忙之中給予我寶貴的意見、建議和指導(dǎo)。童老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神也深深感染了我，老師對我的諄諄教誨，將使我受益終生。致 謝本論文是在我的指導(dǎo)老師童志平老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、內(nèi)容的設(shè)計、實(shí)驗(yàn)過程中的各個環(huán)節(jié)到最終的定稿都得到了童老師的指導(dǎo)和幫助，傾注了童老師大量的心血。所以可以得出超臨CO2萃取花椒中有效成分的較佳實(shí)驗(yàn)條件為：萃取壓力15MPa，萃取溫度45℃，萃取時間90min。影響超臨界CO2流體萃取的因素有：萃取壓力，萃取溫度，萃取時間，藥材粒度大小，CO2流量，夾帶劑種類及其用量等。傳統(tǒng)的提取方法主要有溶劑法提取等，但這些方法多存在有機(jī)溶劑殘留、操作復(fù)雜、工藝流程較長、產(chǎn)物得率低等問題。結(jié) 論花椒中提取的揮發(fā)油等化學(xué)成分對心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、免疫機(jī)能、凝血功能、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、抗炎、抑菌殺蟲，抗腫瘤等均具有較強(qiáng)的藥理活性，因而具有良好的市場前景。 由于藥材中可能存在一定的水分，導(dǎo)致萃取后離開分離釜的CO2氣體必然攜帶一部分水分，在CO2制冷液化時其中的水分將結(jié)成冰，因而造成管道堵塞的情況，導(dǎo)致壓力下降、流量不穩(wěn)定并且高壓泵無法正常工作。 在萃取進(jìn)行了一段時間后萃取釜中壓力下降且無法調(diào)回指定壓力，造成這一現(xiàn)象的可能原因是萃取裝置管道老化導(dǎo)致CO2氣體泄漏以及CO2氣罐中的氣體不足，因此在實(shí)驗(yàn)之前要保證CO2氣罐中有足夠的氣體（一般氣罐壓力要超過6MPa）。 超臨界萃取過程中出現(xiàn)的問題 由于超臨界裝置長時間沒有使用，所以在萃取過程中出現(xiàn)了如下問題，包括制冷器無法制冷，萃取釜中的白色墊圈由于膨脹的原因無法放入或取出，管道出現(xiàn)了些微的漏氣等問題，以上問題經(jīng)由維修人員的修理之后得到妥善解決。在此壓力下，CO2流體的密度較大，壓縮性較小，流體密度受溫度的影響較小，但卻能夠增大溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)和蒸汽壓，使得CO2流體的溶解力增大，雖然揮發(fā)油的含量減少，但是萃取率卻不斷升高，這說明在高壓條件下，花椒中的難揮發(fā)物質(zhì)在高溫下提取效果好。從圖23可以看出，當(dāng)萃取溫度增大時，導(dǎo)致溶質(zhì)的蒸汽壓也上升，同時CO2的分子熱運(yùn)動增強(qiáng)，使得溶解度也增加，而且溫度的上升也可能導(dǎo)致CO2的密度下降，因此溶質(zhì)在CO2中的溶解度也下降。本論文中，隨著萃取時間的不斷延長，花椒油的得率只是很小幅度的升高，萃取溫度效應(yīng)曲線很平緩，說明本論文中萃取時間對花椒油的得率影響很小。 由圖23和方差分析可知，本論文中萃取時間是影響最小的因素。由于物料中含有其它雜質(zhì)，雖然提高了萃取率，卻增加了花椒組分的分離難度，并且過高的壓力容易造成物料的板結(jié)，因此會大大影響物質(zhì)溶出的效率，所以不能盲目地加大壓力。在萃取壓力較低時，花椒中揮發(fā)油的含量比較高，隨著壓力的逐漸升高，花椒揮發(fā)油的含量開始逐漸減少。 討論 在圖23中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力從12MPa上升到15MPa時花椒油的得率顯著提高，而高于15MPa以后花椒油得率降低。因?yàn)樵谳腿毫?2MPa升到15MPa時，花椒油的得率快速上升，而從15MPa升到18MPa時，花椒油的得率開始下降，因此，萃取壓力選擇15MPa；通過對圖23和方差分析結(jié)果進(jìn)行綜合考慮，應(yīng)該選擇萃取時間為2h，但是萃取時間對實(shí)驗(yàn)無顯著影響，考慮到實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)際條件。表28 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析表（a=）因素偏差平方和自由度F比F臨界值顯著性萃取壓力2*萃取時間2萃取溫度2誤差2表29 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析表（a=）因素偏差平方和自由度F比F臨界值顯著性萃取壓力2*萃取時間2萃取溫度2誤差2表210 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析表（a=）因素偏差平方和自由度F比F臨界值顯著性萃取壓力2萃取時間2萃取溫度2誤差2由表28～210的方差分析結(jié)果可知，由以上分析可知，萃取壓力對花椒油的得率有顯著影響，萃取溫度和萃取時間對花椒油的得率影響不大，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇較為合適的水平。 通過《正交設(shè)計助手》對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行各個影響因素因素分析，可得如圖23的效應(yīng)曲線圖。綜上分析可得，A2B3C3可能是較佳的水平組合。 通過《正交設(shè)計助手》軟件對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，可得到以下直觀分析結(jié)果，如表27所示。進(jìn)一步對比觀察可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)萃取壓力為15MPa時的提取率都在較高水平上，而且大大超過其他6組，萃取溫度和萃取時間沒有這樣明顯的規(guī)律，這就表明在本論文中，萃取壓力是影響超臨界萃取的最主要的因素。 結(jié)果與討論 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別以花椒油萃取率和是否存在揮發(fā)油為考核指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行超臨界CO2萃取工藝條件的優(yōu)化，確定出超臨界CO2萃取花椒風(fēng)味物質(zhì)的合適工藝參數(shù)。在萃取實(shí)驗(yàn)前先分別稱量9個空燒杯的重量并記錄，然后對樣品自然風(fēng)干后再稱量9個燒杯的總重量，兩者之差則是花椒油的質(zhì)量。在特定的溫度和壓力下，使原料同CO2流體充分接觸，達(dá)到平衡后再通過溫度和壓力的變化使萃取物同溶劑CO2分離，CO2循環(huán)使用，其操作的具體步驟如下[66]：（1）先后順序打開墻上，機(jī)器后面，機(jī)器前面的三個電源開關(guān)；（2）設(shè)定1升萃取器溫度，分離溫度35℃；（3）打開1升萃取器溫度，分離Ⅰ、Ⅱ，冷卻泵，水冷機(jī)組，并檢查冷卻槽內(nèi)丙酮是否流動；（4）關(guān)緊1升萃取器調(diào)壓，分離器Ⅰ調(diào)壓（左松右緊）；圖22 超臨界流體萃取流程圖（5）機(jī)器下面由左到右閥門分別記為A、B、C、D、E、F、G、H，把這八個閥門全部關(guān)緊；（6）等待1升萃取器溫度，分離溫度達(dá)到指定值；（7）裝樣：將1升萃取罐下面裝好（先墊一層濾紙，金屬墊片粗面向外），將分裝好并用95%乙醇潤濕的50g花椒裝到萃取罐中，用刷子將萃取罐邊緣的殘留物刷干凈，確認(rèn)萃取釜內(nèi)無乙醇，把萃取罐放在萃取釜上，倒入乙醇，萃取罐上面封好放入釜內(nèi)，再把白色塑料套圈放進(jìn)去（有斜面的一面朝下），裝一個橡膠墊圈在螺旋上，旋到底后再回旋一下；（8）打開CO2罐（4個閥門），實(shí)驗(yàn)過程中須保證CO2罐壓力壓始終保持在4MPa以上；（9）機(jī)器下面的進(jìn)氣閥開關(guān)D慢慢打開，當(dāng)1升萃取器壓力表數(shù)值達(dá)到5MPa時，打開CO2泵，當(dāng)1升萃取器調(diào)壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓力后固定，調(diào)節(jié)分離器Ⅰ調(diào)壓到5MPa，所有的壓力表顯示穩(wěn)定后開始計時；（10）確定機(jī)器后面鐵罐內(nèi)有乙醇，開攜帶劑泵，把罐下面的轉(zhuǎn)子流量計先調(diào)到最高，萃取器排空閥指數(shù)上升到與1升萃取器調(diào)壓相同，再將流量計調(diào)到20，整個實(shí)驗(yàn)過程中要時刻保證鐵罐內(nèi)有乙醇；（11）每隔30min取一次樣，閥門E先打開一點(diǎn)，再慢慢打開F，取樣；G、H同理，直到無樣品流出；（12）達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定時間后，先后關(guān)掉CO2泵、冷卻泵、水冷機(jī)組泵、攜帶劑泵；（13）關(guān)掉CO2氣瓶（三個開關(guān)）；（14）關(guān)掉進(jìn)氣閥D，從F、H取樣，放氣，關(guān)緊1升萃取器調(diào)壓，分離器Ⅰ調(diào)壓，打開機(jī)器后面排空閥門，放出其中的乙醇使萃取器排空閥指數(shù)歸零；（15）確認(rèn)壓力表都?xì)w零后，打開萃取釜，倒出藥品，萃取罐內(nèi)先用水沖洗再用乙醇潤洗，其余的零件先用水清洗再用乙醇浸泡；（16）先后關(guān)掉機(jī)器前面、后面和墻上的開關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 本論文采用的SC5+1升超臨界萃取裝置是由德陽四創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)，超臨界萃取裝置主要包括四大系統(tǒng)：超臨界萃取系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)，循環(huán)水加熱系統(tǒng)和夾帶劑系統(tǒng)，在超臨界流體萃取技術(shù)中萃取裝置是關(guān)鍵，超臨界CO2萃取裝置集合了多項(xiàng)技術(shù)，其操作流程也是在多個裝置共同運(yùn)行下完成的，如圖22所示。 由于上次試驗(yàn)會殘留一些藥品在設(shè)備里面，會導(dǎo)致本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差，所以清洗超臨界萃取裝置管道是很有必要的。同時綜合考慮實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)備條件，時間等客觀條件，選出對萃取率影響相對較大的三個因素并(萃取壓力、萃取時間、萃取溫度)設(shè)計出L9_4_3正交實(shí)驗(yàn)因素水平表如表24所示。在實(shí)驗(yàn)開始前，將實(shí)驗(yàn)每組50g的藥材用少量95%乙醇潤濕浸泡半小時，更加利于萃取。表22 實(shí)驗(yàn)中所需設(shè)備列表設(shè)備名稱生產(chǎn)廠家SC5+1升超臨界萃取裝置德陽四創(chuàng)科技有限公司電子天平e=10d d=成都市新蜀西科實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司托盤天平 成都天平儀器廠電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司罐擺式高速中藥材粉碎機(jī)浙江省瑞安市東源醫(yī)療設(shè)備機(jī)械廠 （2）在實(shí)驗(yàn)過程中需要用到的儀器名稱、規(guī)格及數(shù)量如表23所示。 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)中需要用到的試劑如表21所示。作用為在超臨界萃取過程之中向萃取釜里加入夾帶劑，能夠有效的促進(jìn)萃取過程，還可用當(dāng)作液體加料泵，在萃取低黏度液體時使用。 萃取釜、分離釜I和分離釜II中的溫度都可由各自的恒溫水浴加熱系統(tǒng)及熱水泵加以控制，可以滿足實(shí)驗(yàn)中所設(shè)定的溫度。 主要包括高壓柱塞泵、萃取釜、過濾器、分離釜I和分離釜II，其中萃取釜以及分離釜的壓力由釜下面相應(yīng)的進(jìn)氣閥和放氣閥調(diào)節(jié)，壓力數(shù)值在上方的指針式壓力表中顯示出，溫度可通過數(shù)字式溫度儀進(jìn)行調(diào)節(jié)。 超臨界萃取裝置原理在超臨界流體萃取技術(shù)中萃取裝置是關(guān)鍵，超臨界CO2萃取裝置集合了多項(xiàng)技術(shù)，它包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、壓力容器、管道閥門、儀器儀表、電氣控制、化工工藝等專業(yè)技術(shù)。CO2是安全、無毒、廉價的理想流體，而且超臨界CO2具有類似氣體的擴(kuò)散系數(shù)、液體的溶解力，表面張力為零，能夠迅速滲透進(jìn)入固體物質(zhì)之中，提取其中精華，具有高效、不易氧化、純天然、無化學(xué)污染等特點(diǎn)。超臨界流體萃取是近代化工分離中出現(xiàn)的高新技術(shù)，超臨界流體萃取(SFE)將傳統(tǒng)的蒸餾和有機(jī)溶劑萃取結(jié)合一體，利用超臨界流體CO2優(yōu)良的溶劑力，將基質(zhì)與萃取物有效的分離、提取以及純化。因此，通過本論文的研究，可以大大簡化花椒中主要成分的提取工藝，節(jié)約生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，提高產(chǎn)品得率和純度，為花椒中主要成分提取的工業(yè)化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 研究意義超臨界流體萃取法與傳統(tǒng)的提取法相比具有提取效率高、無溶劑殘留、無毒性，活性成分和熱不穩(wěn)定成分不易被分解破壞等優(yōu)點(diǎn)。本論文著重考察適合于超臨界萃取花椒中有效成分的實(shí)驗(yàn)條件，最終確定超臨界萃取提取花椒中有效成分的較佳工藝條件，為其進(jìn)一步開發(fā)利用提供理論依據(jù)，也為醫(yī)藥、食品等有效成分的超臨界CO2提取分離提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。花椒是良好的調(diào)味佐料，也可榨油，出油率在25%以上。 本論文研究的目的、內(nèi)容和意義花椒屬無患子目蕓香科花椒屬落葉灌木或小喬木，一般成熟于立秋前后。超臨界CO2流體萃取技術(shù)作為這些高新技術(shù)中的佼佼者，勢必由于其在天然產(chǎn)物深度加工中的應(yīng)用成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)。超臨界CO2流體萃取技術(shù)，特別是作為一種綠色分離技術(shù)，在天然產(chǎn)物分離的研究和應(yīng)用中得到了不同程度的應(yīng)用。 超臨界CO2流體萃取技術(shù)的發(fā)展前景近30年來，超臨界CO2流體萃取技術(shù)是一項(xiàng)迅速發(fā)展的新興科學(xué)技術(shù)。因此，使用無毒無污染的超臨界CO2作為溶劑，其市場前景是非常廣闊的。新興的無污染制革技術(shù)的最主要突破就是放棄了水作為介質(zhì)，而是利用超臨界CO2作為新的介質(zhì)，并在此介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)制革中的“濕”操作反應(yīng)。 近20多年來，我國制革工業(yè)取得了長足的進(jìn)步，但發(fā)展的同時，制革工業(yè)對于環(huán)境的污染問題日益嚴(yán)重。 主要的應(yīng)用方面包括脫去食物中的有害成分以及有效成分的提取、食品原材料的處理等方面。對于生物活性物質(zhì)和天然藥物提取方面，濃縮沙丁魚油，從蛋黃中提取蛋黃磷酯，從大豆中提取大豆磷酯都屬于其范疇內(nèi)；超臨界流體結(jié)晶技術(shù)則體現(xiàn)了在藥劑學(xué)方面的應(yīng)用，其是根據(jù)物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度對溫度和壓力敏感的特性制備超細(xì)顆粒；而在藥物分析方面，超臨界流體色譜即為將超臨界流體萃取技術(shù)用于色譜技術(shù)中，具有高速度，高效和強(qiáng)選擇性，高分離等優(yōu)勢，同時還省時，成本低，易于控制，不污染樣品，非常適用于難揮發(fā)，易熱解高分子物質(zhì)的快速分析。目前，超臨界CO2流體萃取技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域包括以下幾個方面。直到20世紀(jì)50年代，德國人Zosel的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了超臨界CO2流體可以作為溶劑萃取油料中的油脂，超臨界CO2流體萃取技術(shù)作為一種新興的分離技術(shù)才得到了人們重視和認(rèn)可。但是減小粒度會使顆粒的表觀密度減小，再考慮到超臨界CO2萃取裝置的堵塞問題，因此應(yīng)該將兩種因素綜合起來選擇最佳的粒度，通常情況下是使用完整未粉碎的顆粒[4950]。提取率達(dá)到了99%。OS較小的粒度可以增加固體與溶劑之間的接觸面積，提高萃取速率。但是，有些溶劑溶劑作為夾帶劑，會導(dǎo)致萃取之后有溶劑殘留，因此，對夾帶劑的選擇是十分必要的。研究發(fā)現(xiàn)，添加適當(dāng)?shù)臉O性提攜劑或者改變提攜劑的摩爾量比例以改變流體極性，使超臨界CO2能夠萃取極性物質(zhì)，從而大幅提高萃取的效率[47]。 夾帶劑也稱攜帶劑，由于超臨界CO2的極性較弱，極性大約位于正己烷和氯仿之間。CO2流量的大小與物料的多少有關(guān)，還與萃取溫度和壓力相關(guān)。萃取時間的長短決定了超臨界CO2滲透到細(xì)胞內(nèi)的程度大小，滲透程度越好溶解度就越高，滲透程度差溶解度就較低，一般萃取時間需要控制在1～3h內(nèi)。當(dāng)萃取物大部分分離出來之后，樣品中的殘留溶質(zhì)只能通過增加萃取時間的方法來萃取，但是這會大大增加萃取的時間，如99%有效組分的萃取時間是50%的10倍，從經(jīng)濟(jì)的角度來看，通過延長時間獲得回收率的些許提高并不劃算[45]。萃取剛開始時，由于溶劑與溶質(zhì)之間并未完全良好混合，因而得率也較低。溶解度隨著壓力的增大而增大，在低于交叉壓力時，溶解度隨溫度的升高而減小，高于交叉壓力時隨溫度的升高而增大[43]。zkal在提取榛實(shí)油的時候發(fā)現(xiàn)對于所有的被萃取物來說，溫度對于超臨界流體的影響并不大。OS 相比萃取壓力，萃取溫度對萃取效果的影響則顯得較為復(fù)雜。S′ocrates QuispeCondori在提取Artemisia anuna L leaves時發(fā)現(xiàn)，在25MPa附近兩條等溫線交叉于一點(diǎn)，在這個點(diǎn)上，溫度對提取