1、第 39卷 第 3期 四 川 大 学 学 报 ( 工 程 科 学 版 ) Vol. 39 No. 32007年 5月 JOURNAL OF SICHUAN UN IVERSITY ( ENGINEER ING SC IENCE ED ITION) May 2007文 章 编 号 : 100923087 (2007) 0320072206超 声 场 对 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 的 影 响谭 伟 ,丘 泰 球(华 南 理 工 大 学 轻 工 与 食 品 学 院 ,广 东 广 州 510640)摘 要 :以 葵 花 籽 为 原 料 ,研 究 了 超 声 场 对 亚 临 界 CO2
2、 萃 取 葵 花 籽 油 的 影 响 。 实 验 结 果 表 明 ,超 声 场 能 够 明 显 提 高亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 萃 取 率 ,在 压 力 为 25 MPa、 温 度 为 30 、 流 速 为 3 L /h时 ,萃 取 240 m in后 超 声 作 用 (100W /L、 4 s/ 6 s)和 未 加 超 声 的 萃 取 率 分 别 为 94. 81%和 74. 82% ;超 声 功 率 密 度 和 频 率 对 萃 取 率 具 有 较 大 影 响 ,随 着超 声 功 率 密 度 的 增 大 ,萃 取 率 增 加 ,而 20 kHz与 38 kHz超 声 相 比
3、 , 20 kHz超 声 对 萃 取 更 为 有 利 ;采 用 4 s/6 s的 超声 辐 射 方 式 比 较 合 理 ;超 声 作 用 起 始 时 间 对 葵 花 籽 油 萃 取 率 也 有 一 定 的 影 响 。 GC /MS结 果 显 示 超 声 作 用 没 有 改 变葵 花 籽 油 组 成 成 分 以 及 各 成 分 的 结 构 。 提 出 了 超 声 强 化 的 可 能 机 理 是 超 声 波 动 效 应 和 热 效 应 。关 键 词 : 超 声 场 ;亚 临 界 CO2 ;萃 取 ;葵 花 籽 油中 图 分 类 号 : TQ645. 96 文 献 标 识 码 : AEffect o
4、f Ultra son ic F ield on Extracting O il From Sunflower SeedUsing Sub2cr itica l Carbon D iox ideTAN W ei, Q IU Ta i2qiu(College of L ight Industry and Food Sci. , South China Univ. of Technol. , Guangzhou 510640, China)Abstract: Effect of ultrasonic field on extracting oil from sunflower seed using
5、 sub2critical carbon dioxide was stud2ied. Experimental results indicated that the extraction yields of sunflower seed oil using sub2critical carbon dioxidecould be obviously enhanced by ultrasonic field. After extracting 240 m inutes, extraction yields with ultrasound( 100 W /L, 4 s/6 s) and withou
6、t ultrasound were 94. 81% and 74. 82% under 25 MPa, 30 and 3 L /h, respec2tively. Density of ultrasonic power and ultrasonic frequency fairly greatly affected the extraction yield, with increas2ing of density of ultrasonic power, extraction yield enhanced. Compared with 38 kHz ultrasound, 20 kHz ult
7、rasoundhad advantage of extraction. It was reasonable to adap t 4 s/6 s model of ultrasonic wave irradiation, at the sametime, initiation time of ultrasonication had some effects on the extraction yield. Results of GC /MS analysis showedthat ultrasonication had not changed ingredients of sunflower s
8、eed oil and structure of every component. The mecha2nism of ultrasound enhancement in sub2critical carbon dioxide m ight be attributed to mechanical fluctuant and ther2mal effects.Key words: ultrasonic field; sub2critical carbon dioxide; extraction; sunflower seed oil植 物 油 脂 提 取 的 传 统 方 法 有 水 蒸 气 蒸
9、馏 法 、 压收 稿 日 期 : 2006 - 07 - 01基 金 项 目 : 香 港 政 府 资 助 、 与 香 港 理 工 大 学 合 作 项 目(01440003030147)作 者 简 介 :谭 伟 (1974 - ) ,男 ,博 士 生 ,讲 师 .研 究 方 向 :天 然 产 物 化 工 .榨 法 和 溶 剂 萃 取 法 。 己 烷 、 石 油 醚 等 有 毒 有 机 溶 剂萃 取 时 ,存 在 溶 剂 回 收 和 产 品 溶 剂 残 留 等 问 题 1 ;压 榨 法 油 脂 得 率 低 ,大 量 的 油 脂 仍 然 留 在 压 榨 饼 中 ,经 济 价 值 不 高 ;葵 花 籽
10、 油 中 含 有 丰 富 的 抗 氧 化 成 分VE,水 蒸 气 蒸 馏 法 容 易 对 VE造 成 破 坏 ,且 耗 时 ,效率 低 。 超 临 界 流 体 萃 取 技 术 作 为 一 种 新 型 的 分 离 技术 ,近 20多 年 来 ,无 论 在 技 术 的 基 本 理 论 还 是 在 应用 开 发 研 究 方 面 都 取 得 了 很 大 进 展 。 特 别 是 超 临 界CO2 由 于 具 有 无 毒 、 无 臭 、 无 腐 蚀 性 、 无 残 留 、 不 易 燃烧 、 不 氧 化 、 价 廉 、 对 环 境 友 好 、 临 界 压 力 低 、 临 界 温度 接 近 常 温 等 优 点
11、 ,近 年 来 超 临 界 CO2 萃 取 技 术 得到 了 长 足 的 发 展 ,在 许 多 领 域 如 食 品 2 、 医 药 3 和化 工 4 等 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 针 对 传 统 方 法 存 在的 问 题 ,有 人 采 用 了 超 临 界 CO2 萃 取 技 术 对 葵 花 籽油 萃 取 进 行 了 研 究 5 ,并 取 得 了 比 较 满 意 的 结 果 。但 是 ,超 临 界 CO2 萃 取 又 存 在 萃 取 率 不 高 5 或 者 萃取 压 力 、 温 度 偏 高 对 设 备 要 求 高 等 问 题 。 超 声 波 是一 种 机 械 波 ,具 有 独 特 的
12、机 械 波 动 效 应 和 空 化 效 应 ,已 经 有 文 献 报 道 超 声 对 超 临 界 流 体 萃 取 有 强 化 作用 6 - 7 。 超 声 强 化 超 临 界 流 体 萃 取 不 仅 可 以 降 低 超临 界 流 体 萃 取 系 统 的 温 度 、 压 力 ,减 少 夹 带 剂 的 用量 ,缩 短 萃 取 时 间 ,而 且 还 可 明 显 提 高 萃 取 率 8 - 9 。但 是 ,超 声 强 化 亚 临 界 流 体 萃 取 目 前 还 没 有 文 献 报道 。 亚 临 界 流 体 是 指 热 力 学 状 态 处 于 超 临 界 状 态 外边 缘 ,在 临 界 压 力 以 上
13、且 临 界 温 度 以 下 的 流 体 。 相同 压 力 下 ,亚 临 界 CO2 的 密 度 比 超 临 界 CO2 更 大 ,因 此 对 于 脂 溶 性 物 质 的 溶 解 度 也 更 大 。 以 葵 花 籽 为原 料 ,研 究 了 超 声 场 对 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 的影 响 ,考 察 了 超 声 功 率 密 度 、 超 声 频 率 、 超 声 作 用 方式 与 超 声 作 用 起 始 时 间 对 亚 临 界 CO2 萃 取 的 影 响以 及 绘 制 了 亚 临 界 CO2 萃 取 、 超 声 强 化 亚 临 界 CO2萃 取 葵 花 籽 油 的 速 率 曲 线
14、,同 时 通 过 GC /MS分 析 研究 了 超 声 作 用 对 葵 花 籽 油 组 成 成 分 的 影 响 ,而 后 提出 了 超 声 强 化 的 可 能 机 理 。1 实 验 部 分1. 1 材 料葵 花 籽 :购 于 广 州 市 东 旺 市 场 ,产 于 内 蒙 古 。 将葵 花 籽 去 壳 后 放 入 烘 箱 中 ,充 分 烘 干 后 取 出 粉 碎 过20目 筛 备 用 ; CO2 :广 州 为 康 气 体 供 应 中 心 提 供 ,广州 粤 港 气 体 公 司 生 产 ,纯 度 99. 5% ;锡 箔 纸 ,广 州家 亮 化 工 有 限 公 司 生 产 。1. 2 主 要 设 备
15、1L超 声 强 化 亚 临 界 CO2 ( Subcritical CO2 , SC)流 体 萃 取 器 装 置 ,为 自 行 设 计 的 内 插 式 (见 图 1) ;101AS - 1型 不 锈 钢 数 显 电 热 鼓 风 干 燥 箱 ,上 海 浦 东荣 丰 科 学 仪 器 有 限 公 司 生 产 ;皇 冠 牌 多 功 能 搅 拌 器 ,皇 冠 电 器 有 限 公 司 生 产 ;旋 转 蒸 发 器 RE - 52A ,上海 亚 荣 生 化 仪 器 厂 生 产 。 Agilent 6890NGC /5976MSD GC /MS分 析 仪 ,美 国 惠 普 公 司 。1. 萃 取 器 ; 2.
16、 电 线 ; 3. 密 封 结 构 ; 4. CO2 出 口 ; 5. 挡 板 ;6. 端 螺 母 ; 7.“ O” 形 密 封 圈 ; 8. 换 能 器 ; 9. 吊 篮 ; 10. 筛 网 ;11. CO2 入 口 ; 12. 物 料 ; 13. 超 声 波 发 生 器图 1 L超 声 强 化 亚 临 界 CO2 流 体 萃 取 器 装 置 图F ig. 1 Structure chart of 1 L sub - cr itica l carbon d i2ox ide extractor w ith ultra sducer1. 3 实 验 方 法1. 3. 1 亚 临 界 CO2 萃
17、 取 葵 花 籽 油称 取 经 过 粉 碎 的 葵 花 籽 仁 原 料 50 g,放 入 萃 取罐 中 ,设 定 萃 取 温 度 与 压 力 分 别 为 30 、 25 MPa,分离 温 度 和 压 力 分 别 为 45 、 6 MPa, CO2 流 量 设 定 为3 L /h。 为 了 绘 制 萃 取 曲 线 ,前 90 m in每 隔 10 m in采 样 一 次 ,以 后 每 隔 30 m in采 样 一 次 ,萃 取 240 m in内 完 成 。1. 3. 2 超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油萃 取 时 开 启 超 声 ,选 择 不 同 的 超 声 频 率
18、、 超 声 功率 密 度 和 超 声 辐 照 方 式 。 超 声 频 率 为 20 kHz和 38kHz,超 声 功 率 密 度 为 0 100 W /L,其 他 条 件 同 1. 3. 1。1. 3. 3 原 料 葵 花 籽 油 含 量 的 测 定准 确 称 取 粉 碎 的 葵 花 籽 仁 2 g,用 滤 纸 包 好 样 品放 入 索 氏 提 取 器 中 ,正 己 烷 回 流 12 h,得 到 的 萃 取 相(葵 花 籽 油 和 正 己 烷 )用 旋 转 蒸 发 器 进 行 分 离 。 103 下 干 燥 后 测 定 ,葵 花 籽 油 含 量 达 到 了 49. 8% 10 。1. 3. 4
19、 萃 取 率 计 算 方 法EY = M tM0 X0 100%其 中 ,M t 为 亚 临 界 CO2 或 超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃取 得 到 的 油 重 , g; M 0 为 葵 花 籽 原 料 质 量 , g; X0 为 原料 中 油 百 分 含 量 , %。1. 3. 5葵 花 籽 油 的 GC /MS分 析1. 3. 5. 1 样 品 处 理取 10 mg油 样 于 25 m l容 量 瓶 中 ,加 入 5 m l乙醚 使 之 完 全 溶 解 ,加 入 1 m l 0. 4 mol/L 的 KOH -CH3 OH溶 液 ,摇 匀 静 置 20 m in,待 甲 酯 化
20、完 全 后 加37 第 3期 谭 伟 ,等 :超 声 场 对 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 的 影 响水 至 刻 度 ,分 层 ,取 上 层 溶 液 1 l进 样 10 。1. 3. 5. 2 GC /MS分 析色 谱 条 件 : HP - 5MS弹 性 毛 细 管 柱 ( 3 0m 0. 25 mm 0. 25 m nom inal Hwlett - Pachard) ,载 气为 氦 气 ,进 样 口 温 度 250 ,载 气 流 速 1. 2 m l/m in,柱 前 压 71 kPa,分 流 比 40 1。 程 序 升 温 :柱 温 170 ,保 持 16 m in,以 5
21、 /m in速 率 升 温 至 270 ;质谱 条 件 :接 口 温 度 280 ,电 离 方 式 E I,电 子 能 量 70eV ,离 子 源 温 度 230 ,四 极 杆 温 度 150 ,标 准 调谐 方 式 ,质 量 扫 描 方 式 为 SCAN ,溶 剂 延 迟 3 m in,质量 扫 描 范 围 10 550 amu,电 子 倍 增 器 电 压 1035 V,G1033 A. D. 0. 00N IST2005标 准 质 谱 检 索 库 。2 结 果 与 讨 论2. 1 亚 临 界 CO2 萃 取 、 超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取葵 花 籽 油 的 速 率 曲 线在
22、 萃 取 压 力 为 25 MPa、 萃 取 温 度 为 30 , CO2流 速 为 3 L /h条 件 下 进 行 了 速 率 曲 线 的 测 定 。 超 声强 化 萃 取 的 超 声 功 率 密 度 和 频 率 分 别 为 100 W /L和 20 kHz,辐 照 方 式 为 4 s/6 s(即 超 声 连 续 作 用 4 s后 停 止 6 s,再 作 用 4 s,如 此 循 环 ) ,亚 临 界 CO2 萃取 、 超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 的 速 率 曲 线见 图 2。图 2 亚 临 界 CO2 萃 取 、 超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取 葵
23、 花籽 油 的 速 率 曲 线F ig. 2 Sunflower seed o il extraction ra te of subcr itica lCO2 extraction and ultra sound a ssisted subcr iti2ca l CO2 extraction由 图 2可 知 ,不 管 是 亚 临 界 CO2 萃 取 还 是 超 声强 化 亚 临 界 CO2 萃 取 ,萃 取 速 率 曲 线 都 是 呈 “ S” 型 ,刚 开 始 30 m in只 是 缓 慢 上 升 ,而 后 几 乎 是 呈 直 线 上升 , 90 m in之 后 上 升 趋 势 又 有 所
24、减 缓 ,亚 临 界 CO2萃 取 达 到 240 m in后 萃 取 率 基 本 上 趋 于 不 变 ,而 超声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取 在 180 m in后 基 本 趋 于 稳定 。 在 同 一 时 间 点 上 ,超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取 的萃 取 率 明 显 比 亚 临 界 CO2 萃 取 的 萃 取 率 要 高 ,最 高萃 取 率 分 别 为 94. 81%和 74. 82% ,由 此 可 以 说 明 超声 场 的 加 入 能 够 明 显 提 高 亚 临 界 CO2 对 葵 花 籽 油的 萃 取 率 。2. 2 超 声 功 率 密 度 和 频 率 对 萃
25、 取 的 影 响在 萃 取 压 力 为 25 MPa,萃 取 温 度 为 30 , CO2流 速 为 3 L /h,萃 取 时 间 为 3h,超 声 辐 照 方 式 为 4 s/6 s条 件 下 ,考 察 了 超 声 功 率 密 度 和 频 率 对 萃 取 率 的影 响 。 由 图 3可 见 ,超 声 功 率 密 度 和 频 率 对 萃 取 都具 有 一 定 的 影 响 。 在 同 一 频 率 下 ,随 着 超 声 功 率 密度 的 增 大 ,葵 花 籽 油 的 萃 取 率 也 随 着 增 大 ,且 在 20kHz和 38 kHz的 最 大 萃 取 率 分 别 达 到 了 93. 8%和87.
26、 53%。 对 于 某 一 固 定 的 超 声 设 备 ,其 超 声 发 射 面积 也 是 一 定 的 ,超 声 功 率 密 度 越 大 ,声 强 也 越 大 ,而声 强 I = 12 cV2 ,式 中 , 为 流 体 密 度 ; c为 声 速 ; V为质 点 振 动 速 度 。 对 于 特 定 的 媒 质 , 和 c都 是 常 数 ,超 声 功 率 密 度 越 大 ,质 点 的 振 动 速 度 越 大 ,物 料 内 部的 传 质 更 为 剧 烈 ,待 萃 取 物 就 更 容 易 被 萃 取 。 而 在同 一 功 率 的 不 同 频 率 下 ,频 率 低 的 (20 kHz)萃 取 率高 ,频
27、 率 高 的 (38 kHz)萃 取 率 反 而 要 低 ,这 是 频 率的 大 小 与 声 衰 减 密 切 相 关 ,声 波 频 率 的 提 高 将 导 致声 吸 收 系 数 的 迅 速 增 长 ,从 而 使 声 波 能 量 随 传 播 距离 增 加 衰 减 更 大 。图 3 超 声 功 率 密 度 和 频 率 对 萃 取 对 影 响F ig. 3 Effect of ultra sound power den sity and frequen2cy on extraction y ield2. 3 超 声 辐 照 方 式 对 萃 取 率 的 影 响在 萃 取 压 力 为 25 MPa,萃
28、取 温 度 为 30 , CO2流 速 为 3 L /h,萃 取 时 间 为 3 h,超 声 功 率 为 100 kHz和 频 率 为 20 kHz时 ,考 察 了 超 声 辐 照 方 式 对 萃 取 率的 影 响 。 从 图 4可 知 ,没 有 超 声 作 用 (亚 临 界 CO247 四 川 大 学 学 报 (工 程 科 学 版 ) 第 39卷 萃 取 )时 ,萃 取 率 只 有 72. 01% ,附 加 超 声 场 后 的 萃取 率 比 不 加 超 声 场 的 萃 取 率 明 显 要 高 ,当 采 用 超 声辐 照 方 式 为 3 s / 6 s时 ,葵 花 籽 油 萃 取 率 提 高
29、到82. 45% ,与 SC (亚 临 界 CO2 )萃 取 相 比 ,萃 取 率 提 高了 10. 44% ,随 着 超 声 辐 照 时 间 的 延 长 ,萃 取 率 上升 , 4 s/6 s时 萃 取 率 达 到 了 93. 8% ,而 6 s/6 s时 萃取 率 为 93. 97% ,增 加 不 是 很 明 显 ,因 此 从 节 省 能 量的 角 度 考 虑 ,最 佳 的 超 声 辐 照 方 式 为 4 s/6 s。图 4 超 声 辐 照 方 式 对 萃 取 率 的 影 响F ig. 4 Effect of m ode of ultra sound wave irrad ia tion
30、onextraction y ield2. 4 超 声 作 用 起 始 时 间 对 萃 取 率 的 影 响在 萃 取 压 力 为 25 MPa,萃 取 温 度 为 30 , CO2流 速 为 3 L /h,萃 取 时 间 为 4 h,先 萃 取 60 m in,然 后附 加 功 率 密 度 为 100 W /L、 频 率 为 20 kHz的 超 声场 ,考 察 了 超 声 作 用 开 始 时 间 对 萃 取 率 的 影 响 。 如图 5。图 5 超 声 作 用 起 始 时 间 对 萃 取 率 的 影 响F ig. 5 Effect of ultra son ica tion start tim
31、 e on extractiony ield从 图 5可 见 ,在 60 m in附 加 超 声 场 后 ,葵 花 籽油 的 萃 取 率 迅 速 增 加 , 1 5 0 m in萃 取 率 达 到 了78. 78% ,之 后 萃 取 率 缓 慢 增 加 , 240 m in萃 取 率 为86. 27% ,比 同 时 间 点 亚 临 界 CO2 萃 取 时 的 74. 82%增 长 了 11. 45% ,但 是 低 于 同 时 间 点 的 全 过 程 附 加超 声 场 时 的 萃 取 率 (94. 81% )。 这 主 要 是 与 超 声 作用 时 间 的 长 短 有 关 ,超 声 作 用 时
32、间 越 长 ,萃 取 率 越高 。2. 5 超 声 作 用 对 葵 花 籽 油 组 成 成 分 的 影 响对 25 MPa、 30 时 CO2 萃 取 和 附 加 超 声 场 25MPa、 30 时 CO2 萃 取 得 到 的 葵 花 籽 油 经 过 碱 催 化甲 酯 化 处 理 后 ,使 用 GC /MS联 用 仪 器 ,按 照 设 定 的条 件 进 行 程 序 升 温 ,脂 肪 酸 甲 酯 进 样 ,得 到 总 离 子 流色 谱 图 ,见 图 6。 采 用 面 积 归 一 化 法 进 行 定 量 ,得 到葵 花 籽 油 中 的 不 同 脂 肪 酸 的 相 对 含 量 ,见 表 1。由 图
33、5和 表 1可 见 ,超 声 强 化 亚 临 界 CO2 萃 取和 亚 临 界 CO2 萃 取 得 到 的 葵 花 籽 油 组 成 成 分 相 同 ,也 就 是 说 ,超 声 作 用 并 没 有 改 变 亚 临 界 CO2 萃 取 葵花 籽 油 的 选 择 性 以 及 各 组 成 成 分 的 结 构 。 脂 肪 酸 的主 要 成 分 为 油 酸 和 亚 油 酸 ,约 占 脂 肪 酸 总 含 量 的88. 98% ,特 别 是 亚 油 酸 的 含 量 达 到 了 50%以 上 。由 此 可 见 ,葵 花 籽 油 作 为 食 用 油 是 非 常 理 想 的 。( a) 附 加 超 声( b) 无
34、超 声 作 用图 6 葵 花 籽 油 GC /M S分 析 总 离 子 流 图F ig. 6 Tota l ion chroma togram of sunflower seed o il57 第 3期 谭 伟 ,等 :超 声 场 对 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 的 影 响表 1 葵 花 籽 油 中 脂 肪 酸 组 成 GC /M S数 据Tab. 1 Ga s chroma tograph ic and ma ss spectra l da ta ofthe com ponen ts of fa tty ac ids in sunflower seed o il脂 肪 酸名
35、称脂 肪 酸结 构相 对 百 分 含 量 /%无 超 声 作 用 附 加 超 声匹 配 率 /%棕 榈 酸 C16 0 4. 65 4. 64 97亚 油 酸 C18 2 50. 23 50. 24 99油 酸 C18 1 38. 75 38. 73 99硬 脂 酸 C18 0 5. 36 5. 38 99花 生 酸 C20 0 0. 22 0. 23 97山 嵛 酸 C22 0 0. 79 0. 78 992. 6 超 声 强 化 萃 取 的 机 理超 声 波 在 液 体 传 播 过 程 中 可 以 产 生 3种 主 要 的效 应 :机 械 波 动 效 应 、 热 效 应 和 空 化 效 应
36、 。 空 化 效 应只 能 在 液 体 中 产 生 ,当 CO2 流 体 处 于 超 临 界 CO2 流体 时 ,由 于 不 存 在 相 界 面 ,空 化 是 不 能 产 生 的 11 ;当CO2 流 体 处 于 亚 临 界 (液 体 ) CO2 状 态 时 ,虽 然 已 有文 献 报 道 在 高 压 液 体 CO2 中 能 够 产 生 空 化 现 象 11 ,但 是 这 种 空 化 的 强 度 是 非 常 微 小 的 。 为 了 验 证 在 超临 界 CO2 和 亚 临 界 (液 体 ) CO2 中 是 否 能 够 产 生 空化 现 象 ,在 25 MPa、 30 和 40 条 件 下 ,以
37、 锡 箔 纸为 空 化 材 料 ,采 用 100 W /L、 4 s/6 s的 超 声 波 作 用 方式 作 用 2 h。 结 果 发 现 超 声 作 用 前 后 ,超 临 界 CO2和 亚 临 界 (液 体 ) CO2 中 锡 箔 纸 没 有 发 现 空 洞 现 象 ,见 图 7。 因 此 在 整 个 萃 取 过 程 中 起 主 要 作 用 的 是 由超 声 波 产 生 的 机 械 波 动 效 应 和 热 效 应 。 其 实 颗 粒 与液 体 之 间 的 传 质 过 程 可 分 为 3个 步 骤 :1)萃 取 溶 剂 组 分 由 液 相 主 体 通 过 边 界 层 内 的扩 散 到 达 固
38、体 颗 粒 表 面 上 ;2)在 固 体 表 面 上 ,萃 取 溶 剂 组 分 与 固 体 中 的 待萃 取 组 分 作 用 (萃 取 ) ;3)待 萃 取 组 分 离 开 固 体 表 面 通 过 边 界 层 内 待扩 散 进 入 液 相 主 体 。 传 质 阻 力 集 中 在 颗 粒 边 界 层内 。 超 声 波 产 生 的 机 械 波 动 效 应 能 够 起 到 “ 搅 拌 作用 ” ,有 效 减 小 颗 粒 边 界 层 的 传 质 系 数 ,从 而 促 进 不同 物 质 之 间 的 传 质 8 。 此 外 超 声 产 生 的 热 效 应 使分 子 运 动 加 快 ,在 一 定 程 度 上
39、 加 速 了 物 质 内 部 的 传递 。( a) 25 MPa、 30 条 件 下 超 声 作 用( b) 25 MPa、 40 条 件 下 超 声 作 用图 7 锡 箔 纸 照 片F ig. 7 P icture of tinfo il3 结 论1)超 声 波 能 够 明 显 提 高 亚 临 界 CO2 萃 取 的 萃取 率 ,超 声 波 的 功 率 密 度 与 频 率 、 超 声 作 用 方 式 和 超声 起 始 时 间 对 亚 临 界 CO2 萃 取 都 有 一 定 的 影 响 。功 率 密 度 越 大 ,超 声 强 化 作 用 越 显 著 ;低 频 超 声 (20kHz)比 高 频
40、超 声 (38 kHz)相 对 有 利 ;超 声 作 用 方 式以 4 s/6 s为 宜 ;超 声 作 用 起 始 时 间 以 最 初 开 始 为好 ;2)亚 临 界 CO2 萃 取 的 超 声 强 化 作 用 对 葵 花 籽油 的 组 成 成 分 及 其 含 量 没 有 影 响 ;3)亚 临 界 CO2 萃 取 超 声 强 化 作 用 的 主 动 力 为超 声 波 产 生 的 机 械 波 动 效 应 和 热 效 应 ,与 超 声 强 化超 临 界 流 体 萃 取 的 机 理 12 相 同 。67 四 川 大 学 学 报 (工 程 科 学 版 ) 第 39卷 参 考 文 献 : 1 Fiore
41、ntini R, Andrich G , Galopp ini C. Advanced technolo2gy in sunflower oil extraction C / / Proceedings of the 13 thInternational Sunflower Conferences. Pisa, Italy. 1992:1556 - 1562. 2 Ozkal S G , YenerM E, Bayindirli L. Response surfaces ofap ricot kernel oil yield in supercritical carbon dioxide J
42、.Food Sci and Technol, 2005, 38: 611 - 616. 3 L iu Ben, L i W enjing, Chang Yiling, et al. Extraction ofberberine from rhizome of Cop tis chinensis Franch using su2percritical fluid extraction J . Journal of Pharmaceuticaland B iomedical Analysis, 2006, 41: 1056 - 1060. 4 Guan W enqiang, L i Shufen,
43、 Yan Ruixiang, et al. Compari2son of essential oil of clove buds extracted with supercriticalcarbon dioxide and other three traditional extraction methods J . Food Chem istry, 2007, 101: 1558 - 1564. 5 Zhang Kun, Zhu Fenggang, L iu Renm in. Study on super2critical CO2 fluid extraction and GC /MS ana
44、lysis of sunflow2er seed oil J . Journal of Shangdong Agricultural Universi2ty: Nature Sience, 2005, 36 ( 4) : 512 - 516. 张 坤 ,朱 凤岗 ,柳 仁 民 . 葵 花 籽 油 的 超 临 界 CO2 流 体 萃 取 及 其 GC /MS分 析 研 究 J . 山 东 农 业 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 ,2005, 36 (4) : 512 - 516. 6 R iera E, Golas Y, B lanco A, et al. Mass transfer e
45、nhance2ment in supercritical fluids extraction by means of power ul2trasound J . U ltrasonics Sonochem istry, 2004, 11: 241 -244. 7 Balachandran S, Kentish S E , Mawson R, et al. U ltrasonicenhancement of the supercritical extraction from ginger J .U ltrasonics Sonochem istry, 2006, 13: 471 - 479. 8
46、 Enokida Youichi, Abd E I - Fatah Sam ir,W ai Chien M. U l2trasound enhanced dissolution of UO2 in supercritical CO2containing a CO2 - philic comp lexant of tri - n - butylphos2phate andnitric acid J . Industrial & Engineering Chem is2try Research, 2002, 41 (9) : 2282 - 2286. 9 W u J ianyong , L in
47、L idong , Chau Footim . U ltrasonic2assis2ted extraction of ginseng saponins from ginseng roots andcultured ginseng cells J . U ltrasonics Sonochem istry,2001, (8) : 347 - 352. 10 Priego Capote F, Ruiz J im nez J, Luque de Castro M D.Identification and quantification of trans fatty acids in bakeryp
48、roducts by gas chromatography2mass spectrometry after fo2cused m icrowave Soxhlet extraction J . Food Chem istry,2007, 100: 859 - 867. 11 KuijpersM W A, Eck D, Kemmere M F, et al. Cavitati2on2induced reactions in high2p ressure carbon dioxide J .Science, 2002, 56: 1969 - 1971. 12 Hu A ijun, Luo Deng
49、lin, Q iu Taiqiu. Extraction mecha2nism of ultrasound2enhanced supercritical fluids J . Jour2nal of Chem ical Engineering of Chinese Universities, 2005,19 (5) : 583 - 587. 胡 爱 军 ,罗 登 林 ,丘 泰 球 . 超 声 强 化超 临 界 流 体 萃 取 机 理 的 研 究 J . 高 校 化 学 工 程 学 报 ,2005, 19 (5) : 583 - 587. (编 辑 黄 小 川 )77 第 3期 谭 伟 ,等 :超 声 场 对 亚 临 界 CO2 萃 取 葵 花 籽 油 的 影 响
