全 文 ：超临界流体萃取樟科植物的工艺研究
陈　彦1 , 陈世品2
(1.福建农林大学 材料工程学院 , 福建　南平　353001;2.福建农林大学 林学院 , 福建　南平　353001)
摘　要:在萃取釜 1 L的试验装置上 ,在不同的恒温条件下 , 通过改变压力 ,进行了超临界 CO2 萃取
樟科植物叶中的芳香物质的研究。考察了压力和温度对樟科植物叶中芳香物萃取能力的影响。
关键词:超临界 CO2;超临界萃取;温度;压力;芳樟叶
中图分类号:TQ351.5　　　文献标识码:A　　　文章编号:1005-3433(2002)06-0007-05
　　超临界流体萃取(SCFE 或 SFE)过程是
利用处于临界压力和临界温度以上的流体 ,
具有特殊的溶解能力[ 1] 而发展出来的化工分
离新技术 。在理论上提出将之用于萃取分离
之可能性的是在 20 世纪 50年代由美国的
Todd和 Elgin 提出 ,并于 1955年开始用作提
取方法 ,直到近 20年来才在国际上取得迅速
的发展 ,同时在食品 、香料 、药物和化工领域
显示着广泛的应用前景[ 2～ 5] 。自 20世纪 80
年代以来 ,我国历经 10余年的实验研究和应
用开发工作 ,超临界萃取技术已从研究阶段
逐步走向工业化 ,发展较快[ 6 ～ 10] 。
本实验基于超临界流体 CO2 密度大 ,溶
解能力强 , 传质速率高 , 超临界压力适中
(7.39 MPa),临界温度 31 ℃,分离过程可以
在接近室温条件下进行的特点[ 11] ,运用其对
樟科植物进行萃取油份方面的研究 ,旨在通
过有效调节萃取的压力 、温度条件及流量的
大小 ,来改变樟科植物叶片中各含香成份在
超临界流体 CO2中的溶解度 ,继而通过不同
的分离条件收取萃取物 ,并由此获取能提供
予工业生产指导的各项工艺参数。
1　实验设备与步骤
1.1　仪器与材料
本实验系统采用的是型号为 HA121-50-
01的超临界萃取机。浙江桂叶采自于武夷
山风景区 ,已风干贮存一年多;鲜芳樟叶采自
南平校区内的芳樟优树;鲜阴香 、沉水樟 、少
花桂叶均采自南平校区内 。CO2(钢瓶装)购
于福建三明化工厂 ,纯度为 99.9%;所用的
试剂均为国产分析纯。
1.2　实验系统流程与装配
实验系统的流程为:CO2 钢瓶※气体贮
罐※制冷系统※往复压缩泵※换热器※萃取
釜※换热器※分离器 1※换热器※分离器 2
※回流至制冷系统进行循环
实验系统流程示意图见图 1。
图 1　超临界流体萃取装置示意图
1.萃取釜;2.减压阀;3.热交换器;4.分离釜;
5.过滤器;6.冷凝器;7.CO 2 贮罐;8.预冷器;
9.加压罐;10.预热器
1.3　试验原料样品的准备与处理
在该阶段的实验中 ,我们所采用的原料
为浙江桂 ,基于整叶不易于原料的装填 ,及达
到填料的均一性和萃取过程中容易度 ,本试
验在原料的预处理上 ,采用了手工剪碎法 ,将
叶片用剪刀剪切成长约 10 mm ,宽约 7 mm的
·7·林产化工通讯　　2002年第 36卷第 6期
作者简介:陈 彦(1970-),男 ,福建福州人 ,硕士 ,讲师 ,研究方向为林产化学加工与自动控制等。
碎片进行装填萃取试验。本阶段的试验样品
原料有浙江桂 、芳樟 、沉水樟 、少花桂 、阴香
等 ,其中除了浙江桂的样品原料及其处理同
第一阶段外 ,其余的各原料均为采自南平校
区内的鲜叶 ,这些鲜叶在试验前一天傍晚采
集 ,鲜叶是连带枝条置室内过夜后(目的在于
使叶片表面干燥 ,不致给萃取实验附带自由
水),第二天将鲜叶去叶柄 ,并且用剪刀剪切
成长约 10 mm 宽约 6 mm 的碎片以待备用。
同时 ,取一定量的该次实验用的鲜叶进行干
燥测定含水率。
本试验之所以不进行机械粉碎 ,是在于
原料在机械粉碎过程中 ,会造成众多的叶片
细胞在压 、碾 、切的过程中破损 ,使得芳香成
分即油份暴露 ,或迅速挥发 ,或粘附在机器的
壁面上 ,造成芳香成分损失。相反 ,用剪刀剪
切整叶至碎片 ,叶片细胞破损率低 ,油料损失
少。
1.4　第一阶段试验目的与步骤
1.4.1　目的　旨在通过这一阶段的实验 ,大
致界定样品的出油量(或经萃取所得到的物
质的量),同时 ,由该阶段的实验来界定随后
实验中所应采用的较佳的萃取温度参数范
围 ,由该结果调整变化后期研究中萃取釜的
压力阶跃变化方案。
1.4.2　实验方案设计　在本阶段的实验过
程中 ,由于该超临界流体 CO2的临界温度为
31.05 ℃,而所萃取的物质成份为易挥发 、热
敏性的芳香成份 ,故而所采用的萃取温度不
宜过低或过高 ,过低达不到超临界状态 ,无法
进行萃取;过高则会导致芳香物质热分解或
变性 ,难以保持原有的特性 ,同时高温下的萃
取效果也会有所降低。为此 ,将萃取温度设
定在 32 ℃、42 ℃、52 ℃三个温度上 ,利用等
温变压法对原料进行单一温度条件下的变压
萃取 ,在试验过程中采用逐步升高萃取压力
的办法 ,使压力由 20 MPa 开始 ,按 5 MPa 的
阶跃递增 ,直至达到 40 MPa的压力 ,同时保
持分离器 1的压力在 8 ～ 10MPa ,分离器 2的
压力在 4 ～ 6 MPa。在此过程中 ,当各压力参
数达到预定值并稳定之后 ,每间隔 10 min分
别从分离 1与 2中放量 ,并用电子秤称量 ,若
在某一稳定的压力参数下 ,连续两个时间段
内分离 1与 2放出的量基本上为零时 ,则将
压力调升至下一个压力状态 ,至 40MPa 压力
后连续两个时间段内放量无增加 ,即停泵关
机 ,结束该次萃取试验。
1.5　第二阶段试验目的与步骤
1.5.1　实验目的 　由上阶段的试验确定采
用的萃取温度范围 ,本阶段的实验主要是验
证前阶段实验所作出的判断 ,同时通过调整
压力变化方案 ,发挥由压力变化所带来的萃
取效果;进一步完善和改进实验中的萃取方
案 ,寻找出温度 、压力与萃出物量的关系 。
1.5.2　实验方案与设计　基于前阶段试验
研究结果 ,试验将压力起始设定值变更为 10
MPa ,最高压力为 45 MPa ,在升压降压的阶跃
变化情况不变(仍为 5 MPa),但是在压力升
高至 45 MPa 后 ,采取了继续降压萃取 ,且压
力的每次降幅为10MPa ,最终在 15 MPa结束
萃取 。在整个萃取过程中 ,萃取釜的压力改
变条件同第一阶段 ,即在萃出物量近似为零 ,
方进行下一压力条件的萃取 ,但分离器 1和
2的压力不变 ,仍分别稳定在 8 ～ 10 MPa 和 4
～ 6 MPa 。就萃取温度问题 ,本阶段中将萃取
温度调整为37 ℃、42 ℃和47 ℃,缩小试验中
的萃取温度的取点幅度。
2　试验数据与分析
2.1　第一阶段试验
2.1.1　试验数据 　通过对浙江桂的超临界
萃取试验 ,得到如表 1的实验数据。
2.1.2　分析与讨论 　通过对本阶段的实验
结果 ,我们可以作出如下的判断:
在32 ℃条件下的萃取温度偏低 ,由于
SF CO2 的温度刚好超过临界点温度近 1 ℃,
SF CO2 的溶解承载能力不够 ,对原料中的有
效成份的萃取能力不够。
而在相同的萃取时间内 ,42 ℃的萃取条
·8· 林产化工通讯　　2002年第 36卷第 6期
件下 ,则可以从分离 1和 2中分别得到 0.53
g 和 0.40 g 的物质 ,这说明当萃取釜的温度
提高时 ,萃取的效果增加 。
表1　浙江桂在不同温度下变化压力的
提取量与时间关系
萃取
温度
(℃)
萃取
压力
(MPa)
所耗
时间
(min)
分离 1
的量
(g)
分离 2
的量
(g)
萃取到
的物质
总量(g)
萃取总
耗时量
(min)
32
42
52
20 70 0.03 0 0.07 195
25 30 0.01
30 35 0.01
35 35 0.02
40 25 0
20 70 0.37 0.4 0.93 195
25 50 0.08
30 25 0.03
35 25 0.2
40 25 0
20 75 0.01 0.13 0.38 285
25 35 0 0.01
30 50 0.03 0.02
35 35 0.01 0.01
40 90 0.03 0.13
在52 ℃条件下的萃取 ,虽然已起到了一
定的萃取效果 ,但通过与 42 ℃的比较我们不
难发现 ,由于萃取温度的提高 ,萃取所耗的时
间加长 ,单位时间萃取分离得到的物质的量
也减少 , SF CO 2 的密度变小 ,流体的溶解能
力下降。
通过本阶段的试验 ,我们可以大致界定 ,
较优的萃取温度应在 42 ℃附近 ,且所得到的
萃取物的质量也是较优的 。分离 1得到的是
液状的黄绿色物质 ,而由分离 2得到的是墨
绿色的膏状物。
在萃取的前期阶段中 ,升高压力对萃取
会起到一定的效果 ,但继续升高压力时 ,这种
优势或效果并不表现出 ,之所以造成这一现
象 ,本人认为可能是由于以下因素造成的:风
干的原料叶片细胞中的水份含量少 ,使得叶
片细胞紧缩 ,细胞内的内溶物浓度升高 ,由此
当外部压力升高时 ,细胞会进一步紧缩 ,从而
释放出一定的细胞内物质 ,同时内溶物浓度
进一步的升高 ,内部的压力也升高 ,这势必使
得细胞内的一些矿物质结晶析出 ,粘附在细
胞内壁 ,阻塞内溶物向外渗透的细胞壁管道 ,
致使萃取过程 SF CO2的扩散能力下降或中
止;本阶段试验未能就在何种压力条件下 ,可
以从原料中萃取到芳香物质作出界定 ,而仅
是在起始设定的压力值下进行萃取 ,对此有
待进一步的判断界定。
2.1.3　小结　通过本阶段对浙江桂的萃取
试验 ,三种萃取温度条件下 ,得出较优的萃取
温度段应在42 ℃附近。
2.2　第二阶段试验
2.2.1　试验数据　得到如表 2 ～表 5试验数
据。
表 2　鲜叶含水率
树种与编号 鲜叶重(g) 烘干后叶重(g)含水率(%)
95218(芳樟) 36.50 14.00 61.64
95217(芳樟) 30.20 11.82 60.87
95208(芳樟) 21.28 7.54 64.57
95201(芳樟) 13.17 5.22 60.37
少花桂 31.89 15.57 51.18
沉水樟 24.20 12.54 48.82
阴香 18.14 9.44 47.97
2.2.2　分析与讨论　在对樟科植物浙江桂 、
阴香 、沉水樟 、少花桂和芳樟叶的萃取试验
后 ,整理所得的实验数据见表 3与表 4 ,表 3
与表 4的数据显示 , 42 ℃的萃取温度是较适
于萃取樟科植物叶中芳香成份与水等物质
的 ,在该温度条件下 ,从分离器 1和 2中分别
分离出来的物质(水 、油等)的量是最多的 ,并
且37 ℃和 47 ℃下的萃取分离 ,要达到萃取
完全所耗费的时间较长 ,而 42 ℃下的萃取耗
时较短。这进一步说明:42 ℃的萃取温度较
贴近最优的萃取温度。
同时通过表5中实验样品萃取前与萃取
后的样品重的比较 ,及从分离 1 、2收集到的
物质总量上看 ,实验中分离釜中收集到的物
质是小于样品减少量的 ,这部分的减量主要
·9·林产化工通讯　　2002年第 36卷第 6期
为叶中的水份 ,这是由于水份在制冷循环的
盘管内冻结为冰块 ,不能排放出来的原故。
生产时可以在进入盘管前增加一个气水分离
器解决。
表 3　樟科植物总萃出物量与温度的关系
树种与
编号
温度
(℃)
分离器 1
的量(g)
分离器 2
的量(g)
得到的物
质总量(g)
样品起始
重(g)
95218
95217
95208
95201
沉水樟
少花桂
阴香
浙江桂
37 8.40 30.95 39.36 106.06
42 12.13 28.55 40.68 106.31
47 11.08 19.64 30.72 109.69
37 8.77 25.91 34.68 120.20
42 6.50 39.53 46.03 122.01
47 7.30 32.59 39.89 120.60
37 15.46 6.11 21.57 122.44
42 26.85 17.53 44.38 120.18
47 23.84 5.41 29.25 122.19
37 13.42 14.22 29.59 120.00
42 15.37 20.45 33.87 120.00
37 5.70 8.99 13.79 71.71
42 3.73 17.73 20.05 50.30
47 2.23 12.65 16.38 60.60
37 3.80 7.91 11.71 97.43
42 11.09 16.20 27.29 90.50
47 14.91 4.87 19.78 85.00
37 0.08 0.13 0.21 76.93
42 0.21 0.29 0.50 73.29
47 10.00 24.84 34.84 102.50
37 0.53 0.38 0.91 75.00
42 0.61 0.44 1.05 75.00
47 0.56 0.42 0.98 75.00
当萃取温度升高时 ,只需在较低的压力
下就可以从叶中萃取出芳香成份和水等内溶
物 ,这主要是由于萃取温度升高时 ,超临界流
体CO2的能量增加 ,更易于萃取 ,但是由于温
度的升高 ,其密度下降 ,溶解能力下降 ,所需
的萃取时间加长 。42 ℃就处在这样的平衡
点上 ,所以提取率与 37 、47 ℃有显著差异。
在萃取过程中 ,得到分离 1中的物质为
黄绿色絮状浑浊液和分离 2中得到的墨绿色
膏状分离物。经静置分离可得到不同的物
质:水 、高分子量的细胞内含物(黄绿色絮状
浑浊液的白色沉淀)和芳香物(油性墨绿色膏
状有樟科植物的香味)。
表 4　编号为 95218的芳樟优树各温度下
的萃出量详表
温度
(℃)
升压段
(MPa)
萃取
时间
(min)
分离 2
的量
(g)
降压段
(MPa)
时间
(min)
分离 2
的量
(g)
37
42
47
10 195 11.77
15 165 9.34
20 135 4.59
25 70 7.04
＊30 25 0.76

0.76
＊35 20 0.10

0.10
40 20 0
45 20 0
10 45 0.02
15 30 0
20 30 0.06
＊25 30 0.42

0.42
＊30 60 0.33

0.33
35 45 0
40 30 0
45 30 0
10 40 0.1
15 30 0
＊20 355 14.50

0.46
＊25 95 4.10

0.30
30 90 3.00
35 60 0.92
40 20 0
45 20 0
＊35 20 0.20
＊25 20 0.08
　15 20 0　
总萃取时间 710(min)
＊35 25 0.21
＊25 40 0.04
＊15 25 0.02
总萃取时间 390(min)
＊35 30 0.31
＊25 20 0.06
＊15 20 0.02
总萃取时间 780(min)
在超临界萃取的调整压力过程中 ,压力
提升后再进行较大幅度的逐段骤减 ,会促使
叶片细胞破损 、炸裂 ,内含物暴露 ,更易于超
临界 CO 2的萃取携带 ,提高原料的利用率。
·10· 林产化工通讯　　2002年第 36卷第 6期
表 5　编号为 95218的芳樟优树各温度
下的萃出量
温度
(℃)
原料重(g)
萃取
前重
萃取
后重
分离物的量(g)
分离物
总量
芳香
物量
原料含
水率(%)
37 106.27 47.20 33.78 1.04 61.64
42 124.50 115.25 9.25 1.10 40.43
47 110.00 44.58 23.01 1.15 40.32
　　注:芳香物量为静置分离后得到油性墨绿色膏状有樟
科植物的香味的分离物
阴香提取率低的原因在于:阴香在樟科
植物中香味不明显 ,说明内含物质分子量较
大所以提取率较低。
3　存在问题与结论
3.1　通过反复的实验研究 ,证明当萃取温度
升高时 ,可在较低的压力下萃取得到大部分
的芳香物 ,且其萃取温度在 42 ℃附近有一最
优值 ,这可以从萃取出的物质的量和所耗的
萃取时间中看出 。
3.2　观察比较不同 SF 状态的提取数据后 ,
发现在单一状态下是不可能完全将所有物质
提取干净的。说明具有复杂成分的天然产物
对不同状态的 SF 有不同的溶解度 。所以在
工业提取时压力沿一个升—降压曲线来提
取 ,可以对原料进行更加充分的萃取 ,有效利
用原料 ,还可以提高萃取量。
参考文献:
[ 1] Hannay J B, Horgarh J.On the Solubi lity of Solides.[ M] .
London:Proceedings of the Royal Society , 1879, 29:324-326.
[ 2] Zosel K , et al.[ J] .Angew Chem Int Ed Engl , 1978 , 17:702;
710;716;731;738;746.
[ 3] Stahl E ,Quirin K W , Gerard D.[ J] .Dense Gases for Extrac-
tion and Refining.[M] .Berlin ,Heidelberg ,New York:spring-
er-verlay ,1986.
[ 4] Lack E ,Marr R.[ J] .Sep Sci and Tech , 1988, 23(1～ 3):63.
[ 5] Reverchon E J.[ J] .Supercrit.Fluids.1997 , 10:1.
[ 6] 张镜澄.[ J] .广州化工.1984 ,(3):35.
[ 7] 范培军 ,张镜澄.[ J] .化工进展 , 1995,(1):29.
[ 8] 沈忠耀 ,杨基础.全国超临界流体技术学术及应用研讨
会论文集[ C] .石家庄:1996.
[ 9] 张镜澄 ,曾健青.第二届全国超临界流体技术及应用研
讨会文集[ C] .广州:1998.
[ 10] 陈 维.超临界流体萃取的原理和应用[M] .北京:化学
工业出版社 , 1998, 5.
[ 11] 朱自强.超临界流体技术-原理和应用[M] .北京:化学
工业出版社 , 2000.
[ 12] 张镜澄.超临界流体萃取[M] .北京:化学工业出版社 ,
2000 ,11.
RESEARCH ON THE SUPER CRITICAL FLUID EXTRACTION
OF LAURACEAE PLANT LEAVES
CHEN Yan
1 , CHEN Shi-pin2
(1.College of Material Science and Engineering;2.College of Forestry ,
Fujian Agricultural and Forestry University , Nanping　353001 ,China)
Abstract:Extraction of perfume oil from Lauraceae plant leaves with supercritical carbon dioxide was performed at different
temperatures and varied pressure in a 1.0 L laboratory apparatus.The effects of temperature and pressure on the ability of
extraction of perfume oil from Lauraceae plant leaves were investigated.
Key words:supercritical carbon dioxide extraction;temperature;pressure;Cinnamomum camphora leaf
(收稿日期:2002-10-23)
(修回日期:2002-11-07)
·11·林产化工通讯　　2002年第 36卷第 6期