超临界 CO₂ 萃取的原理与工艺参数

压力和温度决定 CO₂ 的密度，密度决定溶解能力

温度和压力同时高于 31.1 °C、7.38 MPa 时，CO₂ 成为超临界流体：像气体一样扩散快、黏度低，容易渗进原料颗粒内部；密度又接近液体，能溶解相当量的有机物。溶解能力主要由密度决定。

表中密度按 Span–Wagner 状态方程计算。40 °C 下，压力从 8 MPa 升到 10 MPa，密度从 0.28 升到 0.63 g/mL，翻了一倍多；再往上加压，密度增长变缓。临界点附近，压力或温度的小变化就能让溶解能力大幅改变。萃取的选择性来自这里，分离也靠这一点：分离釜降压后，CO₂ 密度骤降，萃取物随即析出。

温度的作用有两面。同一压力下升温，CO₂ 密度下降，溶解能力减弱；溶质的蒸气压却随温度升高。压力较低时，前者占上风，升温反而降低溶解度；压力足够高时，后者占上风，升温提高溶解度。两种情况的分界压力称为交叉压力，选择萃取温度时要考虑这一点。

CO₂ 擅长溶解弱极性成分，极性成分靠夹带剂

CO₂ 是非极性分子，对油脂、精油、类胡萝卜素这类弱极性成分溶解较好。极性较强的成分，例如多酚和苷类，在纯 CO₂ 中溶解度很低；糖类、蛋白质等强极性大分子基本不溶。

要萃取极性成分，在 CO₂ 中加入少量乙醇等极性溶剂作夹带剂（共溶剂），比例通常在百分之几到十几之间。夹带剂提高了体系的极性，也会降低选择性，并留在萃取物里，需要后续蒸除。乙醇无毒，与食品和药品工艺兼容，是最常用的夹带剂。

萃取、分离与 CO₂ 回收在一个回路里

1. 增压：液态 CO₂ 先冷却，再由高压泵增压到萃取压力；需要时，共溶剂泵按比例加入夹带剂。
2. 萃取：CO₂ 经换热升到萃取温度，进入萃取釜，流过原料床层，溶出目标成分。
3. 分离：带着萃取物的 CO₂ 降压进入分离釜，溶解能力下降，萃取物析出、从釜底收集。
4. 回收：分离后的 CO₂ 经冷凝、净化和缓冲回到回路，循环使用。

萃取常分静态和动态两段：静态时 CO₂ 不流动，充分浸透原料；动态时 CO₂ 持续流过床层，把溶出的成分带到分离釜。

影响收率和选择性的六个变量

压力不是越高越好。压力升高，能溶出的成分变多，蜡质等杂质也一起被带出，选择性下降。

双级分离按压力梯度分段收集

双级分离时，两只分离釜独立控温控压，第一级压力较高，第二级更低。较难溶的组分在第一级先析出，例如蜡质；较易溶的组分留到第二级，例如精油。比较两级馏分的析出顺序、纯度和质量平衡，就能找到切分点。

小试到中试，按溶剂比和停留时间放大

放大时，保持 CO₂ 与原料的质量比（溶剂比）、床层停留时间和萃取条件不变，小试得到的收率曲线才能用来预测大釜。

SiLen 深蓝按这条思路分档：200 mL 一体机建压最高 20 MPa，用于原料筛选；500 mL–3 L 方案以 1 L 级为标准，1 L 机型泵压最高 50 MPa，用于工艺参数优化。共溶剂泵、单级或双级分离和 CO₂ 回收按工艺配置。

常见问题