超临界流体萃取在啤酒生产中的应用

吕璟慧，温 哲

中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116

0 引言

超临界流体（SCF）指的是热力学状态处于临界点（Tc，Pc）之上的高密度流体。超临界流体具有气体和液体的双重特性，其粘度与气体相似，密度和液体相近，但扩散系数比液体大得多。这种气液双重特性使得其对很多物质均具有很强的溶解能力，分离速率远比液体溶剂萃取快。随着近十几年来对超临界流体萃取的基本原理、工艺流程和装备等方面的研究的进一步深入，超临界萃取技术已经在精细化工、食品工业、医药生产、石油化工、环境保护等方面有了较广泛的应用。目前，超临界流体萃取已经形成一门新的化工分离技术，并在一些特定组分的分离上展示了它的应用前景[4，6]。

1 超临界萃取基本原理[6]

超临界流体（SCF）是处于临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上的非凝缩性的高密度流体。超临界流体没有明显的气液分界面，是一种气液不分的状态，具有优异的溶剂性质，粘度低，密度大，有较好的流动、传质、传热和溶解性能，其物理性质介于气体与液体之间。

超临界流体处于超临界状态时，其密度为气体密度的数百倍，接近于液体密度，而其流动性和黏度仍接近于气体，扩散系数大约为气体的1% ，而较液体的扩散系数大数百倍，因此物质移动或分配时，均比其在液体溶剂中要快。在超临界状态下，适当改变超临界流体的温度或压力，可使超临界流体对被萃取物质的溶解能力在1O0～l 000倍的范围内变化。超临界流体萃取正是利用这种性质，在较高压力下，将溶质溶解于流体中，然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度，使溶解于超临界流体中的溶质因其密度下降溶解度降低而析出，从而实现特定溶质的萃取。

2 超临界流体萃取技术在啤酒生产上的应用

2.1 超临界CO2萃取啤酒花浸膏[1，2]

啤酒花可以作为啤酒酿造中的防腐剂和芳香剂，赋予啤酒特有的苦味和香味，在啤酒酿造过程中有很重要的作用。但啤酒花是季节性生产且有效成分会随着储存时间的延长而降低和氧化。传统的提取方法提取出的产品质量差，而且存在化学溶剂残留，故采用超临界萃取技术更为有效。此方法操作方便、萃取率高、产品质量好，具有很大的开发价值。

具体过程如下：啤酒花经适当粉碎装入萃取器中，净化的CO2气体由压缩机加压至一定的高压后通人到萃取器，在适当的温度下进行萃取，然后经减压阀减压后进入分离器进行分离，啤酒花浸膏留在分离器中，后由放油阀放出收集，CO2气体进入储罐与来自钢瓶的CO2混合，可以循环利用。

2.2 白酒芳香昧物质萃取[2]

在白酒酿造的过程中会产生大量的废槽液，废槽液中含有糖分、蛋白质、氨等大量的营养物质，因而酸度高、粘度大，直接排放不但会污染环境，还造成了资源浪费，故可采用超临界CO2萃取技术提取酒糟中的白酒香气成分。

具体过程如下：首先将酒糟干燥粉碎，同时加入1%的CaCO3对酒糟进行中和处理，使进入萃取分离体系的液体呈中性；将酒糟原料装入萃取器，开始加热萃取器、分离器到35℃～60℃；再将萃取剂超临界CO2加压泵入萃取器中，萃取器操作压力为15MPa～45MPa，萃取后的萃取剂流体减压流人第一分离器分离，第一分离器压力为5MPa～20MPa，萃取剂流体再减压流人第二分离器分离，第二分离器压力为2MPa～10MPa，分离的CO2净化后循环进入萃取器再萃取。从分离器放出产品。

2.3 酒精脱水精制[2]

酒精脱水精制是酒精生产过程的关键技术。一般发酵醪液的酒精浓度为8%～12%，酒精产品必须浓缩到95%，若用作燃料则应浓缩到99.5%以上。传统的浓缩法是精馏法，能耗很高。采用超临界CO2流体萃取乙醇一水溶液可以减少能耗，降低成本。

具体过程如下：将CO2压缩到6.5MPa～7.0MPa与逆流的稀酒精水溶液、丁醇水溶液以及醛、酮、酸、酯等的水溶液呈逆流接触，因有机质较水更易溶于近临界CO2流体，结果可使有机质富集于CO2萃取相中。将萃取相稍经减压后，送入精馏塔，利用CO2与有机质之间较大的相对挥发度，只需少数塔板即可将CO2分离干净而获得浓缩的乙醇、丙醇和丁醇，大大减少了能耗。

2.4 玉米胚芽油提取[3]

玉米胚芽油的提取是玉米酒精生产过程的重要生产单元。传统的玉米胚芽油的生产主要有机榨法和工业己烷浸出法。机榨法出油率较低，且对油成分影响较大；工业己烷浸出法工艺复杂，且残存的工业己烷对人体有一定的毒副作用。采用超临界CO2萃取所提取得到的玉米油的质量不经过深加工就已经达到了精炼油的标准，且萃取过程中有较好的选择性，可在萃取的同时完成脱酸、脱臭、脱胶、脱色等精炼过程，不需要高温，有利于节能和防止油脂的氧化；脱脂后的玉米胚饼蛋白含量高，无溶剂残留。

3 展望

超临界流体萃取技术的发展和应用日趋成熟。将该技术应用于发酵法酒精生产过程中，不仅提高了产品的质量，增加了产品的附加值，而且有利于实现酒精酿造过程的清洁生产，减少运输和储存的费用[6]。目前，超临界流体萃取技术和设备由于投资和操作成本等问题，在发酵法酒精生产过程的应用还受到一定的限制，随着超临界CO2萃取技术和装备的不断拓展与完善，超临界萃取技术在酿酒生产中的应用有可能实现较大的突破。

[1]李疆，周红.超临界萃取技术及其在啤酒花浸膏生产上的应用[J].酿酒，2008，5：53-54.

[2]刘宝菊，等.超临界萃取技术在酿酒生产中的应用进展[J].酿酒，2009，1：18-20.

[3]陈必春，等.超临界萃取技术在食品工业中的应用[J].食品工程，2008，2：6-7.

[4]王艳萍.谈超临界流体萃取技术的应用[J].安阳工学院学报，2008，11：25-27.

[5]高庆宇，尹文萱，周同龄，耿汝波.物质分离和鉴定的方法与实验[J].中国矿业大学出版社，2005.

[6]王艳萍.谈超临界流体萃取技术的应用[J].安阳工学院学报，2008，6.