亚临界或超临界二氧化碳辅助降低游离脂肪酸和甘油三酯的熔点，用于微胶囊化工艺在可持续兽医应用中的研究

《ACS Omega》：Sub- or Supercritical CO2-Assisted Melting Point Depression of Free Fatty Acids and Triglycerides for Microencapsulation Processes in Sustainable Veterinary Applications

本研究通过高压可视化装置系统考察了棕榈酸、硬脂酸、油酸等脂肪酸与二氧化碳的固-液-气相平衡行为，发现压力显著降低脂肪酸熔点（最大降低16.36K），且熔点压降呈现短链脂肪酸更显著的趋势。采用Peng-Robinson方程结合van der Waals混合规则建模，验证了模型在饱和脂肪酸体系中的高精度（AARD<0.38%），但对含双键的油酸预测存在偏差。研究揭示了CO2溶解度与压力对相变温度的协同作用机制，为超临界流体微胶囊化工艺优化提供理论支撑。

　　近年来，随着对可持续和环保化学工艺需求的增加，绿色化学逐渐成为科研和工业领域的重要研究方向。其中，超临界流体（Supercritical Fluid, SCF）技术因其清洁、高效以及低能耗的特性，被广泛应用于包括食品、制药和化工在内的多个行业。在众多超临界流体中，超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide, SC–CO?）因其无毒、不可燃、成本低廉、易于回收等优点，成为最受欢迎的选择之一。SC–CO?在工业应用中的优势不仅体现在其作为溶剂的性能上，还在于其在微胶囊化、颗粒制备等过程中的独特能力。通过利用超临界二氧化碳在高压下的高扩散性和可调溶剂性，可以实现对活性成分的高效封装和控制释放。

在这一背景下，PGSS（Particles from Gas-Saturated Solutions）技术被提出，作为一种替代传统脂质封装方法的绿色工艺。PGSS技术的核心在于通过气体在重质成分中的溶解，降低其熔点。随着压力的增加，CO?在重质成分中的溶解度发生变化，从而影响其熔点。当压力降低时，气体脱附，导致高度过饱和，结合焦耳-汤姆逊效应引起的温度下降，能够有效避免形成大颗粒和宽泛的粒径分布。然而，随着压力进一步升高，CO?的溶解度对熔点的影响逐渐减弱，熔点反而会有所上升。因此，了解重质成分在高压CO?下的相变行为，对于实现PGSS技术的工业化应用具有重要意义。

本研究重点探讨了脂肪酸与CO?形成的二元体系在不同压力下的固-液-气相变行为。通过对这些体系的实验研究，我们获得了包括熔点起始（第一熔点）、熔点完成（最后熔点）以及凝固点的温度数据。研究结果表明，所有测试化合物的熔点都发生了显著的降低，其中，十四烷酸（Myristic Acid, MA）在约15 MPa压力下表现出最大的熔点降低，达到16.36 K。通过使用彭-罗宾逊方程（Peng–Robinson EoS）结合范德华混合规则对完成熔点的数据进行建模，结果显示出良好的一致性，并揭示了脂肪酸与甘油三酯在高压CO?条件下的热力学行为。

在脂肪酸与CO?形成的二元体系中，确定相变点的方法多种多样。Dohrn等人提出了一种通过毛细管内观察熔点的方法，而Trivedi等人则采用了一种在确定压力-温度平衡后逐步升温并观察相变的方法。此外，还提出了一种通过观察第一晶体形成来确定凝固点的方法。本研究采用了一种称为合成视觉（SynVis）的方法，通过在毛细管中观察物质的相变行为，从而确定其熔点和凝固点。这种方法结合了实验观察与热力学建模，能够有效评估不同脂肪酸和CO?体系的相变特性。

为了进一步验证这些相变行为，我们还对脂肪酸在常压下的熔点进行了测量，并通过差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）获得了准确的参考数据。DSC数据表明，不同脂肪酸的熔点差异较大，其中十四烷酸在常压下的熔点为329.57 K，而油酸（Oleic Acid, OA）的熔点则为286.55 K。这些数据为研究脂肪酸在高压下的熔点变化提供了基础。同时，我们还发现，随着压力的增加，CO?在脂肪酸中的溶解度发生变化，进而影响其熔点和凝固点。

通过对不同压力下的实验数据进行建模，我们发现脂肪酸与CO?体系的相变行为与压力之间存在复杂的相互作用。例如，在较低压力下，熔点降低趋势显著，而在较高压力下，这种趋势逐渐减弱，甚至出现部分逆转。这一现象与CO?溶解度和脂肪酸分子结构密切相关。脂肪酸的碳链长度越短，CO?的溶解度越高，从而导致更大的熔点降低。这种现象在饱和脂肪酸中尤为明显，而在含有双键的不饱和脂肪酸中则表现得较为复杂。此外，模型的准确性在不同脂肪酸中也存在差异，其中长链脂肪酸的建模效果较好，而短链脂肪酸和不饱和脂肪酸的建模误差相对较大。

本研究的结果表明，PGSS技术在微胶囊化过程中具有显著的优势，特别是在减少热能消耗和提高封装效率方面。通过在高压下操作，可以实现对脂肪酸的高效溶解，从而降低其熔点，并在压力下降时促进过饱和和凝固。这种技术不仅适用于制药和食品工业，也具有在兽药领域的应用潜力。然而，目前PGSS技术在兽药领域的应用仍较为有限，有待进一步研究和推广。

总的来说，本研究通过实验和建模相结合的方式，系统地分析了脂肪酸与CO?体系在不同压力下的相变行为。这些结果不仅为PGSS技术的应用提供了理论依据，也为相关领域的工艺优化和工业化生产提供了重要的参考。同时，研究还揭示了脂肪酸分子结构对相变行为的影响，特别是在不同压力条件下的熔点和凝固点变化趋势。未来的研究可以进一步探索这些相变行为在不同应用场景中的具体表现，并优化模型参数以提高预测精度。