传统的提取技术存在提取效率低、环境污染和有机残留的问题,影响了天然产物有效成分的开发利用。超临界流体萃取的出现引起了研究人员的极大关注,但压力大、能耗高、设备投资大的缺陷限制了其工业化应用。亚临界CO2萃取技术作为一种对超临界CO2萃取改进而来的新方法,压力和温度降低,但密度高,萃取能力强,更适合于热敏性差、容易氧化分解的成分的提取,辅助超声的强化作用,能极大的提高提取效率。本论文以小球藻为萃取对象,以叶黄素得率为指标,系统地考察了超声强化亚临界CO2萃取过程中各因素对萃取效果的影响,并对工艺条件进行了优化;接着对索氏提取、亚临界水萃取、超临界CO2萃取、亚临界CO2萃取、破壁亚临界CO2萃取和破壁超声强化亚临界CO2萃取这六种不同提取方法的工艺条件和提取效果进行了比较;然后利用本课题组所建立的数学模型验证实验结果,并通过超声空化阈值理论、空化实验及扫描电镜实验探讨超声强化亚临界CO2萃取的机理。结果表明:预处理方式、萃取温度、萃取压力、CO2流量、夹带剂用量、萃取时间和超声功率等因素对超声强化亚临界CO2萃取过程会产生影响,其中萃取压力的影响最强,达到显著水平。四个主要影响因素中,影响叶黄素得率的大小次序为:萃取压力>超声功率>夹带剂用量>萃取温度。超声强化亚临界CO2萃取叶黄素的最佳工艺参数为:萃取温度27℃、萃取压力21MPa、夹带剂用量1.5mL/g无水乙醇、超声功率1000W。在此最佳工艺条件下,叶黄素得率可达到124.01mg/100g小球藻。六种不同提取方法的比较研究表明:由于引入了超声和破壁预处理,超声强化亚临界CO2萃取技术能极大的提高叶黄素的得率,无有毒有机试剂残留,并且与超临界CO2相比,萃取温度和压力更温和,设备投资和运行的成本更低。亚临界水提取由于萃取温度过高,不适合于叶黄素的提取。除亚临界水提取外,其他五种方法的提取产物内都含有叶黄素和另外两种类胡萝卜素。采用本课题组建立的萃取动力学模型,通过拟合实验结果,分别建立了超声强化亚临界CO2萃取和亚临界CO2萃取小球藻中叶黄素的动力学模型E = 130. 64×(1?e?0. 6599t)和E = 101. 82×(1?e?0. 5683t)。这两个模型都能够较好的拟合所对应的萃取实验数据,同时从模型模拟所得的不同E∞和k值可以说明,超声对亚临界CO2萃取具有强化作用。根据超声空化阈值理论,计算出了不同温度和压力条件下亚临界CO2的空化阈值声强,通过超声空化实验研究,考察了亚临界CO2中的超声空化效应,并结合小球藻萃取前后的扫描电镜结果,讨论了超声对亚临界CO2萃取过程的强化作用机理,得出以下结论:空化实验的结果与空化阈值理论计算的结果趋势一致,较低的压力和较高的温度更有利于空化现象的产生;亚临界CO2在理论计算不可能出现空化的高压条件下同样观测到超声空化的产生,对其产生的机理有待进一步研究。在超声的作用下,未经破壁预处理的小球藻表面结构有所破坏,有利于亚临界CO2进入物料内部进行提取,因此未破壁超声强化亚临界CO2萃取法提取效果较好;经过纤维素酶破壁处理过的小球藻,坚硬的纤维素细胞壁被破坏,表面结构松散,内部结构暴露在超声的作用下,提高了通透性,降低了传质阻力,亚临界CO2与基质接触的面积更多,因此破壁超声强化亚临界CO2萃取法提取效果最佳。亚临界CO2在温度27℃,压力21MPa,超声声强0.63×106W/m2的条件下,超声对萃取过程的强化既包含有瞬态空化带来的冲击波和微射流的作用,也包括质点在超声作用下激烈而快速变化的机械运动以及稳态空化泡在共振时所产生的巨大应力的影响。