Сверхкритический флюид в экстракции
Когда газ сжимается до достаточно высокого давления, он становится жидким. Если, с другой стороны, газ нагрет выше определенной температуры, никакое сжатие горячего газа не заставит его стать жидкостью. Эта температура называется критической температурой, а соответствующее давление пара называется критическим давлением. Эти значения температуры и давления определяют критическую точку, уникальную для данного вещества. Состояние вещества называется сверхкритическим флюидом (СКФ), когда и температура, и давление превышают значения критической точки. Эта «жидкость» теперь приобретает многие свойства, как газа, так и жидкости. Это область, где максимальная растворяющая способность и самые большие изменения свойств растворителя могут быть достигнуты при небольших изменениях температуры и давления.
Свойства
Сверхкритический флюид обладает очень привлекательными экстракционными характеристиками благодаря хорошей диффузионной способности, вязкости, поверхностному натяжению и другим физическим свойствам. Его диффузионная способность на один-два порядка выше, чем у других жидкостей, что способствует быстрому массопереносу и более быстрому завершению экстракции по сравнению с обычными жидкостями.
Его низкая вязкость и поверхностное натяжение позволяют ему легко проникать в растительный материал, из которого необходимо извлечь активный компонент. Газоподобные характеристики СКФ обеспечивают идеальные условия для извлечения растворенных веществ, обеспечивая высокую степень извлечения за короткий период времени. Однако он также обладает превосходными растворяющими свойствами жидкого растворителя. Он также может избирательно извлекать целевые соединения из сложной смеси. Иногда целевое соединение представляет собой интересующий активный ингредиент. В других случаях это может быть нежелательный компонент, который необходимо удалить из конечного продукта. Сильная зависимость растворимости некоторых растворенных веществ в сверхкритическом флюидном растворителе от давления и температуры (или плотности) является наиболее важным явлением, используемым в сверхкритической флюидной экстракции. Многие из тех качеств, которые делают сверхкритические флюидные растворители идеальными для экстракции, также делают их хорошими кандидатами для использования в качестве превосходной среды для химических реакций, обеспечивающих повышенную скорость реакции и предпочтительную селективность преобразования. После завершения такой реакции жидкий растворитель сбрасывают для осаждения продукта реакции.
Углекислый газ (СО2)
На сегодняшний день популярным в Европе растворителем для экстракции натуральных продуктов для пищевых продуктов и лекарств является углекислый газ (СО2). Это инертный, недорогой, легкодоступный растворитель без запаха и вкуса, безвредный для окружающей среды. Кроме того, при экстракции с помощью СО2 в экстракте не остается остатков растворителя, так как в условиях окружающей среды он представляет собой газ. Кроме того, его критическая температура, близкая к температуре окружающей среды (31,1°C), делает его идеально подходящим для термолабильных натуральных продуктов. Из-за низкой скрытой теплоты парообразования для системы разделения экстрактов требуется мало энергии, что позволяет получить экстракты с наиболее естественным запахом и натуральным вкусом. Кроме того, энергия, необходимая для достижения сверхкритического (СК) состояния СО2, часто меньше энергии, связанной с перегонкой обычного органического растворителя.
Извлекаемые вещества
В целом, экстрагируемость соединений сверхкритическим СО2 зависит от наличия в этих соединениях отдельных функциональных групп, их молекулярной массы и полярности. Например, углеводороды и другие органические соединения относительно низкой полярности, например сложные эфиры, простые эфиры, альдегиды, кетоны, лактоны и эпоксиды, извлекаются в СК СО2 при более низком давлении в диапазоне от 75 до 100 бар, тогда как умеренно полярные вещества, такие как производные бензола с одной карбоксильной и двумя гидроксильными группами, умеренно растворимы. Высокополярные соединения, такие как соединения с одной карбоксильной и тремя и более гидроксильными группами, малорастворимы. Для экстракции определенного класса продуктов в СКФ CO2 часто вводят сорастворитель или азеотроп, чтобы повысить его полярность и, следовательно, его растворяющую способность: этанол, этилацетат и т.д.