Тэг: Со2

Коммерческое произвосдтво лецитина  

Лецитины представляют собой полярные органические соединения, состоящие из глюкозидов на фосфатидной основе, и в основном используются в качестве эмульгаторов в пищевой промышленности.
Коммерческий или сырой лецитин представляет собой сложную смесь фосфатидов, триглицеридов, фитогликолипидов, токоферолов и жирных кислот и производится как побочный продукт процесса рафинирования сырого масла. Этот процесс осуществляют путем механического перемешивания сырого масла с водой, в результате чего фракция полярного лецитина переходит в водную фазу. Сырой лецитин получают промывкой водой и сушкой гидратированной массы. Чистый лецитин получают из этой натуральной смеси нейтральных и полярных липидов как растительного, так и животного происхождения. Полярные липиды, такие как гликолипиды и фосфолипиды, в отличие от нейтральных липидов, практически нерастворимы в ацетоне. Нейтральные липиды в основном представляют собой триглицериды, тогда как полярные липиды состоят из гликолипидов (сахаросодержащих липидов) и фосфолипидов (фосфорсодержащих липидов). Сырые растительные масла могут содержать до 20% полярных липидов или веществ, нерастворимых в ацетоне.

Из чего делают лецитин?

В настоящее время чистый лецитин коммерчески производится из неочищенного или коммерческого лецитина, полученного из неочищенного соевого, рапсового, хлопкового, кукурузного, подсолнечного и оливкового масел. С научной точки зрения чистый лецитин относится к фосфатидилхолину Лецитин с высоким содержанием фосфатидхолина обладает лучшей эмульгирующей способностью, чем смесь фосфолипидов, и, следовательно, необходимо обогащать, очищать или фракционировать полярные липиды или фосфолипиды из обезжиренных хлопьев/семян или из сырого лецитина. Неочищенный лецитин содержит около 35% нейтральных липидов, которые должны быть снижены до менее чем 2% в рафинированном или чистом лецитине для использования в пищевой и фармацевтической промышленности в качестве эмульгатора, поверхностно-активного вещества или антиоксиданта.
Обычный процесс разделения нейтральных и полярных липидов включает две стадии, а именно загрузку смеси неочищенного лецитина и избытка ацетона в резервуар для разделения и затем удаление нерастворимого полярного липидного материала, который затем высушивают в форме гранул. Полученный обезжиренный лецитин представляет собой светло-желтое твердое вещество. В другом процессе гексановый раствор сырого лецитина пропускают через колонку с диоксидом кремния, когда происходит адсорбция нейтральных липидов, тогда как фосфолипиды проходят через нее, образуя агрегаты в неполярном растворителе, таком как гексан.

СО2 экстракция лецитина

Альтернативно, СКФ-CO2 при температуре примерно 40°C и давлении примерно 300 бар можно использовать для экстракции нейтральных липидов из сырой смеси лецитина, оставляя полярные липиды в виде рафината. Недостатком способа является то, что при удалении масла вязкость резко возрастает, и дальнейшая экстракция затруднена, что затрудняет проведение непрерывного процесса. Чтобы преодолеть эту трудность, для снижения вязкости обезжиренного лецитина использовали смесь пропана и диоксида углерода. Нейтральный маслом насыщенный газ, богатый СО2, выводится из верхней части противоточной колонны экстракции, а жидкий раствор обезжиренного лецитина, богатый пропаном, удаляется из нижней части. Хотя этот процесс превосходит метод обработки ацетоном, к сожалению, невоспламеняющиеся и экологические преимущества метода СКФ-CO2 не проявляются при смешивании с ним пропана. Для решения проблемы повышения вязкости при извлечении масла из лецитина было разработано распылительное устройство и применен процесс извлечения из высоковязких сред в турбулентном двухфазном потоке. Когда предварительно нагретый неочищенный лецитин закачивается в распылительное устройство и диспергируется с помощью прямоточного высокотурбулентного СО2, высокая скорость СО2 используется для создания расширенной площади поверхности капель за счет уменьшения размеров капель. Образовавшаяся двухфазная зона стекает по короткому пути, когда происходит экстракция. Более тяжелые частицы обезжиренного лецитина падают в виде порошкообразного продукта в сборный сосуд. Содержащийся в масле CO2 сбрасывается в сепараторе, где масло отделяется при более низком давлении.

СО2 экстракция

Большинство недостатков, встречающихся в традиционных процессах извлечения эфирных масел можно обойти за счет использования сверхкритического СО2 в качестве экстрагента.

Преимущества СО2-экстракции

К преимуществам этого относительно нового метода относятся:

• Отсутствие остаточных токсичных растворителей и значительно уменьшенное количество пестицидов;
• Отсутствие потери верхних и нижних нот;
• Отсутствие термической деградации из-за рабочей температуры, близкой к температуре окружающей среды, и инертной среды CO2;
• Идеально подходит для термолабильных, чувствительных к теплу ароматических компонентов;
• Экономия энергии при регенерации растворителя;
• Увеличенный срок хранения благодаря совместной экстракции антиоксидантов и удалению растворенного кислорода;
• Высокая чистота и индивидуальные характеристики продукта благодаря простому управлению селективностью разделения;
• Полностью натуральный, светлый, прозрачный и блестящий экстракт;
• Негорючий растворитель, не опасный для окружающей среды;
• Безопасный процесс;
• Широкий спектр физических свойств может быть получен с одним растворителе за счет небольших вариаций параметров процесса, таких как давление и температура, или азеотропообразователя, что делает его гибким, универсальным и многоцелевым растворителем;­
• Более быстрая экстракция и высокий выход экстрактов;
• Отличные характеристики смешивания экстрактов.

Из всех доступных для экстракции летучих растворителей сверхкритический диоксид углерода (СК СО2) придает экстрактам наиболее естественный запах и вкус, наиболее близкий к исходному материалу. Некоторые ароматизаторы требуют использования углеводородного или хлорсодержащего растворителя, чтобы сначала экстрагировать сырье, а затем очистить полученный экстракт с помощью SC CO2. Однако эта практика не очень хороша из-за потери верхних нот и термической деградации, хотя стоимость экстракционного оборудования может быть в некоторой степени снижена. Масла, экстрагированные CO2, как правило, более концентрированы, чем масла, полученные паровой дистилляцией или обычной экстракцией растворителем из того же исходного материала. Это связано с присутсвием более низких уровней монотерпеновых углеводородов, поскольку не образуются дополнительные монотерпены, как при перегонке с водяным паром. Эти терпены имеют тенденцию разбавлять активные ароматические компоненты и не вносят существенного вклада в профиль запаха. Сорастворители имеют увеличивают полярность SC CO2, и их можно добавлять в поток CO2 перед входом в экстракционное оборудование. Этанол является наиболее приемлемыми «естественным» анестетиком для пищевых экстрактов, хотя другие органические растворители показывают, что первый метод не имеет большого экономического преимущества перед вторым. Энтрейнеры имеют то преимущество, что увеличивают полярность SC CO2, и их можно добавлять в поток CO2 перед входом в экстракционное оборудование. Экстракты содержат некоторые следы насыщенных и ненасыщенных липидов, которые не влияют на вкус, однако они могут улучшить растворимость и, следовательно, свойства смешивания некоторых продуктов. При составлении ароматов эти триглицериды могут даже выступать в качестве природного фиксатора.

Вкус и аромат СО2 экстрактов

Вкус и аромат сверхкритических СО2-экстрактов значительно отличаются от их обычных эквивалентов. Их следует рассматривать как новые продукты, а не как прямую замену традиционным экстрактам. Они уже хорошо зарекомендовали себя как коммерческие продукты и производятся в США, Европе, Японии, Китае и Австралии, Росиии.

Иногда покупатели установок сверхкритической СО2-экстракции опасаются по поводу высоких капитальных затрат на экстракционное оборудование высокого давления, которые добавляются к высокой стоимости технологии. Тем не менее, затраты на энергию в этом процессе ниже, чем затраты на паровую дистилляцию и экстракцию растворителем, что более чем компенсирует высокие капитальные затраты, связанные с процессом экстракции СКФ-CO2. Оборудование для сверхкртитической СО2 экстракции может стоить на 50% дороже, чем оборудование для субкритической или жидкой экстракции CO2. Опять же, более высокие затраты на оборудование для экстракции СКФ-CO2 часто компенсируются более полной экстракцией и возможностью фракционирования экстракта на ряд продуктов. Для достижения желаемых свойств аромата, вкуса, цвета и срока годности необходимо тщательно выбирать источники сырья, параметры экстракции и фракционирования, а также сорастворитель. Из примерно 350 000 различных видов, которые были идентифицированы, около 5% (т.е. 17 500) являются ароматическими растениями, и что около 300 различных видов растений используются для производства эфирных масел для пищевых продуктов и ароматизаторов. Ежегодное мировое производство летучих масел оценивается в сумму более 1 миллиарда долларов.

Из нескольких методов производства эфирных масел в целом выходы при СО2 экстракции и этанолом выше, чем при дистилляции с водяным паром. Эти различия в основном связаны с тем, что экстракты содержат нелетучие остатки. Другие способы дают еще более низкие урожаи. Субкритическая экстракция CO2 дает выходы, близкие к выходу паровой дистилляции, в то время как выходы СКФ-CO2-экстракции более или менее совпадают с выходами селективных органических растворителей. Субкритические CO2-экстракты превосходят экстракты, полученные путем перегонки с водяным паром, поскольку первые наиболее близки к естественному запаху растительного сырья. Соэкстракты со сверхкритическим CO2 содержат определенные липидные антиоксиданты с относительно более высокой молекулярной массой, которые увеличивают срок годности экстрактов.

Около 80% годового производства и использования парфюмерно-ароматических материалов приходится на духи, а остальные ароматизаторы для пищевых, стоматологических и фармацевтических продуктов. Но только 20% отдушек и ароматизаторов натуральные. Благодаря постоянному развитию технологии сверхкритической экстракции и огромному запасу растительных компонентов, производство высококачественных натуральных ароматизаторов ежегодно растет.  

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.

Сверхкритическая СО2-экстракция

Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам CO2-эксрагент углекислый газ может использоваться в качестве хорошего растворителя, среды для извлечения веществ, разделения соединений и так далее. Он широко ценится в научных и технических кругах во всем мире и играет важную роль в эффективном разделении химических компонентов веществ. Он хорошо зарекомендовал себя в процессе разделения неполярных и полярных природных соединений.

Извлечение полярных и слабополярных веществ

Полярность сверхкритической системы невелика, при этом селективное извлечение органических веществ (неполярных или слабополярных) очень эффективно.
Технология сверхкритической экстракции часто используется при обработке природных ресурсов животного и растительного происхождения в части извлечения из них биологических активных соединений. Такие соединения, как чистые эфиры, алкалоиды, каротины и алкалоиды, могут извлекаться из-за их низкой полярности. Например, с этой технологией эффективны процессы экстракции веществ из хмеля, обезвоживание пищевых продуктов, удаление жира и масла, извлечение никотина из табака, удаление холестерина из говядины, удаление жира из кожи, удаление других неполярных натуральных веществ, очистка специй, извлечение эфирных масел и пигментов из натуральных материалов, извлечение масла и жира из семян растений, рыбы и так далее.  

Использование технологии экстракции СО2 в разных странах

Такие страны, как Германия, США, Великобритания, Япония и Франция, начали пользоваться технологией сверхкритических флюидов гораздо раньше, чем наш брат. Еще в двадцатом веке было создано промышленное оборудование для сверхкритической экстракции, которое в основном использовалось для производства натуральных эфирно-масличных благовоний. Массовое промышленное применение сверхкритических технологий началось относительно поздно, но все же началось.  Производимые продукты включают облепиховое масло, масло зародышей пшеницы, экстракт хмеля, артемизинин, ароматизаторы и благовония и многие другие полезные продукты.

Масло семян шиповника

Семена шиповника содержат относительно низкий процент масла (от 6 до 19%) по сравнению с другими масличными семенами.  Например, миндаль содержит примерно до 50 мас.% масла. Основной компонент масла шиповника – линолевая кислота. Несмотря на низкое содержание масла, характерный состав масла шиповника делает его ценным продуктом для косметической промышленности. Поэтому сверхкритическая СО2-экстракция масла семян шиповника представляет промышленный интерес.

Как делают масло шиповника?

Сверхкритический диоксид углерода является нетоксичной альтернативой для экстракции дорогостоящих пищевых, косметических растительных масел. Экстракция обычными органическими растворителями (вроде гексана) дает масло низкого качества, требует трудоемкой очистки, в то время как отжим, как правило, экономически целесообразен только для семян, содержащих более 20% масла.

На кажущуюся растворимость масла семян шиповника практически не влияет предварительная обработка семян, температура экстракции около 40–80°С.◦C, давление экстракции выше 500 бар или соотношение растворителей (масса растворителя, используемого в единицу времени, и единица массы сырья, загруженного в экстракционный сосуд)

Хотя сверхкритическая CO2-экстракция применяется для экстракции семян шиповника, использование экстракции масла семян шиповника с помощью SC-CO2 подразумевает необходимость оптимизации настроек процесса экстракции: температура, давление и подача СО2.

Масло шиповника. Технология

Чтобы производить качественное масло семян шиповника необходимо использовать технологии холодной сушки и сверхкритической СО2-экстракции.

Технология производства льняного масла

Лен является важной масличной культурой в мире. Растение не является новой культурой и произрастает в России, Азии и Средиземноморье. В основном выращивается в Канаде, Аргентине, Америке, Китае и Индии. Лен — четвертая крупная масличная культура после подсолнечника, сои и рапса. Лен является экономически важной масличной культурой, особенно для Канады, которая производит около 40% семян льна в мире и является крупнейшим в мире экспортером, на долю которого приходится около 75% мировой торговли льном. Мировой спрос на льняное семя в настоящее время определяется промышленным использованием льняного масла. Тем не менее, льняное семя делает большие успехи в производстве продуктов питания в мире, и ожидается, что спрос на продукты питания для людей и на рынках домашнего скота будет расти благодаря уникальным свойствам этой древней культуры. Льняное семя богато жирами, белками и пищевыми волокнами. В состав льняного семени в среднем входят до 40 % жира, до 25 % белка, до 28 % пищевой клетчатки, до 8 % влаги и до 4 % золы, а масло содержит витамины А, В, D и Е. Традиционно льняное семя выращивали для получения масла, которое используется в производстве красок, лаков и линолеума из-за его свойств высыхания и затвердевания при воздействии воздуха и солнечного света. Существует рынок льняной муки, как для кормления животных, так и для человека.

На сегодняшний день это наиболее известная масличная культура, изученная как функциональный продукт питания, поскольку она является ведущим источником омега-3-жирной кислоты, известной как альфа-линоленовая кислота (50% от общего количества жирных кислот).

Промышленное производство растительных масел основано на механическом прессовании и экстракции. Механическое отжим масла из семян масличных культур является одним из методов, наиболее часто используемых для удаления масла из масличных материалов. Этот метод имеет относительно низкие начальные и эксплуатационные затраты и аналогично методу сверхкритической СО2-экстракции, дает незагрязненное масло. Однако имеющиеся в настоящее время оборудование и процессы

механического отжима масла не считаются самыми эффективными для этой цели, поскольку извлечения масла льняного семени прессовым способм довольно низка (60-70% извлечения масла). Выход, получаемый при механическом прессовании, как правило, ниже, чем при экстракции растворителями, такими, как гексан (Нефрас), например.  Только в прошлом веке в этой области стали использовать экстракцию растворителем. Преимуществом технологии экстракции растворителем является высокий выход, который может быть получен экономично с помощью этого метода (почти 100% масла, которое содержится в масличных семенах).

Жиры и масла играют важную роль в пищевой промышленности и являются неотъемлемой частью питания человека. Растительные масла содержат жирорастворимые витамины, такие как витамины A, D, E и K, а также являются источником незаменимых ненасыщенных жирных кислот, которые не могут быть синтезированы человеческим организмом. Чтобы удовлетворить потребности в питании, постоянно ведется поиск новых ресурсов растительного масла в качестве источника этих витаминов и незаменимых жирных кислот.

Масло зародышей пшеницы имеет самое высокое содержание токоферола среди всех растительных масел, примерно до 2500 мг/кг. Масло зародышей пшеницы также высоко ценится за высокое содержание ненасыщенных жирных кислот: в нем около 80 %, состоящих в основном из линолевой (18:2) и линоленовой (18:3) кислот, обе из которых имеют большое значение в метаболизме человека и не могут быть синтезированы организмом. Они являются предшественниками группы гормонов, называемых простагландинами, которые играют важную роль в мышечных сокращениях и в ликвидации воспалительных процессов в организме. Кроме того, линолевая кислота способствует выведению холестерина и является предшественником фосфолипидов клеточных мембран.

Зародыши пшеницы являются побочным продуктом мукомольной промышленности. Зародыш составляет около 2-3% зерна пшеницы и в достаточно чистом виде может быть отделен от зерна в процессе помола. Зародыши пшеницы содержат около 11 % масла. Масло зародышей пшеницы используется в таких продуктах, как продукты питания, средства биологической борьбы с насекомыми, фармацевтические препараты и косметические составы. Полиненасыщенные жирные кислоты и биологически активные соединения склонны к окислению и деградации в условиях, используемых для традиционных методов экстракции и рафинации пищевых масел.

Экстракция растворителем является распространенным методом экстракции масел из растительного сырья. В последние годы повышенное внимание уделяется сверхкритической флюидной экстракции как важной альтернативе традиционным методам. Сверхкритические флюиды обладают регулируемыми характеристиками экстракции благодаря их плотности, которую можно регулировать изменением давления или температуры. Кроме того, другие свойства, такие как низкая вязкость, высокая диффузионная способность и низкое поверхностное натяжение, усиливают перенос массы

растворенного вещества изнутри твердой матрицы сырья. Сверхкритический диоксид углерода будучи нетоксичным негорючим, недорогим и легко отделяемым от экстрактов, становится наиболее часто используемым экстрагентом в пищевой и фармацевтической промышленности. Кроме того, низкая критическая температура углекислого газа позволяет извлекать термолабильные соединения без их деградации.

Средний выход масла зародышей пшеницы около 10% можно получать при сверхкритической СО2-экстракции при 350 бар, при этом состав жирных кислот и токоферола экстрактов особо не зависит от давления экстракции.  

Способы производства эфирных масел

Эфирные масла используются в самых разных потребительских товарах, таких как моющие средства, мыло, туалетные принадлежности, косметика, фармацевтика, парфюмерия, кондитерские изделия, безалкогольные напитки, дистиллированная алкогольная продукция (крепкие напитки) и инсектициды. Мировое производство и потребление эфирных масел и парфюмерии растет очень быстро. Технология производства является важным элементом для повышения общего выхода и качества эфирного масла. Традиционные технологии обработки эфирных масел имеют большое значение и до сих пор используются во многих частях земного шара. Водная дистилляция, водная и паровая дистилляция, паровая дистилляция, кообация, экстракция и анфлераж являются наиболее традиционными и широко используемыми методами. Экстракцию логично применять, когда выход масла при дистилляции плохой. Методы дистилляции хороши для порошкообразного миндаля, лепестков роз и цветков розы, тогда как экстракция растворителем подходит для дорогих, деликатных и термически нестабильных материалов, таких как жасмин, тубероза и гиацинт. Водная дистилляция является наиболее предпочтительным методом производства масла цитронеллы. Но, в любом случае, при традиционных методах извлечения эфирных масел происходит термическая деградация естественного природного аромата. Поэтому наиболее предпочтительной технологией для извлечения ароматов на сегодняшний день является технология сверхкритической СО2-экстракции. Только она позволяет проводить исчерпывающую экстракцию эфирных масел из любых морфологических частей растительного сырья в течение получаса при температуре 25°С.

Сырье для эфирных масел

Эфирные масла обычно получают из одной или нескольких частей растений, таких как цветы (например, роза, жасмин, гвоздика, мимоза, розмарин, лаванда), листья (например, мята, лемонграсс, хамроза), листья и стебли (например, герань, пачули, петитгрейн, вербена, корица), кора (например, корица, кассия, канелла), древесина (например, кедр, сандал, сосна), корни (например, дягиль, сассафрас, ветивер, соссюрея, валериана), семена (например, фенхель, кориандр, тмин, укроп, мускатный орех), фрукты и ягоды (бергамот, апельсин, лимон, можжевельник), корни и корневища (например, имбирь, аир, куркума, ирис) и выделения камеди или живицы (например бальзам Перу, мироксилон бальзамин, стиракс, мирра, бензоин).

Традиционные способы получения эфирных масел

Что касается гидродистилляции, то в индустрии эфирных масел разработана терминология, позволяющая различать три типа: водная дистилляция, паровая дистилляция и экстракция. Первоначально эти термины стали общепринятыми в индустрии эфирных масел.

Летучие масла невозможно перегнать без разложения, поэтому их обычно получают отжимом (лимонное масло, апельсиновое масло), другими механическими способами или по технологии сверхкритической углекислотной экстракции. В некоторых странах общий метод получения цитрусового масла включает прокалывание сальных желез путем прокатки плода по желобу, выстланному острыми выступами, достаточно длинными, чтобы проникнуть в эпидермис и проколоть сальные железы, расположенные во внешней части кожуры).

С помощью такого надавливания удаляется масло из желез, а тонкая струя воды вымывает масло из растертой кожуры, в то время как сок извлекается через центральную трубку, в которой находится сердцевина плода. Образовавшуюся водно-масляную эмульсию разделяют центрифугированием или декантацией. Предшественником этого процесса является удаление кожуры с фруктов перед извлечением масла. В случае СО2-экстракции, свежая отделенная кожура сушится до влажности 10% в холодных атмосферных сушилках, работающих по принципу теплового насоса.

Часто содержание летучих масел в свежих частях растений (лепестках цветов) настолько мало, что маслоудаление с помощью механических методов нецелесообразно с коммерческой точки зрения. В таких случаях в архаичных схемах переработки на стеклянные пластины тонким слоем наносят пресное нелетучее масло или жир без запаха. Лепестки цветов кладут на жир на несколько часов; затем повторно масляные лепестки удаляются и вводится новый слой лепестков. После того, как жир впитает как можно больше аромата, масло можно удалить путем экстракции спиртом. Этот процесс, известный как анфлераж, ранее широко использовался при производстве духов и помад. Этим же методом в фильме «Парфюмер» сумасшедший мастер обрабатывал предварительно оглушенную им женщину с низкой социальной ответственностью для получения одного из компонентов для своего гениального рецепта духов.

В парфюмерной промышленности на предприятиях прошлого века большая часть производства эфирных масел осуществляется путем экстракции с использованием летучих растворителей, таких как петролейный эфир и гексан. Главное преимущество традиционных методов экстракции перед дистилляцией заключается в том, что в процессе можно поддерживать постоянную температуру (обычно 50°C). Но в отличие от сверхкритической углекислотной экстракции, обработка гексаном и петролейным эфиром загрязняет продукт балластом растворителя, что сильно вредит его качеству.

Деструктивная перегонка означает перегонку эфирного масла без доступа воздуха. Когда древесину или смолу представителей семейства Pinaceae или Cupressaceae нагревают без доступа воздуха, происходит разложение и удаляется ряд летучих соединений. Остаточная масса – древесный уголь. Конденсированное летучее вещество обычно разделяется на 2 слоя: водный слой, содержащий нафту (метиловый спирт) и пиролиновую кислоту (неочищенная уксусная кислота), а также смолистая жидкость в виде сосновой смолы, можжевеловой смолы или других смол, в зависимости от используемой древесины. Эта сухая перегонка обычно проводится в ретортах, и, если древесина измельчается или грубо измельчается, а тепло подводится быстро, Выход часто составляет около 10% от веса используемой древесины.

Гидродистилляция

Для выделения эфирных масел методом гидродистилляции ароматическое растительное сырье упаковывают в дистиллятор, добавляют достаточное количество воды и доводят до кипения; в качестве альтернативы в загрузочную зону установки впрыскивается острый пар. Благодаря воздействию горячей воды и пара эфирное масло высвобождается из сальных желез в тканях растения. Паровая смесь воды и масла конденсируется за счет непрямого охлаждения водой. Из конденсатора дистиллят поступает в сепаратор, где масло за счет разности плотностей отделяется от дистиллятной воды.

Распространение эфирных масел и горячей воды через мембраны растений известно как гидродиффузия. При паровой дистилляции пар фактически не проникает через мембраны сухих клеток. Следовательно, сухое растительное сырье может быть обеспложено сухим паром только тогда, когда все летучее масло будет освобождено из масличных клеток при предварительном тщательном измельчении растительного материала. Но когда растительный материал пропитывается водой, обмен паров в тканях основан на их проницаемости в набухшем состоянии. Мембраны растительных клеток практически непроницаемы для эфирных масел. Поэтому в реальном процессе при температуре кипящей воды часть эфирного масла растворяется в воде, находящейся внутри желез, и этот масляно-водный раствор проникает путем осмоса через набухшие мембраны и, наконец, достигает внешней поверхности.

Другой аспект гидродиффузии заключается в том, что на скорость испарения масла влияет не летучесть компонентов масла, а степень их растворимости в воде. Следовательно, высококипящие, но более водорастворимые компоненты масла в тканях растений перегоняются раньше низкокипящих, но менее растворимых в воде компонентов. Поскольку скорость гидродиффузии низкая, перегонка неизмельченного материала занимает больше времени, чем измельченного материала.

Сложные эфиры входят в состав эфирных масел и в присутствии воды, особенно при высоких температурах, имеют тенденцию реагировать с водой с образованием кислот и спиртов. Однако реакции не завершаются ни в одном направлении.

Следовательно, если количество воды велико, количество спирта и кислоты также будет большим, что приведет к снижению выхода эфирного масла. Кроме того, поскольку это реакция, зависящая от времени, степень протекания процесса зависит от времени контакта масла с водой. Это один из недостатков водной дистилляции.

Почти все составляющие эфирных масел нестабильны при высокой температуре. Для получения масла наилучшего качества перегонку необходимо проводить при низких температурах. Температура при перегонке с паром полностью определяется рабочим давлением, тогда как при перегонке с водой и при перегонке с водяным паром рабочее давление обычно атмосферное. Скорость диффузии обычно увеличивается с повышением температуры, как и растворимость эфирных масел в воде. То же самое относится к скорости и степени растворения эфирных масел в воде. Тем не менее, можно получить лучший выход и качество масел за счет: (1) сохранения температуры как можно ниже, (2) используя как можно меньше воды в случае перегонки с водяным паром и (3) тщательно измельчая растительный материал и равномерно раскладывая его по отгоночному сосуду перед перегонкой.

Три типа гидродистилляции

Существует три типа гидродистилляции для выделения эфирных масел из растительного сырья:

• Водная дистилляция
• Водно-паровая дистилляция
• Прямая перегонка с паром

Водная дистилляция

В этом методе материал полностью погружается в воду, которая кипятится путем постоянного подвода тепла огнем, паровой рубашкой, закрытым паровым змеевиком или открытым паровым

змеевиком. Главной особенностью этого процесса является прямой контакт между кипящей водой и растительным материалом.

Когда перегонный куб нагревается прямым огнем, необходимы адекватные меры предосторожности для предотвращения перегрева шихты. При использовании паровой рубашки или закрытого парового змеевика опасность перегрева меньше; и с открытыми паровыми змеевиками этой опасности можно избежать. Но с открытым паром необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить накопление конденсата внутри дистиллятора. Поэтому перегонный аппарат должен быть хорошо теплоизолирован. Растительный материал в аппарате необходимо перемешивать по мере закипания воды, иначе скопления плотного материала осядут на дно и подвергнутся термическому разложению. Некоторые растительные материалы, такие как кора корицы, богатые слизью, должны быть измельчены в порошок, чтобы шихта могла легко растворяться в воде; по мере повышения температуры воды слизь будет выщелачиваться из молотой корицы. Это значительно увеличивает вязкость водозагрузочной смеси, что позволяет ей обугливаться. Следовательно, перед любой перегонкой в полевых условиях следует провести небольшую перегонку воды в стеклянной посуде, чтобы проследить, происходят ли какие-либо изменения в процессе перегонки. Из этого лабораторного испытания можно определить выход масла из известного веса растительного материала. Лабораторный аппарат, рекомендуемый для пробных перегонок, — прибор Клевенджера.

При перегонке воды все части шихты должны приводиться в движение кипящей водой; это возможно, когда дистилляционный материал загружается неплотно и остается неплотным в кипящей воде. Только по этой причине водная дистилляция обладает одним явным преимуществом - позволяет обрабатывать мелкоизмельченный материал или части растений, которые при контакте с острым паром иначе образовали бы комки, через которые пар не может проникнуть. Другие практические преимущества водной дистилляции заключаются в том, что перегонные кубы недороги, просты в изготовлении и подходят для эксплуатации в полевых условиях. Они до сих пор широко используются с портативным оборудованием во многих странах.

Основным недостатком паровой дистилляции является то, что полная экстракция невозможна. Кроме того, некоторые сложные эфиры частично гидролизуются, а чувствительные вещества, такие как альдегиды, склонны к полимеризации. Для перегонки воды требуется большее количество перегонных кубов, больше места и больше топлива. Это требует значительного опыта, знакомства с методом и физического труда. Высококипящие и частично растворимые в воде компоненты масла не могут быть полностью испарены или для них требуется большое количество пара.

Таким образом, процесс становится неэкономичным. По этим причинам перегонку с водой применяют только в тех случаях, когда растительное сырье по самой своей природе не может быть обработано перегонкой с водой и паром или прямой перегонкой с паром, или не хватило средств для приобретения современного оборудования для сверхкритической СО2-экстракции эфирных масел.

Цветочные аттары определяются как дистилляты, полученные путем гидродистилляции цветов (таких как шафран, бархатцы, роза, жасмин, панданус) в масле сандалового дерева или других базовых материалах, таких как парафин. Производство аттара происходит в отдаленных местах, потому что цветы должны быть обработаны быстро после сбора.

Компоненты масла, такие как сложные эфиры, чувствительны к гидролизу, в то время как другие, такие как ациклические монотерпеновые углеводороды и альдегиды, подвержены полимеризации (поскольку рН воды часто снижается во время дистилляции, гидролитические реакции облегчаются).

Кислородсодержащие компоненты, такие как фенолы, имеют тенденцию растворяться в воде, поэтому их полное удаление дистилляцией невозможно.

Поскольку гидродистилляция, как правило, представляет собой небольшую операцию (выполняется одним или двумя людьми), для накопления большого количества масла требуется много времени, поэтому масло хорошего качества часто смешивают с маслом плохого качества.

Профессиональные перегонщики считают процесс дистилляции искусством, но редко пытаются оптимизировать как выход масла, так и его качество. Поэтому гидродистилляция является более медленным процессом, чем водно-паровая или прямая перегонка паром.

Водно-паровая дистилляция

При водно-паровой дистилляции пар может быть получен либо во вспомогательном котле, либо в

перегонном кубе отдельно от растительного материала. Как и водная дистилляция, водно-паровая дистилляция широко используется в сельской местности. Более того, этот метод не требует больших капитальных затрат, в отличие от водной дистилляции. Кроме того, используемое оборудование в целом похоже на то, что используется для водной дистилляции, но растительный материал поддерживается над кипящей водой на перфорированной решетке. Фактически, часто люди, занимающиеся водной дистилляцией, в конечном итоге переходят к водно-паровой дистилляции. (С появлением метода сверхкритической СО2-экстракции, методы водной, водно-паровой дистилляции и прямой перегонки с паром постепенно исчезают).

После того, как производитель выпустит несколько партий масла методом водной дистилляции, он понимет, что качество масла не очень хорошее из-за его тихих ноток (приглушенного аромата). В связи с этим вносятся некоторые изменения. Используя тот же перегонный куб, изготавливают

перфорированную решетку или пластину, чтобы растительный материал поднимался над водой. Это снижает производительность перегонного куба, но обеспечивает лучшее качество масла. Если количества воды недостаточно для завершения дистилляции, присоединяют кообационную трубку и вручную добавляют обратно в дистиллятор конденсат, тем самым гарантируя, что вода, используемая в качестве источника пара никогда не иссякнет. Также считается, что это в некоторой степени это будет контролировать потерю растворенных кислородсодержащих компонентов в конденсатной воде, поскольку повторно используемая конденсатная вода позволит ей насыщаться растворенными компонентами, после чего в ней будет растворяться больше масла.

Кообация — это процедура, которую можно использовать только при водной дистилляции или водно-паровой дистилляции. В ней используется практика возврата дистиллятной воды в дистиллятор после отделения от нее масла, чтобы ее можно было повторно вскипятить. Принцип этого состоит в том, чтобы свести к минимуму потери кислородсодержащих компонентов, особенно фенолов, которые в некоторой степени растворяются в дистиллятной воде. Для большинства масел этот уровень потери масла при растворении в воде составляет менее 0,2%, тогда как для масел с высоким содержанием фенола количество масла, растворенного в дистиллятной воде, составляет 0,2-0,7%.

Поскольку этот материал постоянно повторно испаряется, конденсируется и снова повторно испаряется, любые растворенные кислородсодержащие компоненты будут способствовать гидролизу и разложению самих себя или других компонентов масла. Сходным образом, в практике кообация не рекомендуется, если только температура, которой подвергаются кислородсодержащие компоненты в дистилляте, не превышает 100°C.

Поскольку пар в процессе водно-паровой дистилляции является влажным, основным недостатком этого типа дистилляции является то, что растительный материал становится довольно влажным. Это замедляет нисходящую дистилляцию, так как пар должен испарить воду. Одним из способов предотвращения заболачивания нижнего растительного материала, лежащего на решетке, является использование перегородки, предотвращающей слишком сильное кипение воды и прямой контакт с растительным материалом.

Преимущества дистилляции водно-паровой дистилляции в сравнении с водной дистилляцией:

• Более высокий выход масла.
• Компоненты эфирного масла менее подвержены гидролизу и полимеризации (контроль влажности на дне дистиллятора влияет на гидролиз, тогда как теплопроводность стенок дистиллятора влияет на полимеризацию).
• Если кипячение контролируется, потери полярных соединений - тоже.
• Качество масла, полученного путем перегонки с паром и водой, более воспроизводимо.
• Водно-паровая дистилляция выполняется быстрее, чем водная дистилляция, поэтому она более энергоэффективна. Многие масла в прошлом веке производились путем водно-паровой дистилляции, например, лемонграсс. В настоящее время этот метод на современных предприятиях замещается методом сверхкритической СО2-экстракции:

Недостатки водно-паровой  дистилляции:

• Из-за низкого давления восходящего пара высококипящим маслам требуется большее количество пара для испарения, следовательно, требуется больше времени для перегонки.
• Растительный материал становится влажным, что замедляет дистилляцию, так как пар должен испарять воду.

Прямая перегонка с паром

Как следует из названия, прямая перегонка с паром представляет собой процесс перегонки растительного сырья с помощью пара, генерируемого вне дистиллятора в вспомогательном парогенераторе, обычно называемом бойлером. Как и при других видах дистилляции, растительный материал поддерживается на перфорированной решетке над впускным отверстием для пара. Реальное преимущество независимой генерации пара заключается в том, что количество пара можно легко контролировать. Поскольку пар вырабатывается во вспомогательном котле, растительный материал нагревается не выше 100°С и, следовательно, не должен подвергаться термической деструкции. Перегонка с водяным паром в прошлом веке была наиболее распространенным методом производства эфирных масел в промышленных масштабах. Очевидным недостатком паровой дистилляции являются гораздо более высокие капитальные затраты, необходимые для строительства такой установки. В некоторых ситуациях, например, при крупномасштабном производстве недорогих масел (например, розмарина, китайского кедра, лемонграсса, лицеи кубебы, лавандового шиповника, эвкалипта, цитронеллы, кукурузной мяты), цены на масла на мировом рынке едва ли достаточно высоки, чтобы оправдать их производство методом перегонки с водяным паром.

Преимущества прямой перегонки с паром:

• Количество пара легко регулируется.
• Наиболее распространенный процесс крупномасштабной добычи эфирных масел, превосходящий водную и водно-паровую дистилляцию.

Недостатком прямой перегонки с паром являются гораздо более высокие капитальные затраты. 

Экстракция эфирного масла методом гидролитической мацерационной дистилляции

Некоторые растительные материалы требуют мацерации в теплой воде, прежде чем они высвободят свои эфирные масла, поскольку их летучие компоненты связаны гликозидами. Например, листья грушанки (Гаультерия лежачая) содержат предшественник гаультерин и фермент примеверозидазу.

При мацерации листьев в теплой воде фермент воздействует на гаультерин и высвобождает свободный метилсалицилат и примуверозу. Другие подобные примеры включают коричневую

горчицу (синигрин), горький миндаль (амигдалин) и чеснок (аллиин).

Экстракция эфирного масла экспрессией

Экспрессия или холодный отжим, как его еще называют, используется только при производстве цитрусовых масел. Термин относится к любому физическому процессу, при котором эфирно-масляные железы в кожуре раздавливаются или разрушаются для высвобождения масла. Один метод, который практиковался много лет назад, особенно на Сицилии (спугнаметод), начинался с разделения цитрусовых пополам с последующим удалением мякоти с помощью заостренной ложки-ножа. Масло с кожуры удаляли либо прижатием кожуры к твердому предмету из обожженной глины (конколина), который помещали под большую натуральную губку или загибая кожуру в губку. Впитавшуюся губкой масляную эмульсию удаляли выдавливанием ее в  контейнер.

Масло, полученное таким образом, имеет почти такое же количество фруктового аромата, как и масло, полученное самым прогрессивным способом – методом сверхкритической СО2-экстракции.

В другом методе применяется неглубокая чаша из меди (или иногда из латуни) с полой центральной трубкой; выравнивающий инструмент по форме похож на неглубокую воронку. Чаша снабжена латунными наконечниками с тупыми концами, по которым весь цитрусовый плод прокатывается вручную с некоторым давлением до тех пор, пока все сальные железы не лопнут. Масло и водное содержимое клеток стекают по полой трубке в контейнер, из которого

масло отделяют декантацией.

Очевидно, что ручное прессование нецелесообразно, потому что это очень медленный процесс, например, в среднем только 1-2 килограмма масла в день может быть произведено одним человеком с использованием одного из этих ручных методов. В результате в прошлом веке было разработано несколько машин, которые либо раздавливают кожуру цитрусовых, либо раздавливают фрукт целиком, а затем отделяют масло от сока.

Экстракция эфирного масла холодным жиром (Анфлераж)

Несмотря на внедрение современного процесса экстракции летучими растворителями, старинный метод анфлеража, передаваемый от отца к сыну и совершенствуемый в течение поколений, по-прежнему используется в деревнях. Анфлераж в промышленных масштабах сегодня проводится только во Франции, за исключением, возможно, отдельных случаев в Индии, где этот процесс остается примитивным.

Принципы анфлеража просты. Некоторые цветы (например, тубероза и жасмин) продолжают физиологическую деятельность по развитию и выделению аромата даже после сбора. Каждый цветок жасмина и туберозы напоминает, так сказать, крошечную фабрику, постоянно испускающую мельчайшие количества духов. Жир обладает высокой впитывающей способностью и при соприкосновении с душистыми цветами легко поглощает испускаемый аромат. Этот принцип, методически применяемый в больших масштабах, и составляет анфлераж. В течение всего периода сбора урожая, который длится от восьми до десяти недель, партии свежесобранных цветков рассыпают по поверхности специально подготовленной жировой основы (корпуса), оставляют там (на 24 ч в случае с жасмином и дольше в случае с туберозой), а затем замененяют свежими цветами. В конце сбора урожая жир, который не обновляется в процессе, пропитан цветочным маслом. После этого масло экстрагируют из жира спиртом, а затем отделяют.

Успех анфлеража во многом зависит от качества используемой жировой основы. При подготовке корпуса необходимо соблюдать предельную осторожность. Он должен быть практически без запаха и правильной консистенции. Если слишком твердый, цветки не будут иметь достаточного контакта с жиром, что ограничит его способность поглощать и приведет к субнормальному выходу цветочного масла. С другой стороны, если он слишком мягкий, он будет стремиться поглотить цветы и они прилипнут; при удалении цветки сохранят прилипший жир, что приведет к значительной усадке и потере слоя напитавшегося маслом жира. Следовательно, консистенция слоя жира должна быть такой, чтобы он имел полутвердую поверхность, с которой можно было бы легко удалить обезличенные цветки.

Процесс анфлеража проводят в прохладных погребах. Многолетний опыт показал, что смесь одной части высокоочищенного сала и двух частей свиного сала в высшей степени пригодна для анфлеража. Эта смесь обеспечивает подходящую консистенцию корпуса в сочетании с высокой мощностью впитывания. Таким образом, жировой слой должен быть белым, гладким, абсолютно однородной консистенции, без воды и практически без запаха. Некоторые производители также добавляют небольшое количество апельсиновой или розовой воды при приготовлении жирового слоя. Кажется, это делается ради условности. Такие добавки несколько оттеняют запах готового продукта, придавая ему легкую нотку цветов апельсина или розы.

Анфлераж и дефлераж

Каждое здание анфлеража оборудовано тысячами так называемых шасси, которые служат транспортными средствами для удержания жировых отложений во время процесса. Шасси состоит из прямоугольной деревянной рамы. Каркас содержит стеклянную пластину, на обе стороны которой шпателем наносится жировая ткань в начале процесса анфлеража. При укладке друг на друга шасси образуют герметичные отсеки со слоем жира на верхней и нижней стороне каждой стеклянной пластины.

Каждое утро во время сбора урожая прибывают свежесобранные цветы, которые после очистки от

примесей, таких как листья и стебли, рассыпают вручную поверх жирового слоя каждой стеклянной пластины. Цветы, мокрые от росы или дождя, никогда нельзя использовать, так как любые следы влаги сделают жировой слой прогорклым. Затем шасси складываются и оставляются в подвалах на 24 часа или дольше в зависимости от вида цветов. Последние находятся в прямом контакте с одним жировым слоем (нижним), который действует как прямой растворитель, в то время как другой жировой слой (под стеклянной пластиной шасси выше) поглощает только летучие ароматы, выделяемые цветами.

Через 24 часа цветы выделяют большую часть своего масла и начинают увядать, издавая неприятный запах. Затем они должны быть удалены из корпуса, что, несмотря на все усилия по

внедрению средств экономии труда, до сих пор выполняется вручную. Аккуратное удаление цветка (дефлераж) едва ли не важнее, чем загрузка корпуса на шасси свежими цветами (анфлераж), и поэтому лица, выполняющие эту работу, должны быть опытными и квалифицированными.

Большинство увядших цветков падают с жирового слоя на стеклянной пластине шасси, когда шасси слегка ударяют по рабочему столу, но, поскольку необходимо удалить каждый цветок и каждую частицу цветка, для этой деликатной процедуры используется пинцет.

Сразу же после дефлеража, то есть каждые 24 часа, шасси заряжаются свежими цветами. Для этого шасси переворачивают, а жировой слой от предыдущей операции теперь непосредственно заряжают свежими цветами. В случае с жасмином весь процесс анфлеража длится около 70 дней: ежедневно удаляют увядшие цветки и подзаряжают шасси свежими. В начале и несколько раз во время уборки жир на шасси соскабливают металлическими гребнями и проводят крошечные борозды, чтобы изменить и увеличить поверхность впитывания.

В конце сбора урожая жир относительно насыщен цветочным маслом и обладает типичным ароматом. Затем ароматизированный жир необходимо удалить со стеклянных пластин между шасси. Для этого его соскребают шпателем, а затем осторожно расплавляют и сливают в закрытые емкости. Конечный продукт называется помадой (жасминовая помада, клубневидная помада, фиалковая помада и т. д.). В начале сбора урожая каждое шасси загружается примерно по 360 г жировых отложений с каждой стороны стеклянной пластины, другими словами, по 720 г на шасси. Каждый килограмм жировых отложений должен соприкасаться примерно с 2,5 кг (предпочтительно с 3,0 кг) цветков жасмина в течение всего периода анфлеража, который длится от 8 до 10 недель. Количество несколько отличается для разных цветов. В конце анфлеража жировой слой теряет около 10% своего веса из-за различных манипуляций.

Процесс горячего анфрелажа

При использовании этого способа время анфлеража сокращается за счет погружения лепестков в расплавленный жир, нагретый до 45—60°С, на 1—2 ч, в зависимости от вида растения. После каждого погружения жир фильтруется и отделяется от лепестков. После 10-20 погружений жир отделяют от цветков и воды.

Затем из жиросодержащего масла производится абсолют в процессе экстракции и концентрирования при пониженном давлении. Он в основном используется для очень нежных цветов, физиологическая активность которых быстро теряется после сбора урожая, таких как ландыш.

Ингредиенты растительного происхождения

Растительные ингредиенты становятся все более популярными в средствах по уходу за кожей и волосами. Самое время предложить потребителям то, что они ищут - удовлетворить возросший спрос на ингредиенты растительного происхождения с естественными оздоровительными и терапевтическими преимуществами. Теперь это сделать довольно просто, благодаря технологиям холодной сушки и экстракции.

Производим экстракты

Поиск метода безхимической экстракции привел разработчиков и нас, в том числе, к экологически чистой экстракции, заменяющей вредные растворители экологически безопасными: водой, пищевым этиловым спиртом или сверхкритическим углекислым газом.

Благодаря этим зеленым технологиям вы можете получать из любого растительного, грибного и животного сырья густые и сухие порошковые водные и водно-этанольные, а также липофильные (жирные) сверхкритические СО2-экстракты.

Производство водных и спиртовых экстрактов

Наша компания разработала технологию экстракции на водной и водно-спиртовой основе, без применения иных растворителей для извлечения растительных ингредиентов с выраженной биологической активностью. Результатом стал процесс вакуумно-импульсной экстракции, который позволяет бережно удалять биологически активные вещества из растений водой или водно-спиртовыми растворами в условиях пульсаций отрицательных давлений с контролируемой температурой. Линии холодной экстракции, концентрирования и сушки – это полнокомплектные производственные линии под ключ, которые наши клиенты используют для производства густых и сухих порошковых форм косметических субстанций.

Производство СО2-экстрактов

Также наша компания сфокусировала свое внимание на другом популярном зеленом растворителе для бережной экстракции – сверхкритическом углекислом газе. Докритическое извлечение углекислым газом хорошо работает с легкими маслами и неполярными биомассами, но далеко не идеально для косметики, поскольку не дает выхода желаемых полярных и полуполярных фитохимических веществ. Сверхкритический углекислый газ, напротив, довольно быстро и в максимальном количестве способен обеспечивать выход широкого спектра различных биологически активных веществ из сушеного сырья любого происхождения.

Сушка растительного сырья перед экстракцией

Принцип холодной обработки вашего сырья может быть реализован в полной мере, если использовать на этапе его сушки наши сублимационные атмосферные сушилки. Они за счет низкой температуры сушки (35°С) позволяют обеспечить максимальную сохранность всех легко летучих веществ в сырье для того, чтобы потом их тоже можно было перевести в конечные косметические субстанции. Помимо этого технология холодной сушки является самой энергоэффективной технологией сушки в современном мире. За счет работы по принципу теплового насоса на базе холодильной техники наши холодные атмосферные сушилки потребляют от около 0,45 кВт энергии на 1 кг удаленной влаги.

Применение наших сублимационных атмосферных сушилок в сочетании с перечисленными методами холодной экстракции дает возможность получать продукты  премиального качества с нативной структурой, которые невозможно получить традиционными методами обработки.

Наша  компания обеспечивает чистое воспроизводимое извлечение целевой биомассы, давая разработчикам рецептур возможность выпускать новые интересные продукты с использованием натурального сырья с любых уголков мира.

Примеры готовых косметических экстрактов:

• сухой экстракт одуванчика;
• сухой экстракт зеленого чая;
• сухой экстракт спирулины;
• густой экстракт астрагала;
• густой экстракт ежевики;
• густой экстракт календулы;
• густой экстракт крапивы;
• СО2-экстракт облепихи;
• СО2-экстракт виноградных косточек;
• СО2-экстракт льняного семени;
• СО2-экстракт календулы;
• СО2-экстракт расторопши.

Совместное использование холодных атмосферных сушилок, установок сверхкритической СО2-экстракции, а также линий водной и водно-этанольной экстракции позволит получить на вашем предприятии полный замкнутый цикл переработки с максимальным коэффициентом использования сырья и минимальным количеством отходов.

Мы предоставляем своим клиентам самые благоприятные условия на рынке: короткий срок изготовления и поставки; услуги монтажа и пусконаладочных работ, обучения персонала заказчика; гарантию 12 мес.

Метод СО2-экстракции и оборудование

Среди нескольких технологий сверхкритической флюидной экстракции (СКФ- экстракции) самой ранней разработанной, наиболее исследованной и промышленно развитой технологией, несомненно, является технология сверхкритической СО2-экстракции. СКФ-СО2-экстракция это процесс отделения одного компонента (экстрагента) от другого (матрицы) с использованием сверхкритического углекислого газа в качестве экстрагирующего растворителя. Сверхкритическая СО2-экстракция используется, в частности, в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности для извлечения натуральных веществ: ароматов, жиров, масел, восков, полимеров, ферментов и красителей, фосфолипидов и т.д. CO2 является природным и экологически чистым растворителем, который имеет преимущества перед синтетическими и вредными средами, такими как н-гексан, по многим параметрам.

Как идут процессы сверхкритической СО-экстракции и отделения экстракта в установках СКФ-СО2-экстракции?

Несмотря на кажущуюся сложность, процесс СО2-экстракции очень прост и безопасен. Проходит он довольно быстро, за 1-2 часа, и включает в себя следующие этапы в непрерывном циклическом режиме работы установки:

• загрузка измельченного сушеного сырья в картридж;
• загрузка картриджа в экстрактор;
• герметизация экстрактора, пропитка сырья газом и вытеснение воздуха;
• компрессия СО2 до сверхкритического давления, подогрев до сверхкритической температуры;
• прокачка сверхкритического СО2 через сырье в картридже;
• фильтрация сверхкритического СО2, насыщенного экстрактом;
• отделение СО2 от экстракта в сепараторах;
• охлаждение СО2 с повторной его подачей в рабочий цикл установки сверхкритической экстракции через буферную емкость;
• экспозиция;
• слив экстракта из сепараторов;
• перезарядка картриджа сырьем по завершении экспозиции.

Зачем использовать углекислотную экстракцию?

Углекислый газ является наиболее распространенным природным соединением, используемым при экстракции под высоким давлением. Он выгодно отличается в сравнении с другими растворителями, используемыми для экстракции компонентов животного и растительного сырья. Во-первых, углекислый газ является нетоксичным веществом, которое легко доступно по более низким ценам, чем другие растворители. Кроме того, углекислый газ экологически безопасен, с ним легко работать, и он создает превосходный готовый экстракт, как правило, без каких-либо побочных продуктов и следов. Температурой, временем, расходом и давлением экстракции можно управлять, чтобы обеспечить точное извлечение нужных экстрагируемых веществ.

Принцип извлечения при СКФ-СО2-экстракции

Установка сверхкритической СО2-экстракции использует сверхкритический углекислый газ в качестве разделяющей среды (экстрагента) для достижения эффективного извлечения определенных компонентов (растворимых веществ) из матрицы сырья. Газ даже при комнатной температуре при высоких давлениях сначала становится жидкостью, а потом при дальнейшем повышении давления приобретает свойства и жидкости и газа одновременно. В таком сверхкритическом состоянии он способен быстро, легко и безвредно проникать внутрь матрицы сырья и растворять в себе экстрагируемые вещества, насыщаясь ими. Давление и движение газа в контуре экстракции создает специальный циркуляционный насос высокого давления. Насыщенный экстрактом сверхкритический СО2 из экстрактора перекачивается циркуляционным насосом к сепараторам установки, где отделяется от экстракта и возвращается на повторный цикл экстракции. Непрерывно отделяющийся экстракт накапливается в сепараторах и сливается оператором установки через донный патрубок сепараторов по мере необходимости (по времени).

Преимущества установок СО2-экстракции

• Углекислый газ в сверхкритическом состоянии обладает отличными характеристиками массопереноса, интенсивность которого легко и довольно точно настраивается в установке сверхкритической СО2-экстракции посредством изменения давления и температуры экстракции. Поэтому установки сверхкритической СО2-экстрации могут выполнять функции и экстрактора, и дистиллятора одновременно. Такое преимущество дает уникальную возможность решения технологических задач избирательного извлечения нужных веществ из сырья;
• СО2-экстракты и проэкстрагированный материал не содержат остаточных растворителей. После завершения экстракции ничего не остается, так как углекислый газ испаряется, не оставляя следов в конечном продукте;
• Безопасность и экологичность;
• Низкие эксплуатационные затраты;
• Универсальность (можно обрабатывать любое сухое животное и растительное сырье с содержанием влаги до 10%).

Процесс экстракции

Продукты, полученные с помощью сверхкритического CO2, в основном -  смесь летучих масел, спиртов, эфиров, сложных эфиров, смол и других липофильных химических компонентов. Размер установки сверхкритической СО2-экстракции будет варьироваться в зависимости от количества обрабатываемого сырья в единицу времени. Разовые загрузки сырья могут быть размером от 10 граммов и до сотен килограммов. Некоторые установки сверхкритической СО2-экстракции по запросу автоматизируются, и в таком случае эксплуатационному персоналу клиентов не нужно присутствовать во время работы установки, а выполнять лишь операции загрузки и выгрузки сырья и готовой продукции соответственно. Цикл экстракции в зависимости от свойств исходного сырья обычно занимает 1 или 2 часа времени.

Для проведения процесса сверхкритической СО2-экстракции сырье должно быть измельчено и помещено в экстракционный сосуд в специальном экстракционном картридже. После установки картриджа в экстрактор и закрытия крышки экстрактора оператор наполняет экстрактор углекислым газом для вытеснения воздуха из матрицы сырья. Затем оператор запускает в работу циркуляционный насос, нагнетая сверхкритический CO2 в экстракционный сосуд, где он встречается с сырьем и растворяет в себе все необходимые экстрагируемые вещества. Степень и селективность извлечения экстрагируемых веществ зависит от заданных режимов работы установки: температуры, давления и подачи газа. Их оператор задает перед началом работы. Далее сверхкритический СО2 с растворенными в нем экстрагируемыми веществами направляется в разделительные сосуды – сепараторы, в которых газ отделяется от экстракта и направляется в буферную емкость с целью повторного использования в процессе экстракции. Таким образом, после загрузки сырья и запуска установки СО2-экстракции в работу процесс идет автоматически. Отделившийся экстракт  накапливается в нижней части сепараторов установки, и может быть слит оператором в удобное ему время и в любую тару с открытым верхом (ведро, банка, бутылка, мензурка, пробирка и т.д.).

Сорастворитель в СО2-экстракции

Для веществ с большей полярностью (таких как флавоноиды, сапонины, алкалоиды и т.д.) часто добавляют небольшое количество поляризатора (или сорастворителя, соэкстрагента, сореагента, модификатора), чтобы увеличить полярность СО2 и повысить способность растворять привлекательные вещества с большей полярностью.

Добавление небольшого количества сорастворителя, такого как этиловый спирт С2Н5ОН, позволяет не только увеличить плотность сверхкритической жидкости, но, что более важно, образовать новую сильную межмолекулярную силу с некоторыми молекулами растворенного вещества, тем самым улучшая селективность, скорость и полноту процесса экстракции. Наше оборудование позволяет вести процесс сверхкритической СО2-экстракции с сорастворителем.

Преимущества технологии СО2-экстракции  

Существует бесчисленное множество преимуществ СО2-экстрактов, благодаря которым они приобрели огромную популярность.

Некоторые из них перечислим:

• 100% экологичные и натуральные. С целью получения чистейшей формы CO2-экстрактов процесс экстракции осуществляется при более низкой температуре с использованием диоксида углерода, который не только нетоксичен, но и не имеет запаха.
• Без следов химического растворителя. Нет серьезных опасений по поводу следов СО2 в готовых экстрактах, поскольку в процессе их экстракции при температуре окружающей среды используется только сверхкритический диоксид углерода и ничего более.
• Ярко выраженные терапевтические свойства. Процесс экстракции CO2 обладает большой способностью получать максимальный уровень терапевтических компонентов из всех морфологических частей растительного и животного сырья: корни и корневища, стебли, цветы, семена растений, споры грибов, мускусы животных, отходы переработки гидробионтов и т.д.
• Приятный натуральный аромат. Экстракты класса CO2 широко ценятся за их естественный аромат, который соответствует аромату исходного сырья, поскольку они извлекаются без использования синтетического растворителя и высоких температур.
• Отсутствие примесей. Метод экстракции CO2 является идеальным выбором для получения 100% натуральных экстрактов, поскольку они не извлекаются из продуктов на основе производных нефти, таких как гексан или бутан.
• Естественная пространственная структура молекул. Благодаря химической нейтральности СО2 молекулы готовых экстрактов сохраняют неизменную природную пространственную структуру молекул и потому абсолютно безопасны для применения в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.
• Отсутствие бактериальной обсемененности готовых экстрактов. Даже в аспекте бактериальной обсемененности, СО2-экстракты являются наиболее безопасными. Это обусловлено высоким давлением их производства в изолированном от окружающей среды контуре, в котором от высокого давления вся микрофлора, в том числе патогенная, погибает.
• Высокая степень контроля процесса экстракции. Используя сверхкритический CO2, производитель полностью контролирует процесс экстракции простым изменением его технологических режимов.
• Многократное использование растворителя. CO2 может использоваться повторно в цикле экстракции неограниченное количество раз, что делает этот метод более экологически чистым по сравнению с другими.
• Выход при использовании сверхкритического CO2 выше, чем при других методах экстракции. Выход и состав продукта можно легко варьировать, регулируя физические свойства газа путем изменения настроек установки СО2-экстракции.
• Широта применения и неограниченные возможности сбыта. Экстракты, полученные в результате сверхкритической экстракции CO2, привлекательны сразу для нескольких отраслей промышленности: пищевой, косметической и фармацевтической.
• Более высокая селективность, поскольку сольватирующую способность жидкости можно регулировать путем изменения температуры и давления.
• Более низкая вязкость и более высокая диффузионная способность сверхкритических жидкостей обеспечивают более быстрый массообмен растворенных веществ из пористых материалов.
• Может выполняться при низких температурах, что делает процесс идеальным для извлечения термочувствительных соединений.
• Экстракты, растворенные в сверхкритическом углекислом газе, могут быть отделены в установке практически без остатка растворителя.
• Установки СКФ-СО2-экстракции могут быть соединены с ГХ-МС или ЯМР анализаторами, что позволяет мгновенно извлекать, анализировать и количественно определять извлеченные молекулы.
• СО2-экстракция может проводиться в различных масштабах: аналитическом (проба менее 1 г), препаративном (сотни граммов пробы), пилотном (килограммы пробы) и промышленном (от сотен килограмм до многотонных партий).
• В промышленных масштабах сверхкритический диоксид углерода обычно используется повторно, что сводит к минимуму образование отходов.
• Полученные сверхкритические СО2-экстракты легко могут храниться при комнатной температуре.

В чем разница между докритической и сверхкритической СО2-экстракцией? 

Установки СО2-экстракции доступны в двух формах: сверхкритическое извлечение и докритическое извлечение. Это схожие методы экстракции, имеющие основное отличие в давлении экстракции, которое существенным образом влияет на выход готового экстракта.

Различия между методом холодного отжима, методом СО2-экстракции, методом паровой дистилляции и методом экстракции органическим растворителем

Безопасна ли СО2-экстракция?

Когда это делается обученным персоналом,  CO2-экстракция является одним из самых безопасных и доступных методов извлечения. С точки зрения окружающей среды и здоровья углекислый газ не токсичен и пожаробезопасен, в отличие от углеводородных нефтяных растворителей, таких как бутан или пропан.

CO2 может похвастаться еще одной особенностью, которая также повышает его безопасность для здоровья человека. Любой остаточный CO2, который сливается вместе с экстрактом, испаряется, поэтому в продукте его не остается.

СО2-экстракция лучше, чем другие методы?

Безопасность и нетоксичность CO2-экстракции, как правило, делает ее более привлекательным вариантом, чем другие методы экстракции. Универсальность технологии также обеспечивает преимущество перед другими методами. Изменение температуры и давления позволяет извлекать вещества избирательно, что позволяет настраивать процесс экстракции для различных производственных задач и рецептур конечных продуктов. Главное, что характер самого процесса CO2-экстракции, как правило, приводит к получению превосходного по качеству продукта.

Лучше ли СО2-экстракция, чем холодное прессование (холодный отжим масла)? 

Масло холодного отжима получают путем прессования масличных семян или фруктов с использованием прессов из нержавеющей стали.

Сырье сдавливается в ограниченном объеме пространства, и под воздействием такого давления отделяется масло. Несмотря на название, в процессе отжима масла из-за трения выделяется большое количество тепла, в результате чего температура масла поднимается в среднем до 60 ° C, а температура жмыха иногда до температуры выше 100° C. Чтобы продаваться как продукт холодного отжима, сырье перед прессованием не должно нагреваться до довольно «горячих» 60° C. Точно так же, как если бы ваша рука подверглась воздействию этих 60° C, чувствительные к температуре вещества могут оказаться поврежденными, и многие из их терапевтических свойств будут утрачены. К тому, же масло холодного отжима взаимодействует с кислородом воздуха в подогретом состоянии, и процессы его окисления не исключены. 

СО2-экстракты лучше всего, потому что бескислородная среда и низкие температуры обработки сырья особенно важны при извлечении хрупких масел, таких как, например, масло шиповника.

Поддерживая низкие температуры и экстрагируя все "активные" компоненты, мы можем сохранить и защитить все ботанические терапевтические свойства готовых экстрактов.

Этот процесс обеспечивает в два раза больше регенерирующих стеринов и в пять раз больше каротиноидов, чем обычное масло из семян шиповника, полученное прессованием. Благодаря этому биологическая активность и срок хранения СО2-экстрактов выше примерно в 3-5 раз.

СО2-экстракты лекарственного сырья имеют потрясающие естественный цвет и аромат, который надо увидеть.

Для чего используется сверхкритическая СО2-экстракция? 

Применение технологии сверхкритической СО2-экстракции в основном включает:

извлечение полезных компонентов с высокой добавленной стоимостью (натуральные пигменты, ароматизаторы и вкусовые добавки, пищевые или лекарственные ингредиенты и т.д.) или удаление вредных компонентов из натуральных продуктов; селективное извлечение линейных алканов или ароматических углеводородов; регенерация адсорбентов (таких как активированный уголь); отделение мономеров или остаточных растворителей от полимеров, отделение азеотропов; разделение изомеров; контроль загрязнения окружающей среды (например, извлечение ионов металлов или органических веществ из растворов сточных вод, извлечение загрязняющих веществ из почвы, обработка ядерных отходов и многое другое).

Применение сверхкритической СО2-экстракции в пищевой промышленности

Сверхкритическая СО2-экстракция биологически активных веществ хмеля.

Использование сверхкритической СО2-экстракции липофильного комплекса хмеля значительно улучшило качество пивоваренных ингредиентов, представленных на рынке, так как сваренное с применением СО2-экстракта пиво обладает отменными пенообразованием и вкусом.

Сверхкритическая СО2-экстракция пищевых масел

Применение сверхкритической CO2-экстракции растительных масел является широко распространенным и общепризнанным технологическим процессом.

Ученые и практики провели много исследований экстракции масла сои, арахиса, семян подсолнечника, пальмовых семян, рисовых отрубей, зародышей пшеницы, зародышей кукурузы и других зерновых культур. Пищевые масла, полученные с помощью СО2-экстракции не требуют проведения процесса рафинации. Выход масел достигает 98% ботанической масличности.

Помимо экстракции масел зерновых СО2-экстракция все больше применяется для экстракции масел тмина, черного перца, фенхеля, имбиря, мускатного ореха, гвоздики, облепихи, семян конопли, кожуры и семян томата, семян шиповника, винограда и т.д. Из некоторого сырья, такого как, например, томат и облепиха, с помощью установки сверхкритической СО2-экстракции можно извлекать натуральные жирорастворимые красители с высокой биологической активностью: ликопин и B-каротин.

Сверхкритическая СО2-экстракция натуральных пищевых красителей

По сравнению с традиционным методом экстракции органическим растворителем, технология сверхкритической CO2-экстракции не загрязняет продукт остатками вредного растворителя и не вызывает негативного влияния на окружающую среду. Она предотвращает термическое разложения экстракта при высокой температуре, защищая активность биологически активных веществ и может сохранять натуральные вкус и аромат экстракта.

Поэтому технология сверхкритической жидкостной экстракции CO2 была применена для извлечения и очистки натуральных пищевых красителей, таких как красный пигмент стручкового перца, ликопин, β-каротин.

Сверхкритическая СО2-экстракция натуральных ароматизаторов

В традиционном методе экстракции натуральных ароматизаторов по-прежнему присутствует фактор термической обработки, который обязателен при проведении водно-паровой дистилляции.

Дистилляция водяным паром и нагревание при экстракции органическим растворителем приводят к разрушению некоторых термочувствительных или химически нестабильных компонентов эфиромасличных растений, что вызывает изменение уникального аромата, вкуса и цвета готовых экстрактов.

Метод сверхкритической жидкостной экстракции CO2 позволяет проводить весь процесс разделения при комнатной температуре, при этом CO2 не токсичен и не имеет остаточных негативных явлений для  продукта и человека, поэтому он особенно подходит для разделения и очистки нестабильных натуральных продуктов, что подходит для производства экстрактов с нативным ароматом сырья.

Сверхкритическая СО2-экстракция ингредиентов для БАД

Сверхкритическая жидкостная экстракция CO2 является идеальным методом разделения при экстракции природных лекарственных веществ.

Почти все эффективные ингредиенты лекарственных трав могут быть сохранены, в основном, включая флавоноиды, алкалоиды, кумарины, летучие масла и другие химические вещества.

Дополнительная информация по процессам СО2-экстракции

В последние годы в процессе изменения мировоззрения современного человека в сторону приверженности к укреплению своего здоровья натуральными природными концентратами сверхкритической экстракции уделяется все больше внимания, поэтому она набирает огромную популярность среди производителей пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

Кроме того, аналитическая сверхкритическая углекислотная экстракция используется для предварительной обработки биологических образцов для анализа на следовые лекарственные препараты, и она показала привлекательные перспективы применения с точки зрения постепенной замены некоторых традиционных методов, демонстрируя более быстрое и безопасное, экономическое и экологически безвредное превосходство.

Что может извлекать сверхкритический СО2?

Установка сверхкритической СО2-экстракции без применения сорастворителя отлично извлекает липофильные неполярные вещества с малой молекулярной массой.

Практика показывает, что сверхкритические СО2-экстракты в основном представляют собой смесь летучих масел, жиров, спиртов, простых и сложных эфиров, смол и других липофильных химических компонентов.

Почему сверхкритическая СО2-экстракция лучше, чем паровая дистилляция для извлечения эфирных масел?

При паровой дистилляции молекулярный состав, как матрицы сырья, так и экстрагируемого эфирного масла, изменяется в зависимости от температурного воздействия пара. С другой стороны, CO2-экстракт по химическому составу ближе к исходному растению, из которого он получен, поскольку негативное температурное воздействие при извлечении исключено, и состав СКФ-СО2-экстракта имеет более широкую линейку и выход извлеченных веществ. СКФ-СО2-экстракты полностью сохраняют аромат и биологическую активность веществ сырья.

Температура экстракции низкая. Критическая температура CO2 составляет всего 31℃, а критическое давление - 73 атм, что может эффективно предотвращать окисление, рассеивание и реакцию термочувствительных компонентов. У установки сверхкритической СО2-экстракции высокая  эффективность извлечения и низкое энергопотребление. Операции извлечения и разделения в установке СКФ-СО2-экстракции объединены в одно целое. Когда сверхкритический СО2 насыщен растворенными в нем веществами и проходит через сепаратор, падение давления приводит к тому, что CO2 и экстракт быстро возвращаются в две отдельные фазы (разделение газа и жидкости) и немедленно отделяются друг от друга. Процесс фазового перехода не требует дорогостоящей отгонки растворителя и прост в эксплуатации.

Технологический процесс СО2-экстракции очень простой, и в качестве параметров для настройки процесса экстракции можно использовать как давление, так и температуру. Вблизи критической точки небольшие изменения температуры и давления вызовут значительные изменения плотности CO2, что приведет к изменению растворимости экстрагируемого вещества. Это может быть достигнуто путем регулирования температуры или давления для достижения цели извлечения нужных веществ в нужном количестве.

Экологичность сверхкритических СО2-экстрактов

Применение углекислого газа обеспечивает более чистый и здоровый продукт. В отличие от органических растворителей, таких как бутан и гексан, СО2-экстракт не содержит растворителей или химических остатков. Он также пригоден для вторичной переработки и в долгосрочной перспективе лучше для людей и для нашей планеты в целом.

Технологический процесс является коротким, нетрудоемким и использует небольшое количество  производственных площадей. В то же время он действительно экологически чист. Углекислый газ после отделения  от продукта возвращается назад в цикл экстракции для повторно использования, и не будет загрязнять окружающую среду. Именно поэтому заводы, оборудованные установками сверхкритической СО2-экстракции могут по праву иметь статус «зеленых производств»

Как расширить функционал установки сверхкритической СО2-экстракции?

Полярность СО2 может быть легко изменена путем добавления сорастворителя. Таким образом вы сможете извлекать группы полярных веществ, доступных в докритических режимах экстракции.

На заметку производителю СО2-экстрактов

Значение растворимости растворенного вещества в докритическом СО2 меньше на порядок, чем в сверхкритическом СО2.

CO2 обладает сильным эффектом гомогенизации. Исследования показали, что по меньшей мере 140 соединений могут образовывать гомогенное смешиваемое состояние с СО2 при умеренном давлении и комнатной температуре, то есть жидкий СО2 и сверхкритический СО2 может смешиваться со многими неполярными и слабополярными растворенными веществами, такими как углеродные нормальные алканы с менее чем 12 атомами, нормальные алкены с менее чем 10 атомами углерода, низшие спирты с менее чем 6 атомами углерода в основной цепи и низшие жирные кислоты с менее чем 10 атомами углерода в основной цепи. Сложноэфирные соединения не более 12 атомов углерода, где их число в спиртовой основе меньше или равно 4, низкоуглеродистые альдегиды с атомами углерода менее 7, низкоуглеродистые кетоны с атомами углерода менее 8, низкоуглеродистые эфиры с атомами углерода менее 4 и т.д.

Хотя сверхкритический СО2 при среднем давлении обладает превосходной растворимостью для вышеупомянутых алифатических углеводородов и низкополярных липофильных соединений, по мере увеличения числа атомов углерода, то есть с увеличением длины цепи и молекулярной массы, его растворимость изменится от смешиваемого состояния до частичной растворимости. 

Растворимость многоатомных спиртов, поликислот и множественных гидроксильных и карбоксильных соединений в сверхкритическом СО2 чрезвычайно низка.

Высокополярные вещества, такие как сахара, аминокислоты, крахмалы, белки и т.д., почти нерастворимы в сверхкритическом СО2, поэтому они не будут экстрагироваться. На фоне этого при извлечении масел из масличных зерновых культур способом сверхкритической СО2-экстракции можно получать 2 дорогостоящих продукта: масло и белковая мука. Белковую муку охотно скупают производители функциональных продуктов для спортивного питания, а также производители коктейлей и продуктов натуральных каш быстрого приготовления.

Сверхкритический СО2 практически нерастворим в соединениях с молекулярной массой более 500.

Владея этой информацией вы поймете, может ли необходимое вещество быть извлечено сверхкритическим СО2, а также выбрать диапазон веществ, которые могут быть использованы в качестве сореагента, когда в процессе экстракции СО2 необходимо добавить сореагент.

Каков наилучший метод обработки сырья перед экстракцией

Основными факторами, влияющими на эффект экстракции в процессе предварительной обработки, являются содержание воды и размер частиц материала.

Предварительная обработка сырья включает в себя операцию сушки и измельчения (дробление, нарезка и т.д.). Для сохранения термочувствительных веществ сырья в процессе сушки лучше использовать холодные атмосферные сушилки, которые вы также можете заказать у нас.

Влияние содержания воды на сверхкритическую СО2-экстракцию

Эффективность сверхкритической СО2-экстракции определяется контактом экстракционного растворителя с фосфолипидами мембран растительных клеток и цитоплазматическими телами, эффективностью взаимной растворимости и скоростью массопереноса липофильных веществ клеточную стенку.

Для повышения скорости экстракции ключевым моментом является разрушение непрерывной водной пленки на границе раздела клеток и органелл, чтобы экстракционный растворитель мог эффективно контактировать и растворяться с компонентами сырья. Если содержание воды слишком большое, содержание полярных соединений в экстракте будет увеличиваться, в то время как растворимость неполярных соединений уменьшится. Влажность сырья более 12% такж может привести к обледенению и блокировке контура экстракции.

Влияние размера частиц на сверхкритическую СО2-экстракцию

Хотя сверхкритический CO2 обладает лучшими характеристиками массопереноса и более высокой скоростью диффузии, этапом управления, на котором растворенное вещество в твердом веществе переносится в сверхкритическую жидкую фазу CO2, является скорость диффузии растворенного вещества в твердом веществе. Чем мельче частицы сырья, тем быстрее растворитель проникнет в его глубь и выйдет из него, будучи насыщенным растворенными веществами. Таким образом, размер частиц сырья оказывает значительное влияние на эффективность процесса экстракции.

Но, слишком мелкий размер частиц усугубит тепловой эффект сверхкритической границы раздела фаз и еще может забить механический фильтр картриджа, в который загружено сырье. Хотя повреждение клеточной стенки растения в это время более полное, оно увеличивает объемную плотность сырья, и проницаемость сырья для растворителя ухудшается, в результате чего CO2 только течет по «набитым каналам» и плохо «промывает» сырье. Это делает извлечение неравномерным. В то же время также возможно быстрое образование плотных комков под давлением, что может повлиять на выход экстракта, и в то же время разница давлений между передней и задней частями экстрактора резко возрастет, что сделает экстракцию невозможной. Рекомендованная крупность частиц – 200 мк.

Каковы оптимальные параметры сверхкритической СО2-экстракции?

Рабочие параметры экстракции в основном включают давление и температуру экстракции, время экстракции, гидромодуль, процент ввода соэкстрагента и т.д. Плотность CO2 задается давлением экстракции, температурой, а также тем и другим.

Каково наилучшее давление сверхкритической СО2-экстракции?

Способность к растворению у углекислого газа пропорциональна его плотности. Вблизи критической точки, если давление немного изменится, его плотность будет иметь относительно большое изменение.

Следовательно, для многих твердых или жидких растворенных веществ, если растворенное вещество и растворитель не являются взаиморастворимыми бесконечно, растворяющая способность сверхкритического СО2 и давление имеют значительную корреляцию.

При различных давлениях диапазон экстрагируемых веществ различен. Извлечение низкомолекулярных эфирных масел (ароматических компонентов) проходит уже под низким давлением, по мере увеличения давления, диапазон экстрагируемых веществ расширяется, но зависимость не линейна. Когда давление повышается до 300 атм., растворяющая способность увеличивается уже медленно, что не касается таких веществ, как, например, B-каротин и астаксантин, которые требуют давлений экстракции 600-800 атм.

В то же время давление связано со стоимостью оборудования, безопасностью и производственными затратами. Поэтому при производстве давление не следует повышать неограниченно только для увеличения производительности, и следует учитывать комплексные показатели, такие как ресурсы продукта и общие эксплуатационные параметры. Оптимальными установками для коммерческого использования являются те, которые способны работать в диапазоне максимальных рабочих давлений от 250 до 330 атм. Установки СО2-экстракции  с меньшим рабочим давлением не годятся для коммерческого использования, так как в большинстве случаев не могут обеспечить экономически оправданный выход готовых экстрактов. Исключение составляют установки с рабочим давлением от 80 до 120 атм., которые могут применяться в процессах извлечения эфирных масел. Но, согласитесь, покупать себе дорогую установку, однобокую с точки зрения ассортимента групп перерабатываемого сырья, не совсем разумно, так как желательно в запасе иметь дополнительный функционал, который всегда позволит удовлетворять любой спрос, возникающий в пределах рынка СО2-экстрактов.

Какова наилучшая температура сверхкритической СО2-экстракции?

По мере повышения температуры тепловое движение молекул ускоряется, вероятность столкновения друг с другом возрастает, как и коэффициент диффузии растворенного вещества.

Но когда давление высокое, плотность CO2 очень велика, сжимаемость мала, увеличение молекулярного расстояния, вызванное нагревом и ослаблением межмолекулярной силы, а также ускорение молекулярного теплового движения и увеличение вероятности столкновения, мало влияют на растворимость.

Когда давление существенно снижено, увеличение давления паров растворенного вещества, вызванное повышением температуры, недостаточно для компенсации снижения растворимости сверхкритического СО2, поэтому общий эффект все равно приводит к снижению концентрации растворенного вещества в сверхкритическом СО2.

Поэтому влияние температуры на процесс СО2-экстракции в меньшей степени выражено, чем влияние давления.

Для экстрагирования определенного вещества существует оптимальная температура экстракции, которая уравновешивает два вышеуказанных противоречия при оптимальных условиях давления.

Повышение температуры экстракции выше 50°C обычно приводит только к увеличению обводненности готовых экстрактов без особого влияния на выход целевых веществ. С другой стороны, при повышении температуры экстракции нарушается структура извлекаемых термолабильных веществ. Поэтому диапазон температур экстракции от 25°C до 50°C считается в профессиональной практике оптимальным для большинства экстрагируемых веществ.

Отделение растворителя в сепараторах установки СО2-экстракции

Рабочие параметры разделения включают давление и температуру разделения. Время циркуляции сверхкритического СО2 зависит от способности к извлечению растворенного вещества и коэффициента разделения сверхкритической жидкости.

После процесса экстракции плотность сверхкритического СО2 должна быть уменьшена для избирательного отделения экстракта в сепараторе. Для осуществления этого разделения, как правило, существует три метода регулировки: нагрев при постоянном давлении или снижение давления при постоянной температуре, или снижение давления и нагрев. Оптимальные условия эксплуатации должны быть получены с помощью специальных экспериментов.

• Температура разделения

Когда давление отделения остается постоянным, по мере повышения температуры процесса разделения способность CO2 переносить вещества уменьшается, и экстрагируемые вещества легче выпадают на дно сепаратора, но селективность отделения в таком случае плохое, и нелегко получить более чистое отдельное вещество. Процесс сложен, а потери велики, что приводит к низкому выходу конечного продукта, и чем выше температура, тем больше вероятность потери летучих и термочувствительных веществ.

Для получения более чистых экстрактов или продуктов с более летучими компонентами и для защиты термочувствительных веществ необходимо искать меньшую температуру разделения.

• Давление разделения

По мере снижения рабочего давления разделения плотность СКФ-CO2 уменьшается, так что растворенный в нем экстракт будет легче отделен в сепараторе. При дальнейшем снижении рабочего давления ниже найденного оптимума скорость разделения, как правило, остается прежней.

Когда давление отделения экстракта разное, химический состав экстракта также будет иметь определенную разницу. Поэтому многоступенчатое разделение, когда в установке экстракции 2 или более сепаратора, всегда лучше с точки зрения повышения селективности процесса. Например, при отделении укропного масла наличие только одного сепаратора с узким диапазоном регулируемого давления может привести к тому, что липидный комплекс вместе с пигментами, не сможет отделиться в нем.  Наличие второго сепаратора с меньшим диапазоном регулируемых давлений решает эту задачу.

Поэтому разумная регулировка технологических параметров сепараторов является ключом к достижению цели разделения различных веществ.

Как получить наилучшие параметры сверхкритической СО2-экстракции при переработки вашего сырья?

В лабораторных технико-экономических исследованиях обычно используются такие методы, как метод наименьших квадратов, однофакторный тест или метод поверхности отклика, для изучения влияния различных факторов на скорость извлечения (или скорость извлечения) и селективность целевого вещества, чтобы оптимизировать соответствующие рабочие параметры. Также выявить оптимальные режимы экстракции можно с помощью опытно-промышленных тестов.