Cверхкритическая флюидная экстракция (CO2 экстракция)

В общем смысле экстракция – это процесс извлечения отдельных компонентов из смеси с помощью специальных средств – экстрагентов, практически не смешивающихся с исходной смесью или раствором. Экстракция широко применяется в различных отраслях промышленности: пищевой, фармацевтической, химической, нефтеперерабатывающий и пр. В лабораторных условиях экстракция применяется для извлечения из смеси нужного вещества в чистом виде или для непрерывного выделения и удаления из смеси, получаемой в ходе химического синтеза, одного из продуктов реакции

Для целенаправленного разделения компонентов исходной смеси применяются селективные или избирательные растворители (экстрагенты) – такие низкомолекулярные компоненты, которые способны растворять одну фазу смеси и не искажать свойства другой фазы. Для качественного экстрагирования крайне важно грамотно подобрать экстрагент, поскольку не все растворители могут быть легко и, главное, полностью удалены из экстракта. Особенно критично вопрос чистоты полученного продукта встает в пищевой, косметической и фармацевтической отрасли, где требования к качествам готового продукта крайне велики. В этих случаях химические растворители не подходят, нужны органические. Чаще всего для подобных задач применяют CO2 экстракцию или как ее еще называют сверхкритическую флюидную экстракцию, где в качестве флюида выступает СО2.

Сжиженный диоксид углерода является наиболее эффективным экстрагентом для экстрагирования жирорастворимых веществ. В сверхкритическом состоянии (при температуре выше 31,1°C и давлении выше 71 атмосферы) диоксид углерода приобретает свойства и жидкости (плотность), и газа (вязкость и поверхностное натяжение). В этом состоянии CO2 обладает и растворяющей, и проникающей способностью, а после образования экстракта и его осаждения в специальных емкостях, углекислый газ полностью испаряется. Благодаря относительно высокому давлению в установках сверхкритической флюидной экстракции клеточная структура исходного материала разрушается и углекислый газ получает доступ к ценным биологически активным веществам, которые необходимо извлечь из исходного материала.

• Широчайшее применение – углекислый газ не имеет цвета, вкуса и запаха, отлично растворяется из выделенного экстракта, в связи с чем считается идеальным экстрагентом для биологических материалов. Он отлично подходит для экстрагирования всех жирорастворимых биологически активных веществ и многих водорастворимых.
• Максимальная эффективность – выход экстракта из исходной смеси до 99%, отсутствие посторонних примесей.
• Широкий диапазон условий, в которых СО2 сохраняет высокую эффективность – давление от 71 до 400 бар (иногда до 1000 бар), температура 30°C до 50°C, возможность применения сорастворителей и модификаторов и т.д.
• Абсолютная инертность к готовому продукту – все свойства выделенного вещества остаются неизменными.
• Высочайшая безопасность.
• Отличные органолептические характеристики полученных экстрактов.

CO2 экстракция происходит через следующие этапы:

1. дробление твёрдых частиц исходного сырья с целью увеличения площади взаимодействия экстрагента с веществом;
2. наполнение экстрактора с загруженным исходным сырьем углекислым газом;
3. экстрагирование в условиях необходимого для конкретного конечного продукта давления и температуры;
4. удаление СО2 из полученного экстракта (при снижении давления углекислый газ переходит из жидкого в газообразное состояние и легко испаряется).

Как реализуется СО2 экстракция? Рассмотрим фазовую диаграмму углекислого газа.

На изображении показано влияния температуры и давления на агрегатное состояние CO2, на переход из одной фазы в другую. Так, давление 7,38 Мпа и температура 31°С представляют собой некую критическую точку – точку перехода CO2 в сверхкритическое (флюидное) состояние, в котором пропадает отличие между жидкой и газовой фазами. На изображении также показано, что при температуре и давлении ниже критической точки, CO2 существует в жидкой фазе. Именно фазовый переход CO2 позволяет ему служить высококачественным экстрагентом.

Критическая точка, показанная на изображении выше, свидетельствует о двух видах экстракции с помощью CO2: докритической и сверхкритической. Сопоставить особенности указанных видов экстракции с применением CO2 удобнее всего в таблице.

Таблица 1. Сравнение докритической и сверхкритической экстракции.

Как следует из таблицы, СО2 в форме флюида способен извлечь больше различных соединений с большой молекулярной массой, но это нетиповая задача, она встречается не так часто, поэтому для большинства случаев вполне применима жидкая фаза СО2. Вещества с молекулярной массой свыше 2000 дальтон, как правило, содержат побочные продукты, загрязняющие исходное сырье воском, парафинами, которые частично остаются в готовом продукте. При сверхкритической экстракции на вещество действуют высокое давление и температура, что несет некоторый разрушающий эффект. Но при сверхкритической экстракции процесс протекает гораздо быстрее, что ее повышает коммерческую выгоду. Еще к преимуществам СКЭ в сравнении с ДКЭ относится широкий диапазон давления и температуры, который позволяет реализовать более широкие границы для таргетирования и фракционирования экстрактов (получаем именно то, что необходимо, и этот полученный продукт можно разделить на фракции).

Таким образом, сверхкритическая экстракция СО2 – специализированный инструмент для конкретной цели и задачи, а докритическая экстракция СО2 – универсальное средство для экологичного экстрагирования.

Ознакомиться с каталогом экстракторов можно по ссылке. Для получения консультации, оформления заявки на поставку, уточнения технических характеристик и цены, обращайтесь к нам по телефонам +7 (495) 223-18-08, 8-800-600-18-03, электронной почте info+403012@tirit.org или заполняйте форму обратной связи.