Экстракция – метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью растворителя. Для целенаправленного разделения используют селективные растворители (или экстрагенты). На первом этапе проводят смешивание смеси и экстрагента, затем разделение и на финальной стадии выделение экстрагированного вещества из экстракта. Нулевым этапом процесса экстракции можно считать грамотный выбор экстрагента, поскольку не всякий растворитель может быть удалён из целевого продукта легко и без остатка. Особенно критично данный вопрос возникает в пищевой, фармацевтической и косметической промышленностях – здесь очень высоки требования к составу и свойствам конечного продукта, поэтому химические растворители не подходят. На современных производствах и в лабораториях в таких случаях применяют CO₂-экстракцию (углекислотную экстракцию).
CO₂ экстракты
Данная технология позволяет получать продукт двух типов: селективные и цельные CO₂-экстракты.
Селективные — докритические экстракты, извлекаемые в условиях низкого давления и температуры. Характерная особенность таких составов: преимущественное содержание летучих растворимых компонентов и полное отсутствие тяжелых — смол, пигментов, парафинов. Продукт, полученный этим способом, напоминает результат паровой дистилляции, но с более широкой возможностью таргетирования фракций.
Для цельных сверхкритических CO₂-экстрактов требуется высокое давление и температура. За счет присутствия тяжелых компонентов такие экстракты обладают более богатым составом и, как правило, имеют вязкую консистенцию, однако легко растворяются при контакте с эфирами и легком нагреве.
CO₂-экстракты заметно выделяются среди прочих базовых ингредиентов, используемых в косметической и пищевой промышленности благодаря экологичности и универсальности процесса.
Технология CO₂-экстракции
Диоксид углерода (углекислый газ CO₂) при нормальных условиях находится в газообразном состоянии. Это бесцветный газ, не имеющий вкуса и запаха, что делает его идеальным экстрагентом для биологических субстанций. Процесс экстракции при помощи CO₂ можно разделить на следующие этапы:
- 1) измельчения твёрдого сырья для увеличения площади взаимодействия диоксида углерода с веществом;
- 2) заполнение углекислым газом экстрактора с твёрдым измельчённым сырьём;
- 3) экстрагирование при достижении необходимого давления и температуры;
- 4) удаление углекислого газа из жидкого экстракта (давление снижается и углекислый газ переходит в газообразное состояние).
За счёт чего реализуется экстракция? Рассмотрим фазовую диаграмму CO₂ (рис.1.):
Рис.1. Фазовая диаграмма CO₂.
На данном графике отражена зависимость агрегатного состояния вещества от температуры и давления. Так можно заметить, что при давлении 7,38 Мпа и температуре 31°С отмечена критическая точка. Это точка перехода CO₂ в сверхкритическое (флюидное) состояние, в таком состояние исчезает различие между жидкой и газовой фазами. Но из диаграммы можно также отметить, что при давлениях и температурах ниже критической точки CO₂ может существовать в жидком виде, что позволяет реализовать роль экстрагента.
Докритическая и сверхкритическая CO₂ экстракция
Таким образом, различают два вида экстракции диоксидом углерода: докритическую и сверхкритическую экстракции. Для удобства восприятия информации представим сравнительную таблицу 1:
Таблица 1. Сравнительная характеристика докритической экстракции и сверхкритической экстракции.
|
Докритическая CO₂-экстракция |
Сверхкритическая CO₂-экстракция |
|
Растворитель (экстрагент) – диоксид углерода, неполярный растворитель |
|
|
Сжиженный CO₂ - жидкость |
Сжиженный CO₂ – флюид (лучше как растворитель, может извлекать любые неполярные соединения с большой молекулярной массой) |
|
Медленный процесс |
Быстрый процесс |
|
Более чистый продукт |
Продукт может быть загрязнён высокомолекулярными соединениями (парафины) |
|
Продукт не подвержен повреждению |
Продукт может быть повреждён |
|
Неглубокая матрица извлечения |
Глубокая матрица извлечения |
|
Ограниченная возможность таргетирования выхода |
Широкая возможность таргетирования выхода |
|
Ограниченная возможность фракционирования |
Широкая возможность фракционирования |
Флюид позволяет извлечь больше соединений с большой молекулярной массой, но обычно такой задачи нет, поэтому с извлечением большинства веществ справляется жидкий диоксид углерода. А вот вещества с молекулярной массой свыше 2000 дальтон, как правило, побочные продукты, загрязняющие сырьё: воск, парафины. Также чрезмерно высокое давление и температура оказывают разрушающее действие на вещество. Зато процесс протекает быстро, что, с коммерческой точки зрения, выгодно. А широкий диапазон давления и температуры позволяют реализовать более широкие пределы для таргетирования и фракционирования экстрактов (получаем именно то, что надо, и можем разделить на фракции).
Подводя итоги теоретической части, мы можем говорить о том, что сверхкритическая экстракция – специализированный инструмент для конкретной цели и задачи, а докритическая экстракция – универсальное средство для экологичного экстрагирования.
Перейти в раздел каталога
