СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ СО2 ЭКСТРАКЦИЯ

Еще из школьного курса физики известны три агрегатных состояния вещества – твердое, жидкое и газообразное. При изменении температуры и/или давления  вещество может обратимо переходить из одного состояния в другое.

Однако, если газ сильно сжать, а потом нагреть, он  примет промежуточное между жидким и  газообразным состояние, которое называется «сверхкритическим флюидом» (от англ. fluid, «способный течь»).

В этом состоянии плотность газа скачкообразно увеличивается в десятки раз и оказывается близкой к плотности жидкости. Вязкость же  остается почти такой же, как у газа. А самый главный химический параметр, коэффициент диффузии, примает промежуточное между жидкостью и газом значение.

Помимо столь резкого изменения основных параметров при переходе от газа к сверхкритическому флюиду проявляется и еще одна особенность, свойственная фазовым переходам: возникают мощные флуктуации плотности, похожие на те, что наблюдают в закипающей воде. Это сказывается на спектре пропускания света: в момент перехода кювета с флюидом становится непрозрачной. Если дальше нагревать флюид или увеличивать давление, то флуктуации будут уменьшаться, однако полностью не исчезнут.

Современные представления трактуют сверхкритическое состояние как наличие свободных молекул и многочисленных слабо связанных между собой молекулярных кластеров. Расстояния между присутствующими в сверхкритическом флюиде частицами (свободные молекулы и кластеры) значительно больше, чем в жидкости, но намного меньше, чем в газе. Внутри кластеров молекулы располагаются хаотично, энергия межмолекулярного взаимодействия в них весьма невелика, а скорость, с которой отдельные молекулы входят в кластеры и покидают их, наоборот, очень высока. Именно отсюда и вытекает исключительно низкая вязкость и одновременно высокая диффузионная способность флюидов.

Иными словами,  сверхкритический флюид – это газ, сжатый до плотности, приближающейся к плотности  жидкости.  Именно из-за этого сверхкритический флюид   является  растворителем с уникальными свойствами.

Впервые вещества в сверхкритическом состоянии наблюдал в 1822 г. французский физик Ш.Каньяр де ла Тур. В Советском Союзе в 50-е гг. Щузе предложил методом сверхкритической экстракции получать ланолин из шерсти, а также использовать данный метод при фракционировании сырого масла. Исследования представляли определенный интерес, однако мощным толчком для развития технологий сверхкритической экстракции стали работы Цозеля (Ин-т Макса Планка). Именно они привели к первому профильному симпозиуму в Эссене (Германия) в 1978г.

Одной из самых востребованных областей применения сверхкритических флюидов стало извлечение биологически активных веществ из растительного сырья.

Наиболее широко применяется сверхрктический углекислый газ (СО₂ ), как в моноварианте (в качестве самого оптимального растворителя неполярных соединений), так и в комбинации с различными сорастворителями, модификаторами  (такими как этанол, аммиак и сверхкритическая вода),   позволяющими усиливать растворяющую способность углекислого газа и селективность экстрагирования.

По сравнению с другими традиционными растворителями, использующимися при выделении биологически активных веществ (петролейный эфир, бензол, гексан, изопропанол, трихлорэтилен и пр.),  неоспоримыми премуществами сверхкритического СО₂ являются:

• высокая селективность по отношению к извлекаемым целевым компонентам и возможность получать вариабельные по составу экстракты, изменяя давление  СО₂;
• рабочий диапазон температур,  не превышающий 40°С;
• его нетоксичность, химическая инертность;
• экологическая чистота производства, дешевизна и возобновляемость источников СО₂ ;
• отсутствие эффекта аэрации, инактивация ферментов класса пероксидаз в сырье, приводящее к ингибированию окислительных процессов в конечном экстракте;
• отсутствие в конечных экстрактах техногенных, токсичных, «тяжелых» металлов, таких как никель, свинец, кадмий, медь. (Другие виды неполярных растворителей таким свойством не обладают. При сравнении сверхкритического  экстракта с другими видами неполярных экстрактов достоверно показано, что, например, концентрация токсичного свинца  при использовании других неполярных растворителей  может значительно превышать значения содержания тяжелых металлов по норме ГСКЛС.)
• стерильность конечного экстракта (в процессе экстракции происходит полное уничтожение как аэробной, так и анаэробной микрофлоры; спор и мицелия  грибков)