استخلاص السوائل فوق الحرجة

يستخدم استخلاص السوائل فوق الحرجة (SFE) سائلًا يُحفظ فوق درجة حرارته وضغطه الحرج، وغالبًا ما يكون ثاني أكسيد الكربون، كمذيب للاستخلاص. يجمع السائل فوق الحرج بين قابلية الانتشار الشبيهة بالغاز واللزوجة المنخفضة مع قوة الإذابة الشبيهة بالسائل، ويمكن تعديل قوة المذيب عن طريق ضبط الضغط ودرجة الحرارة. نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج غير سام، ولا يترك أي بقايا مذيب، ويعمل بالقرب من درجة الحرارة المحيطة، فإن استخلاص السوائل فوق الحرجة هو تقنية خضراء رائدة للمنتجات الطبيعية الحساسة للحرارة.

Definition

استخلاص السوائل فوق الحرجة هو استخلاص من نوع صلب-سائل يكون فيه المذيب سائلًا يُحفظ فوق درجة حرارته وضغطه الحرج، مما يمنحه خصائص وسيطة شبيهة بالغاز والسائل يمكن تعديل قوة إذابتها من خلال الضغط ودرجة الحرارة.

Scope

يغطي المدخل الحالة فوق الحرجة وسبب ملاءمتها للاستخلاص، وقابلية ضبط قوة المذيب، ومزايا ثاني أكسيد الكربون، ومكان استخلاص السوائل فوق الحرجة بين البدائل الحديثة للاستخلاص التقليدي. إنه مرجع منهجي ولا يقدم بروتوكولات عملية أو تعليمات جرعات أو علاجية.

Core questions

• ما هي الخصائص الفيزيائية للسائل فوق الحرج التي تجعله مذيبًا فعالًا وقابلًا للتعديل؟
• لماذا يعتبر ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج الخيار المهيمن للمنتجات الطبيعية؟
• كيف يتم استخدام الضغط ودرجة الحرارة والمذيبات المساعدة للتحكم في الانتقائية؟
• كيف يقارن استخلاص السوائل فوق الحرجة بالطرق التقليدية وغيرها من طرق الاستخلاص الحديثة من حيث العائد والانتقائية وبقايا المذيبات؟

Key concepts

• الحالة فوق الحرجة والنقطة الحرجة
• ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج
• كثافة وقوة مذيب قابلة للتعديل
• إضافة مذيب مساعد (معدّل)
• مستخلصات خالية من المذيبات
• مكونات حساسة للحرارة
• الاستخلاص الأخضر

Mechanisms

فوق درجة حرارته وضغطه الحرج، يدخل السائل الحالة فوق الحرجة، حيث يتمتع بقابلية انتشار شبيهة بالغاز ولزوجة منخفضة، ومع ذلك كثافة وقوة إذابة شبيهة بالسائل، مما يسمح له باختراق المصفوفة بسهولة وإذابة المكونات المستهدفة؛ ولأن الكثافة وبالتالي قوة المذيب ترتفع بشكل حاد مع الضغط بالقرب من النقطة الحرجة، يمكن تعديل الانتقائية عن طريق ضبط الضغط ودرجة الحرارة (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006). ثاني أكسيد الكربون هو السائل المعتاد: تسمح نقطته الحرجة التي يمكن الوصول إليها بدرجات حرارة تشغيل قريبة من درجة الحرارة المحيطة تحمي المركبات الحساسة للحرارة، وهو غير سام وغير قابل للاشتعال، وعند إزالة الضغط يتبخر ليترك مستخلصًا خاليًا من المذيب (Herrero et al., 2006). يفضل ثاني أكسيد الكربون وحده المكونات المحبة للدهون، لذلك غالبًا ما تضاف كمية صغيرة من مذيب مساعد قطبي مثل الإيثانول لتوسيع النطاق ليشمل جزيئات أكثر قطبية، ويمكن لنفس الجهاز أن يجزئ ويستخلص (Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013).

Clinical relevance

ينتج استخلاص السوائل فوق الحرجة مستخلصات خالية من المذيبات وكسور شبيهة بالزيوت الأساسية تستخدم في التطبيقات الصيدلانية والغذائية والمغذيات، لذا فإن فهمها يدعم التقييم النقدي لكيفية صنع مستحضرات المنتجات الطبيعية الخالية من المخلفات. هذا سياق منهجي وصفي وليس إرشادات سريرية؛ ولا يعني أي توصية بشأن الاستخدام أو الجرعة أو الإشارة.

Evidence & guidelines

يتم توثيق استخلاص السوائل فوق الحرجة بشكل رئيسي في مراجعات المنهجية وأدبيات الدراسات الأولية، والتي تقارنه بالاستخلاص التقليدي والتقطير من حيث الانتقائية، واللطف الحراري، وغياب المذيبات العضوية المتبقية (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013). يلخص المدخل هذه الأدبيات على مستوى مرجعي وليس إرشادات تنظيمية أو سريرية.

History

يعود الاهتمام بالمذيبات فوق الحرجة إلى ملاحظات القرن التاسع عشر حول زيادة قوة المذيب بالقرب من النقطة الحرجة، لكن التطبيقات العملية للمنتجات الطبيعية نمت منذ أواخر القرن العشرين، مع إزالة الكافيين باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج واستخلاص الجنجل (hops) من بين النجاحات الصناعية المبكرة التي رسخت استخلاص السوائل فوق الحرجة كبديل أخضر لاستخلاص المذيبات العضوية (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006).

Seminal works

• herrero-2006
• reverchon-2006

Frequently asked questions

لماذا يستخدم ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج على نطاق واسع في استخلاص السوائل فوق الحرجة؟

يتم الوصول إلى نقطته الحرجة في ظروف معتدلة، لذا يمكن إجراء الاستخلاص بالقرب من درجة الحرارة المحيطة لحماية المكونات الحساسة للحرارة، ولأنه غير سام ويتبخر عند إزالة الضغط، فإنه يترك مستخلصًا خاليًا من المذيبات.

كيف يتم التحكم في انتقائية استخلاص السوائل فوق الحرجة؟

عن طريق ضبط الضغط ودرجة الحرارة، مما يغير كثافة السائل وبالتالي قوته المذيبة، وعن طريق إضافة كمية صغيرة من مذيب مساعد قطبي مثل الإيثانول لتوسيع الاستخلاص ليشمل مركبات أكثر قطبية.