استخراج با سیال فوق بحرانی

استخراج با سیال فوق بحرانی (SFE) از سیالی که در دمایی بالاتر از دمای بحرانی و فشاری بالاتر از فشار بحرانی خود قرار دارد، اغلب دی‌اکسید کربن، به عنوان حلال استخراج استفاده می‌کند. یک سیال فوق بحرانی، نفوذپذیری گازمانند و ویسکوزیته پایین را با قدرت حلالیت مایع‌مانند ترکیب می‌کند و قدرت حلالیت آن را می‌توان با تنظیم فشار و دما تنظیم کرد. از آنجا که دی‌اکسید کربن فوق بحرانی غیرسمی است، هیچ باقیمانده حلالی از خود به جای نمی‌گذارد و در دمای نزدیک به محیط عمل می‌کند، SFE یک تکنیک سبز پیشرو برای محصولات طبیعی حساس به حرارت است.

Definition

استخراج با سیال فوق بحرانی، استخراجی به سبک جامد-مایع است که در آن حلال، سیالی است که در دمایی بالاتر از دمای بحرانی و فشاری بالاتر از فشار بحرانی خود نگهداری می‌شود و خواص میانی گازمانند و مایع‌مانند را ارائه می‌دهد که قدرت حلالیت آن از طریق فشار و دما تنظیم می‌شود.

Scope

این مدخل حالت فوق بحرانی و چرایی مناسب بودن آن برای استخراج، قابلیت تنظیم قدرت حلالیت، مزایای دی‌اکسید کربن و جایگاه SFE در میان جایگزین‌های مدرن برای استخراج کلاسیک را پوشش می‌دهد. این یک مرجع روش‌شناختی است و پروتکل‌های فرآیند، دوز یا دستورالعمل‌های درمانی را ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• چه خواص فیزیکی یک سیال فوق بحرانی آن را به یک حلال مؤثر و قابل تنظیم تبدیل می‌کند؟
• چرا دی‌اکسید کربن فوق بحرانی انتخاب غالب برای محصولات طبیعی است؟
• چگونه از فشار، دما و حلال‌های کمکی برای کنترل انتخاب‌پذیری استفاده می‌شود؟
• SFE چگونه با روش‌های استخراج کلاسیک و سایر روش‌های مدرن از نظر بازده، انتخاب‌پذیری و باقیمانده حلال مقایسه می‌شود؟

Key concepts

• حالت فوق بحرانی و نقطه بحرانی
• دی‌اکسید کربن فوق بحرانی
• چگالی و قدرت حلالیت قابل تنظیم
• افزودن حلال کمکی (اصلاح‌کننده)
• عصاره‌های بدون حلال
• اجزای حساس به حرارت
• استخراج سبز

Mechanisms

بالاتر از دمای بحرانی و فشار بحرانی خود، یک سیال وارد حالت فوق بحرانی می‌شود، جایی که نفوذپذیری گازمانند و ویسکوزیته پایین دارد، اما چگالی و قدرت حلالیت مایع‌مانند را نیز داراست، که به آن اجازه می‌دهد به راحتی به ماتریس نفوذ کرده و اجزای هدف را حل کند؛ از آنجا که چگالی و در نتیجه قدرت حلالیت با افزایش فشار در نزدیکی نقطه بحرانی به شدت افزایش می‌یابد، انتخاب‌پذیری را می‌توان با تنظیم فشار و دما تنظیم کرد (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006). دی‌اکسید کربن سیال معمول است: نقطه بحرانی قابل دسترس آن امکان دمای عملیاتی نزدیک به محیط را فراهم می‌کند که از ترکیبات حساس به حرارت محافظت می‌کند، غیرسمی و غیرقابل اشتعال است و با کاهش فشار تبخیر می‌شود و عصاره‌ای بدون حلال باقی می‌گذارد (Herrero et al., 2006). دی‌اکسید کربن به تنهایی اجزای لیپوفیلیک را ترجیح می‌دهد، بنابراین مقدار کمی از یک حلال کمکی قطبی مانند اتانول اغلب برای گسترش دامنه به مولکول‌های قطبی‌تر اضافه می‌شود و همان تجهیزات می‌تواند علاوه بر استخراج، جزءبندی نیز انجام دهد (Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013).

Clinical relevance

SFE عصاره‌های بدون حلال و بخش‌های شبه اسانس تولید می‌کند که در کاربردهای دارویی، غذایی و مکمل‌های غذایی استفاده می‌شوند، بنابراین درک آن از ارزیابی انتقادی نحوه تهیه فرآورده‌های طبیعی بدون باقیمانده حلال حمایت می‌کند. این یک زمینه روش‌شناختی توصیفی است و نه یک راهنمای بالینی؛ هیچ توصیه‌ای در مورد استفاده، دوز یا نشانه را شامل نمی‌شود.

Evidence & guidelines

SFE عمدتاً در ادبیات بررسی‌های روش‌شناختی و مطالعات اولیه مستند شده است، که آن را با استخراج کلاسیک و تقطیر از نظر انتخاب‌پذیری، ملایمت حرارتی و عدم وجود حلال آلی باقیمانده مقایسه می‌کند (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013). این مدخل این ادبیات را در سطح مرجع خلاصه می‌کند و یک دستورالعمل نظارتی یا بالینی نیست.

History

علاقه به حلال‌های فوق بحرانی به مشاهدات قرن نوزدهم در مورد افزایش قدرت حلالیت در نزدیکی نقطه بحرانی بازمی‌گردد، اما کاربردهای عملی محصولات طبیعی از اواخر قرن بیستم رشد کرد، با کافئین‌زدایی با دی‌اکسید کربن فوق بحرانی و استخراج رازک در میان موفقیت‌های اولیه صنعتی که SFE را به عنوان جایگزینی سبز برای استخراج با حلال‌های آلی تثبیت کرد (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006).

Seminal works

• herrero-2006
• reverchon-2006

Frequently asked questions

چرا دی‌اکسید کربن فوق بحرانی به طور گسترده‌ای در SFE استفاده می‌شود؟

نقطه بحرانی آن در شرایط متوسط به دست می‌آید، بنابراین استخراج می‌تواند در دمای نزدیک به محیط انجام شود تا از اجزای حساس به حرارت محافظت کند، و از آنجا که غیرسمی است و با کاهش فشار تبخیر می‌شود، عصاره‌ای بدون حلال باقی می‌گذارد.

انتخاب‌پذیری SFE چگونه کنترل می‌شود؟

با تنظیم فشار و دما، که چگالی سیال و در نتیجه قدرت حلالیت آن را تغییر می‌دهد، و با افزودن مقدار کمی از یک حلال کمکی قطبی مانند اتانول برای گسترش استخراج به ترکیبات قطبی‌تر.