การสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด

การสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด (Supercritical fluid extraction, SFE) ใช้ของไหลที่อยู่เหนืออุณหภูมิและแรงดันวิกฤต ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นตัวทำละลายในการสกัด ของไหลวิกฤตยิ่งยวดมีคุณสมบัติคล้ายแก๊สในด้านการแพร่และมีความหนืดต่ำ แต่มีอำนาจในการละลายคล้ายของเหลว และสามารถปรับความแรงของตัวทำละลายได้โดยการปรับแรงดันและอุณหภูมิ เนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดไม่เป็นพิษ ไม่ทิ้งสารตกค้าง และทำงานที่อุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้อง SFE จึงเป็นเทคนิคสีเขียวชั้นนำสำหรับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ไวต่อความร้อน

Definition

การสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวดคือการสกัดแบบของแข็ง-ของเหลว โดยที่ตัวทำละลายเป็นของไหลที่รักษาไว้เหนืออุณหภูมิและแรงดันวิกฤต ทำให้มีคุณสมบัติกึ่งกลางระหว่างแก๊สและของเหลว ซึ่งอำนาจการละลายสามารถปรับได้ผ่านแรงดันและอุณหภูมิ

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมสถานะวิกฤตยิ่งยวดและเหตุผลที่เหมาะสมกับการสกัด การปรับเปลี่ยนอำนาจการละลาย ข้อดีของคาร์บอนไดออกไซด์ และตำแหน่งของ SFE ในบรรดาวิธีการทางเลือกสมัยใหม่สำหรับการสกัดแบบดั้งเดิม เป็นข้อมูลอ้างอิงทางระเบียบวิธีวิจัยและไม่มีระเบียบวิธีปฏิบัติ ปริมาณยา หรือคำแนะนำในการรักษา

Core questions

• คุณสมบัติทางกายภาพใดของของไหลวิกฤตยิ่งยวดที่ทำให้เป็นตัวทำละลายที่มีประสิทธิภาพและปรับเปลี่ยนได้?
• เหตุใดคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดจึงเป็นตัวเลือกหลักสำหรับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ?
• แรงดัน อุณหภูมิ และตัวทำละลายร่วมถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมความเลือกสรรได้อย่างไร?
• SFE เปรียบเทียบกับวิธีการสกัดแบบดั้งเดิมและวิธีการสกัดสมัยใหม่อื่นๆ ในด้านผลผลิต ความเลือกสรร และสารตกค้างของตัวทำละลายอย่างไร?

Key concepts

• สถานะวิกฤตยิ่งยวดและจุดวิกฤต
• คาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวด
• ความหนาแน่นและอำนาจการละลายที่ปรับเปลี่ยนได้
• การเติมตัวทำละลายร่วม (สารปรับเปลี่ยน)
• สารสกัดที่ปราศจากตัวทำละลาย
• องค์ประกอบที่ไวต่อความร้อน
• การสกัดสีเขียว

Mechanisms

เมื่อของไหลอยู่เหนืออุณหภูมิและแรงดันวิกฤต ของไหลจะเข้าสู่สถานะวิกฤตยิ่งยวด ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายแก๊สในด้านการแพร่และมีความหนืดต่ำ แต่มีความหนาแน่นและอำนาจการละลายคล้ายของเหลว ทำให้สามารถแทรกซึมเข้าสู่เมทริกซ์ได้อย่างง่ายดายและละลายองค์ประกอบเป้าหมายได้ เนื่องจากความหนาแน่นและด้วยเหตุนี้ความแรงของตัวทำละลายจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อแรงดันใกล้จุดวิกฤต ความเลือกสรรจึงสามารถปรับได้โดยการปรับแรงดันและอุณหภูมิ (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006) คาร์บอนไดออกไซด์เป็นของไหลที่ใช้กันทั่วไป: จุดวิกฤตที่เข้าถึงได้ง่ายช่วยให้อุณหภูมิการทำงานใกล้เคียงอุณหภูมิห้อง ซึ่งช่วยปกป้องสารประกอบที่ไวต่อความร้อน ไม่เป็นพิษและไม่ติดไฟ และเมื่อลดแรงดันจะระเหยออกไป ทำให้ได้สารสกัดที่ปราศจากตัวทำละลาย (Herrero et al., 2006) คาร์บอนไดออกไซด์เพียงอย่างเดียวจะชอบองค์ประกอบที่ชอบไขมัน ดังนั้นจึงมักเติมตัวทำละลายร่วมที่มีขั้วในปริมาณเล็กน้อย เช่น เอทานอล เพื่อขยายช่วงไปยังโมเลกุลที่มีขั้วมากขึ้น และอุปกรณ์เดียวกันนี้สามารถแยกส่วนได้เช่นเดียวกับการสกัด (Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013)

Clinical relevance

SFE ผลิตสารสกัดที่ปราศจากตัวทำละลายและส่วนประกอบคล้ายน้ำมันหอมระเหยที่ใช้ในอุตสาหกรรมยา โภชนเภสัช และอาหาร ดังนั้นการทำความเข้าใจจึงสนับสนุนการประเมินอย่างมีวิจารณญาณว่าผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ปราศจากสารตกค้างถูกผลิตขึ้นอย่างไร นี่คือบริบททางระเบียบวิธีวิจัยเชิงพรรณนาและไม่ใช่แนวทางทางคลินิก ซึ่งไม่ได้หมายถึงคำแนะนำในการใช้ ปริมาณ หรือข้อบ่งชี้ใดๆ

Evidence & guidelines

SFE มีการบันทึกไว้เป็นหลักในวรรณกรรมรีวิวระเบียบวิธีวิจัยและการศึกษาเบื้องต้น ซึ่งเปรียบเทียบกับวิธีการสกัดและการกลั่นแบบดั้งเดิมในด้านความเลือกสรร ความอ่อนโยนต่อความร้อน และการไม่มีตัวทำละลายอินทรีย์ตกค้าง (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013) เนื้อหานี้สรุปวรรณกรรมดังกล่าวในระดับอ้างอิงและไม่ใช่แนวทางกำกับดูแลหรือแนวทางทางคลินิก

History

ความสนใจในตัวทำละลายวิกฤตยิ่งยวดมีมาตั้งแต่การสังเกตการณ์ในศตวรรษที่สิบเก้าถึงอำนาจการละลายที่เพิ่มขึ้นใกล้จุดวิกฤต แต่การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติในทางปฏิบัติเติบโตขึ้นตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ยี่สิบ โดยการสกัดคาเฟอีนด้วยคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดและการสกัดฮอปส์เป็นหนึ่งในความสำเร็จทางอุตสาหกรรมยุคแรกๆ ที่ทำให้ SFE เป็นทางเลือกสีเขียวแทนการสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006)

Seminal works

• herrero-2006
• reverchon-2006

Frequently asked questions

เหตุใดคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด (SFE)?

จุดวิกฤตของมันสามารถเข้าถึงได้ภายใต้สภาวะปานกลาง ดังนั้นการสกัดจึงสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้องเพื่อปกป้ององค์ประกอบที่ไวต่อความร้อน และเนื่องจากไม่เป็นพิษและระเหยออกไปเมื่อลดแรงดัน จึงทำให้ได้สารสกัดที่ปราศจากตัวทำละลาย

ความเลือกสรรของการสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด (SFE) ถูกควบคุมอย่างไร?

โดยการปรับแรงดันและอุณหภูมิ ซึ่งจะเปลี่ยนความหนาแน่นของของไหลและด้วยเหตุนี้อำนาจการละลาย และโดยการเติมตัวทำละลายร่วมที่มีขั้วในปริมาณเล็กน้อย เช่น เอทานอล เพื่อขยายการสกัดไปยังสารประกอบที่มีขั้วมากขึ้น