Chiết tách bằng chất lỏng siêu tới hạn

Chiết tách bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) sử dụng một chất lỏng được giữ ở nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn của nó, thường nhất là carbon dioxide, làm dung môi chiết. Một chất lỏng siêu tới hạn kết hợp khả năng khuếch tán giống khí và độ nhớt thấp với khả năng hòa tan giống chất lỏng, và sức mạnh dung môi của nó có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh áp suất và nhiệt độ. Bởi vì carbon dioxide siêu tới hạn không độc hại, không để lại cặn dung môi và hoạt động gần nhiệt độ môi trường, SFE là một kỹ thuật xanh hàng đầu cho các sản phẩm tự nhiên không bền nhiệt.

Definition

Chiết tách bằng chất lỏng siêu tới hạn là quá trình chiết tách kiểu rắn-lỏng trong đó dung môi là một chất lỏng được duy trì ở nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn của nó, mang lại các đặc tính trung gian giống khí và lỏng mà khả năng hòa tan của nó được điều chỉnh thông qua áp suất và nhiệt độ.

Scope

Mục này bao gồm trạng thái siêu tới hạn và lý do tại sao nó phù hợp để chiết tách, khả năng điều chỉnh sức mạnh dung môi, những ưu điểm của carbon dioxide, và vị trí của SFE trong số các lựa chọn thay thế hiện đại cho chiết tách cổ điển. Đây là một tài liệu tham khảo về phương pháp luận và không cung cấp các quy trình xử lý, liều lượng hoặc hướng dẫn điều trị.

Core questions

• Những đặc tính vật lý nào của chất lỏng siêu tới hạn làm cho nó trở thành một dung môi hiệu quả, có thể điều chỉnh được?
• Tại sao carbon dioxide siêu tới hạn là lựa chọn chủ đạo cho các sản phẩm tự nhiên?
• Áp suất, nhiệt độ và đồng dung môi được sử dụng như thế nào để kiểm soát tính chọn lọc?
• SFE so sánh như thế nào với các phương pháp chiết tách cổ điển và hiện đại khác về năng suất, tính chọn lọc và cặn dung môi?

Key concepts

• Trạng thái siêu tới hạn và điểm tới hạn
• Carbon dioxide siêu tới hạn
• Mật độ và khả năng hòa tan có thể điều chỉnh
• Bổ sung đồng dung môi (chất điều chỉnh)
• Chất chiết không chứa dung môi
• Các thành phần không bền nhiệt
• Chiết tách xanh

Mechanisms

Trên nhiệt độ và áp suất tới hạn của nó, một chất lỏng đi vào trạng thái siêu tới hạn, nơi nó có khả năng khuếch tán giống khí và độ nhớt thấp nhưng mật độ và khả năng hòa tan giống chất lỏng, cho phép nó dễ dàng thâm nhập vào ma trận và hòa tan các thành phần mục tiêu; bởi vì mật độ và do đó sức mạnh dung môi tăng mạnh theo áp suất gần điểm tới hạn, tính chọn lọc có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh áp suất và nhiệt độ (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006). Carbon dioxide là chất lỏng thông thường: điểm tới hạn dễ tiếp cận của nó cho phép nhiệt độ hoạt động gần môi trường bảo vệ các hợp chất không bền nhiệt, nó không độc hại và không dễ cháy, và khi giảm áp suất, nó bay hơi để lại một chất chiết không chứa dung môi (Herrero et al., 2006). Carbon dioxide một mình ưu tiên các thành phần ưa béo, vì vậy một lượng nhỏ đồng dung môi phân cực như ethanol thường được thêm vào để mở rộng phạm vi sang các phân tử phân cực hơn, và cùng một thiết bị có thể phân đoạn cũng như chiết tách (Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013).

Clinical relevance

SFE tạo ra các chất chiết không chứa dung môi và các phân đoạn giống tinh dầu được sử dụng trong các ứng dụng dược phẩm, thực phẩm chức năng và thực phẩm, vì vậy việc hiểu rõ nó hỗ trợ đánh giá quan trọng về cách các chế phẩm sản phẩm tự nhiên không có cặn được tạo ra. Đây là bối cảnh phương pháp luận mô tả và không phải là hướng dẫn lâm sàng; nó không ngụ ý khuyến nghị về việc sử dụng, liều lượng hoặc chỉ định.

Evidence & guidelines

SFE được ghi nhận chủ yếu trong các tài liệu đánh giá phương pháp luận và nghiên cứu ban đầu, so sánh nó với chiết tách và chưng cất cổ điển về tính chọn lọc, độ nhẹ nhàng về nhiệt và sự vắng mặt của dung môi hữu cơ còn lại (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006; Azmir et al., 2013). Mục này tóm tắt tài liệu này ở cấp độ tham khảo và không phải là hướng dẫn quy định hoặc lâm sàng.

History

Sự quan tâm đến các dung môi siêu tới hạn bắt nguồn từ những quan sát vào thế kỷ XIX về khả năng hòa tan tăng cường gần điểm tới hạn, nhưng các ứng dụng sản phẩm tự nhiên thực tế đã phát triển từ cuối thế kỷ XX, với quá trình khử caffein bằng carbon dioxide siêu tới hạn và chiết tách hoa bia nằm trong số những thành công công nghiệp ban đầu đã thiết lập SFE như một giải pháp thay thế xanh cho chiết tách bằng dung môi hữu cơ (Herrero et al., 2006; Reverchon & De Marco, 2006).

Seminal works

• herrero-2006
• reverchon-2006

Frequently asked questions

Tại sao carbon dioxide siêu tới hạn được sử dụng rộng rãi trong SFE?

Điểm tới hạn của nó đạt được ở điều kiện vừa phải, vì vậy quá trình chiết tách có thể diễn ra gần nhiệt độ môi trường để bảo vệ các thành phần nhạy cảm với nhiệt, và vì nó không độc hại và bay hơi khi giảm áp suất nên nó để lại một chất chiết không chứa dung môi.

Tính chọn lọc của SFE được kiểm soát như thế nào?

Bằng cách điều chỉnh áp suất và nhiệt độ, làm thay đổi mật độ của chất lỏng và do đó khả năng hòa tan của nó, và bằng cách thêm một lượng nhỏ đồng dung môi phân cực như ethanol để mở rộng quá trình chiết tách sang các hợp chất phân cực hơn.