Technika ekstrakcji dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym (SFE) (1/2)

Technika ekstrakcji dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym (SFE) (1/2)

Olejki CannabiGold są otrzymywane techniką ekstrakcji dwutlenkiem węgla (CO2) w stanie nadkrytycznym – SFE. Skrót SFE pochodzi z języka angielskiego (Supercritical Fluid Extraction) i oznacza ekstrakcję płynem w stanie nadkrytycznym. Płynem, ponieważ teoretycznie każdą substancję można przeprowadzić w płyn w stanie nadkrytycznym. W praktyce, dla większości substancji wymagałoby tak ogromnych ciśnień i skrajnych temperatur, że tylko niewiele z nich, w tym dwutlenek węgla nadaje się do przeprowadzenia w stan nadkrytyczny [1].

Stan nadkrytyczny to nic innego jak czwarty stan skupienia. Wszyscy znają i pamiętają ze szkoły 3 podstawowe stany skupienia – gaz, ciecz i ciało stałe. O czwartym stanie skupienia w szkole się nie mówi. Pewnie dlatego, że nie występuje on w normalnych warunkach ciśnienia i temperatury i trzeba go specjalnie wytworzyć przy użyciu odpowiedniej aparatury. W każdym razie, upraszczając, jest to stan pomiędzy gazem a cieczą. Płyn taki ma tak świetną przenikliwość materiałów jak gaz i jednocześnie tak dużą zdolność rozpuszczania w sobie substancji jak ciecz – łączy więc zalety gazu i cieczy i dlatego jest takim dobrym ekstrahentem [2].

Dwutlenek węgla wymaga stosunkowo łagodnych warunków, aby przejść w stan nadkrytyczny, bo ‘tylko’ temperatury powyżej 31°C oraz ciśnienia powyżej 74 bar (dla porównania – ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 bar). Jest to jego duża, ale nie jedyna zaleta. CO2 po wypełnieniu swojej roli, po ekstrakcji rozpręża się z powrotem do gazu i sam ulatnia się z ekstraktu, nie pozostawiając po sobie żadnych śladów [3]. W przeciwieństwie do ekstrakcji ciekłymi rozpuszczalnikami, ekstrakcja CO2 nie wymaga więc przeprowadzania wielu żmudnych procesów odparowywania rozpuszczalnika z produktu, które często powodują obniżenie jego jakości [4]. Co więcej, CO2 nie jest toksyczny dla ludzi, czego nie można powiedzieć o ciekłych rozpuszczalnikach. Nie ma również zanieczyszczeń, które zawsze obecne są w ciekłych rozpuszczalnikach organicznych (takich jak eter naftowy czy alkohole) i które zawsze pozostają, a wręcz ulegają kumulacji w ekstraktach, nawet mimo oddestylowania rozpuszczalnika. Trzeba pamiętać, że do ekstrakcji suszu używane są ogromne ilości rozpuszczalników. Na każdy kilogram suszu potrzeba nawet 20 litrów rozpuszczalnika. Jeżeli przykładowo zastosowano 20 litrów rozpuszczalnika nawet o wysokiej czystości 99,5%, to w takim rozpuszczalniku jest 100 g zanieczyszczeń, czort wie czego. Niech nawet tylko część z tego pozostanie w ekstrakcie…

Dla kolejnego przykładu omówię jeden z aspektów ekstrakcji etanolem. Pewnie nie wszyscy wiedzą, ale jednym z typowych zanieczyszczeń etanolu bezwodnego jest benzen. Sam benzen ze względu na swoje kancerogenne właściwości jest rzadko używany do ekstrakcji, ale jest stosowany przy produkcji wielu rozpuszczalników organicznych wykorzystywanych do ekstrakcji w laboratoriach i przemyśle i w związku z tym w wielu rozpuszczalnikach obecne mogą być jego pozostałości (nie tylko w etanolu, ale także np. metanolu, izopropanolu, heksanie czy acetonie). Z tego względu, w przemyśle farmaceutycznym jest obowiązek badania pozostałości benzenu w lekach, przy których produkcji stosowano m. in. etanol [5]. Jestem ciekawa, który producent preparatów z CBD stosujący ekstrakcję bezwodnym etanolem, bada poziom benzenu w swoich produktach…

Ekstrakty otrzymane przy użyciu CO2 są niezwykle czyste. CO2 nie wyciąga z rośliny wielu zanieczyszczeń, które mogą wyciągać ciekłe rozpuszczalniki [6]. Jest to o tyle ważne, że konopie znane są ze swoich zdolności rekultywacji i oczyszczania gleb na których rosną, czyli kumulują w sobie np. wyciągnięte z gleby metale ciężkie (nawet w przypadku uprawy w niezanieczyszczonych regionach). Ponieważ CO2 nie ma zdolności ekstrakcji metali, to ekstrakt nie będzie nimi zanieczyszczony nawet, jeżeli zanieczyszczona będzie roślina. Ekstrakcja CO2 zapewnia również czystość mikrobiologiczną [2]. W warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiego stężenia CO2 wszystkie mikroorganizmy obecne w materiale roślinnym ulegają zniszczeniu i nie przechodzą do ekstraktu, więc o ile na dalszych etapach produkcji (konfekcjonowanie lub wszelkie dodatkowe procesy, o ile są stosowane) utrzymane są warunki higieny, to produkt będzie bezpieczny mikrobiologicznie.

Dr inż. Beata Plutowska

Literatura:

[1] Capuzzo A., Maffei M.E., Occhipinti A. Supercritical fluid extraction of plant flavors and fragrances. Molecules 18 (2013) 7194-7238.
[2] Perrut M. What is a supercritical fluid? http://www.separex.fr/download/category/1-supercritical-fluids-and-applications.html
[3] Brunner G. Supercritical fluids: technology and application to food processing. Journal of Food Engineering 67 (2005) 21-33.
[4] Reverchon E., De Marco I. Supercritical fluid extraction and fractionation of natural matter. Journal of Supercritical Fluids 38 (2006) 146-166.
[5] Vicente N. CEP submission: How to prepare a new aplication? 2010 EDQM, Council fo Europe
[6] Xu L., Zhan X., Zeng Z., Chen R., Li H., Xie T., Wang S. Recent advances on supercritical fluid extraction of essential oils. African Journal of Pharmacy and Pharmacology 5 (2011) 1196-1211.