Tehnologija hrane

Superkritična ekstrakcija

Autor: Marika Varga
Mentor: prof. dr Biserka Vujičić
.
Veliki broj komponenata se može izdvajati iz polaznih tečnih ili čvrstih smeša ekstrakcijom pomoću rastvarača, čije se vrednosti pritiska i temperature održavaju iznad kritičnih. Takvi procesi poznati su kao superkritična ekstrakcija. Fluidi u superkritičnom stanju imaju znatno veću rastvorljivost i stepen selektivnosti od klasičnih tečnih rastvarača koji se koriste u ekstrakciji. Njihova dinamička viskoznost i gustina su niski, dok je koeficijent difuzije čak oko 100 puta veći od onih kod običnih tečnosti. Pošto se ekstrakcija gasovima u nadkritičnom stanju zasniva na prelasku isparljivih komponenata iz polaznog materijala u nadkritični fluid, izdvajanje željenih komponenata iz nadkritičnog fluida postiže se snižavanjem pritiska i/ili temperature radnog fluida. Ova operacija se izvodi na srednjim temperaturama (Sovilj, 2004).

Prednosti superkritične ekstrakcije u odnosu na klasičnu ekstrakciju su (Sovilj, 2004):

• kontrola moći rastvaranja nadkritičnog fluida promenom pritiska i temperature;
• lako uklanjanje nadkritičnog fluida iz ekstrakta, snižavanjem pritiska;
• netoksičnost nadkritičnog fluida;
• ekstrahovanje komponenata visokih temperatura ključanja na relativno niskim temperaturama;
• znatno bolje rastvaranje faza, koje nije moguće postići klasičnom ekstrakcijom;
• ekstrahovanje termolabilnih komponenata sa minimalnim deformacijama, zbog rada na niskim temperaturama.

Nedostaci superkritične ekstrakcije su (Sovilj, 2004):

• rad na relativno visokim pritiscima;
• složena regeneracija korišćenih rastvarača, odnosno znatni energetski troškovi;
• veliku investicioni troškovi za procesnu opremu.

Superkritična ekstrakcija pomoću CO₂

Materijal koji se podvrgava ekstrakciji mora biti usitnjen do određenog stepena, jer od veličine čestica zavisi efikasnost i brzina ekstrakcije.
Smanjenjem veličina čestica povećava se njihova specifična površina, odnosno međufazna površina čvrsto-tečno, smanjuje se put koji prelazi rastvorak, što povećava brzinu ekstrakcije. S druge strane, ukoliko je materijal previše usitnjen, sprečena je cirkulacija tečnosti, pri čemu je razdvajanje tečnosti i čvrstih čestica otežano (Sovilj, 2004).
Gasovi kao što su: propan, butan, freoni, CO2 i dr. se mogu prevesti u tečno stanje povećanjem pritiska, (ali samo na temperaturama nižim od kritične) i ponašaju se kao rastvarači.
CO₂ se nalazi u tečnom stanju na pritiscima u intervalu 5 do 74 bara i temperaturama od -55 do 31°C. Ohlađen ispod kritične temperature (31,3°C) tečni ugljendioksid poseduje visoku moć rastvaranja, koja u maloj meri zavisi od pritiska. Kada je CO₂ u superkritičnom stanju, tj. kada je na temperaturi većoj od 31,3°C i pritisku iznad 72 bar sposobnost rastvaranja CO₂ varira u širokim granicama sa promenom pritiska i temperature (promena gustine i dielektrične konstante). Na taj način se može, pogodnim izborom pritiska i temperature, ostvariti selektivna ekstrakcija prirodnih aktivnih supstanci, kao i frakciono razdvajanje ovih supstanci, na primer, višestepenim kaskadnim smanjenjem pritiska primenom više separatora. Odgovarajuće frakcionisanje je moguće ostvariti i u toku same ekstrakcije, programiranjem odnosa pritiska i temperature (Lepojević, 2000).
Princip ekstrakcije ugljendioksidom u superkritičnom stanju prikazan je na p-t dijagramu (slika 8.) pri čemu se ekstrakcija vrši u superkritičnoj oblasti, a separacija pri uslovima pritiska i temperature koji odgovaraju gasovitom stanju ugljendioksida (Lepojević, 2000).

Slika 7. Princip ekstrakcije superkritičnim ugljendioksidom (E-ekstraktor; S-separator; K-kompresor, Q-izmenjivač toplote)

Ekstrakcija materijala se može vršiti:

• na konstantnoj temperaturi i povišenom pritisku (izotermski postupak),
• na konstantnom pritisku i različitim temperaturama (izobarni postupak),
• na konstantnom p i t, pri čemu se proizvod izdvaja na pogodnom adsorbensu (izobarno-izotermski postupak).

Spisak korišćene literature možete naći u Literatura - Tehnologija voća i povrća.