Extracția cu fluide supercritice - decafeinizarea cafelei

Extractia cu fluide in stare supercritica este o tehnica de extractie care utilizeaza gaze aduse in stare de fluid supercritic.

Starea de fluid supercritic este caracterizata de parametrii de stare: presiune critica (Pc) si temperatura critica (Tc).Presiunea critica este presiunea vaporilor gazului la temperatura critica.In mediul supercritic exista doar o faza. Fluidul, dupa cum este numit, nu este nici gaz, dar nici lichid si este cel mai bine descris de cele doua extreme.O comparare a valorilor tipice pentru densitate, vascozitate si difuzie a gazelor, lichidelor si a fluidelor in stare supercritica este prezentata in urmatorul tabel.

Crescand presiunea gazului peste un punct critic, este posibil sa rezulte densitati si puteri de dizolvare asemanatoare lichidelor. In apropierea punctului critic, densitatea gazelor creste rapid cu cresterea presiunii, iar aici solubilitatea multor compusi este de cateva ori mai mare decat densitatea termodinamica clasica a gazelor ideale. In timp ce distanta dintre molecule scade, comportamentul de gaz real incepe sa guverneze interactiile dintre solvent si proba.In zona supercritica, puterea de dizolvare este functie directa de densitate, care este dependenta de temperatura sistemului (temperatura constanta).

Este posibil ca adaugand cantitati mici de cosolvent sa creezi anumite fluide in stare supercritica.

In practica, extractia cu fluide in stare supercritica este procesul de separare a unui component (extractant) de altul folosind lichide in stare supercritica ca solvent.Extractia se face dintr-o matrice solida, dar poate fi si dintr-un lichid. Extractia se foloseste pentru a indeparta materialele/substantele nedorite dintr-un produs sau pentru a colecta o anumita substanta. Dioxidul de carbon este cel mai folosit fluid in stare supercritica, cateodata modificat de cosolventi ca etanol sau metanol. Conditiile extractiei cu CO2 in stare supercritica sunt temperatura critica de 31˚C si presiune critica de 74 bar.

SFE este o alternativă pentru extragerea lichidului utilizând solvenţi, cum ar fi hexan sau diclorometan. Vor fi întotdeauna unele reziduuri de solvent lasate în substanta extrasa şi matrice, şi va fi întotdeauna un anumit nivel de contaminare a mediului provocat de utilizarea acestora. În contrast, dioxidul de carbon este uşor de eliminat, prin reducerea presiunii, lăsând aproape nici o urmă, şi este, de asemenea, inofensiv pentru mediu. Utilizarea SFE cu CO2 este aprobat de către institutii de mediu. CO2 este folosit în mare măsură in procese industriale, iar utilizarea sa în SFE nu duce la o suplimentare a emisiilor.

Proprietăţile unui fluid supercritic pot fi modificate de variatile de presiune şi de temperatură, permitand extragerea selectivă. De exemplu, uleiuri volatile pot fi extrase dintr-o instalaţie cu o presiune scăzută (100 bar), în timp ce extractia lichidului ar elimina, de asemenea, lipide. Lipidele pot fi îndepărtate cu ajutorul CO2 pur la presiuni mai mari, iar apoi fosfolipidele pot fi eliminate prin adăugarea de etanol la solvent.

Extracţia este o difuzie pe bază de proces, cu solventul necesar pentru a difuza în matrice şi de a difuza materialele extrase din matrice în solvent. Difuziile sunt mult mai rapide în fluidele supercritice decât în lichide şi, prin urmare, extracţia poate să apară mai repede. De asemenea, nu există nici o tensiune de suprafaţă şi vascozităţile sunt mult mai mici decât în lichide, astfel încât solventul poate pătrunde în pori mici.

Cerinţa pentru presiuni mari creste costul in comparatie cu extracţia cu lichide convenţionale, astfel încât SFE va fi folosită numai în cazul în care există avantaje semnificative. Dioxidul de carbon în sine este non-polar, si şi-a limitat oarecum puterea de dizolvare, astfel încât nu poate fi întotdeauna utilizat ca solvent pe cont propriu, în special pentru substanţelor polare. Utilizarea cosolventilor sporeşte gama de materiale care pot fi extrase. Modificatorii de grad alimentar, precum etanolul pot fi adesea utilizati, si pot ajuta, de asemenea, în colectarea de materiale extrase, dar reduce unele avantaje a utilizării unui solvent care este gazos, la temperatura camerei.