От заказчиков, немного наслышанных и немного разбирающихся в теме СО2-экстракции, нам часто приходится слышать вопрос – так что же все-таки лучше, сверхритическая или докритическая СО2-экстракция? Иногда этот же вопрос задают в несколько иной форме – какой экстракт будет самым хорошим, докритический или сверхкритический? И вопрос этот, надо признать, далеко не праздный. Ведь действительно, при всем сходстве данных двух технологий экстракции (главное из которых очевидно – в обоих случаях экстрагентом является сжиженный диоксид углерода), есть между ними и заметные различия, в которых человеку со стороны разобраться и сделать осмысленный выбор непросто. Но мы попробуем помочь вам это сделать.
Начнем с небольшого анонса. Для того, чтобы исчерпывающе осветить тему различий между докритической и сверхкритической СО2-экстракцией, нашими научными сотрудниками сейчас готовится к публикации большая аналитическая статья, в которой данный вопрос будет разобран на наиболее фундаментальном академическом уровне. Данная статья планируется к публикации в течение месяца-двух, то есть довольно скоро, однако мы решили предварить ее появление на сайте более легкой для понимания статьей в научно-популярном жанре, так как основная аудитория тех, кому адресован наш анализ данной темы, это практики, интересующиеся вопросом не в академических а во вполне практических целях. И именно для того, чтобы не получилось так, что кто-то за лесом научных фактов не увидел деревьев, и было принято решение осветить данный вопрос в двух форматах – академическом и научно-популярном.
***
Первое, что следует сказать, сравнивая докритическую и сверхкритическую технологии СО2-экстракции, это то, что вопрос о том, какая из них лучше, совершенно некорректен. Обе технологии хороши, обе имеют свои сферы применения, и при разумном использовании прекрасно дополняют друг друга. Важно понимать, что вопрос “лучше или хуже” в отношении этих двух типов СО2-экстракции может стоять только применительно к решению совершенно конкретной и четко поставленной заказчиком задачи, а не “вообще”. Благодаря своим физическим особенностям, каждая из этих двух технологий (“докритика” и “сверхкритика”, говоря на профессиональном жаргоне), имеют свою достаточно четко очерченную “сферу ответственности”, в рамках которой каждая из них даст в целом лучший результат, чем другая. Только в этих пределах и имеет смысл говорить о том, “что лучше”. Для решения какого-то класса задач могут помочь наиболее сильные стороны одной технологии, а для другого – другой.
Так какова же область применимости у рассматриваемых технологий? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к физике процесса. Растворителем (экстрагентом) в обоих случаях является диоксид углерода (СО2-газ), – неполярный растворитель, который в сжиженном виде может находиться как в до-, так и в сверхкритическом состоянии. Точкой перехода обычно считается давление 75 атм и температура 31С (хотя вопрос точки перехода в сверхкритическое состояние не так прост, как кажется, но сейчас мы не будем заострять на этом внимание – более подробно эта тема будет рассмотрена в следующей статье). В докритическом состоянии сжиженный СО2-газ ведет себя как жидкость, а в сверхкритическом одновременно и как жидкость, и как газ (это особое состояние называется “флюид”). В качестве растворителя, СО2-газ как флюид (сверхкритическое состояние) ощутимо превосходит по своим свойствам СО2-газ как жидкость (докритическое состояние), и способен извлекать из растительного сырья любые неполярные соединения с молекулярной массой до 2000 дальтон.
Казалось бы, вопрос решен. Нам нужен флюид! Ведь это же лучше, если он растворит больше веществ и извлечет из сырья больше экстракта, раз уж он лучший растворитель, по сравнению с собой же, но в предыдущем, докритическом состоянии. Звучит вроде бы убедительно, но только на первый взгляд. Потому что на практике есть масса нюансов, которые существенно меняют дело. Перечислим только некоторые из них.
1. Диоксид углерода в любом своем состоянии (газ, жидкость, флюид), остается неполярным соединением. А значит, извлекать из растительного сырья он тоже может только неполярные же соединения (плюс, в некоторых количествах, слабополярные). Но дело в том, что подавляющее большинство неполярных и слабополярных липофильных соединений, представляющих интерес для реальной промышленности (пищевой, косметической, фармацевтической, парфюмерной, производства БАД), имеют молекулярную массу значительно ниже тех 2000 дальтон, которые в состоянии вытащить из сырья флюид. И поэтому прекрасно извлекаются обычной жидкостью (СО2-газ в жидком, докритическом, состоянии), флюид не нужен.
2. А что же тогда дополнительно, по сравнению с жидкостью (“докритикой”) извлекает флюид? А извлекает он дополнительно тяжелые высокомолекулярные соединения, такие как растительные воска и парафины. Именно по этой причине на упаковках сверхкритических СО2-экстрактов обычно указывают “допустимо наличие воскообразных включений”. Но позвольте, зачем нам воск в экстракте, предназначенном для косметического крема, или для рыбных консервов? Воск не нужен. А все, что действительно нужно (биологически активные вещества и вкусо-ароматические соединения), вы найдете и в докритическом СО2-экстракте. Причем без воска и прочих примесей.
3. У перехода в сверхритическое состояние (фазовый переход жидкость-флюид) есть своя цена, которая выражается в повышенном давлении и температуре. И то и другое негативно влияет на сохранность извлекаемых веществ – часть термолабильных соединений распадается, нарушая тем самым целостность матрицы извлечения и одновременно загрязняя конечный продукт (например, при сверхкритической экстракции нередки случаи карамелизации сахаров, что придает экстракту практически неустранимый и довольно неприятный запах и привкус жженого сахара). А повышенное давление создает специфическую среду, в которой входящие в экстракт вещества (как нативные, так и продукты температурного распада) вступают между собой в химические реакции, предсказать ход которых и влияние их результатов на конечный продукт предельно затруднительно. Особенно неприятным является факт прогоркания ненасыщенных жирных кислот в условиях температурного воздействия при высоком давлении, что отрицательно сказывается на сроках хранения сверхкритических экстрактов – у многих из них довольно быстро появляется запах прогоркшего масла. При этом докритические СО2-экстракты полностью лишены всех описанных выше недостатков.
Теперь, осмыслив прочитанное, мы вроде бы приходим к выводу, обратному тому, с которого начали. А именно, что докритическая СО2-экстракция по своим качествам однозначно превосходит сверхритическую. И снова, такой вывод можно сделать лишь на первый, и самый поверхностный взгляд. Потому что есть и другие нюансы, учет которых делает картину сверхкритической СО2-экстракции далеко не столь плачевной, как могло бы показаться при прочтении указанных выше пунктов. Перечислим эти новые нюансы.
1. Да, сверхритическая СО2-экстракция в целом дает более загрязненный конечный продукт, чем докритическая. Но зато она протекает быстрее (за счет более высокого давления). Поэтому в тех случаях, когда загрязнение экстракта с точки зрения дальнейшего применения в конкретном, заранее известном продукте не носит “сверхкритического” характера (то есть, терпимо), выбор именно сверхкритической технологии извлечения может быть коммерчески оправдан – она позволит произвести больше экстракта за тоже время. Конкретный пример, для иллюстрации – производство экстракта хмеля для пивных заводов.
2. Как уже отмечалось выше, существует определенная “пограничная” область извлечения, состоящая из высокомолекулярных неполярных и слабополярных соединений, в которую сверхкритическая экстракция еще дотягивается, а докритическая уже нет. Да, в большинстве распространенных случаев, в этой области нет ничего интересного – воска и парафины, балласт. Но если вы решили заняться каким-то менее изученным и менее распространенным сырьем, и вдруг так оказалось (нам ведь далеко не все известно, и далеко не все виды растительного сырья одинаково хорошо изучены), что нужное вам ценное биологически активное соединение лежит именно в этой пограничной области, это значит, что ваша технология – именно сверхкритика.
3. Благодаря более высокому давлению, которое в дополнение ко всему может еще и варьироваться в широких пределах, сверхкритический метод СО2-экстракции предоставляет достаточно обширные возможности таргетирования выхода продукта (под таргетированием понимается отбор для продукта тех фракций экстракта, которые дал задание извлечь из сырья заказчик). Нередко такие обогащенные (каким-то конкретным нужным заказчику веществом, либо группой веществ) фазы экстракта применяются не как конечные, а как промежуточные продукты, которые затем используются на последующих этапах производства в качестве сырья для еще более глубокой очистки (при производстве чистых веществ, например). Еще один вариант подобной же схемы называется фракционирование – под этим подразумевается разделение экстракта на несколько фракций, каждая из которых содержит в себе определенный набор веществ, который затем и передается заказчику в виде нескольких отдельных продуктов. Либо такой “разобранный на запчасти” (грубоватый, но точный профессиональный сленг для подобных случаев) экстракт может в дальнейшем распределяться по разным заказчикам (например, природный краситель одному, а витамины другому). Докритический метод СО2-экстракции также позволяет производить таргетирование выхода и фракционирование, но в менее широких пределах.
***
Конечно же, нюансов в вопросе различий “докритики” и “сверхкритики” гораздо больше, чем мы смогли уместить в рамки данной статьи – есть между этими двумя типами СО2-экстракции и другие отличия, не указанные в списках выше, и которые могут оказаться как достоинствами, так и недостатками, с точки зрения решения конкретной производственной задачи. Но данная статья и не ставит перед собой цель осветить тему во всех подробностях – нашей целью было, не перегружая подробностями, предоставить читателю возможность уловить главную нить, основной нерв проблематики сравнения двух типов СО2-экстракции и выбора между ними. И на наш взгляд, уже сказанного достаточно, чтобы понять основную суть вопроса.
Итак, обобщая сказанное, сформулируем на самом простом, качественном уровне, без научных подробностей, в чем же именно заключаются основные характеристики, как до-, так и сверхкритической СО2-экстракции, очерчивающие области их практического применения.
Докритическая СО2-экстракция: Медленная, холодная, чистая. Неповрежденная, но менее глубокая матрица извлечения. Ограниченные возможности таргетирования выхода и фракционирования.
Сверхкритическая СО2-экстракция: Быстрая, горячая, грязная. Поврежденная, но более глубокая матрица извлечения. Широкие возможности таргетирования выхода и фракционирования.
Данные характеристики вполне ясно очерчивают предметную область применимости каждой из рассматриваемых технологий: докритическая СО2-экстракция это в большей степени универсальный инструмент, а сверхкритическая – специализированный.
Говоря еще проще, докритическая СО2-экстракция позволяет извлечь из исходного сырья “оптом” все полезное, что там там есть, причем сделать это в максимально удобной для последующего использования и хранения форме. В то время как сверкритическая (флюидная) СО2-экстракция позволяет достать из исходного сырья “в розницу” что-то конкретное, специализированное, нужное для решения конкретной поставленной заказчиком задачи.
Есть также простое эмпирическое правило, которое срабатывает в большинстве случаев: если вы не знаете, зачем вам нужна сверхкритическая СО2-экстракция, то скорее всего, она вам и не нужна. И наоборот, чем более специализированной выглядит стоящая перед вами задача, чем больше шансов на то, что вам подойдет именно “сверхкритика”.
Типичная область применимости докритической СО2-экстракции: производство универсальных экстракционных продуктов, максимально близких по своему составу к природному, не содержащих никаких посторонних примесей, и максимально точно передающих естественную матрицу свойств как в части вкусо-ароматики, так и в части биологической активности. Такие универсальные продукты (докритические СО2-экстракты) могут быть использованы “как есть”, без дополнительной доработки, в любой из отраслей-потребителей экстракционных продуктов – пищевой, косметической, парфюмерной, фармацевтической, производстве БАД и функционального питания. Данный ингредиент, имея универсальный характер, дает по итогам своего применения универсальный же, заранее известный результат – он привнесет в конечный продукт вкус, запах, и все полезные свойства исходного сырья.
Типичная область применимости сверхкритической СО2-экстракции: производство специализированных экстракционных продуктов, обладающих повышенным содержанием заранее заданной группы веществ. Такие продукты находят дальнейшее применение в качестве исходных субстанций для последующего производства фармацевтических препаратов, лекарств, функционального питания и БАД; натуральных красителей, ароматизаторов, консервантов, заквасок, ферментов, комплексов натуральных витаминов, выделения чистых веществ; и для многих других видов специализированных применений. Также “сверхкритика” применяется не только для экстрагирования в традиционном понимании, но также и для очистки растительного сырья от нежелательных примесей – например, пестицидов и гербицидов.
Дополнительно следует сказать о том, что сверхкритическая технология СО2-экстракции имеет еще и достаточно широкий спектр применений, не связанных с живой материей. Это такие приложения, как очистка микросхем и точной оптики, фракционирование отдельных сортов нефти, создание легирующих добавок, антикоррозионных присадок, и тому подобного. Также “сверхкритика” широко применяется как инструмент экспериментальной науки.
***
Вооружившись приведенными в настоящей статье знаниями (которые, к тому же, будут еще и дополнены спустя какое-то время более углубленной научно-академической статьей), вы теперь сможете более зряче и осмысленно подходить к вопросу выбора наиболее подходящей для решений стоящих перед вами задач технологии СО2-экстракции. А самое главное – не поддаваться на рекламу и маркетинговые уловки, с помощью которых недобросовестные производители и импортеры стараются расширить свой рынок сбыта, продав вам товар худшего качества и менее подходящий для решения ваших задач.
Ну а мы, со своей стороны, всегда рады вас проконсультировать и помочь советом. Сколько бы сложными ни были стоящие перед вами задачи, сколь бы смелыми ни были ваши планы – связывайтесь с нами, мы всегда найдем чем вам помочь.