CO2 ekstrakcija

Šiuo metu tiek kosmetikoje ir aromaterapijoje, tiek kulinarijoje ir natūraliojoje parfumerijoje ima populiarėti CO2 ekstraktai. Šios substancijos vis dažniau pakeičia spaudimo būdu išgautus augalinius aliejus, parfumerinius absoliutus, kurių gamybai naudojami aštrūs chemikalai, ir net eterinius aliejus (toliau – EA), kurie tik iš dalies atspindi tikrąjį gyvo augalo, pvz., levandų ar rozmarinų, skleidžiamą kvapą.

Ypatingai kvepiantys Rosa alba žiedai dažniausiai ekstrahuojami superkritiniu CO2.

Metodas

Nuo seno žmonės pašvęsdavo savo gyvenimus tam, kad išgautų kuo kvapnesnes ir subtilesnes augalų substancijas. Per daug šimtmečių buvo ištobulintas šaltasis aliejų spaudimas, EA distiliavimas vandeniu ir vandens garais, frakcionuotasis distiliavimas, molekulinis distiliavimas, sugalvotas enflioražas, ekstrahavimas tirpiklių pagalba arba kaitinant ir daugelis kitų metodų.

Aliejų spaudimas ir EA garų/vandens distiliavimas - seniausi ir dažniausiai taikomi metodai - 20 a. pabaigoje įgijo modernų ir sudėtingą konkurentą, kuris tampa vis svarbesnis, – superkritinę skystąją ekstrakciją anglies dvideginiu (CO2). CO2 yra dujos, kurias iškvepiame kaip metabolizmo rezultatą ir kurios yra sunaudojamos augalų fotosintezei kaip viena iš esminių jos sudėtinių dalių.

Ši švelni ir tausojanti augalo komponentų išgavimo technologija įdarbina CO2 kaip tirpiklį. Pramonėje sutinkami 3 tirpikliai – vanduo, etanolis ir CO2, kurie gali būti charakterizuojami kaip fiziologiniai ir nežalingi aplinkai. Tačiau tik CO2 turi saugaus lipofilinio (augalų riebalinius junginius tirpinančio) tirpiklio savybes.

CO2 ekstrakcijos metodas paremtas anglies dvideginio dujų savybe transformuotis į specifinę būklę, kuri vadinama superkritiniu skysčiu. Šioje būklėje anglies dvideginis gali būti naudojamas perkoliacijos ir maceracijos procesuose kaip bet kuris kitas tirpiklis. Vienintelė būtina sąlyga yra ta, kad darbo metu dujos turi būti suslėgtos, o tai reikalauja specialios ir vis dar gan brangios aparatūros. Tai pats didžiausias šio metodo trūkumas, ypač smulkiems augalinių aliejų spaudėjams ir aromatinių substancijų distiliuotojams.

Vidutinio dydžio CO2 ekstraktorius.

Tačiau kad ir koks brangus būtų šis metodas, jis taip pat turi gausybę privalumų. CO2 – tai stabilios ir inertiškos dujos, nepaliekančios išgautoje substancijoje tirpiklio nuosėdų ar likučių, nedegios, tinkamos maisto gamybai ir visad esančios po ranka. Jos nekenkia aplinkai ir nesukuria jokių pašalinių produktų.

CO2 ekstrakcijos principai

Suslėgtos anglies dvideginio dujos ekstraktoriuje cirkuliuoja uždara kilpa, kuri padalijama į dvi dalis: aukštesnio slėgio zoną ir žemesnio slėgio zoną.

Aukšto slėgio kolonoje CO2 dujos, suslėgtos iki superkritinio skysčio būklės, teka per ekstraktorių, kuriame sukrauta augalinė žaliava ir sugeria lakiuosius junginius. Perėjęs specialų vožtuvą superkritinis CO2 skystis praranda slėgį ir savybes, o ekstraktas kondensuojamas ir surenkamas specialiame inde. Anglies dvideginis regeneruojamas, kondensuojamas ir sugrąžinamas atgal į darbinį ciklą. Temperatūros reguliatoriai yra atsakingi už tikslų temperatūros režimą ekstraktoriuje.

Preciziškai suprogramuotas CO2ekstrakcijos procesas.

Atrankieji (selected) ir visų frakcijų (total) CO2 ekstraktai

Anglies dvideginio dujos pasižymi reguliuojamu selektyvumu (atrankumu), kitaip sakant, keičiant slėgį ir temperatūrą galima keisti tarpiklio gebėjimą tirpinti skirtingus augalo junginius.

Atrankieji CO2 ekstraktai, susidedantys beveik vien iš lakiųjų aromatinių junginių, gaunami šildant iki +31oC ir naudojant žemo tankio dujas ir slėgimą nuo 90 iki 120 barų (beveik tiek pat atmosferų). Šie ekstraktai yra lakūs, skysti ir panašūs į eterinius aliejus bei absoliutus. Atrankieji ekstraktai turi visapusišką kvapų gamą, artimą gyvam augalui. Jie skiriasi nuo eterinių aliejų, o netreniruotai nosiai gali pasirodyti kiek neįprastoki.

Visų frakcijų, arba pilnieji,CO2 ekstraktai, susidedantys iš pilno spektro bioaktyvių lipofilinių augalo junginių: riebiųjų aliejų (sočiųjų ir nesočiųjų riebalų rūgščių), vaškų, pigmentų, vitaminų, aromatinių ir kt. junginių, gaunami naudojant aukšto tankio dujas ir slėgimą nuo 205 iki 500 barų. Šie ekstraktai panašūs į riebiuosius aliejus, dervinguosius aliejus (angl. oleoresins) ar konkretus savo tirštoka konsistencija, kuri kartais būna panaši į sviestą ar vaškingą konkretą. Šių ekstraktų olfaktorinės savybės yra ne tokios ryškios kaip atrankiųjų ekstraktų, tačiau pilnieji CO2 ekstraktai turi daugybę nuostabių gydomųjų ir kosmetinių komponentų – antioksidantų, polifenolinių junginių, karotenų, fitosterolių, tokių kaip skvalenas, antocianų ir t. t.

CO2 ekstraktai naudojami medicinoje, farmacijoje, aromaterapijoje, kosmetikoje ir vis labiau įsitvirtina natūraliojoje parfumerijoje.

Šviežiai išekstrahuotas visų frakcijų (pilnasis) rožių CO2 ekstraktas.

Išvados: privalumai ir diskutuotinos CO2 ekstraktų/-cijos pusės

Nenorėčiau gilinti priešpriešos - CO2 ekstrakcija vs. distiliacija, CO2 ekstraktai vs. eteriniai aliejai, kurią neretai sutinkame literatūroje. EA, ypač išdistiliuoti iš laukinių augalų ar specifinių chemotipų, yra neįkainojami ir be galo įdomūs tiek aromaterapijos, tiek kosmetikos, tiek parfumerijos atžvilgiu. Distiliavimas yra gana paprastas, nebrangus ir aplinkai draugiškas metodas, leidžiantis gauti didžiulę aromatinių substancijų įvairovę ir gana nesunkiai tyrinėti naujas aromatines medžiagas ir galimybes.

CO2 ekstrakcijos metodas turi savų privalumų – tai ir greitis, ir galimybė preciziškai reguliuoti temperatūrą ir slėgį, tačiau vertingiausias šio metodo bruožas yra švelni ekstrakcija be deguonies. Šiuose ekstraktuose nesusidaro pašaliniai oksidacijos produktai ir nevyksta terpeninių esterių hidrolizė, kurios dažnai neišvengiama atliekant paprastą vandens/garų distiliaciją.

Fragrances-SÖFW-Journal, No.126 buvo publikuota distiliuoto EA ir atrankiojo CO2 cheminės sudėties palyginamoji studija. Tiriamas buvo gvazdikėlių pumpurų EA. Nustatyta, kad daugiau nei 50% šiam aliejui svarbaus aromatinio junginio - eugenilo acetato - distiliavimo metu hidrolizuojasi (skyla) į eugenolį ir acto rūgštį. Kvapnaus esterio praradimas lemia pastebimą gvazdikėlių pumpurų EA kvapo suplokštėjimą ir nuaitrėjimą. Tas pats nutinka ir pagrindiniam levandų, taip pat svarbiam kardamonų EA junginiui - linalilo acetatui. Kardamonų CO2 ekstrakte chromatografijos būdu nustatyta 3 kartus daugiau linalilo acetato nei garais distiliuotame EA. Pažymėtina, kad garų distiliacijos metu taip pat skyla ir itin svarbus žolinių substancijų, tarp jų bazilikų ir mairūnų, junginys – sabineno acetatas. Be to, izomerizacija ir oksidacija vyksta distiliuojant pankolių EA. Trans-anetolis (suteikia saldų kvapą ir skonį) izomerizuojasi į cis-anetolį (nelieka saldumo, cis-izomerai yra labiau toksiški) ir akivaizdžiai padidėja anyžių aldehido kiekis.

Atrankieji CO2 ekstraktai turi pilną lakiųjų monoterpenų puokštę (viršutinę gaidą), pilną terpeninių esterių ir terpeninių alkoholių paletę (širdies gaidą) ir pilną didžiųjų lakiųjų molekulių – seskviterpenų ir diterpenų sudėtį (bazinę gaidą). Ši aromatinė kompozicija yra gana artima šviežiai augalinei žaliavai ir atkuria būdingą šviežio, gyvo augalo kvapo įspūdį.

CO2 ekstrakcijos trūkumai yra daugiausia technologiniai – sudėtingas procesas, reikalaujantis brangios įrangos ir profesionalaus aptarnavimo. Be to, jis ne visad tinka šviežiai žaliavai, ypač gėlėms ir vaisiams ekstrahuoti. Mat ši žaliava greitai genda, pelėja, pūva, fermentuojasi, todėl turi būti ekstrahuojama vos tik surinkta. Kadangi tai ne visuomet įmanoma, šviežia žaliava turi būti papildomai perdirbama, t. y. užšaldoma ar džiovinama.

Atrankieji CO2 ekstraktai neretai turi daugiau pigmentų, nei EA. Taip pat gali turėti vaškų pėdsakų.

Taigi CO2 ekstrakcija yra kur kas švelnesnė procedūra nei garų distiliacija ar spaudimas ir vykstant ekstrakcijai gerokai sumažina žalą subtiliems aromatiniams ir kitiems bioaktyviems junginiams. Tai leidžia išsaugoti unikalų junginių kompleksiškumą, koks yra būdingas gyviems augalams.

Nuotraukos Laimės Kiškūnės.