Ekstrakcija olja čajevca z uporabo opreme za superkritični CO₂

Olje čajevca pridobivajo iz semen rastline Camellia oleifera. Ima značilno aromo, je enostaven za shranjevanje, človeško telo ga hitro absorbira, ima visoko hranilno vrednost. To olje vsebuje različne maščobne kisline, vključno z oleinsko kislino, linolno kislino, palmitinsko kislino, stearinsko kislino in miristinsko kislino.

Obstaja več metod za pridobivanje olja čajevca. Ker je olje čajevca občutljivo-na vročino in ne prenese visokih temperatur, tradicionalno vroče stiskanje bistveno spremeni njegovo barvo. Po drugi strani pa ekstrakcija s topilom pušča ostanke topil, kar ima za posledico slabo stabilnost izdelka in možna tveganja za zdravje.

Različne metode ekstrakcije dajejo različne rezultate za olje čajevca. Vroče stiskanje uniči hranila v olju, zaradi česar je končni izdelek težko shraniti, povzroči znatne izgube hranilnih vrednosti, zmanjša donos olja in negativno vpliva na barvo. Pri ekstrakciji s topilom nastane nestabilen produkt z ostanki topil, kar je škodljivo za zdravje.

Za tehnologijo ekstrakcije superkritične tekočine je značilna nizka poraba energije, visoka učinkovitost in nič onesnaževanja. Je enostaven za uporabo in enostaven za nadzor, zato se široko uporablja na številnih področjih, kot so hrana, medicina, kemikalije in biokemija. Ta metoda ekstrakcije ohranja tako hranila kot aktivne sestavine, ne da bi poškodovala olje čajnih semen zaradi visokih temperatur, zaradi česar je okolju prijazen in učinkovit postopek. Običajno se uporablja pri predelavi hrane in žitaric in je posebej primeren za ekstrakcijo funkcionalnih komponent iz rastlin. Uporablja se lahko na primer za pridobivanje olj, kot so orehovo olje, olje grozdnih pečk, olje rakitovca in olje bučnih semen, pa tudi snovi, kot so lecitin, arome in pigmenti.

Poskusi so pokazali, da več ključnih dejavnikov vpliva na izkoristek ekstrakcije olja čajevca: ekstrakcijski tlak, ekstrakcijska temperatura, čas ekstrakcije in pretok CO₂.

Izkoristek ekstrakcije se poveča z naraščajočim tlakom. Višji pritisk poveča gostoto CO₂ in s tem poveča njegovo sposobnost raztapljanja olja čajevca. Optimalni ekstrakcijski tlak je bil določen na 35 MPa.

Temperatura ima kompleksen vpliv na topnost superkritičnega CO₂. Pod stalnim pritiskom naraščajoča temperatura pospeši molekularno gibanje, okrepi molekularne interakcije, zmanjša viskoznost tekočine in izboljša topnost. Vendar pa tudi zmanjša gostoto tekočine, kar zmanjša sposobnost tekočine za prenos olja čajevca. Ta dva nasprotujoča si učinka skupaj določata optimalno temperaturo ekstrakcije. Za olje čajevca je optimalna temperatura ekstrakcije 50 stopinj.

Med dinamično ekstrakcijo ima višja stopnja pretoka CO₂ višje razmerje-in-materiala, kar spodbuja difuzijo in topnost ekstrakta. Kot je prikazano na sliki 3, se izkoristek ekstrakcije poveča s povečanjem pretoka CO₂; ko pa pretok preseže 20 kg/h, se izkoristek ekstrakcije rahlo zmanjša. To je mogoče pripisati previsokemu pretoku, ki skrajša čas zadrževanja CO₂ v materialu, kar povzroči nezadostni stik med CO₂ in materialom in s tem zmanjšano topnost. Eksperimentalni rezultati kažejo, da je optimalni pretok CO₂ 20 kg/h.

Skupni izkoristek ekstrakcije postopoma narašča s podaljševanjem časa ekstrakcije. S tehničnega in ekonomskega vidika podaljševanje časa ekstrakcije poveča porabo energije. Zato je primeren čas ekstrakcije 150 minut.

Pri ekstrakciji olja čajevca s superkritičnim CO₂ so optimalni procesni pogoji (z velikostjo delcev surovine 40 mesh) naslednji: tlak 35 MPa, temperatura 50 stopinj, pretok CO₂ 20 kg/h in čas ekstrakcije 150 minut. Pod temi pogoji lahko izkoristek ekstrakcije doseže 33,5%. Nasprotno pa običajna metoda ekstrakcije s topilom traja 6 ur in doseže izkoristek ekstrakcije le 30,3 %. Superkritična metoda ne zahteva le manj časa, temveč tudi ekstrahira več olja čajevca iz surovine, kar ima za posledico večjo izkoriščenost surovine. Gre torej za novo tehnologijo s širokimi razvojnimi perspektivami.

Pri ekstrakciji olja čajevca s superkritičnim CO₂ je delovna temperatura nizka, kar preprečuje uničenje temperaturno-občutljivih komponent v olju in omogoča, da olje ohrani svojo naravno aromo. V poskusu je bil uporabljen CO₂ za živilsko-razred, tako da dobljeni izdelek ne vsebuje ostankov topil in je naravno zeleno živilo.