При CO2-экстракции используется диоксид углерода, сжатый до состояния жидкого растворителя, для растворения каннабиноидов и терпенов из высушенного каннабиса или конопли; при сбросе давления CO2 снова превращается в газ, оставляя экстракт. Процесс протекает в двух режимах. Сверхкритическая экстракция происходит выше критической точки CO2, которая составляет около 31 °C и 74 bar, где флюид обладает растворяющей способностью жидкости и текучестью газа. Субкритическая экстракция происходит ниже этой точки, когда CO2 представляет собой холодную сжатую жидкость. Операторы подбирают давление, температуру и время, чтобы регулировать извлечение конкретных соединений, а полученный сырой экстракт обычно подвергается дальнейшей очистке перед превращением в готовый продукт.
Критическая точка в цифрах
Критическая точка — это состояние, при котором раздельные жидкая и газовая фазы вещества перестают существовать. Для CO2 эталонные значения хорошо известны. В NIST Chemistry WebBook указана критическая температура 304,18 K и критическое давление 73,80 bar на основе одного из оцененных наборов данных; в аналитическом обзоре переработки каннабиса приводятся значения 31,06 °C и 73,83 bar. На практике это около 31 °C и 74 bar.
Именно такая низкая критическая температура является причиной использования CO2. Вода также может переходить в сверхкритическое состояние, но только при температуре около 647 K и давлении 22,1 MPa, что далеко выходит за рамки допустимого для термолабильных растительных соединений. В том же обзоре отмечается, что CO2 негорюч, нетоксичен, легко удаляется и относительно дешёв, благодаря чему он стал основным сверхкритическим растворителем для растительного сырья.
Сверхкритическая против субкритической
| Субкритическая | Сверхкритическая | |
|---|---|---|
| Условия | Ниже примерно 31 °C и/или 74 bar | Выше обоих показателей |
| Состояние CO2 | Сжатая жидкость | Сверхкритический флюид |
| Растворяющая способность | Ниже, более мягкая | Выше, регулируется давлением |
| Типичное применение | Летучие фракции, низкотемпературные процессы | Экстракция полного спектра, целевые фракции |
| Компромисс | Более слабый растворитель, меньше выход за один проход | Извлечение большего количества восков при высоком давлении |
Субкритический режим часто рекламируется как более подходящий для терпенов. Физические принципы подтверждают более «мягкое» воздействие, поскольку растворитель холоднее и слабее, однако степень его влияния на конкретный экстракт зависит от материала и параметров процесса, поэтому к обобщенным заявлениям следует относиться с осторожностью.
Почему CO2 обладает селективностью
В сверхкритическом диапазоне плотность приближается к плотности жидкости, тогда как вязкость остается близкой к вязкости газа. Плотность в значительной степени определяет растворяющую способность флюида, поэтому повышение давления увеличивает силу растворителя, а его снижение сужает спектр извлекаемых веществ.
Исследование 2022 года, посвященное соцветиям технической конопли и опубликованное в журнале Pharmaceuticals, демонстрирует этот принцип. Работая при 60 °C, авторы установили, что относительно низкое давление 131,2 bar оптимально для монотерпенов (класса, включающего myrcene, limonene и alpha-pinene), экстракты, более богатые сесквитерпенами (классом, включающим beta-caryophyllene), получались при 319,7 bar, а пик извлечения CBD приходился на 284,78 bar. Выход продукта в ходе экспериментов варьировался от 0,75% до 8,83% в зависимости от давления и температуры. В этом и заключается практический смысл понятия «регулируемость»: один аппарат, разные настройки, разный химический профиль.
В некоторых технологических процессах в поток CO2 добавляют сорастворитель, обычно этанол. Это увеличивает общий выход, однако в исследовании по очистке конопли отмечается, что это происходит частично за счет сопутствующей экстракции хлорофиллов и других соединений, которые затем необходимо удалять.
Винтеризация
Экстракция CO2 при более высоком давлении приводит к извлечению растительных восков и липидов вместе с каннабиноидами. Винтеризация (холодная очистка) позволяет их удалить: сырой экстракт растворяют в этаноле, охлаждают для выпадения восков в осадок, фильтруют в холодном состоянии и затем выпаривают этанол. В одном из опубликованных протоколов переработки конопли экстракт, растворенный в этаноле до 10% по массе, выдерживали при −20 °C от 24 до 48 часов перед фильтрацией. Это важно, поскольку надпись «CO2-экстракт» на этикетке часто означает сырой экстракт CO2, прошедший этап очистки этанолом, а не продукт, полученный исключительно с помощью CO2.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- Отсутствие легковоспламеняющегося растворителя в экстракторе, а CO2 удаляется из продукта в виде газа при снижении давления.
- Возможность настройки селективности путем изменения давления и температуры, как показано в исследовании конопли.
- Низкие рабочие температуры по сравнению со многими термическими процессами.
Недостатки:
- Оборудование высокого давления стоит дорого в закупке, сертификации и обслуживании.
- Выход продукта сильно зависит от настроек, поэтому результаты в значительной степени определяются квалификацией оператора.
- Сырому экстракту часто требуется винтеризация (холодная очистка) этанолом, что возвращает горючий растворитель на последующих этапах.
«Оборудование для CO2-экстракции в домашних условиях»
Это один из самых частых поисковых запросов по теме, поэтому дадим прямой ответ: сверхкритический CO2-экстрактор не является бытовым прибором, и малые габариты этого не меняют. Система должна удерживать CO2 при давлении выше 74 bar только для достижения сверхкритического диапазона, а рабочее давление в опубликованных исследованиях каннабиса значительно выше — примерно от 131 до 320 bar в упомянутом выше исследовании.
В руководстве Управления по охране труда и технике безопасности Великобритании (HSE) по системам, работающим под давлением, перечислены последствия аварий такого оборудования: ударная волна от резкого выброса сжатого газа, разлёт поврежденных деталей и обломков, а также контакт с выброшенным содержимым. Там также объясняется, что для большинства систем под давлением требуется письменная схема освидетельствования, составленная компетентным специалистом, и только очень малые системы освобождаются от этого требования. Промышленные CO2-экстракторы проектируются, проверяются и эксплуатируются строго в рамках этих правил, что во многом объясняет их высокую стоимость.
Для домашнего пользователя экономический расчет также редко оправдывает себя. Стоимость оборудования вместе с сертификацией, обслуживанием, подачей CO2 и описанными выше этапами постобработки рассчитана на производителей, перерабатывающих большие объемы сырья. Кроме того, в Таиланде производство экстрактов с содержанием THC более 0,2% по весу регулируется Министерским постановлением об экстрактах каннабиса или конопли B.E. 2569, которое предусматривает выдачу лицензий на производство только тайским юридическим лицам, не являющимся «иностранными» в соответствии с Законом о предпринимательской деятельности иностранцев (Foreign Business Act) B.E. 2542 (1999), государственным учреждениям и Обществу Красного Креста Таиланда. Данный материал не содержит рекомендаций и сравнений каких-либо аппаратов или производителей.
Распространенные ошибки
- Предположение, что «сверхкритический» означает «более сильный продукт». Этот термин описывает состояние растворителя, а не концентрацию активных веществ в готовом масле.
- Предположение, что CO2-экстракты никогда не контактируют с другими растворителями. Многие из них проходят винтеризацию (холодную очистку) этанолом.
- Отношение к низкой температуре как к отсутствию рисков. Главной опасностью при CO2-экстракции является высокое накопленное давление, а не нагрев.
Перед предприниманием каких-либо действий ознакомьтесь с действующими правилами Таиланда и местными требованиями к оборудованию, работающему под давлением.