การสกัดด้วย CO2 คือการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกอัดความดันจนมีพฤติกรรมเหมือนตัวทำละลายที่เป็นของเหลว เพื่อละลายแคนนาบินอยด์และเทอร์ปีนออกจากกัญชาหรือกัญชงแห้ง เมื่อทำการปลดความดันออก CO2 จะเปลี่ยนกลับเป็นแก๊สและทิ้งสารสกัดไว้เบื้องหลัง ระบบนี้ทำงานใน 2 สภาวะหลัก การสกัดแบบซูเปอร์คริติคอล (Supercritical extraction) จะทำงานเหนือจุดวิกฤตของ CO2 ที่อุณหภูมิประมาณ 31 °C และความดัน 74 bar ซึ่งเป็นสภาวะที่ของไหลมีความสามารถในการละลายเหมือนของเหลวและมีการไหลเหมือนแก๊ส ส่วนการสกัดแบบซับคริติคอล (Subcritical extraction) จะทำงานต่ำกว่าจุดวิกฤตนั้น โดยใช้ CO2 ในสถานะของเหลวอัดความดันเย็น ผู้ควบคุมเครื่องจะเลือกความดัน อุณหภูมิ และเวลา เพื่อควบคุมว่าสารประกอบใดจะถูกสกัดออกมา และน้ำมันดิบที่ได้มักจะนำไปผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมก่อนจะนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์
จุดวิกฤตและตัวเลขที่เกี่ยวข้อง
จุดวิกฤตคือสภาวะที่สถานะของเหลวและแก๊สของสารไม่แยกออกจากกันอีกต่อไป สำหรับ CO2 ค่าอ้างอิงได้รับการยืนยันอย่างชัดเจน NIST Chemistry WebBook ระบุอุณหภูมิวิกฤตไว้ที่ 304.18 K และความดันวิกฤตที่ 73.80 bar จากชุดข้อมูลที่ได้รับการประเมิน ขณะที่บทความทบทวนวรรณกรรมด้านกระบวนการแปรรูปกัญชาระบุไว้ที่ 31.06 °C และ 73.83 bar ซึ่งในทางปฏิบัติจะอยู่ที่ประมาณ 31 °C และ 74 bar
อุณหภูมิวิกฤตที่ต่ำนี้คือเหตุผลหลักที่มีการนำ CO2 มาใช้ น้ำก็สามารถเข้าสู่สภาวะซูเปอร์คริติคอลได้เช่นกัน แต่ต้องใช้อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 647 K และความดัน 22.1 MPa ซึ่งสูงเกินกว่าจะนำมาใช้กับสารประกอบในพืชที่ไวต่อความร้อน รายงานทบทวนวรรณกรรมฉบับเดียวกันยังระบุว่า CO2 ไม่ติดไฟ ไม่เป็นพิษ กำจัดออกได้ง่าย และมีราคาค่อนข้างถูก จึงกลายเป็นตัวทำละลายซูเปอร์คริติคอลมาตรฐานสำหรับสารสกัดจากพฤกษชาติ
ซูเปอร์คริติคอล เทียบกับ ซับคริติคอล
| ซับคริติคอล (Subcritical) | ซูเปอร์คริติคอล (Supercritical) | |
|---|---|---|
| สภาวะ | ต่ำกว่าประมาณ 31 °C และ/หรือ 74 bar | สูงกว่าทั้งสองค่า |
| สถานะของ CO2 | ของเหลวอัดความดัน | ของไหลซูเปอร์คริติคอล |
| ประสิทธิภาพการละลาย | ต่ำกว่า นุ่มนวลกว่า | สูงกว่า ปรับเปลี่ยนได้ตามความดัน |
| การใช้งานทั่วไป | สกัดส่วนประกอบที่ระเหยง่าย, การสกัดที่ใช้อุณหภูมิต่ำ | การสกัดครอบคลุมทุกช่วง, การสกัดเฉพาะส่วนประกอบที่ต้องการ |
| ข้อแลกเปลี่ยน | ตัวทำละลายมีความสามารถในการละลายต่ำกว่า สกัดสารได้น้อยกว่าต่อรอบ | สกัดได้ไขพืชปนออกมามากขึ้นเมื่อใช้ความดันสูง |
การสกัดแบบซับคริติคอลมักถูกโฆษณาว่าเหมาะกับเทอร์ปีนมากกว่า ฟิสิกส์พื้นฐานสนับสนุนว่ากระบวนการนี้ “นุ่มนวลกว่า” เนื่องจากตัวทำละลายมีความเย็นและมีฤทธิ์อ่อนกว่า แต่จะสร้างความแตกต่างให้กับสารสกัดเฉพาะมากน้อยเพียงใดยังขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและการตั้งค่าการทำงาน ดังนั้นจึงควรระมัดระวังคำกล่าวอ้างแบบครอบจักรวาล
เหตุใด CO2 จึงมีความสามารถในการเลือกสกัด
ในสภาวะซูเปอร์คริติคอล ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นจนใกล้เคียงกับของเหลว ในขณะที่ความหนืดจะคงอยู่ใกล้เคียงกับแก๊ส ความหนาแน่นเป็นตัวควบคุมหลักว่าของไหลจะละลายสารได้มากน้อยเพียงใด ดังนั้นการเพิ่มความดันจึงเป็นการเพิ่มความสามารถในการละลายของตัวทำละลาย และการลดความดันจะทำให้ขอบเขตการสกัดสารแคบลง
งานวิจัยในปี 2022 เกี่ยวกับดอกกัญชงอุตสาหกรรมที่ตีพิมพ์ในวารสาร Pharmaceuticals แสดงให้เห็นถึงกลไกนี้ ที่อุณหภูมิ 60 °C ผู้แต่งพบว่าความดันระดับค่อนข้างต่ำที่ 131.2 bar เหมาะที่สุดสำหรับการสกัดโมโนเทอร์ปีน (กลุ่มที่รวมถึง myrcene, limonene และ alpha-pinene) ส่วนสารสกัดที่อุดมไปด้วยเซสควิเทอร์ปีน (กลุ่มที่รวมถึง beta-caryophyllene) จะได้จากความดัน 319.7 bar และการสกัด CBD จะขึ้นสูงสุดที่ความดัน 284.78 bar ผลผลิตรวมจากการสกัดในแต่ละรอบมีตั้งแต่ 0.75% ถึง 8.83% ขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิ นี่คือความหมายในทางปฏิบัติของคำว่า “ปรับเปลี่ยนได้”: เครื่องจักรเครื่องเดียว แต่ตั้งค่าต่างกัน ได้โปรไฟล์เคมีที่ต่างกัน
กระบวนการบางอย่างอาจมีการเติมตัวทำละลายร่วม (co-solvent) ซึ่งมักจะเป็นเอทานอล ลงในสายการไหลของ CO2 เพื่อเพิ่มผลผลิตรวม แต่รายงานการทำกัญชงให้บริสุทธิ์ฉบับหนึ่งชี้ให้เห็นว่า วิธีนี้ทำให้เกิดการสกัดเอาคลอโรฟิลล์และสารประกอบอื่นๆ ออกมาด้วย ซึ่งต้องนำไปผ่านกระบวนการกำจัดออกในภายหลัง
วินเทอไรเซชัน (winterization)
การสกัดด้วย CO2 ที่ความดันสูงจะดึงเอาไขพืชและลิพิดออกมาพร้อมกับแคนนาบินอยด์ กระบวนการวินเทอไรเซชัน (winterization) จะช่วยกำจัดสิ่งเหล่านี้ออก โดยนำน้ำมันดิบมาละลายในเอทานอล แช่เย็นเพื่อให้ไขพืชตกตะกอน กรองออกขณะเย็น แล้วจึงระเหยเอทานอลออกไป วิธีการสกัดกัญชงที่ได้รับการตีพิมพ์ฉบับหนึ่งระบุว่า ให้ละลายสารสกัดในเอทานอลจนได้ความเข้มข้นของสารสกัด 10% โดยน้ำหนัก แล้วเก็บไว้ที่อุณหภูมิ −20 °C เป็นเวลา 24 ถึง 48 ชั่วโมงก่อนนำไปกรอง ข้อนี้มีความสำคัญเพราะคำว่า “สารสกัด CO2” บนฉลากมักหมายถึงน้ำมันดิบจาก CO2 ที่ผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพด้วยเอทานอล ไม่ใช่การใช้ CO2 เพียงอย่างเดียว
ข้อดีและข้อเสีย
ข้อดี:
- ไม่ใช้ตัวทำละลายที่ติดไฟได้ในภาชนะสกัด และ CO2 จะระเหยออกจากผลิตภัณฑ์ในรูปแก๊สเมื่อลดความดัน
- สามารถปรับระดับการเลือกสกัดได้ตามความดันและอุณหภูมิ ดังที่แสดงในการศึกษากัญชง
- ใช้อุณหภูมิในการทำงานต่ำเมื่อเทียบกับกระบวนการทางความร้อนอื่นๆ
ข้อเสีย:
- อุปกรณ์ทนความดันสูงมีราคาแพงในการจัดซื้อ การรับรองมาตรฐาน และการบำรุงรักษา
- ผลผลิตมีความผันผวนมากตามการตั้งค่า ทำให้ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับทักษะของผู้ควบคุมเครื่องเป็นหลัก
- น้ำมันดิบมักยังต้องนำไปผ่านกระบวนการวินเทอไรเซชันด้วยเอทานอล ซึ่งทำให้ต้องกลับมาใช้ตัวทำละลายที่ติดไฟได้ในขั้นตอนถัดมา
“เครื่องสกัด CO2 สำหรับใช้ในบ้าน”
นี่เป็นหนึ่งในคำค้นหายอดนิยมเกี่ยวกับหัวข้อนี้ คำตอบที่ตรงไปตรงมาคือ: เครื่องสกัด CO2 แบบซูเปอร์คริติคอลไม่ใช่เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน และขนาดที่เล็กลงก็ไม่ได้เปลี่ยนข้อเท็จจริงนี้ ระบบต้องกักเก็บ CO2 ไว้ที่ความดันสูงกว่า 74 bar เพื่อให้บรรลุสภาวะซูเปอร์คริติคอล และความดันในการทำงานจริงในงานวิจัยกัญชาที่ตีพิมพ์นั้นสูงกว่านั้นมาก โดยอยู่ที่ประมาณ 131 ถึง 320 bar ในงานวิจัยกัญชงข้างต้น
คู่มือระบบแรงดันของ UK Health and Safety Executive ได้ระบุถึงอันตรายที่จะเกิดขึ้นหากอุปกรณ์ดังกล่าวล้มเหลว: แรงระเบิดจากการปลดปล่อยแก๊สอัดความดัน แรงกระแทกจากชิ้นส่วนที่เสียหายและเศษชิ้นส่วนที่ปลิวออก มา และการสัมผัสกับสารที่พุ่งออกมา นอกจากนี้ยังอธิบายว่าระบบแรงดันส่วนใหญ่ต้องมีแผนการตรวจสอบที่เป็นลายลักษณ์อักษรซึ่งจัดทำโดยผู้มีความรู้ความสามารถ (competent person) และมีเพียงระบบที่มีขนาดเล็กมากเท่านั้นที่จะได้รับการยกเว้น เครื่องสกัด CO2 ในเชิงพาณิชย์ถูกสร้าง ตรวจสอบ และใช้งานภายใต้กรอบข้อบังคับเหล่านี้ ซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้เครื่องมีราคาแพง
สำหรับผู้ใช้ในบ้าน ในแง่ตัวเลขก็แทบจะไม่คุ้มค่าเช่นกัน ต้นทุนอุปกรณ์ บวกกับค่ารับรองมาตรฐาน การบำรุงรักษา การจัดหา CO2 และขั้นตอนหลังการแปรรูปที่อธิบายไว้ข้างต้น เหมาะสำหรับผู้ผลิตที่ดำเนินการกับวัตถุดิบปริมาณมากเท่านั้น และในประเทศไทย การผลิตสารสกัดที่มี THC เกิน 0.2% โดยน้ำหนัก อยู่ภายใต้กฎกระทรวงว่าด้วยสารสกัดจากกัญชาหรือกัญชง พ.ศ. 2569 ซึ่งสงวนใบอนุญาตการผลิตไว้เฉพาะนิติบุคคลไทยที่ไม่ใช่ “คนต่างด้าว” ตามพระราชบัญญัติการประกอบธุรกิจของคนต่างด้าว พ.ศ. 2542, หน่วยงานของรัฐ และสภากาชาดไทย บทความนี้ไม่ได้แนะนำหรือเปรียบเทียบเครื่องจักรหรือผู้ผลิตรายใดทั้งสิ้น
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
- ทึกทักว่า “ซูเปอร์คริติคอล” หมายถึง “ผลิตภัณฑ์ที่แรงกว่า” คำนี้ใช้อธิบายสถานะของตัวทำละลาย ไม่ใช่ความเข้มข้นของน้ำมันที่สกัดได้
- เข้าใจผิดว่าสารสกัด CO2 ไม่เคยสัมผัสกับตัวทำละลายอื่น สารสกัดจำนวนมากต้องผ่านกระบวนการวินเทอไรเซชันด้วยเอทานอล
- มองว่าอุณหภูมิต่ำคือความเสี่ยงต่ำ อันตรายในการสกัดด้วย CO2 คือความดันที่ถูกกักเก็บไว้ ไม่ใช่อุณหภูมิ
ตรวจสอบกฎระเบียบปัจจุบันของไทยและข้อกำหนดเกี่ยวกับอุปกรณ์แรงดันในท้องถิ่นของคุณก่อนดำเนินการใดๆ ตามข้อมูลในบทความนี้