"Sự kỳ diệu" của chiết xuất siêu tới hạn bắt nguồn từ các tính chất vật lý độc đáo của carbon dioxide (CO ₂) ở trạng thái siêu tới hạn. Khi nhiệt độ của CO ₂ vượt quá 31,1 ° C và áp suất vượt quá 7,38 MPa, nó đi vào trạng thái siêu tới hạn, khi mật độ của nó gần với chất lỏng, trong khi độ nhớt gần với khí, cả tính thấm của khí và tính hòa tan của chất lỏng. Tính chất này làm cho CO₂ trở thành một dung môi chiết xuất hiệu quả cao, có khả năng đi sâu vào các lỗ nhỏ của vật liệu để hòa tan và chiết xuất các thành phần mục tiêu.
Cơ chế chính để biến CO ₂ thành dung môi mạnh:
Điều chỉnh độ hòa tan: Độ hòa tan của CO ₂ siêu tới hạn thay đổi đáng kể khi áp suất và nhiệt độ thay đổi. Bằng cách điều chỉnh áp suất, khả năng hòa tan của nó đối với các chất phân cực khác nhau có thể được kiểm soát. Ví dụ, các chất phân cực yếu được ưu tiên chiết xuất ở áp suất thấp, dần dần chiết xuất các thành phần có độ phân cực lớn hơn và trọng lượng phân tử cao hơn khi áp suất tăng lên. Tính chọn lọc này cho phép CO ₂ trích xuất chính xác các chất mục tiêu trong khi tránh các tạp chất trộn lẫn.
Lợi thế hoạt động ở nhiệt độ thấp: chiết xuất siêu tới hạn có thể được thực hiện trong điều kiện gần nhiệt độ phòng (35-40 ℃), ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa và thoát của các chất nhạy cảm với nhiệt (như hương liệu dễ bay hơi, thành phần hoạt tính). Ví dụ, khi chiết xuất các loại gia vị tự nhiên, các đặc tính nhiệt độ thấp của CO ₂ có thể bảo tồn hoàn toàn hương vị và hoạt tính ban đầu của các loại gia vị.
Bảo vệ môi trường và an toàn: CO₂ không độc hại, không mùi, không cháy và không xảy ra phản ứng hóa học trong quá trình chiết xuất, tránh độc hại và ô nhiễm môi trường có thể do dung môi hữu cơ truyền thống gây ra. Ngoài ra, CO ₂ dễ dàng tinh chế và tái chế, giảm chi phí hơn nữa.
Ví dụ ứng dụng: Công nghệ chiết xuất CO ₂ siêu tới hạn đã được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và các lĩnh vực khác. Ví dụ, khi chiết xuất các thành phần hoạt tính như flavonoid, alkaloid từ thực vật, CO ₂ có thể hòa tan các chất này một cách hiệu quả, đồng thời tránh nhiệt độ cao phá hủy cấu trúc của chúng, dẫn đến chiết xuất chất lượng cao, tinh khiết cao.