Ekstrakcja to jedna z najstarszych technik produkcji mieszanek aromatycznych ( ekstrakty przypraw, ziół) i medycznych stosowana od wieków z użyciem wody. Pierwsze odkrycia sprzed ponad 5500 lat, naczyń służących ekstrakcji znaleziono w Mezopotamii. Technikę ekstrakcji w znacznym stopniu udoskonalili muzułmanie, to oni zastosowali ekstrakcję płyn- płyn do oczyszczania tłuszczów czy cukru. W wiekach średnich zastosowanie etanolu jako ekstrahenta pozwoliło na zwiększenie wydajności i selektywności procesu. Wiek XIX był przełomem w udoskonalaniu samego procesu i urządzeń na skalę przemysłową, za sprawą odkrycia praw termodynamiki, prac nad ekstrakcją ciągłą typu płyn – płyn i ciała stałe – płyn.

Ekstrakcja – od doboru rozpuszczalnika, aż po destylację lub krystalizację.

Ekstrakcja najogólniej to proces wydobywania z mieszaniny stałej lub płynnej ( rzadko gazowej) określonego składnika (kofeina, sacharoza)  lub wielu składników (rezyny) za pomocą odpowiednio dobranego rozpuszczalnika. Oddzielenie składnika odbywa się najczęściej poprzez proces destylacji lub krystalizacji.

Ekstrakcja z materiałów stałych za pomocą rozpuszczalnika polega na dodaniu do materiału stałego rozpuszczalnika ekstrakcyjnego tak aby selektywnie rozpuścić i wydzielić substancje pożądane. Dobór rozpuszczalnika zależy od jego zdolności rozpuszczania substancji i tworzenie misceli , lepkości. W przemyśle spożywczym i kosmetycznym stosuje się ekstrakcję różnych części (ziół, korzeni, nasion, kory, owoców) np chmielu, rumianku, mięty, waleriany, wanilii , czerwonego pieprzu czy lukrecji. W przemyśle farmaceutycznym za pomocą ekstrakcji pozyskuje się antybiotyki , alkaloidy czy kofeinę. Kolejną istotną kwestią jest polarności rozpuszczalnika i jego zdolność do selektywnej ekstrakcji substancji czynnych czy pożądanych. Na wydajność procesu rzutuje rzecz jasna też czas oraz temperatura , która w dużej mierze zależy od użytego rozpuszczalnika ( temp zapłonu).

W przemyśle do ekstrakcji i pozyskiwania ekstraktów roślinnych, spożywczych, składników perfum wykorzystuję się całkiem pokaźną ilość rozpuszczalników poczynając od wody , poprzez etanol, eter etylowy, kończąc na hexanie.

Metody ekstrakcji w przemyśle spożywczym i perfumeryjnym. Jak powstają składniki perfum.

Do metod ekstrakcji należą:

– maceracja – zalanie rozdrobionego surowca rozpuszczalnikiem w temp pokojowej na określony czas i oddzielenie ekstraktu od materiału. Digestia to proces prowadzony w temp ok 35C a infuzja proces prowadzony we wrzącej wodzie. Dekokcję prowadzi się przez dłuższy czas w temp pow 60C.

Popularne i modne ostatnio procesy otrzymywania napojów na bazie mielonej kawy – coldbrew czy areopress to nic innego jak ekstrakcja wodą w różnych warunkach termicznych. Również macerując laski wanilii za pomocą etanolu otrzymuje się ekstrakt waniliowy wykorzystywany w przemyśle perfumeryjnym jako składnik wielu perfum ( np. Thierry Mughler „Angel” czy „A*MEN pure cuir” oraz Ch Dior „ Hypnotic Poison”) czy przemyśle spożywczym do otrzymywania aromatów i ekstraktów do wypieków cukierniczych czy piekarniczych.

– perkolacja to metoda w której rozpuszczalnik przepływa przez materiał ekstrahowany pod wpływem siły ciężkości.

– immersja to proces w którem materiał jest zanurzony w krążącym nieustannie rozpuszczalniku.

– ekstrakcja wielostopniowa – to kilkukrotne przemywania surowca początkowo ekstraktem a później czystym rozpuszczalnikiem w przeciwprądzie.

Ekstrakcja płyn – płyn to rodzaj ekstrakcji gdzie z płynnej „matrycy” (np. wytłoczonego olejku z nasion) za pomocą selektywnego rozpuszczalnika wydobywa się cenne składniki do produkcji perfum czy aromatów spożywczych . W czasie procesu tworzą się 2 nie mieszające się ze sobą fazy ciekłe w czasie , którego rozpuszczalnik odbiera z fazy bogatej,  substancje ekstrahowane. Pozostałość po ekstrakcji to rafinat. Ekstrakcja tego typu jest powszechnie stosowana kiedy:

– temperatura wrzenia składników ekstrahowanych jest bardzo zbliżona

– składniki mają bardzo wysoką albo bardzo niską temperaturę wrzenia

– ekstrahowane składniki są nie odporne na obróbkę termiczną , która grozi ich rozkładem

– ekstrahowane składniki należą do tej samej klasy związków chemicznych,

– ekstrahowane składniki mają znacząco bardzo różne temperatury wrzenia

Tak jak w przypadku powyższym ekstrakcja płyn-płyn może być prowadzona jedno bądź wiele stopniowo. W różnych temperaturach, które wpływają na jej wydajność , w różnego rodzaju rozwiązaniach technicznych od baterii ekstrakcyjnych poprzez wieże do wirówek ekstrakcyjnych.

Ekstrakcja płynami nadkrytycznymi SFE.

Jest to metoda ekstrakcji, która coraz częściej jest stosowana w pozyskiwaniu składników kompozycji zapachowych, perfum, , ekstraktów roślinnych, olejków do aromaterapii, aromatów spożywczych (aromaty do lodów, aromaty do napojów). Jedyną jej zasadniczą wadą jest specjalnie przystosowana do wysokich ciśnień instalacja a co za tym idzie metoda ta nie jest tania ale za to bardzo efektywna.

Najczęściej stosuje się CO2 sprężony do stanu płynnego w obszarze nadkrytycznym ( gaz wykazuje cechy pośrednie pomiędzy cieczą a gazem). Największym atutem CO2 w takiej postaci jest fakt, że jest powszechnie dostępny i tani, nie palny, o wysokiej czystości, bezpieczny w kontakcie z żywnością, środowiskowo bezpieczny.

Gaz w takie postaci wykazuje bardzo silne selektywne właściwości lipofilowe a poprzez zmianę jego gęstości można regulować ich selektywność ekstrakcji składników z materiału  w przypadku konwencyjnych rozpuszczalników nie ma takiej możliwości). Ponadto gaz w takim stanie fizycznym posiada ponad 10x większy współczynnik dyfuzji co pozawala na ekstrakcję bardzo rozdrobnionych materiałów w krótkim czasie. Gazy nie reagują z ekstraktem , a brak tlenu w instalacji zapobiega utlenianiu wysoko lotnych składników (chociażby terpenów). Brak procesów termicznych zabezpiecza delikatne składniki roślinne przed zmianami strukturalnymi. Po zredukowaniu ciśnienia ekstrakt jest wytrącany a gaz zawracany z powrotem do ekstrakcji. Ważnym czynnikiem procesu jest fakt braku pozostałości ekstrahenta w produkcie. Niewątpliwą zaletą stosowania CO2 jest jego powszechna dostępność (zastosowanie nie powoduje zwiększenia jego ilości w atmosferze) , niepalność, bakteriostatyczność, brak odpadów. Poza wykorzystaniem CO2 do otrzymywania składników do produkcji składników do aromatów spożywczych , kompozycji zapachowych i perfum, wykorzystuje się go również do ekstrakcji kofeiny z kawy i herbaty, chmielu (ekstrakty do piwa), usuwania tłuszczu z kakao.

Za pomocą CO2 można z łatwością wyekstrahować łatwo rozpuszczalne ,lekkie lipofilne cząsteczki węglowodorów, estrów i ketonów, laktonów i alkoholi. Słabo rozpuszczalne , zależnie od polarności oleje roślinne, woski, rezyny, niektóre alkohole, karotenoidy. Nierozpuszczalne polarne cukry, taniny, fosfolipidy, aminokwasy, białka. Zmieniając parametry gazy w stanie nadkrytycznym (ciśnienie, temperaturę) można wpływać na jego selektywność w trakcie procesu ekstrakcji.

Porównanie ekstrakcji CO2 z destylacją parową.

Porównując Proces ekstrakcji za pomocą CO2 w stanie nadkrytycznym  i destylacji parowej wykazano, że:

– nie występuje proces hydrolizy związków , na przykładzie eugenolu i octanu eugenylu w olejku goździkowym. Zawartość octanu eugenylu w produkcie uzyskanym za pomocą ekstrakcji CO2 była 2x większa. Olejek goździkowy jest ważnym składnikiem aromatów spożywczych czy składników perfum

– nie występuje proces izomeryzacji i utleniania związków na przykładzie olejku z kopru włoskiego, który zawiera trans– anetol a który w procesie destylacji z parą wodną przechodzi w cis-anetol ,a który później utlenia się do aldehydu anyżowego

– ekstrakcja za pomocą CO2 zabezpiecza transformację niebieskiej matrycyny , zawartej w olejku rumiankowym (Matricaria chamomilla) w bezbarwny chamazulen . Olejek rumiankowy a nie tylko medyczne ( aromaterapia)zastosowanie ale również jest składnikiem kompozycji zapachowych w perfumach

– ekstrakt imbirowy zawiera dużo więcej olejków aromatycznych jak również ekstrakty z szałwii czy rozmarynu dużo więcej antyoksydantów 

Zatem ekstrakcja za pomocą CO2 z stanie nadkrytycznym wykorzystywanym w otrzymywaniu naturalnych olejów eterycznych , składników perfum czy aromatów spożywczych jest procesem zdecydowanie bardziej delikatnym , wydajnym i czystym choć droższym stosowanym do otrzymywania na skalę przemysłową naturalnych ekstraktów, składników perfum i aromatów spożywczych