CO2 extrakció: nyomás, hőmérséklet, kivonat

Miért éppen a szén-dioxidból lesz oldószer?

Mi kell ahhoz, hogy egy hétköznapi gáz kannabinoidokat vigyen magával a darált kenderből? Nyomás és hőmérséklet, elég pontos értékeken. A két szám nem kerekítés kérdése. Légköri körülmények között a szén-dioxid gyakorlatilag semmit nem hoz ki a növényi anyagból. 31,1 °C és 73,8 bar felett viszont egészen máshogy viselkedik: egyetlen fluidummá válik, amely a szó megszokott értelmében sem gáz, sem folyadék. Ez a téma ezért két részből áll. Az egyik a kémia, a másik egy ipari sorrend: mi történik a présben, és melyik lépés mit ad hozzá.

Egy dolgot érdemes már itt tisztázni. Az extrakció nem kész üveget ad, hanem sűrű koncentrátumot. A polcon látható CBD olaj ennek a kivonatnak és egy hordozóból álló keveréknek az összeállítása. A kivonat tehát félkész állapot, nem a végtermék. A préskamra a termék egyik felét adja, a formulázás a másikat.

És hogy miért éppen ezzel a gázzal? Mert szuperkritikus állapotban két tulajdonság van jelen egyszerre. Úgy hatol át a szilárd növényi részecskéken, ahogy egy gáz szokott, közben pedig a folyadékokéhoz mérhető oldóképességgel bír. Nincs benne semmi egzotikus: ugyanaz a szén-dioxid, amit palackozott formában bárki ismer, csak zárt rendszerben, szabályozott nyomáson. A többi mérnöki kérdés: milyen edény, milyen nyomás, milyen hőmérséklet.

• Kritikus pont: 31,1 °C és 73,8 bar.
• E két érték felett a szén-dioxid egyetlen fluidumként viselkedik.
• Diffúzió: a szilárd növényi anyagon úgy hatol át, mint egy gáz.
• Oldóképesség: a folyadékokéhoz mérhető.
• Nem gyúlékony, és élelmiszeripari minőségben rendelkezésre áll [1].
• Ugyanez a technológia kereskedelmi léptékben a kávébab koffeinmentesítésében is szerepel [1].

Három állapot, három viselkedés

Amíg csak gáz vagy csak folyadék

Légköri nyomáson a szén-dioxid kitölti a rendelkezésére álló teret, és gyakorlatilag semmit nem hoz ki a növényi anyagból. Ebben az állapotban tehát nincs mivel dolgozni. Nyomás alatt, 31,1 °C alatti hőmérsékleten folyadékká válik: sűrű lesz, és ekkor már valóban képes vegyületeket kivonni. Csak hogy a szilárd növényi anyagba való behatolása ilyenkor jóval kisebb. A gáznál az áthatolás megvan, a kivonóképesség nincs. A folyadéknál pontosan fordítva. Két állapot, két hiányzó fél. Egyik sem hibás állapot, csak egyik sem elég egymagában. Ez a szűk keresztmetszet az oka annak, hogy az ipar a harmadik állapot felé mozdult el.

31,1 °C és 73,8 bar felett

A két érték felett a szén-dioxid szigorú értelemben nem gáz és nem folyadék, hanem szuperkritikus fluidum. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a diffúziója a gázokra jellemző, vagyis bejut a szilárd növényi anyagba, az oldóképessége viszont a folyadékokéhoz mérhető. A két tulajdonság ugyanabban az anyagban. Ez a különbség adja meg, miért ez a harmadik állapot a munkaállapot. Rovetto és Aieta 2017-ben közölt munkája [1] emellett egy további jellemzőt emel ki: a fluidum sűrűsége beállítható. Nem adottság, hanem paraméter. Innentől nem az anyag szab határt, hanem az, milyen nyomást és hőmérsékletet állítanak be a rendszerben. Ezért nem lehet a préskamrát egyetlen beállítással leírni.

Ami a préskamrában sorrendben történik

A sorrend eleje egyszerű: őrlemény az edénybe, aztán zárás, aztán nyomás. A növényi anyag darálva kerül a nyomástartó edénybe, és a szuperkritikus szén-dioxidot ezen keringetik át. A fluidum magával viszi a kannabinoidokat, a kivonat összetételéről pedig a tételes analitikai jegyzőkönyv ad számokat, kannabinoidokra és terpénekre lebontva. Ez az a szakasz, amit a legtöbben a CO2 extrakció szó alatt keresnek: nem az elmélet, hanem a lépések sorrendje.

A folyamatnak van egy reakciólépése is, amelyről külön szakirodalom szól. Wang és munkatársai 2016-ban közölt vizsgálata [2] a savas kannabinoidok dekarboxilációját írta le, szuperkritikus fluidum alapú analitikai módszerrel. A dekarboxiláció itt reakciórészlet, vagyis a savas forma átalakulása, ami a hőmérséklettől nem független. A savas és a semleges forma kérdése ezért nem választható el a préskamra hőmérsékletétől [2].

A futam végén a nyomást kiengedik. A szén-dioxid visszatér gáz állapotba, a kivonat pedig ott marad az edényben. Ennek prózai következménye van: nincs mit elpárologtatni a kivonatból, és nincs mit később utánakeresni. Oldószermaradék nem marad. Ez az a pont, ahol a szén-dioxid szerepe a legkézzelfoghatóbb, hiszen az oldószer magától elhagyja a rendszert. A koncentrátum innen megy tovább a formulázásra, ahol a hordozó kerül mellé.

• Darált növényi anyag a nyomástartó edénybe.
• Szuperkritikus szén-dioxid keringetése az anyagon.
• Nyomás és hőmérséklet beállítása.
• Dekarboxiláció mint reakciórészlet a savas kannabinoidoknál [2].
• A nyomás kiengedése, a szén-dioxid újra gáz.
• Az összegyűjtött kivonat: nincs eltávolítandó oldószer.

Beállítható sűrűség, hangolható kivonás

Rovetto és Aieta 2017-es közleménye [1] egy tulajdonságot emel ki kulcsfontosságúként: a fluidum sűrűségét be lehet állítani. Ez a mondat a gyakorlatban azt jelenti, hogy a nyomás és a hőmérséklet együtt két dolgot határoz meg. Az egyik, hogy mennyi vegyület kerülhet egyáltalán a fluidumba. A másik, hogy melyek. Vagyis nem csak a kivonat mennyisége, hanem az összetétele is beállított paraméterek kérdése. Ezért írja le a szakirodalom a szuperkritikus szén-dioxidot hangolható oldószerként, nem pedig fix jellemzőkkel bíró anyagként. Ugyanaz a berendezés, ugyanaz az őrlemény, más beállítás, más profil. A spektrumjelölések innen kapják az értelmüket: a teljes spektrumú CBD megnevezés a kivonat összetételéről szól, és a tételes jegyzőkönyv az, ami számokat tesz mellé. Nem elhanyagolható részlet, hogy a szén-dioxid emellett nem gyúlékony, és élelmiszeripari minőségben áll rendelkezésre [1].

Beruházás az egyik oldalon, szabályozhatóság a másikon

A szén-dioxidos eljárásnak két véglete van, és mindkettő ugyanabba az irányba mutat. A beruházás igénye itt a legnagyobb: nyomástartó rendszer, szabályozott hőmérséklet, a hozzá tartozó műszerezés. A szabályozhatóság szintén a legnagyobb: a nyomás és a hőmérséklet számként állítható, tételről tételre ugyanúgy. A kettő összefügg, a beállítható paraméterekhez tartozik a gépészet, amely ezt a beállítást lehetővé teszi. Ez a két adat magyarázza, miért ez a módszer szerepel ott, ahol az összetétel ismételhetősége a szempont. Ennyi a mérleg két oldala, és a legtöbb eljárási kérdés ide fut vissza: minden tétel mögött konkrét beállítások állnak.

Kivonat, hordozó és a hozzá tartozó dokumentum

Nem az a beszédes adat egy eljárásnál, hogy meddig tart. Az időtartam könnyen hangzik jól, mégis a beállított változók mondanak többet: a nyomás, a hőmérséklet, a fluidum sűrűsége. Ezek döntik el, mennyi és mi kerül a kivonatba. Ez a sorrend a gyakorlatban egyszerűen olvasható: az egyik oldalon a kémia, a másikon a gyártási lépések, és a kettő ugyanabban az edényben találkozik.

A Cibdol katalógusában szereplő olajok kivonata szuperkritikus szén-dioxiddal készül, a gyártás Svájcban zajlik.

Utána jön a másik fél: a koncentrátum és a hordozó keveréke, ami az üvegbe kerül. A kiszerelés kérdése, tehát hogy pipettás üveg vagy CBD kapszula, ettől független szempont. A kannabinoid rendszer szintén saját lapra tartozó téma, ahogy a THC és a CBD különbsége is. És hogy a CBD legális-e egy adott országban, arra nem az extrakció, hanem a helyi szabályozás ad választ.

Ehhez a laphoz a préskamra tartozik: milyen állapotban van a szén-dioxid, mit visz magával, és mi marad utána. A nyomás kiengedése után a szén-dioxidot nem kell külön eltávolítani a kivonatból, mert magától gázzá válik és elhagyja a rendszert. A lap két közleményre épül: Rovetto és Aieta 2017-es munkája [1] a szuperkritikus szén-dioxidos kivonást írja le, Wang és munkatársai 2016-os közlése [2] a savas kannabinoidok dekarboxilációját. A számok pedig nem a leírásból jönnek, hanem a mérésből. Amit egy tételnél végig lehet olvasni, az az analitikai jegyzőkönyv: kannabinoidok számokkal, tételszámhoz kötve.