Εκχύλιση ελαίου σπόρων τσαγιού με χρήση υπερκρίσιμου εξοπλισμού CO₂

Το έλαιο σπόρων τσαγιού προέρχεται από τους σπόρους του φυτού Camellia oleifera. Διαθέτει χαρακτηριστικό άρωμα, αποθηκεύεται εύκολα και απορροφάται γρήγορα από τον ανθρώπινο οργανισμό, με υψηλή θρεπτική αξία. Αυτό το λάδι περιέχει διάφορα λιπαρά οξέα, όπως ελαϊκό οξύ, λινολεϊκό οξύ, παλμιτικό οξύ, στεατικό οξύ και μυριστικό οξύ.

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την εξαγωγή του ελαίου σπόρων τσαγιού. Δεδομένου ότι το έλαιο σπόρων τσαγιού είναι-ευαίσθητο στη θερμότητα και δεν αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες, η παραδοσιακή θερμή έκθλιψη αλλάζει σημαντικά το χρώμα του. Η εκχύλιση με διαλύτες, από την άλλη πλευρά, αφήνει υπολείμματα διαλύτες, με αποτέλεσμα κακή σταθερότητα του προϊόντος και πιθανούς κινδύνους για την υγεία.

Διαφορετικές μέθοδοι εκχύλισης αποδίδουν διαφορετικά αποτελέσματα για το έλαιο σπόρων τσαγιού. Η θερμή πίεση καταστρέφει τα θρεπτικά συστατικά στο λάδι, καθιστώντας το τελικό προϊόν δύσκολο να αποθηκευτεί, προκαλώντας σημαντικές διατροφικές απώλειες, μειώνοντας την απόδοση του λαδιού και επηρεάζοντας αρνητικά το χρώμα. Η εκχύλιση με διαλύτη παράγει ένα ασταθές προϊόν με υπολειμματικούς διαλύτες, το οποίο είναι επιβλαβές για την υγεία.

Η τεχνολογία εξαγωγής υπερκρίσιμου υγρού χαρακτηρίζεται από χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλή απόδοση και μη ρύπανση. Είναι απλό στη λειτουργία και εύκολο στον έλεγχο, και ως εκ τούτου εφαρμόζεται ευρέως σε πολλούς τομείς όπως τα τρόφιμα, τα φάρμακα, τα χημικά και η βιοχημεία. Αυτή η μέθοδος εκχύλισης διατηρεί τόσο τα θρεπτικά συστατικά όσο και τα ενεργά συστατικά χωρίς να καταστρέφει το έλαιο σπόρων τσαγιού λόγω των υψηλών θερμοκρασιών, καθιστώντας την μια πράσινη και αποτελεσματική διαδικασία. Χρησιμοποιείται συνήθως στην επεξεργασία τροφίμων και σιτηρών και είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την εξαγωγή λειτουργικών συστατικών από φυτά. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή ελαίων όπως καρυδέλαιο, έλαιο σταφυλιού, έλαιο ιπποφαούς και έλαιο σπόρων κολοκύθας, καθώς και για ουσίες όπως λεκιθίνη, αρώματα και χρωστικές ουσίες.

Τα πειράματα έδειξαν ότι αρκετοί βασικοί παράγοντες επηρεάζουν την απόδοση εκχύλισης του σπορέλαιου τσαγιού: πίεση εκχύλισης, θερμοκρασία εκχύλισης, χρόνος εκχύλισης και ταχύτητα ροής CO2.

Η απόδοση εκχύλισης αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης. Η υψηλότερη πίεση αυξάνει την πυκνότητα του CO2, ενισχύοντας έτσι την ικανότητά του να διαλύει το έλαιο σπόρων τσαγιού. Η βέλτιστη πίεση εκχύλισης προσδιορίστηκε στα 35 MPa.

Η θερμοκρασία ασκεί πολύπλοκη επίδραση στη διαλυτότητα του υπερκρίσιμου CO2. Υπό σταθερή πίεση, η αύξηση της θερμοκρασίας επιταχύνει τη μοριακή κίνηση, ενισχύει τις μοριακές αλληλεπιδράσεις, μειώνει το ιξώδες του υγρού και βελτιώνει τη διαλυτότητα. Ωστόσο, μειώνει επίσης την πυκνότητα του υγρού, γεγονός που μειώνει την ικανότητα του υγρού να μεταφέρει έλαιο σπόρων τσαγιού. Αυτά τα δύο αντίθετα αποτελέσματα καθορίζουν συλλογικά τη βέλτιστη θερμοκρασία εκχύλισης. Για το έλαιο σπόρων τσαγιού, η βέλτιστη θερμοκρασία εκχύλισης είναι 50 μοίρες.

Κατά τη δυναμική εκχύλιση, ένας υψηλότερος ρυθμός ροής CO2 οδηγεί σε υψηλότερη αναλογία εκχυλιστικού-προς-υλικού, που προάγει τη διάχυση και τη διαλυτότητα του εκχυλίσματος. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, η απόδοση εκχύλισης αυξάνεται με την αύξηση του ρυθμού ροής CO2. Ωστόσο, όταν ο ρυθμός ροής υπερβαίνει τα 20 kg/h, η απόδοση εκχύλισης μειώνεται ελαφρώς. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στον υπερβολικά υψηλό ρυθμό ροής, ο οποίος μειώνει τον χρόνο παραμονής του CO2 στο υλικό, οδηγώντας σε ανεπαρκή επαφή μεταξύ του CO2 και του υλικού και συνεπώς σε μειωμένη διαλυτότητα. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι ο βέλτιστος ρυθμός ροής CO2 είναι 20 kg/h.

Η συνολική απόδοση εκχύλισης αυξάνεται σταδιακά με την επέκταση του χρόνου εκχύλισης. Τόσο από τεχνική όσο και από οικονομική άποψη, η παράταση του χρόνου εξαγωγής αυξάνει την κατανάλωση ενέργειας. Επομένως, ο κατάλληλος χρόνος εκχύλισης είναι 150 λεπτά.

Κατά την εκχύλιση ελαίου σπόρων τσαγιού χρησιμοποιώντας υπερκρίσιμο CO2, οι βέλτιστες συνθήκες διεργασίας (με μέγεθος σωματιδίων πρώτης ύλης 40 mesh) είναι οι εξής: πίεση 35 MPa, θερμοκρασία 50 βαθμών, ταχύτητα ροής CO2 20 kg/h και χρόνος εκχύλισης 150 λεπτά. Υπό αυτές τις συνθήκες, η απόδοση εκχύλισης μπορεί να φτάσει το 33,5%. Αντίθετα, η συμβατική μέθοδος εκχύλισης με διαλύτη διαρκεί 6 ώρες και επιτυγχάνει απόδοση εκχύλισης μόνο 30,3%. Η υπερκρίσιμη μέθοδος όχι μόνο απαιτεί λιγότερο χρόνο, αλλά και εξάγει περισσότερο λάδι από σπόρους τσαγιού από την πρώτη ύλη, με αποτέλεσμα υψηλότερη χρήση της πρώτης ύλης. Επομένως, είναι μια νέα τεχνολογία με ευρείες προοπτικές ανάπτυξης.

Κατά την εξαγωγή ελαίου από σπόρους τσαγιού με χρήση υπερκρίσιμου CO2, η θερμοκρασία λειτουργίας είναι χαμηλή, γεγονός που εμποδίζει την καταστροφή των ευαίσθητων στη θερμότητα συστατικών του ελαίου και επιτρέπει στο λάδι να διατηρεί το φυσικό του άρωμα. Στο πείραμα χρησιμοποιήθηκε CO2 ποιότητας τροφίμων-, επομένως το προϊόν που προκύπτει δεν περιέχει υπολείμματα διαλύτη και είναι μια φυσική πράσινη τροφή.