Süperkritik Akışkan Nedir ?

   Saf bir maddenin sıcaklığı kritik sıcaklığının, basıncı ise kritik basıncının üzerine çıkarıldığında katı, sıvı ve gaz fazlarından daha farklı yeni bir bölge ortaya çıkar ve bu bölgedeki akışkan “süperkritik akışkan” olarak tanımlanır.

 

   Süperkritik akışkanların fizikokimyasal özellikleri sıvılarla gazların özellikleri arasındadır. Bu özellik süperkritik akışkanların daha etkin bir çözücü olmasını sağlamaktadır. Çözücünün istenilen özellikleri şu şekildedir:

-        Hammaddelerin akışkan içinde çözünürlüğü

-        İnert olmalı

-        Üründen kolay ayrılabilir olmalı

-        Ekonomik ve kolay bulunabilen bir akışkan olmalı

-        Akışkanın toksik, patlayıcı ve yanıcı olmamalı.

Yoğunluğun artması ile bunların çözme güçleri artmakta ve gazlara göre daha fazla madde çözebilmektedirler. Yayınırlığın artması ve viskozitenin azalması ile süperkiritik akışkanlar, katı yapıdaki gözeneklere gazlar gibi kolayca yayınabilmekte ve çözme güçleri artmaktadır. Sıvılardan daha düşük viskozite ve daha yüksek diffizüviteye sahip olması, yüksek ayırma verimliliğine sahip olduklarını gösterir. Bu özellikleri sıvı ekstraksiyonu ile karşılaştırıldığında bir katının veya sıvının ekstraksiyonunda kütle aktarım hızını artırıcı bir rol oynar. Süperkritik bölgede çözme gücü yoğunluğun doğrusal fonksiyonudur. Yoğunluk sabit sıcaklıkta artan basınçla kuvvetlice artar, sabit basınçta artan sıcaklıkla azalır. Süperkritik akışkanın yoğunluğu dolayısıyla çözme gücü basınç ve sıcaklıkla ayarlanabildiği için ekstraksiyon işlemi daha yüksek verimlerle sonuçlanır. Çözme gücünün ayarlanabilir olması nedeniyle farklı basınç ve sıcaklıklarda çalışıldığında belli bir maddeye karşı seçicilik artar ve çözünen maddelerin fraksiyonel olarak ayrılması sağlanır.

   Isıya duyarlı bileşiklerin ayırma ve saflaştırma süreçleri için süperkritik akışkan ekstraksiyonu en etkin yöntemdir. Süperkritik akışkanlar ile ekstraksiyon işlemi sona erdiğinde, basıncın düşürülmesi ile akışkan, çözünen maddeden kolaylıkla ayrılabilmektedir. Bu yöntemde üründe çözücü kalıntısı kalmamakta ve yeni bir saflaştırma işlemine gereksinim duyulmamaktadır. Süperkritik akışkanlarla ekstraksiyon süreçlerinde kullanılan akışkan ekstraktöre tekrar geri beslenebilir ve çözücü kaybı azaltıldığından ekonomik bir ayırma sürecidir. Süperkritik akışkan ekstraksiyonunda kullanılan akışkanlar inert çözücülerdir. Bu özelik, süperkritik koşullarda gerçekleştirilen ekstraksiyon işlemlerinde herhangi bir hidroliz, oksidasyon ya da bozunma tepkimesinin gözlenmemesini sağlamaktadır.

 Gıda Endüstrisinde Süperkritik CO2 Uygulamaları

 1. Dekafeinizasyon: kahveden kafeinin uzaklaştırılması uygulamasıdır. 

2.  Lipit ve Kolestrolun Uzaklaştırılması: Kolesterol süperkritik CO2‘de çözünebilir. Bu nedenle hayvansal yağlardan veya yumurtanın sarısından kaliteyi bozmadan kolesterolun uzaklaştırılması, et ezmeleri ve süt yağının fraksiyonlanması yoluyla dayanıklılığının artırılması konusunda çalışmalar yapılmaktadır.

 3. Bitkisel Yağ Ekstraksiyonu: Süperkritik karbondioksit bitkisel yağ üretiminde de yağ ekstraksiyonu amacıyla kullanılabilmektedir.

 4.  Mikroorganizma İnaktivasyonu: Mikrobiyel inaktivasyon işlemine tabi tutulacak maddenin yüksek basınç hücresine yerleştirilmesi, sıcaklık biriminin çalıştırılarak sistemin belirlenen çalışma sıcaklığına getirilmesi, istenilen çalışma basıncına ulaşılana kadar sisteme CO2 basılması, çalışma basıncı ve sıcaklığında maddenin belirli süre bekletilmesi,  hücrenin basıncının boşaltılması ve maddenin uzaklaştırılmasıdır.

Süperkritik akışkan teknolojisinin uygulama alanları çok geniştir ve en etkili yöntem kombineli kullanımlarla alınmaktadır.

 

Yazan: Melike DENİZ  

Editörler: Kerem KARAKOÇ & Naz BERK

Kaynaklar

• Simon Vlad LucaThomas KittlMirjana MincevaLuca, Gaweł-Bęben,et al., 2021Perakis, Louli,&Magoulas, 2005Trifan et al., 2021Dosoky, Satyal, Barata, da Silva,&Setzer, 2019Salehi et al., 2019Takooree et al., 2019Dosokyetal.,2019Luca, Minceva, et al., 2021Bagheri, Manap,&Solati, 20142014Andrade, Trivellin,&Ferreira, 2017Dutta&Bhattacharjee, 2016
• Trends in Food Science & Technology Volume 64, June 2017, Pages 94-101