Đề tài Sử dụng sóng siêu âm trích ly isoflavone

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM cOd Tiểu luận môn học Các kỹ thuật hiện đại trong CNTP Tên đề tài: Sử dụng sóng siêu âm trích ly isoflavone GVHD: PGS TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN HVTH: MAI THỊ HẢI ANH NGUYỄN THỊ NGÂN NGUYỄN NGỌC TÚ ANH NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO NĂM HỌC 2010 - 2011 MỞ ĐẦU Isoflavons là một phytoestrogen có nhiều tiềm năng trong phòng và chữa bệnh. Có nhiều phương pháp trích ly isoflavones, từ truyền thống đến hiện đại. Sử dụng sóng siêu âm trong trích ly isoflavons là một kỹ thuật hiện đại góp phần khắc phục một số nhược điểm của phương pháp truyền thống như giảm lượng dung môi, giảm thời gian chiết, an toàn và hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên trích ly bằng sóng siêu âm có nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu để tăng hiệu quả trích ly, đó là các thông số tối ưu ảnh hưởng đến quy trình như dung môi, tỷ lệ dung môi - mẫu, trạng thái mẫu, nhiệt độ, thời gian ly trích, nguồn năng lượng sóng siêu âm để đạt hiệu quả cao nhất.2. GIỚI THIỆU CHUNG Sóng siêu âm Khái niệm Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16-20kHz). Ngoài ra, sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hay sóng nén, nghĩa là trong trường siêu âm các phần tử dao động theo phương cùng với phương truyền của sóng. Các thông số của quá trình siêu âm: Tần số (Frequency, Hz): là số dao động phần tử thực hiện được trong 1 giây, (Hz). Biên độ (Amplitude): biểu thị mức độ thay đổi áp suất (so với áp suất cân bằng của môi trường) trong quá trình dao động. Cường độ (Intensity, W/m2): là năng lượng mà sóng siêu âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm. Công thức tính I = P/S; trong đó P là công suất của nguồn âm (W), S là diện tích miền truyền âm (m2). Mức cường độ âm (Sound pressure level, B): là đại lượng được tính bởi công thức: L = lg(I/Io). Trong đó I là cường độ âm tại điểm cần tính, Io là cường độ âm chuẩn (âm ứng với tần số f = 1000 Hz) có giá trị là: 10-12 W/m2. Hình 2.1: Các khoảng tần số của sóng siêu âm Con người có thể nghe được sóng âm có tần số từ 16 Hz đến 18 kHz. Sóng siêu âm là tên gọi của những sóng có tần số cao hơn 18 kHz. Giới hạn trên của tần số sóng siêu âm thường là 5 MHz đối với chất khí và 500 MHz đối với chất lỏng hay chất rắn. Trong phạm vi ứng dụng, sóng siêu âm được chia ra thành sóng siêu âm tần số thấp, năng lượng cao (20kHz-100kHz) và sóng siêu âm tần số cao, biên độ nhỏ (2MHz-10MHz) (Kuldiloke J., 2002). Sử dụng sóng siêu âm năng lượng cao trong công nghệ thực phẩm ngày càng được khảo sát tỉ mỉ. Phần lớn các nghiên cứu đều áp dụng tần số sóng trong khoảng từ 20 kHz đến 40 kHz (Povey M.I.W. and Mason T.J, 1998). Hình 2.2. Phạm vi tần số sóng siêu âm Sóng âm nghe thấy Sóng siêu âm năng lượng cao Phạm vi sóng mở rộng Sóng siêu âm biên độ nhỏ 16 Hz – 18 kHz 20 kHz – 100 kHz 20 kHz – 2 MHz 5 MHz – 10 MHz Thiết bị phát sóng siêu âm Thiết bị phát sóng siêu âm cũng phải gồm có 3 phần tối cần thiết sau: - Bộ phận chuyển phần lớn điện năng thành dòng điện xoay chiều tần số cao để vận hành bộ phận biến đổi . - Bộ phận biến đổi chuyển dòng điện xoay chiều tần số cao thành những dao động. Phần lớn thiết bị phát sóng siêu âm ngày nay sử dụng kỹ thuật áp điện. Hình dạng và kích thước của bộ phận này phụ thuộc vào tần số làm việc, bộ phận 20 kHz có chiều dài gấp đôi bộ phận 40 kHz. Năng lượng qua bộ biến đổi sẽ chuyển ngược lại thành bình phương tần số dao động, vì vậy thiết bị năng lượng cao tần số thấp được chú trọng. Bộ phận biến đổi nối với hệ thống truyền sóng thông qua một thiết bị phụ (Povey M.I.W. and Mason T.J, 1998). - Hệ thống truyền sóng sẽ truyền những dao động vào trong lòng chất lỏng. Trong thiết bị phát sóng siêu âm dạng bể, bộ phận biến đổi được gắn ở đáy bể và truyền trực tiếp dao động vào chất lỏng trong bồn. Tuy nhiên, đối với thiết bị năng lượng cao (thiết bị dạng thanh/que) dao động được khuyếch đại và truyền vào môi trường lỏng nhờ thiết bị trung gian gắn với bộ phận biến đổi. Theo thời gian, đầu của bộ phận trung gian này có thể bị mòn và bị giảm chiều dài cần thiết vì vậy người ta phải lắp đầu có thể tháo gỡ được (Povey M.I.W. and Mason T.J, 1998). Hình 2.3. Thiết bị phát sóng siêu âm dạng thanh Nguyên lý tác động của sóng siêu âm . Hiện tượng xâm khí thực Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành. Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ liên kết hóa học. Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa. Áp lực âm trong chu trình kéo đủ mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử và tạo thành những bọt khí nhỏ. Bọt khí trở thành hạt nhân của hiện tượng xâm thực khí, bao gồm bọt khí ổn định và bọt khí tạm thời (Kuldiloke J., 2002). Bọt khí ổn định là nguồn gốc của những bong bóng khí nhỏ, kích thước của chúng dao động nhẹ trong các chu trình kéo và nén. Sau hàng ngàn chu trình, chúng tăng thêm về kích thước. Trong suốt quá trình dao động, bọt khí ổn định có thể chuyển thành bọt khí tạm thời. Sóng siêu âm làm rung động những bọt khí này, tạo nên hiện tượng “ sốc sóng “ và hình thành dòng nhiệt bên trong chất lỏng. Bọt khí ổn định có thể lôi kéo những bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với nhau và tạo thành dòng nhiệt nhỏ (Kuldiloke J., 2002). Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất nhanh chóng, chỉ qua vài chu trình chúng bị vỡ ra. Trong suốt chu trình kéo/nén, bọt khí kéo giãn và kết hợp lại cho đến khi đạt được cân bằng hơi nước ở bên trong và bên ngoài bọt khí. Diện tích bề mặt bọt khí trong chu trình kéo lớn hơn trong chu trình nén, vì vậy sự khuyếch tán khí trong chu trình kéo lớn hơn và kích cỡ bọt khí cũng tăng lên trong mỗi chu trình. Các bọt khí lớn dần đến một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không đủ để duy trì pha khí khiến các bọt khí nổ tung dữ dội. Khi đó các phân tử va chạm với nhau mãnh liệt tạo nên hiện tượng “ sốc sóng “ trong lòng chất lỏng, kết quả là hình thành những điểm có nhiệt độ và áp suất rất cao (50000C và 5x104kPa) với vận tốc rất nhanh 106 oC/s (Kuldiloke J., 2002). Hình 2.4. Quá trình hình thành, phát triển và vỡ của bọt khí Hiện tượng xâm thực khí mở đầu cho rất nhiều phản ứng do có sự hình thành các ion tự do trong dung dịch; thúc đẩy các phản ứng hóa học nhờ có sự trộn lẫn các chất phản ứng với nhau; tăng cường phản ứng polymer hoá và depolymer hóa bằng cách phân tán tạm thời các phần tử hay bẻ gãy hoàn toàn các liên kết hóa học trong chuỗi polymer; tăng hiệu suất đồng hoá; hỗ trợ trích ly các chất tan như enzyme từ tế bào động vật, thực vật, nấm men hay vi khuẩn; tách virus ra khỏi tế bào bị nhiễm; loại bỏ các phần tử nhạy cảm bao gồm cả vi sinh vật (Kuldiloke J., 2002). Hiện tượng vi xoáy Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất lỏng sẽ gây nên sự kích thích mãnh liệt. Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha lỏng/rắn hay khí/rắn, sóng siêu âm gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy. Hiện tượng này làm giảm ranh giới giữa các pha, tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra sự khuyếch tán ở một vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt được (Kuldiloke J., 2002). Các hiệu ứng vật lý và hóa học khi chiếu siêu âm lên hệ chất lỏng Hiện tượng sủi bóng (cavitation): Sóng siêu âm được tạo ra bằng các dao động cơ học ở tần số cao hơn 15kHz. Khi truyền trong môi trường lỏng, các phần tử trong trường siêu âm trải qua các chu trình nén (compression) và duỗi (rarefaction) và những dao động này sẽ lan truyền cho các phần tử kế cận. Khi năng lượng đủ lớn, tại chu trình duỗi, tương tác giữa các phân tử sẽ vượt quá lực hấp dẫn nội tại và các lỗ hổng nhỏ trong lòng chất lỏng được hình thành. Hiện tượng trên còn được gọi là hiện tượng sủi bóng. Những bóng sủi này sẽ lớn dần lên bởi quá trình khuếch tán một lượng nhỏ các cấu tử khí (hoặc hơi) từ pha lỏng trong suốt pha dãn nở và không được hấp thụ hoàn toàn trở lại trong quá trình nén. Hiện tượng vỡ bóng Khi chúng đạt đến một thể tích mà chúng không còn có thể hấp thu được năng lượng, chúng vỡ ra một cách đột ngột và nhanh chóng. Trong suốt quá trình vỡ, nhiệt độ và áp suất sẽ tăng lên rất cao (khoảng 4000K và 1000atm). Thể tích chất lỏng bị gia nhiệt là rất nhỏ và nhiệt nhanh chóng bị tiêu tan, mặc dù nhiệt độ tại vùng này thì rất cao trong vài ms. Mặt khác, nhiệt độ và áp suất cao tạo ra khi nổ bong bóng sẽ dẫn tới sự tạo thành các gốc tự do như là H· và OH·. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hình thành và vỡ bóng Một số thông số như là tần số và biên độ của sóng siêu âm, nhiệt độ và độ nhớt của môi trường ảnh hưởng đến mức độ tạo bong bóng khí. Sự hình thành các lỗ hổng hay bóng khí có thể bị giới hạn ở tần số cao hơn 2,5 MHz. Kích thước bong bóng khí thu được ở tần số thấp hơn 2,5 MHz là tối đa và do đó những bong bóng khí này sẽ tạo ra năng lượng lớn khi vỡ. Siêu âm với biên độ cao hơn sẽ hình thành hiện tượng sủi bong bóng với cường độ mạnh hơn. Bong bóng được hình thành nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn do tăng áp suất hơi và giảm sức căng. Tuy nhiên sức căng hơi cao hơn sẽ làm yếu đi cường độ nổ bong bóng. Độ nhớt của chất lỏng cũng ảnh hưởng đến hiện tượng sủi bong bóng. Trong môi trường có độ nhớt cao, sự lan truyền của các phần tử trong trường siêu âm bị cản trở và do đó làm giảm mức độ sủi bong bóng. Trong trường hợp này, siêu âm có tần số thấp hơn và năng lượng cao hơn có khả năng xuyên thấu vào thực phẩm tốt hơn là siêu âm có tần số cao hơn. Ứng dụng của sóng siêu âm Siêu âm là một lĩnh vực đang được nghiên cứu và có tiềm năng phát triển trong ngành công nghệ thực phẩm. Sóng siêu âm có tần số từ 20kHz đến trên 25MHz thường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Có 2 lĩnh vực được ứng dụng chính trong công nghiệp thực phẩm: - Siêu âm tần số cao và năng lượng thấp: còn được gọi là siêu âm chuẩn đoán, trong khoảng tần số 20 – 60 MHz [51]. Phần này được sử dụng như một kỹ thuật phân tích, không làm phá hủy cấu trúc của mẫu, điều này được ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo tốc độ dòng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm ....(Floros, J. D., 1994). - Tần số thấp và siêu âm năng lượng cao (2 MHz – 10 MHz): được ứng dụng rộng rãi như một quá trình hỗ trợ trong hàng loạt các lĩnh vực như: kết tinh, sấy, bài khí, trích ly, lọc, đồng hoá, làm mềm thịt, quá trình oxi hoá, quá trình tiệt trùng … (Floros, J. D., 1994). Giới thiệu về Isoflavone Cấu tạo Hình 2.5: Cấu tạo isoflavone R3O Bảng 2.1. Danh sách các isoflavone TÊN R1 R2 R3 Daidzein H H H Glycitein H OCH3 H Genistein OH H H Daidzin H H Glucisyl Glycitin H OCH3 Glucosyl Genistin OH H Glucosyl Acetyl hoặc Malonyl daidzin H H Glucosyl-COCH3 hoặc Glucosyl-COCH2COOH Acetyl hoặc Malonyl glycitin H OCH3 Glucosyl-COCH3 hoặc Glucosyl-COCH2COOH Acetyl hoặc Malonyl genistin OH H Glucosyl-COCH3 hoặc Glucosyl-COCH2COOH Nguồn gốc và tính chất Isoflavone là các chất hữu cơ thuộc nhóm polyphenol có liên quan với flavonoid (isoflavone và flavonoid khác nhau ở vị trí gắn của vòng benzen). Sự khác biệt trong cấu tạo phân tử giữa isoflavone và flavones ở vị trí gắn nhóm phenyl vào gốc chromone (vị trí 3 ở isoflavone và vị trí 2 ở flavones) Isoflavone có nguồn gốc từ thảo mộc, có nhiều trong đậu nành. Những hợp chất có thành phần tương tự như isoflavon vẫn được tìm thấy trong một số loài thực vật như: cỏ 3 lá, cỏ linh lăng, cây dong…nhưng chúng không ăn được. Cho đến nay, đậu nành là loại thực phẩm duy nhất có chứa chất isoflavone. Đó là lý do tại sao đậu nành đã thu hút được sự chú ý, tập trung nghiên cứu từ các nhà khoa học. Cơ chế hoạt động và chức năng isoflavone như những hoocmon nữ và mang tính lành giúp cơ thể chống lại chứng loãng xương, bệnh tim mạch, và 1 số loại ung thư. Thường xuyên sử dụng isoflavone làm giảm tỷ lệ các bệnh tiền mãn kinh và các triệu chứng mãn kinh khác. Theo đánh giá của Branca và Lorenzetti đề nghị sử dụng 50 - 110mg isoflavone mỗi ngày từ 6 - 12 tháng cải thiện chất lượng xương. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY ISOFLAVON Phương pháp cổ điển Các kỹ thuật truyền thống sử dụng soxhlet, Shaking, stirring là những kỹ thuật phổ biến được sử dụng để ly trích isoflavon. Các yếu tố ảnh hưởng: Dung môi: Theo nghiên cứu của Eldridge (1982) sử dụng dung môi MeOH và EtOH và etylacetate và MeCN với đậu nành tách béo để trích ly isoflavones. Theo đánh giá này 80% MeOH sẽ cho hiệu quả trích ly isflovones là cao nhất và hầu hết là được tái sinh được isoflavon. Thời gian ly trích hiệu quả là 4h, tỉ lệ dung môi: mẫu thì nó sẽ khác nhau từ 14:1 - 45:1 một khi điều kiện ly trích được thiết lập phương pháp này được sử dụng để xác định hàm lương isflavones từ bột đậu nành, protein concentrates và isolate. Một nghiên cứu đi tiên phong bởi Murphy (1981) đã so sánh những dung môi khác nhau như MeOH, ACE, MeCN và chloroform-MeOH kết quả đã chỉ ra rằng với dung môi tinh khiết thì nó sẽ làm tăng hiệu quả trích ly tổng hàm lượng isoflavones chủ yếu (Gi, Ge, Di và De) và theo nghiên cứu này thì MeCN cùng với nước hoặc acid thì cho hiệu quả trích ly cao hơn những dung môi còn lại. Theo Murphy thì 80% methanol và 83% acid acetonitrile trở thành dung môi được sử dụng phổ biến trong việc ly trích isoflavones. Phương pháp này được phát triển bởi Murphy và nó phụ thuộc vào lượng mẫu thể tích dung môi lượng nước thêm vào và kỹ thuật khuầy đảo . Theo Song et al cùng cộng sự (1998) đã đánh giá lại phương pháp của Murphy và báo cáo rằng việc sử dụng nước thêm vào acid HCl và MeCN làm tăng khả năng phục hồi isoflavones đối với hầu hết thực phẩm từ đậu nành thì 7ml nước thì cho hiệu quả lớn nhất trong việc trích ly sử dụng một tỉ lệ dung môi và mẫu cao hơn 6ml/g những điều tra này trên mầm đậu nành (có hàm lượng isoflavones cao trên 10mg/g ). Theo Achouri (2005) nghiên cứu ly trích isoflavon từ đậu nành tách béo (DSM) và protein đậu nành isolate (PSI) kết luận rằng : DSM: 80%MeCN thì làm tăng hiệu quả ly trích malonyl isoflavon và aglycones, 80% MeOH có hiệu quả hơn trong việc ly trích glucoside. SPI:80% EtOH cho hiệu quả trích ly aglycon cao nhất. EtOH: hiệu quả ly trích cao, ít độc, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ Số lần trích ly: càng tăng thì hiệu quả càng cao. Ví dụ với mẫu DSM tăng từ 65% đấn 74% sau 5 lần ly trích , SPI: 107 đến 147% Nhiệt độ: theo Barnes và cộng sự (1994) sử dụng ly trích ispoflavon ở 600C, khi tăng nhiệt độ lên 800C tăng tốc độ ly trích. Coward cùng cộng sự (1998) đã đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ lên việc ly trích isoflavones từ thức ăn từ đậu nành. Isoflavones β-glucoside conjugates được ly trích bởi dung môi là 80% MeOH tại các khoảng nhiệt độ phòng, 40C và ở 800C, thời gian từ 2- 72 giờ bằng việc đảo trôn hoặc lắc rung. 40C: cho nồng độ malonyl glucosides cao nhất và nồng độ β-glucoside conjugates thấp nhất 800C: có sự chuyển hóa từ malonyl glucosides conjugate thành β-glucoside conjugates, tuy nhiên tổng lượng isoflavons trích ly được vẫn không thay đổi. Phương pháp hiện đại Kỹ thuật trích ly bằng sóng siêu âm (Ultrasound-assisted extraction UAF) sẽ được trình bày chi tiết ở mục 3. Kỹ thuật trích ly bằng vi sóng Là những nguồn sóng có chiều dài bước sóng từ 1mm đến 1m, hoặc từ tần số 300 MHz đến 300GHz ly trích bằng sóng siêu âm dựa vào nguồn năng lượng hấp thụ bởi các phân tử hóa học có cực. Hiệu quả của phương pháp sử dụng vi sóng phụ thuộc vào các yếu tố: Tính chất dung môi Vật liệu mẫu Thành phần được ly trích Kỹ thuật này được sử dụng gần đây trong một vài trường hợp như trích ly isoflavon từ đậu nành hay các loại đậu, sắn dây. Hiệu quả ly trích isoflavon từ đậu nành bằng vi sóng được trình bày trong bảng 2.2 Bảng 2.2. Kỹ thuật trích ly isoflavones từ đậu nành bằng vi sóng Theo Rostangno et al và công sự, trích ly isoflavon từ đậu nành phụ thuộc các yếu tố: Loại dung môi Nhiệt độ Thể tích dung môi Chuẩn bị mẫu Thời gian ly trích Dung môi: tinh khiết, MeOH, EtOH, và nước Lượng dung môi: dưới 50% EtOH, 50% MeOH. 50% EtOH trích ly tổng lượng isoflavon cao nhất, lượng nước sử dụng thấp hơn 50% làm giảm hiệu quả trích ly. Tỷ lệ mẫu:dung môi: 0,5:25(g/ml) hiệu qủa cao nhất Kích cỡ mẫu: nhỏ tốt hơn Thời gian trích ly: khoảng 20 phút Hiệu suất : khoảng 75%-95% Theo nghiên cứu gần đây của Careri et al và cộng sự (2007) đã nghiên cứu việc thủy phân mẫu kết hợp với sử dụng sóng siêu âm. Việc thủy phân mẫu trước khi sử dụng vi sóng giúp ổn định mẫu có thể ly trích được gần như hầu hết lượng isoflavon có trong mẫu. Nhìn chung việc sử dụng vi sóng để trích ly isoflavon cho hiệu quả cao khi kết hợp với việc thủy phân mẫu. Tuy nhiên cần nghiên cứu các thông số trong quá trình ổn định như áp lực sử dụng và một số vấn đề liên quan như ẩm độ, hoạt động của enzyme β-glucosidase, kích cỡ mẫu. Kỹ thuật chiết lỏng cao áp (PLE) Là phương pháp kết hợp nhiệt độ tăng cao (50 – 200OC) và áp suất (100 – 140atm) với các dung môi lỏng (không đạt điểm tới hạn) để tiến hành trích ly nhanh và hiệu quả các chất cần phân tích từ các cơ chất mẫu rắn và nửa rắn. Nhiệt độ cao làm cho độ hòa tan và tốc độ khuếch tán các cơ chất trong mẫu tăng cao, trong khi đó áp suất cao giữ cho dung môi dưới điểm sôi tạo điều kiện cho dung môi xâm nhập vào cơ chất mẫu rắn dễ dàng hơn. Kỹ thuật này có những tên gọi khác nhau, như trích ly dung môi tăng tốc (ASE), trích ly lỏng cao áp (PLE), và trích ly dung môi cao áp (PSE). PLE được sử dụng trong nhiều trường hợp trích ly isoflavone từ đậu nành, thực phẩm từ đậu nành và các cơ chất khác (sắn dây,…) Ưu nhược điểm của PLE: Ưu điểm: nhiệt độ trích ly cao làm tăng độ hòa tan, tốc độ khuếch tán của các hợp chất trong mẫu ra dung môi. Áp suất cao cho phép dung môi duy trì ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao và làm tăng sự xâm nhập của dung môi vào trong cơ chất mẫu. Nhược điểm: nhiệt độ sử dụng cao hơn so với các phương pháp thông thường và do đó làm giảm phẩm chất hoặc làm biến đổi chất lượng của isoflavone trong quá trình trích ly. Chỉ trích ly nhanh và hiệu quả từ cơ chất mẫu là rắn hoặc bán rắn. Kỹ thuật trích ly siêu tới hạn Tổng quan Kỹ thuật trích ly chất lỏng siêu tới hạn (SFE) là quy trình tách một hợp chất (chất chiết) từ những hợp chất khác (chất ban đầu) dùng những chất lỏng siêu tới hạn như một dung môi tách. Chất lỏng siêu tới hạn là chất có nhiệt độ và áp suất trên điểm nhiệt độ tới hạn của nó. Chúng có thể đâm xuyên qua hầu hết những mẫu vật liệu thực vật như khí ga, do bởi hệ số khuếch tán ánh sáng cao và độ nhớt của chúng thấp. Nó là dạng trung gian giữa thể rắn và thể lỏng. Thêm nữa, gần tới điểm tới hạn, những thay đổi nhỏ về nhiệt độ và áp suất dẫn đến những thay đổi lớn về tỷ trọng, cho phép nhiều đặc tính cũng bị thay đổi và để thu nhận chất chiết có tính chọn lọc. Tác nhân chiết thường được dùng phổ biến nhất là CO2, bởi chi phí và độc tính của nó thấp và dễ dàng đạt được thông số tới hạn là 31,1 ◦C/74,8 atm. Hơn nữa, CO2 là chất vô cực có thể hòa tan các chất vô cực và hòa tan các hợp chất có cực ở mức độ vừa phải. Sự thêm vào của chất hỗ trợ có cực ( ví dụ như MeOH) để CO2 siêu tới hạn (SC-CO2) là cách đơn giản và hiệu quả nhất để làm thay đổi tính có cực của CO2 dựa trên các chất lỏng để làm tăng sự hòa tan của các chất cần phân tích. Các chất hỗ trợ cũng có thể khắc phục những tương tác giữa chất cần phân tích và chất ban đầu, bằng cách tăng hiệu suất trích ly của các hợp chất hữu cơ có cực. Nguyên tắc Một hệ thống SFE tiêu biểu gồm một bơm áp lực lớn dẫn chất lỏng và một buồng trích ly chứa mẫu mà nó giúp duy trì áp lực và nhiệt độ chính xác (hình I.1). Dung môi hữu cơ (cũng có thể gọi là chất hỗ trợ) có thể được thêm vào chất lỏng để làm tăng khả năng hòa tan; khi đó có thể sử dụng các đường ống nối lại nhau hay thêm vào một bơm phụ. Bởi sự bất lợi của các đường ống này ( thiếu sự linh hoạt trong sử dụng dung môi và tỉ lệ chất hỗ trợ thay đổi trong suốt đường ống), việc