Phương pháp chiết xuất bằng chất lỏng quá tới hạn (super-critical fluid extraction,SFC) còn được gọi là phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn. Được biết đến cách đây rất lâu từ năm 1879, nhưng đến những năm 1980, phương pháp này mới được áp dụng rộng rãi trong kỹ nghệ để chiết các hợp chất thiên nhiên ra khỏi thực vật như tinh dầu cà phê, trà, gia vị và nhất là hoa bia.
Nguyên tắc của phương pháp này như sau: trong điều kiện áp suất bình thường, khi nâng nhiệt độ một chất lỏng tới điểm sôi của nó, chất lỏng sẽ hóa hơi. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ và đồng thời tăng áp suất của hệ lên quá một nhiệt độ và một áp suất nhất định nào đó, người ta sẽ thu được một “chất lỏng” đặc biệt gọi là chất lỏng quá tới hạn. Chất lỏng này không giống với trạng thái lỏng thông thường mà mang cả đặc tính của cả chất khí và chất lỏng.
Điểm (ứng với nhiệt độ và áp suất) mà một chất chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng này được gọi là điểm tới hạn (critical point) của chất đó. Điểm tới hạn của nước có nhiệt độ tới hạn (tc) và áp suất tới hạn (pc) tương ứng là 374,20C và 220,5 bar, với carbon dioxid tc = 31,10C và pc = 73,8 bar, với ethanol tc = 243,40C và pc = 72 bar.
Chất lỏng thông dụng nhất hiện nay là CO2 lỏng quá tới hạn. CO2 có điểm tới hạn thấp, rẻ tiền, bền về hóa học, không độc hại và thân thiện với môi trường, độ nhớt thấp, khả năng khuếch tán cao, có thể thu hồi, không làm tăng hiệu ứng nhà kính. Khi chiết xuất hoạt chất từ nguyên liệu, CO2 lỏng quá tới hạn có lợi hơn các dung môi hữu cơ thông thường ở chỗ ít độc hại, nâng cao hiệu suất và không để lại dư lượng dung môi trong cao chiết. Ngoài ra quá trình chiết xuất có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp nên không làm biến đổi những thành phần kém bền với nhiệt độ.
Một trong những nhược điểm của SFE là tính phân cực của CO2 lỏng quá tới hạn. Ở các điều kiện chiết thông thường, CO2 lỏng quá tới hạn là một dung môi kém phân cực, do đó chỉ có thể dung để chiết các chất kém phân cực. Để cải thiện khả năng hòa tan các chất phân cực hơn, trong quá trình chiết xuất, người ta thêm vào CO2 lỏng quá tới hạn một lượng nhất định một dung môi phân cực (như methanol) để thay đổi tính phân cực của dung môi để chiết các chất phân cực hơn.
Chiết chất lỏng quá tới hạn hiện nay được ứng dụng trong nhiều ngành ở quy mô công nghiệp (từ những năm 1978), trong nghiên cứu và phân tích kiểm nghiệm. Trong pạm vi nghiên cứu cây thuốc, tác giả đầu tiên ứng dụng nghiên cứu này là Stahl và cộng sự [Planta Med. , 1980, 40, 12]. Các nhóm hợp chất thích hợp nhất để chiết bằng chất lỏng quá tới hạn là tinh dầu, chất béo, carotenoid và các chất kém phân cực khác. Với tinh dầu, việc chiết bằng CO2 lỏng quá tới hạn cho hiệu suất chiết cao, thời gian chiết ngắn và không làm hư hỏng các chất nhạy cảm với nhiệt độ. Tinh dầu thu được có hương thơm gần với tự nhiên nhất. Người ta dung carbon dioxyd và nitrogen oxyd hóa lỏng để chiết xuất nhiều loại hoạt chất trong cây như alcaloid ví dụ loại cafein trong hạt Cà phê, chiết những thành phần của hoa cây Dương cam cúc – Matricara chamomilla, hoa Cúc trừ sâu – Pyrethrum cinerariifolium... Bằng phương pháp chiết này hiệu suất pyrethrin được nâng lên đến 50% so với phương pháp chiết bằng ether dầu. Trong phòng thí nghiệm, SFE được dung để chiết mẫu cho phân tích dư lượng thuốc trừ sâu, các chất hữu cơ độc hai trong môi trường...
Ưu điểm:
- Khả năng khuếch tán tốt.
- Độ nhớt thấp, áp suất hơi cao, điểm quá tới hạn của CO2 dễ đạt.
- Độ chọn lọc cao với các loại hợp chất cần thiết. Vì thế chất chiết tương đối sạch.
- Dễ áp dụng ở quy mô công nghiệp. - Thân thiện với môi trường.
- Tc = 31,1oC nên hòa tan chất dễ phân hủy ở nhiệt độ cao. - Có khả năng tái sử dụng vì vậy chi phí rẻ hơn.
Nhược điểm:
- Thiết bị chuyên dùng, đắt tiền.
- Không thích hợp với các mẫu chiết dạng lỏng.
- Khó lường được khi chiết trên một mẫu mới. Cần có nhiều nghiên cứu tìm các thông số tối ưu để chiết thành công.