Dlaczego ekstrakcja nadkrytycznym CO, to „złoty standard” stabilności oksydacyjnej olejów roślinnych?

Wysokiej jakości lipidy roślinne stanowią kluczowy komponent w technologii farmaceutycznej i suplementacyjnej, pełniąc funkcję nośników substancji aktywnych, stabilizatorów oraz składników wpływających na biodostępność preparatu. Stabilność oksydacyjna olejów, ich czystość chemiczna oraz zgodność z wymaganiami GMP stanowią fundamentalne kryteria kwalifikacji surowców przeznaczonych do formulacji. W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie technologią ekstrakcji nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (CO2), która pozwala uzyskać surowce o wyjątkowym profilu jakościowym – łączące czystość olejów rafinowanych z wartościami biologicznymi olejów tłoczonych na zimno.

Ekstrakcja CO2 eliminuje kontakt lipidów z tlenem, ogranicza stres termiczny i wykorzystuje selektywność rozpuszczalnika nadkrytycznego, co przekłada się na wysoką stabilność oksydacyjną oraz zachowanie naturalnych antyoksydantów. Oleje pozyskiwane tą metodą coraz częściej znajdują zastosowanie w formulacjach wymagających stabilności długoterminowej, w tym w kapsułkach softgel, preparatach witaminowych oraz produktach z API lipofilnymi. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie aktualnej wiedzy naukowej dotyczącej stabilności oksydacyjnej olejów pozyskiwanych metodą SFE-CO2, analiza ich parametrów jakościowych oraz omówienie ich roli w technologii form farmaceutycznych.

1. Charakterystyka procesu ekstrakcji nadkrytycznym CO2

Ekstrakcja nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (SFE-CO2) wykorzystuje właściwości CO2 w warunkach przekraczających punkt krytyczny (31,1°C; 73,8 bar). W tym stanie CO2 łączy cechy cieczy i gazu – wysoki współczynnik dyfuzji umożliwia szybkie przenikanie przez struktury roślinne, a siła rozpuszczania umożliwia selektywne wyodrębnianie lipidów oraz związków bioaktywnych.

Najważniejszym aspektem tej technologii, z punktu widzenia stabilności oksydacyjnej, jest beztlenowy charakter procesu. CO2 wypiera tlen z układu, dzięki czemu reakcje wolnorodnikowe nie są inicjowane już w fazie produkcyjnej – co odróżnia tę metodę od tłoczenia i rafinacji. Ponadto niska temperatura chroni delikatne składniki, takie jak tokoferole, fitosterole i wielonienasycone kwasy tłuszczowe przed degradacją termiczną.

Proces SFE-CO2 umożliwia precyzyjną kontrolę parametrów eks- trakcji, co skutkuje wysoką powtarzalnością partii i standaryzacją profilu surowca – elementem kluczowym z perspektywy GMP. Otrzymywane oleje cechują się niską zawartością zanieczyszczeń, brakiem pozostałości rozpuszczalników i wysoką czystością mikrobiologiczną.

2. Stabilność oksydacyjna olejów roślinnych – podstawy teoretyczne

Stabilność oksydacyjna stanowi miarę odporności lipidów na procesy utleniania, które przebiegają w trzech etapach: inicjacji, propagacji i terminacji. Reakcje te są katalizowane przez światło, jonowe formy metali oraz tlen molekularny, a ich szybkie tempo prowadzi do powstawania produktów pierwotnych (nadtlenki), a następnie wtórnych (aldehydy, ketony). Procesom tym towarzyszy degradacja składników bioaktywnych, pogorszenie cech sensorycznych oraz obniżenie stabilności substancji czynnych.

W kontekście technologii farmaceutycznej stabilność oksydacyjna oleju decyduje o jakości produktu końcowego, szczególnie w formulacjach zawierających API wrażliwe na utlenianie. Parametry PV, AnV, TOTOX oraz OSI stanowią kluczowe wskaźniki oceny stabilności i są powszechnie wykorzystywane w specyfikacjach surowcowych zgodnych z GMP.

Proces ekstrakcji CO2, w odróżnieniu od tłoczenia na zimno, nie inicjuje reakcji peroksydacyjnych, co pozwala uzyskać surowce o wyjątkowo niskich wartościach PV i AnV już na etapie produkcji.

3. Parametry jakościowe stosowane w ocenie olejów

W kontroli jakości olejów roślinnych stosowanych w farmacji wykorzystuje się wskaźniki opisujące zarówno stan świeżości surowca, jak i jego podatność na degradację oksydacyjną:

• PV (Peroxide Value) – liczba nadtlenkowa
  Określa ilość nadtlenków powstających w początkowej fazie utleniania.
• AnV (Anisidine Value) – liczba anizydynowa
  Wskazuje na obecność wtórnych produktów utleniania – aldehydów.
• TOTOX – wskaźnik zintegrowany
  TOTOX = 2 × PV + AnV.
• Parametr wykorzystywany w normach Codex Alimentarius.
  OSI (Oxidative Stability Index)

Czas do gwałtownego wzrostu przewodności, określający odporność oleju na utlenianie w warunkach przyspieszonych.

Wysoka jakość oleju z perspektywy farmaceutycznej wymaga niskich wartości PV, AnV, TOTOX oraz wysokich wartości OSI. Oleje CO2 wyróżniają się wyjątkową stabilnością tych parametrów zarówno krótko po produkcji, jak i w trakcie przechowywania.

4. Porównanie stabilności oksydacyjnej olejów CO2 i olejów tłoczonych na zimno

Tłoczenie na zimno, mimo że uznawane za metodę „naturalną”, nie zapewnia ochrony przed kontaktem lipidów z tlenem i światłem, co sprzyja powstawaniu produktów oksydacji już na etapie produkcyjnym. Ponadto obecność chlorofili i jonów metali zwiększa wrażliwość mikstur lipidowych na utlenienie fotoindukowane i katalityczne.

W zestawieniu z tymi metodami ekstrakcja CO2, dzięki środowisku beztlenowemu, selektywności i niskiej temperaturze, pozwala uzyskać surowce o zdecydowanie lepszych parametrach oksydacyjnych. W badaniach SGGW zidentyfikowano, że OSI olejów CO2 wynosi ok. 10–11 h, podczas gdy oleje zimnotłoczone często osiągają wartości poniżej 8 h. Różnica ta ma bezpośrednie przełożenie na trwałość produktu końcowego zawierającego API lipofilne.

5. Znaczenie składu chemicznego olejów CO2 dla stabilności oksydacyjnej

Technologia CO2 umożliwia zachowanie naturalnych składników o właściwościach antyoksydacyjnych, takich jak:

• tokoferole (witamina E),
• fitosterole,
• polifenole,
• fosfolipidy,
• frakcje terpenoidowe.

Związki te pełnią rolę donorów protonów, stabilizując rodniki lipidowe i spowalniając propagację reakcji utleniania. Jednocześnie selektywność CO2 ogranicza obecność prooksydantów, szczególnie chlorofili i metali.

Ta kombinacja – wysoka zawartość antyoksydantów i niska zawartość prooksydantów – stanowi kluczowy mechanizm stabilności olejów CO2.

6. Rola olejów CO2 jako nośników substancji aktywnych

Substancje czynne o charakterze lipofilnym wykazują zwiększoną podatność na degradację oksydacyjną, dlatego stabilność matrycy lipidowej stanowi jeden z najważniejszych aspektów projektowania formulacji. Oleje CO2 zapewniają środowisko sprzyjające stabilności API poprzez:

• niskie PV i AnV,
• brak inicjatorów oksydacji,
• zachowany profil antyoksydacyjny,
• wysoką rozpuszczalność związków lipofilnych.

Matryca CO2 charakteryzuje się wysoką kompatybilnością z substancjami takimi jak witamina K2, witamina D3, koenzym Q10, kurkumina czy estry etylowe omega-3.

7. Porównanie technologii pozyskiwania olejów (CO2 vs tłoczenie na zimno vs rafinacja)

Technologia pozyskiwania olejów roślinnych w sposób zasadniczy kształtuje ich profil oksydacyjny, skład biochemiczny oraz przydatność do zastosowań w farmacji i suplementach diety. Wyróżnia się trzy dominujące metody: tłoczenie na zimno, rafinację oraz ekstrakcję nadkrytycznym CO2 (SFE-CO2). Każda z nich wpływa odmiennie na obecność antyoksydantów, poziom prooksydantów, stabilność oksydacyjną oraz powtarzalność parametrów jakościowych.

Tłoczenie na zimno jest technologią minimalnie przetworzoną, jednak wiąże się z istotnymi ograniczeniami. Proces odbywa się w środowisku bogatym w tlen, a dodatkowy wpływ światła i podwyższonej temperatury powoduje inicjację reakcji oksydacyjnych już na etapie produkcji. W surowcu obecne są chlorofile, karotenoidy i śladowe ilości metali, które mogą katalizować kolejne etapy utleniania. Duża zmienność surowca roślinnego oraz brak standaryzacji procesu powodują wysoki poziom nieprzewidywalności parametrów PV, AnV i TOTOX.

Rafinacja oleju usuwa zanieczyszczenia, metale, chlorofile oraz produkty oksydacji, dzięki czemu olej rafinowany charakteryzuje się wysoką stabilnością oksydacyjną i dłuższą trwałością. Jednak procesy neutralizacji, odkwaszania i dezodoryzacji prowadzą do degradacji naturalnych antyoksydantów, w tym tokoferoli i steroli. Rafinacja minimalizuje obecność prooksydantów, lecz kosztem utraty wartości biologicznej i aktywności funkcjonalnej.

Ekstrakcja nadkrytycznym CO2 (SFE-CO2) stanowi kompromis łączący zalety obu metod. Proces przebiega w warunkach beztlenowych, w niskiej temperaturze i przy wysokiej selektywności rozpuszczalnika. Umożliwia to pozyskanie oleju o niskiej zawartości produktów oksydacji, z zachowanymi tokoferolami, sterolami i innymi związkami bioaktywnymi, przy jednoczesnym ograniczeniu obecności chlorofili, metali i innych prooksydantów. Oleje CO2 charakteryzują się również wysoką powtarzalnością partii oraz stabilnym profilem fizykochemicznym, co jest niezwykle istotne w procesach GMP.

Ekstrakcja CO2 zapewnia oleje o jakości farmaceutycznej, w których zachowana aktywność biologiczna idzie w parze z bardzo wysoką stabilnością oksydacyjną – co czyni tę metodę preferowaną dla formuł softgel, produktów premium oraz substancji aktywnych wrażliwych na degradację.

8. Mechanizmy stabilności oksydacyjnej olejów CO2 – analiza rozszerzona

Stabilność oksydacyjna olejów roślinnych jest determinowana równowagą pomiędzy podatnością kwasów tłuszczowych na utlenianie a obecnością związków antyoksydacyjnych. Procesy oksydacyjne inicjowane są przez wolne rodniki lipidowe, które powstają pod wpływem tlenu, światła i katalizatorów metalicznych. W tradycyjnych metodach pozyskiwania, zwłaszcza tłoczenia na zimno, inicjacja ta następuje już w trakcie produkcji.

Oleje pozyskiwane metodą SFE-CO2 wykazują wyjątkową odporność na procesy utleniania dzięki synergii trzech kluczowych czynników:

a.  Beztlenowy charakter procesu

Proces ekstrakcji odbywa się w środowisku całkowicie pozbawionym tlenu. CO2 w stanie nadkrytycznym wypiera tlen z układu, unie- możliwiając powstawanie rodników inicjujących. Dzięki temu PV oleju CO2 jest bardzo niskie już w momencie pozyskania surowca.

b.  Zachowanie naturalnych antyoksydantów

SFE-CO2 chroni delikatne składniki bioaktywne, takie jak tokoferole, sterole i polifenole, które pełnią rolę naturalnych inhibitorów utleniania. Obecność tych antyoksydantów znacząco opóźnia fazę propagacji, powodując wolniejsze narastanie produktów wtórnych (AnV).

c.  Selektywność usuwania prooksydantów

CO2 jest rozpuszczalnikiem niepolarnym, który preferencyjnie wydziela frakcje lipidowe, jednocześnie redukując zawartość chlorofili i karotenoidów. Związki te, obecne w olejach tłoczonych na zimno, są fotoaktywnymi prooksydantami, które zwiększają podatność oleju na utlenienie podczas przechowywania.

Dzięki tym mechanizmom oleje CO2 wykazują niskie TOTOX oraz wysokie wartości OSI, co przekłada się na ich wyjątkową trwałość w warunkach magazynowych i przyspieszonych testach degradacji.

9. Stabilność oksydacyjna olejów CO2 w kontekście wymagań GMP

W systemach GMP parametry oksydacyjne oleju stanowią krytyczne punkty kontroli (CCP), które determinują bezpieczeństwo, trwałość i zgodność produktu końcowego.

Oleje CO2 oferują stabilność nieosiągalną dla olejów tłoczonych na zimno, a jednocześnie zachowują naturalne antyoksydanty, których brak w olejach rafinowanych.

Z perspektywy GMP kluczowe znaczenie ma fakt, że:

• surowce CO2 wykazują niską zmienność pomiędzy partiami,
• proces ekstrakcji jest łatwy do walidacji,
• parametry PV, AnV i TOTOX są stabilne w czasie,
• wysoka stabilność OSI ułatwia przewidywanie trwałości zgodnie z ICH Q1A(R2).

Tym samym oleje CO2 są surowcami o jakości farmaceutycznej, które pozwalają uprościć proces dokumentacji, zmniejszają ryzyko odrzutu serii i zwiększają przewidywalność produktu w całym cyklu.

10. Rola olejów CO2 jako nośników substancji aktywnych (API)

W technologii farmaceutycznej wybór odpowiedniego nośnika dla substancji czynnej ma kluczowe znaczenie dla stabilności formulacji, biodostępności oraz kinetyki uwalniania. Oleje roślinne stosuje się m.in. w kapsułkach softgel, emulsjach, kroplach doustnych oraz jako nośniki lipofilnych API.

Oleje CO2 mają przewagę nad innymi typami olejów ze względu na:

• Wysoką czystość chemiczną
  Brak pozostałości rozpuszczalników i niski poziom prooksydantów minimalizują interakcje
• Obecność naturalnych przeciwutleniaczy
  Tokoferole, sterole i polifenole chronią API przed degradacją oksydacyjną. W olejach rafinowanych związki te są w większości usunięte.
• Zwiększoną biodostępność API lipofilnych
  Oleje CO2 zachowują spójny profil kwasów tłuszczowych, co poprawia rozpuszczalność i absorpcję substancji czynnych takich jak MK-7, Q10 czy D3.
• Zgodność z materiałem opakowaniowym
  Niska zawartość aldehydów i ketonów zmniejsza ryzyko interakcji z żelatyną oraz materiałami polimerowymi.

Dzięki tym właściwościom oleje CO2 są preferowane w formulacjach premium oraz w produktach, które wymagają długiego okresu trwałości i stabilności API.

11. Stabilność kapsułek softgel – znaczenie jakości oleju

Kapsułki softgel stanowią jedną z najbardziej wymagających postaci farmaceutycznych, ponieważ stabilność produktu zależy zarówno od jakości matrycy żelatynowej, jak i od właściwości chemicznych oleju użytego jako nośnik. Degradacja oksydacyjna oleju prowadzi do powstawania aldehydów i ketonów, które mogą reagować z żelatyną, powodując jej twardnienie, pękanie lub utratę integralności mechanicznej.

Oleje tłoczone na zimno wykazują wysoki poziom zmienności oksydacyjnej oraz obecność związków prooksydacyjnych, co czyni je surowcami nieoptymalnymi do zastosowania w softgelach. Oleje rafinowane są stabilne, lecz pozbawione naturalnych antyoksydantów, przez co nie zapewniają ochrony API.

Oleje CO2 natomiast mają następujące zalety:

• niski poziom PV i AnV,
• wysoką zawartość tokoferoli,
• brak kontaktu z tlenem już na etapie produkcji,
• czystość i powtarzalność parametrów.

Dzięki temu kapsułki z olejami CO2 wykazują wyższą stabilność długoterminową, lepszą integralność żelatyny oraz pełniejszą ochronę API.

12. Analiza danych SGGW – stabilność oksydacyjna olejów CO2

Analiza czterech olejów roślinnych pozyskanych metodą ekstrakcji nadkrytycznym CO2 (olej z czarnuszki, ostropestu, wiesiołka i lnu) wykonana na SGGW wykazała, że wszystkie badane próbki charakteryzują się wyjątkowo wysoką stabilnością oksydacyjną, przewyższającą typowe wartości obserwowane dla olejów tłoczonych na zimno.

a. Liczba nadtlenkowa (PV) – utlenianie pierwotne
Wszystkie próbki wykazywały bardzo niskie PV, świadczące o minimalnym stopniu utlenienia w chwili pozyskania oleju:

• ostropest: 1,1 meq O₂/kg – poziom referencyjny dla olejów świeżych,
• len: 2,5 meq O2/kg,
• wiesiołek: 5,13 meq O2/kg
• czarnuszka: 13,8 meq O2/kg – wyższe, lecz zgodne z naturą surowca bogatego w tymochinon.

Wszystkie wyniki pozostają znacznie poniżej limitu Codex Alimen- tarius (15 meq O2/kg) dla olejów nierafinowanych.

Czasy indukcji OSI wskazują na wyjątkową odporność na utlenianie:

• czarnuszka: 14,46 h,
• ostropest: 10,92 h,
• wiesiołek: 6,51 h,
• len: 6,12 h.

Dla porównania, oleje tłoczone na zimno z tych samych gatunków wykazują zwykle 2–4 razy niższe OSI.

b. Wpływ profilu PUFA

Pomimo wysokiej zawartości w elonienasyconych kwasów tłusz czowych (PUFA), badane oleje CO2 wykazują wyższą stabilność oksydacyjną niż ich odpowiedniki cold-press. Efekt ten wynika z beztlenowego charakteru procesu ekstrakcji, niskiej temperatury oraz zachowania naturalnych antyoksydantów, które odgrywają kluczową rolę w ochronie struktur lipidowych.

c. Trwałość przechowalnicza

Na podstawie PV, OSI i liczby kwasowej SGGW rekomenduje:

• 10–13 miesięcy trwałości dla olejów lnianego i ostropestowego,
• 11–12 miesięcy dla czarnuszki i wiesiołka.

Wszystkie oleje spełniają kryteria Codex Alimentarius i wykazują stabilność charakterystyczną dla produktów wysokiej czystości.

Oleje zimnotłoczone w analogicznych warunkach wykazują kil- kukrotnie szybszą degradację oksydacyjną. Dane te jednoznacznie potwierdzają, że oleje CO2 są stabilnymi surowcami o wysokim potencjale farmaceutycznym.

Wartość OSI oleju z czarnuszki CO2 wskazuje na potencjalnie dłuższą trwałość niż zalecane 11 miesięcy. Konserwatywna rekomendacja SGGW wynika z przyjętej metodologii i nie odzwierciedla pełnego potencjału stabilności tego oleju.

13. Interpretacja parametrów PV, AnV i TOTOX

Oleje tłoczone na zimno często charakteryzują się wysokim PV i AnV co świadczy o rozpoczętych procesach oksydacji. Oleje rafinowane mają zwykle niskie PV, lecz brak w nich naturalnych antyoksydantów, co utrudnia ochronę API.

Oleje CO2, dzięki beztlenowemu procesowi i zachowaniu tokoferoli, wykazują najniższe PV i AnV spośród olejów niepoddanych rafinacji. TOTOX pozostaje niski zarówno w świeżych próbkach, jak i po długim przechowywaniu, co czyni je idealnymi nośnikami substancji aktywnych.

14. Najważniejszy wniosek

Oleje pozyskane metodą CO2 charakteryzują się wyjątkowo niskim poziomem utlenienia pierwotnego i wysoką odpornością oksydacyjną, co jednoznacznie potwierdza ich przewagę techno- logiczno-jakościową nad olejami tłoczonymi na zimno.

Stanowią tym samym idealny surowiec dla przemysłu farmaceutycznego i suplementacyjnego, zwłaszcza tam, gdzie stabilność lipidów ma kluczowe znaczenie dla trwałości i bezpieczeństwa formulacji.

15. Trendy rynkowe 2024–2030 – przyszłość olejów CO2

Sektor farmaceutyczny i suplementacyjny wykazuje dynamiczny wzrost zainteresowania lipidami o wysokiej stabilności oksydacyjnej. Do najważniejszych trendów należą:

• Wzrost zapotrzebowania na nośniki API lipofilnych
  Wzrost liczby preparatów z witaminami D3, K2, kurkuminoidami i Q10 zwiększa popyt na stabilne oleje.
• Regulacje EFSA i nacisk na jakość lipidów
  Rosnące standardy dotyczące czystości i stabilności sprzyjają technologii CO2.
• Automatyzacja ekstrakcji CO2
  Nowoczesne instalacje umożliwiają szybkie skalowanie i bardzo wysoką powtarzalność partii.
• Wzrost rynku softgeli i emulsji doustnych
  Stabilność oksydacyjna surowców stanie się jednym z kluczowych parametrów konkurencyjnych.
• Trend clean label
  Eliminacja syntetycznych antyoksydantów na rzecz naturalnych stanowi obecnie standard – oleje CO2 spełniają te wymagania bez dodatków.

Podsumowując, lata 2024–2030 będą okresem intensywnego wzrostu technologii CO2, a oleje pozyskiwane tą metodą staną się fundamentem nowoczesnych formulacji farmaceutycznych.

Zobacz również: Integralność danych jako fundament jakości produkcji farmaceutycznej

Przejdź do artykułu