O presente estudo teve o objetivo de fracionar uma mistura de óleo de macaúba e CO2 supercrítico utilizando duas membranas poliméricas comerciais, sendo uma de nanofiltração (NP030) e outra de osmose inversa (ORAK). Foram utilizadas condições sub (80bar/20°C) e supercríticas (130bar/40°C) em sistema contínuo 1:1 (óleo:CO2). O desempenho das membranas foi avaliado em função do fluxo mássico e do índice de retenção do óleo (%); e ácidos graxos. Observou-se uma redução do fluxo permeado de óleo (cerca de 3 x) ao longo do processo para a condição supercrítica. O índice de retenção de óleo foi de 85% e 95% para as membranas NP030 e ORAK, respectivamente. Foi observado maior retenção para o ácido palmítico (100%), com a membrana NP030 e ácido esteárico, com a membrana ORAK, ambas em condições supercríticas. Em sistema subcrítico não foi observado permeação de óleo. Com base nestes resultados verifica-se que há um potencial de uso de membranas em sistemas supercrítico.