Ultrazvučna Soxhlet ekstrakcija

Ultrazvuk poboljšava konvencionalnu Soxhlet ekstrakciju. Ultrazvučno potpomognuta Soxhlet ekstrakcija, poznata i kao Sono-Soxhlet, dovodi do većih prinosa i kraćeg vremena ekstrakcije. Hielscher sonikatori sa sondom mogu se lako integrirati u bilo koji klasični Soxhlet ekstraktor.

Soxhlet ekstrakcija primjenom ultrazvučne obrade

Soxhlet ekstrakcija je često korištena metoda ekstrakcije čvrsto-tekuće, koja se primjenjuje u sintetskim ili analitičkim laboratorijima i potrebna je kada željeni spoj pokazuje samo ograničenu topljivost u otapalu, a nečistoća je u tom otapalu netopljiva. Ukratko, princip rada Soxhlet ekstrakcije može se opisati kao refluks na bazi otapala.
Ultrazvuk se uspješno integrira u Soxhlet ekstrakciju kako bi se povećao prinos i skratilo trajanje. Nakon završetka Soxhlet ekstrakcije otapalo se uklanja (npr. pomoću rotacionog uparivača).

Problemi konvencionalne Soxhlet ekstrakcije:

Tradicionalna Soxhlet ekstrakcija ima velike nedostatke zbog dugog trajanja ekstrakcije i velike količine upotrijebljenog otapala. Osim toga, konvencionalnom Soxhlet ekstraktoru nedostaje miješanje. Miješanje je potrebno za ubrzavanje procesa ekstrakcije. Budući da konvencionalni Soxhlet ekstraktori koriste velike količine otapala, naknadno uparavanje i koncentriranje zahtijevaju mnogo energije. Na kvalitet ekstrakta često negativno utječe dugo zadržavanje ekstrahiranih spojeva u zagrijanoj tikvici Soxhlet aparature. Termolabilni ciljni spojevi se razgrađuju jer je materijal tokom dugog trajanja ekstrakcije izložen toplini temperature ključanja otapala.

Rješenje: ultrazvučna Soxhlet ekstrakcija

Snažan ultrazvuk povećava prijenos mase između uzorka i otapala. Zbog toga je potrebno manje otapala. Trajanje ekstrakcije se drastično skraćuje, tako da ekstrakti nisu izloženi dugotrajnom djelovanju topline. Time se neželjena toplinska razgradnja ekstrakta izbjegava ili se barem značajno smanjuje.
Ultrazvuk se može lako integrirati u Soxhlet aparaturu – ili uvođenjem ultrazvučne sonotrode (sonde) u Soxhlet komoru ili ultrazvučnom obradom Soxhlet komore indirektno kroz stijenku posude. Ultrazvučna Soxhlet ekstrakcija – poznata i kao Sono-Soxhlet – daje veće prinose u kraćem vremenu ekstrakcije pod blažim uvjetima ekstrakcije.

Sono-Soxhlet i Sono-Clevenger postavke industrijskih razmjera sa sonikatorom UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Ultrazvučna obrada kao metoda ekstrakcije efikasna je tehnika u usporedbi s metodama refluksa za ekstrakciju organskih tragova iz tla i sedimenata. Pokazalo se da tehnike ultrazvučne ekstrakcije daju usporedive ili čak veće količine (Song et al., 2002) ugljikovodika od drugih tehnika ekstrakcije […]. Ovisno o vrsti kontaminanata i matrici, sonikacija može imati prednost bržeg vremena ekstrakcije. Optimizacija parametara ultrazvučne ekstrakcije, uključujući vrstu otapala ili sastav otapala, vrijeme ekstrakcije, opterećenje uzorka i sadržaj vode, često je potrebna za efikasnije i ponovljivije ekstrakcije (Berset et al., 1999). Tehnike ultrazvučne obrade obično predstavljaju relativno jeftinu metodu, uz korištenje malih volumena organskog otapala bez potrebe za složenim staklenim posuđem i instrumentacijom.”
[Oluseyi et al. 2011]

Prednosti Sono-Soxhlet ekstrakcije

Sono-Soxhlet ekstrakcija je varijanta tradicionalne tehnike Soxhlet ekstrakcije koja uključuje ultrazvuk visokog intenziteta radi poboljšanja procesa ekstrakcije. Sono-Soxhlet tehnika nudi nekoliko prednosti, potkrijepljenih znanstvenim istraživanjima i studijama, koje uključuju:

• Povećana efikasnost ekstrakcije: Sono-Soxhlet ekstrakcija povećava efikasnost ekstrakcije razgradnjom staničnih stijenki biljnih materijala ili drugih matrica uzoraka. Akustična kavitacija stvorena intenzivnim ultrazvučnim valovima poboljšava prijenos mase i pojačava prodiranje otapala u uzorak, čime se povećava prinos ekstrahiranih spojeva.
• Skraćeno vrijeme ekstrakcije: Sono-Soxhlet ekstrakcija značajno skraćuje vrijeme ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnom Soxhlet ekstrakcijom. Budući da ultrazvuk potiče brži prijenos mase i difuziju, za ekstrakciju analita i botaničkih spojeva potrebna je samo kratka obrada. Kraće trajanje ekstrakcije znači i veće kapacitete protoka uzoraka.
• Manja potrošnja otapala: Kombinacija Soxhlet i ultrazvučne ekstrakcije dovodi do smanjene potrošnje otapala. To ne doprinosi samo uštedi troškova, nego i smanjuje utjecaj na okoliš.
• Svestranost primjene: Sono-Soxhlet ekstrakcija je svestrana i može se primijeniti na širok raspon matrica uzoraka, uključujući biljne materijale, prehrambene proizvode, polimere i uzorke iz okoliša. Zbog svoje prilagodljivosti predstavlja vrijedan alat u raznim znanstvenim područjima, kao što su fitokemija, kemija i analiza okoliša.
• Zelena kemija: Sono-Soxhlet ekstrakcija je u skladu s principima zelene kemije jer smanjuje otpad i potrošnju energije. Njena efikasnost i smanjena upotreba otapala doprinose ekološki prihvatljivijim procesima ekstrakcije.

Ovi povoljni aspekti Sono-Soxhlet ekstrakcije doprinose poboljšanoj efikasnosti procesa, vremenskoj i energetskoj efikasnosti, kao i ekološkoj prihvatljivosti. Glavne prednosti Sono-Soxhlet ekstrakcije zasnivaju se na povećanoj efikasnosti ekstrakcije, skraćenom vremenu obrade, manjoj potrošnji otapala, svestranosti i doprinosu zelenoj kemiji.
Iskoristite prednosti ultrazvučno poboljšane Soxhlet ekstrakcije i kontaktirajte nas sada za više informacija!

Literatura / Reference

• Djenni, Zoubida; Pingret, Daniella; Mason, Timothy J.; Chemat, Farid (2012): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Analytical Methods. 2012.
• Luque-García, J.L.; Luque de Castro, M.D. (2004): Ultrasound-assisted Soxhlet extraction: an expeditive approach for solid sample treatment. Application to the extraction of total fat from oleaginous seeds. Journal of Chromatography A 1034, 2004. 237–242.
• Léa Vernès, Maryline Vian, Farid Chemat (2020): Chapter 12 – Ultrasound and Microwave as Green Tools for Solid-Liquid Extraction. Editor(s): Colin F. Poole, In Handbooks in Separation Science, Liquid-Phase Extraction, Elsevier, 2020. 355-374.
• Sueli Rodrigues, Fabiano A.N. Fernandes (2017): Chapter 14 – Extraction Processes Assisted by Ultrasound, In: Editor(s): Daniela Bermudez-Aguirre: Ultrasound: Advances for Food Processing and Preservation. Academic Press, 2017. 351-368.
• Oluseyi, T.; Olayinka, K.; Alo, B.; Smith, R. M. (2011): Comparison of extraction and clean-up techniques for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in contaminated soil samples. African Journal of Environmental Science and Technology Vol. 5/7, 2011. 482-493.
• Pngret, Danielle; Chemat, Farid; Cravotto, Giancarlo (2012): Ultrasound Combined with Conventional and Innovative Techniques for Extraction of Natural Products. Oral Communication – 13th Meeting of the European Society of Sonochemistry July 01–05, 2012, Lviv – Ukraine. 2012.
• Wang, L.; Weller, C. L. (2006): Recent advances in extraction of nutraceuticals from plants. Trends in Food Science & Technology 17, 2006. 300–312.

Činjenice vrijedne znanja

Ultrazvučni homogenizatori se uspješno koriste u svrhe ekstrakcije u laboratorijima i za industrijsku proizvodnju, npr. u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji te za biološka istraživanja i analize. Široka paleta proizvoda ultrazvučnih uređaja kompanije Hielscher omogućava sastavljanje optimalne procesne postavke – uz ispunjavanje procesnih zahtjeva za visok kvalitet i učinak.