Ultralydsassisteret Soxhlet-ekstraktion

Ultralyd forbedrer den konventionelle Soxhlet-ekstraktion. Ultralydsassisteret Soxhlet-ekstraktion, også kendt som Sono-Soxhlet, giver højere udbytter og kortere ekstraktionstider. Hielschers sonikatorer med probe kan nemt integreres i enhver klassisk Soxhlet-ekstraktionsopstilling.

Soxhlet-ekstraktion med sonikering

Soxhlet-ekstraktion er en hyppigt anvendt faststof-væske-ekstraktionsmetode i synteselaboratorier eller analytiske laboratorier og er nødvendig, når en ønsket forbindelse kun har begrænset opløselighed i et opløsningsmiddel, og urenheden er uopløselig i dette opløsningsmiddel. Kort fortalt kan arbejdsprincippet for Soxhlet-ekstraktion beskrives som opløsningsmiddelbaseret tilbagesvaling.
Ultralyd integreres med succes i Soxhlet-ekstraktion for at øge udbyttet og forkorte varigheden. Når Soxhlet-ekstraktionen er afsluttet, fjernes opløsningsmidlet (f.eks. med en rotationsfordamper).

Problemer ved konventionel Soxhlet-ekstraktion:

Den traditionelle Soxhlet-ekstraktion har væsentlige ulemper på grund af den lange ekstraktionstid og den store mængde opløsningsmiddel, der anvendes. Desuden mangler en konventionel Soxhlet-ekstraktor omrøring. Omrøring er nødvendig for at fremskynde ekstraktionsprocessen. Da konventionelle Soxhlet-ekstraktorer bruger store mængder opløsningsmiddel, kræver den efterfølgende fordampning og opkoncentrering meget energi. Ekstraktets kvalitet påvirkes ofte negativt af de ekstraherede forbindelsers lange opholdstid i Soxhlet-ekstraktionsopstillingens opvarmede kolbe. Termolabile målforbindelser nedbrydes, da materialet under den lange ekstraktion udsættes for varme ved opløsningsmidlets kogepunkt.

Løsning: Ultralydsassisteret Soxhlet-ekstraktion

Kraftig ultralyd øger masseoverførslen mellem prøve og opløsningsmiddel. Dermed kræves der mindre opløsningsmiddel. Ekstraktionstiden forkortes drastisk, så ekstrakterne ikke udsættes for langvarig varmepåvirkning. Dermed undgås uønsket termisk nedbrydning af ekstraktet, eller den reduceres i det mindste betydeligt.
Ultralyd kan nemt integreres i en Soxhlet-ekstraktionsopstilling – enten ved at føre ultralydshornet (probe, sonotrode) ind i Soxhlet-kammeret eller ved at sonikere Soxhlet-kammeret indirekte gennem beholdervæggen. Ultralydsassisteret Soxhlet-ekstraktion – også kendt som Sono-Soxhlet – giver højere udbytter på kortere ekstraktionstid under mildere ekstraktionsbetingelser.

Sono-Soxhlet- og Sono-Clevenger-opstillinger i industriel skala med sonikatoren UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Sonikering som ekstraktionsmetode er en effektiv teknik sammenlignet med tilbagesvalingsmetoder til ekstraktion af organiske sporstoffer fra jord og sedimenter. Ultralydsekstraktionsteknikker har vist sig at give sammenlignelige eller endda større mængder (Song et al., 2002) af kulbrinter end andre ekstraktionsteknikker […]. Afhængigt af typen af forurenende stoffer og matrixen kan sonikering have den fordel, at ekstraktionstiderne er kortere. Optimering af parametrene for ultralydsekstraktion, herunder opløsningsmiddeltype eller opløsningsmiddelsammensætning, ekstraktionstid, prøvemængde og vandindhold, er ofte nødvendig for at opnå mere effektive og reproducerbare ekstraktioner (Berset et al., 1999). Sonikeringsteknikker udgør normalt en relativt billig metode, der anvender små volumener af organisk opløsningsmiddel uden behov for kompliceret glasudstyr og instrumentering.”
[Oluseyi et al. 2011]

Fordele ved Sono-Soxhlet-ekstraktion

Sono-Soxhlet-ekstraktion er en variant af den traditionelle Soxhlet-ekstraktionsteknik, der anvender ultralyd med høj intensitet til at forbedre ekstraktionsprocessen. Sono-Soxhlet-teknikken har flere fordele, som understøttes af videnskabelig forskning og undersøgelser, herunder:

• Øget ekstraktionseffektivitet: Sono-Soxhlet-ekstraktion øger ekstraktionseffektiviteten ved at nedbryde cellevæggene i plantematerialer eller andre prøvematricer. Akustisk kavitation, der dannes af intense ultralydsbølger, forbedrer masseoverførslen og øger opløsningsmidlets indtrængning i prøven, hvilket øger udbyttet af ekstraherede forbindelser.
• Kortere ekstraktionstid: Sono-Soxhlet-ekstraktion reducerer ekstraktionstiden betydeligt sammenlignet med konventionel Soxhlet-ekstraktion. Da ultralyd fremmer hurtigere masseoverførsel og diffusion, kræver ekstraktionen af analytter og planteforbindelser kun en kort behandling. Kortere ekstraktionstid betyder også, at flere prøver kan behandles pr. tidsenhed.
• Lavere forbrug af opløsningsmiddel: Kombinationen af Soxhlet-ekstraktion og ultralydsekstraktion reducerer forbruget af opløsningsmiddel. Dette bidrager ikke kun til omkostningsbesparelser, men minimerer også miljøpåvirkningen.
• Alsidige anvendelsesmuligheder: Sono-Soxhlet-ekstraktion er alsidig og kan anvendes til en bred vifte af prøvematricer, herunder plantematerialer, fødevarer, polymerer og miljøprøver. Dens tilpasningsevne gør den til et værdifuldt værktøj inden for forskellige videnskabelige områder såsom fytokemi, kemi og miljøanalyse.
• Grøn kemi: Sono-Soxhlet-ekstraktion er i overensstemmelse med principperne for grøn kemi, da den reducerer affald og energiforbrug. Dens effektivitet og reducerede brug af opløsningsmiddel bidrager til mere miljøvenlige ekstraktionsprocesser.

Disse fordelagtige aspekter ved Sono-Soxhlet-ekstraktion bidrager til forbedret proceseffektivitet, tids- og energieffektivitet samt miljøvenlighed. De vigtigste fordele ved Sono-Soxhlet-ekstraktion bygger på øget ekstraktionseffektivitet, kortere behandlingstid, lavere forbrug af opløsningsmiddel, alsidighed og bidrag til grøn kemi.
Udnyt fordelene ved ultralydsforbedret Soxhlet-ekstraktion, og kontakt os nu for at få flere oplysninger!

Litteratur / Referencer

• 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.

Værd at vide

Ultralydshomogenisatorer anvendes med succes til ekstraktion i laboratorier og i industriel produktion, f.eks. i medicinal- og fødevareindustrien samt til biologisk forskning og analyse. Hielschers brede sortiment af ultralydsapparater gør det muligt at sammensætte en optimal procesopstilling – som opfylder proceskravene til høj kvalitet og produktionskapacitet.