Die Sonden-Ultraschalltechnik kann die herkömmliche Hexanextraktion verbessern, indem sie den Prozess intensiviert und deutlich effizienter macht. Die Ultraschallextraktion verbessert den Stoffaustausch und stört die Zellen, so dass gezielt bioaktive Substanzen in das Lösungsmittel freigesetzt werden, was zu einer höheren Extraktionsausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Methoden führt. Die ultraschallunterstützte Extraktion ist äußerst wirksam bei der Steigerung der Ausbeute der Ölextraktion, einschließlich Rapsöl und Leinsamenöl, was zu einer hochwertigen Fettsäurezusammensetzung und einem höheren Gehalt an bioaktiven Komponenten führt.

Verbesserte Hexanextraktion durch Leistungsultraschall

Die Ultraschallextraktion ist ein prozessintensivierendes Verfahren, das die Fest-Flüssig- und Lösungsmittelextraktion erheblich verbessern kann.

Grenzen der konventionellen Hexanextraktion

Die Hexanextraktion ist ein gängiges Verfahren zur Extraktion organischer Verbindungen, insbesondere unpolarer Stoffe, aus verschiedenen Quellen wie Pflanzen, Samen oder Erde. Hexan ist ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, das Lipide, Öle und andere unpolare Verbindungen sehr effizient auflöst und extrahiert. Hexan wird häufig für die Ölextraktion verwendet, da es unpolare Verbindungen (z. B. Öle) auflöst, die anschließende Ölabtrennung erleichtert und einen niedrigen Siedepunkt (63-69 °C) hat.
Die Effizienz von Hexanextraktionsverfahren kann jedoch je nach Rohmaterial und Extraktion stark variieren: Extraktionsausbeute und Extraktionszeit sind weitgehend korreliert. Das bedeutet, dass für eine hohe Extraktionsausbeute eine längere Verweilzeit der Biomasse im Hexan-Lösungsmittel erforderlich ist. Ein weiterer einschränkender Faktor ist häufig die unzureichende Penetration des Hexans in die Matrix der Biomasse. Starre Zellstrukturen werden meist nur an der Oberfläche mit Hexan benetzt, während das Zellinnere nur teilweise mit Hexan in Kontakt kommt. Diese unzureichende Penetration führt zu einem unvollständigen Extraktionsprozess, da die Zielsubstanzen wie Lipide (d. h. Fettsäuren, Fette, Öle) im Inneren der Zellmatrix verbleiben.

Die Lösung: Intensivierte Hexanextraktion mit Ultraschall

Die Sondenbeschallung, auch bekannt als Ultraschallsondenbeschallung, ist eine Methode, bei der hochintensive Ultraschallwellen zur Erzeugung akustischer Kavitationsblasen in einem flüssigen Medium eingesetzt werden. Diese Blasen kollabieren schnell, erzeugen intensive lokale Energiefelder und sorgen für Mikroturbulenzen und hohe Scherkräfte im Lösungsmittel.
Durch diese mit Ultraschall erzeugten energiereichen Bedingungen kann die Sondenbeschallung den Hexanextraktionsprozess in mehrfacher Hinsicht intensivieren und verbessern:

• Erhöhter Stoffaustausch: Die Sonikation verbessert den Stoffaustausch zwischen der festen Probe und dem Lösungsmittel. Die Mikroturbulenz und der schnelle Kollaps der Kavitationsblasen erzeugen starke Scherkräfte und örtliche Druckänderungen. Dadurch wird die Grenzschicht um die feste Probe unterbrochen, was die Freisetzung der Zielverbindungen in das Lösungsmittel fördert und so die Extraktionseffizienz verbessert.
• Beschleunigte Extraktion: Die Sonikation beschleunigt die Extraktionskinetik durch Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Lösungsmittel und der festen Probe. Die Kavitationsblasen sorgen für Bewegung und erzeugen ein homogenisiertes Gemisch, wodurch sichergestellt wird, dass das Lösungsmittel in engen Kontakt mit der gesamten Oberfläche des Feststoffs kommt, was zu schnelleren Extraktionsraten führt.
• Unterbrechung der Zellstrukturen: Bei Extraktionen auf pflanzlicher Basis kann die Beschallung die zellulären Strukturen, wie Zellwände und Membranen, aufbrechen und so die Freisetzung intrazellulärer Bestandteile erleichtern. Dies ermöglicht eine effizientere Extraktion von Lipiden und anderen Zielverbindungen, die in den Zellen eingeschlossen sein können.
• Verkürzte Extraktionszeit: Durch die Kombination von erhöhtem Massentransfer und beschleunigter Extraktionskinetik kann die Sondenbeschallung die Extraktionszeit, die zum Erreichen der gewünschten Ausbeute erforderlich ist, erheblich reduzieren. Dies kann vor allem bei der Verarbeitung großer Probenmengen oder bei zeitkritischen Anwendungen von Vorteil sein.

Aufgrund dieser verbesserten Prozessfaktoren kann die Sonden-Ultraschallbehandlung die Hexanextraktion erheblich verbessern. Die Hexanextraktion mit Ultraschall kann auf der Grundlage der spezifischen zu extrahierenden Verbindungen und Mengen optimiert werden. Die Ultraschallintensität (Amplitude), die Dauer, die Temperatur, der Druck und der Extraktionsaufbau können so angepasst werden, dass innerhalb einer verkürzten Extraktionsdauer optimale Extraktausbeuten erzielt werden.

• Algenöl
• Pflanzliche Öle (Soja, Flachs, Raps, Sonnenblumen, Reiskleie usw.)
• Ätherische Öle
• Caryophyllene
• Vanille-Oleoresin aus Vanilleschoten
• Lutein aus Eigelb
• Astaxanthin aus Algen
• Entfettung von Insekten

Ultraschall-verstärkte Soxhlet-Extraktion mit Hexan als Lösungsmittel

Die ultraschallverstärkte Soxhlet-Extraktion ist ein Verfahren, bei dem die traditionelle Soxhlet-Extraktion mit Ultraschallwellen kombiniert wird, um die Effizienz des Extraktionsprozesses zu verbessern. Die Soxhlet-Extraktion ist ein Verfahren, das häufig in Labors und für die Herstellung kleinerer Extraktmengen, wie z. B. ätherische Öle oder bestimmte bioaktive Verbindungen, verwendet wird.
Hexan ist ein häufig verwendetes Lösungsmittel für dieses Verfahren, da es sich gut für die Extraktion von Lipiden aus verschiedenen Quellen eignet, darunter Samenöle, Algenöl sowie bioaktive Verbindungen auf Lipidbasis. Durch die Ultraschallbehandlung werden die Zellstrukturen aufgebrochen und die Fest-Flüssig-Extraktion durch erhöhten Stoffaustausch und Freisetzung von Verbindungen in das Lösungsmittel gefördert. Da das Lösungsmittel wie Hexan besser in das feste Material eindringen und die Öle (Lipide, Fettsäuren) effizient auflösen kann. Infolgedessen wird der Extraktionsprozess beschleunigt, wodurch sich die für die Extraktion der gewünschten Verbindungen erforderliche Zeit verkürzt. Darüber hinaus kann durch den Einsatz von Ultraschall die benötigte Lösungsmittelmenge reduziert werden, was eine umweltfreundlichere Option darstellt.

Die Ultraschallextraktion ermöglicht die Verwendung von milderen, ungiftigen Lösungsmitteln

Die Ultraschallextraktion verbessert nicht nur die Hexanextraktion, sondern ermöglicht auch die Verwendung milderer, nichttoxischer Lösungsmittel wie Ethanol, wässriges Ethanol, Wasser oder natürliche, tief eutektische Lösungsmittel (DES, NADES). Der hochwirksame Zellaufschluss und Massentransfer durch Ultraschallsondenextraktoren führt zu hervorragenden Ergebnissen bei der Verwendung milderer Lösungsmittel. Dadurch ermöglicht die Ultraschallextraktion in Kombination mit milderen, ungiftigen und umweltfreundlicheren Lösungsmitteln hochwertige Extrakte in Lebensmittelqualität, Kosteneinsparungen und einen umweltfreundlichen Extraktionsprozess.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte zur verbesserten Hexanextraktion

Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und liefert Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren, die problemlos in bestehende Hexan-Extraktionsanlagen oder Soxhlet-Extraktoren integriert werden können. Neben Lieferung, Installation und Wartung berät und begleitet Hielscher seine Kunden bei Machbarkeitsstudien, Prozessoptimierung und Anlagenplanung bis hin zur endgültigen Installation und Inbetriebnahme des Extraktionsprozesses.
Wesentliche Vorteile der Hielscher-Ultraschallgeräte sind die volle Prozesskontrolle, die lineare Skalierbarkeit und die Fähigkeit aller industriellen Ultraschallprozessoren, sehr hohe Amplituden zu liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb gefahren werden. Hohe Amplituden sind besonders wichtig, wenn es um die Extraktion von härteren Zellstrukturen wie Samen und Kernen geht.
Unser technisches Personal und unser voll ausgestattetes Prozesslabor unterstützen Sie mit Wissen und Beratung!

Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Ultraschallgeräte CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: