Effizientere Hexanextraktion durch Ultraschallbehandlung

Die Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode kann die herkömmliche Hexanextraktion verbessern, indem sie den Prozess intensiviert und deutlich effizienter macht. Die Ultraschallextraktion verbessert den Stofftransport und schließt Zellen auf, sodass die gewünschten bioaktiven Substanzen in das Lösungsmittel freigesetzt werden. Dadurch werden höhere Extraktionsausbeuten erzielt als mit herkömmlichen Methoden allein. Die ultraschallunterstützte Extraktion steigert die Ausbeute bei der Ölgewinnung, einschließlich Rapsöl und Leinöl, sehr wirksam und führt zu einer hochwertigen Fettsäurezusammensetzung und einem höheren Gehalt an bioaktiven Komponenten.

Verbesserte Hexanextraktion durch Leistungsultraschall

Die Ultraschallextraktion ist eine Methode zur Prozessintensivierung, die die Fest-Flüssig- und Lösungsmittelextraktion erheblich verbessern kann.

Grenzen der herkömmlichen Hexanextraktion

Die Hexanextraktion ist ein gängiges Verfahren zur Extraktion organischer Verbindungen, insbesondere unpolarer Substanzen, aus verschiedenen Quellen wie Pflanzen, Samen oder Böden. Hexan ist ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, das Lipide, Öle und andere unpolare Verbindungen sehr effizient löst und extrahiert. Hexan wird aufgrund seines Lösungsvermögens für unpolare Verbindungen (z. B. Öle), der einfachen anschließenden Abtrennung des Öls und seines engen Siedebereichs (63–69°C) häufig zur Ölgewinnung eingesetzt.
Die Effizienz von Hexanextraktionsprozessen kann jedoch je nach Rohmaterial und Extraktion stark variieren: Extraktionsausbeute und Extraktionszeit hängen weitgehend miteinander zusammen. Das bedeutet, dass für eine hohe Extraktionsausbeute eine längere Verweilzeit der Biomasse im Lösungsmittel Hexan erforderlich ist. Ein weiterer begrenzender Faktor ist häufig das unzureichende Eindringen von Hexan 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. Dieses unzureichende Eindringen führt zu einem unvollständigen Extraktionsprozess, da die gewünschten Substanzen wie Lipide (d. h. Fettsäuren, Fette, Öle) im Inneren der Zellmatrix verbleiben.

Die Lösung: Durch Ultraschall intensivierte Hexanextraktion

Die Beschallung mit einer Sonotrode, auch als Ultraschallbeschallung mit einer Sonotrode bezeichnet, ist eine Methode, die Ultraschallwellen hoher Intensität nutzt, um in einem flüssigen Medium Blasen durch akustische Kavitation zu erzeugen. Diese Blasen kollabieren rasch, erzeugen lokal intensive Energiefelder und verursachen Mikroturbulenzen und starke Scherkräfte im Lösungsmittel.
Aufgrund dieser durch Ultraschall erzeugten Bedingungen mit hoher Energiedichte kann die Beschallung mit einer Sonotrode den Hexanextraktionsprozess auf verschiedene Weise intensivieren und verbessern:

• Verbesserter Stofftransport: Die Beschallung verbessert den Stofftransport zwischen der festen Probe und dem Lösungsmittel. Die Mikroturbulenzen und der rasche Kollaps der Kavitationsblasen erzeugen starke Scherkräfte und lokale Druckänderungen. Dadurch wird die Grenzschicht um die feste Probe aufgebrochen, was die Freisetzung der Zielverbindungen in das Lösungsmittel fördert und somit die Extraktionseffizienz verbessert.
• Beschleunigte Extraktion: Die Beschallung beschleunigt die Extraktionskinetik, indem sie die Kontaktfläche zwischen dem Lösungsmittel und der festen Probe vergrößert. Die Kavitationsblasen sorgen für Durchmischung und erzeugen eine homogenisierte Mischung. Dadurch kommt das Lösungsmittel in engen Kontakt mit der gesamten Oberfläche des festen Materials, was zu höheren Extraktionsraten führt.
• Aufbrechen von Zellstrukturen: Bei der Extraktion aus pflanzlichem Material kann die Beschallung Zellstrukturen wie Zellwände und Membranen aufbrechen und so die Freisetzung intrazellulärer Komponenten erleichtern. Dies ermöglicht eine effizientere Extraktion von Lipiden und anderen Zielverbindungen, die in den Zellen eingeschlossen sein können.
• Verkürzte Extraktionszeit: Durch die Kombination aus verbessertem Stofftransport und beschleunigter Extraktionskinetik kann die Beschallung mit einer Sonotrode die für die gewünschte Ausbeute erforderliche Extraktionszeit erheblich verkürzen. Dies kann besonders bei der Verarbeitung großer Probenvolumina oder bei zeitkritischen Anwendungen vorteilhaft sein.

Aufgrund dieser verbesserten Prozessfaktoren kann die Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode die Hexanextraktion erheblich verbessern. Die ultraschallunterstützte Hexanextraktion lässt sich auf die jeweiligen zu extrahierenden Verbindungen und die zu verarbeitenden Volumina abstimmen. Ultraschallintensität (Amplitude), Dauer, Temperatur, Druck und der Extraktionsaufbau können so angepasst werden, dass innerhalb einer verkürzten Extraktionszeit optimale Extraktionsausbeuten erzielt werden.

• Algenöl
• Pflanzenöle (Soja, Lein, Raps, Sonnenblume, Reiskleie usw.)
• Ätherische Öle
• Caryophyllen
• Vanilleoleoresin aus Vanilleschoten
• Lutein aus Eigelb
• Astaxanthin aus Algen
• Entfettung von Insekten

Durch Ultraschall intensivierte Soxhlet-Extraktion mit Hexan als Lösungsmittel

Die durch Ultraschall intensivierte Soxhlet-Extraktion ist ein Verfahren, das die traditionelle Soxhlet-Extraktion mit Ultraschallwellen kombiniert, um die Effizienz des Extraktionsprozesses zu verbessern. Die Soxhlet-Extraktion wird häufig in Laboren und zur Herstellung kleinerer Extraktvolumina eingesetzt, beispielsweise von ätherischen Ölen oder bestimmten bioaktiven Verbindungen.
Hexan ist ein häufig verwendetes Lösungsmittel für dieses Verfahren, da es Lipide aus verschiedenen Quellen wirksam extrahiert, darunter Samenöle, Algenöl sowie lipidbasierte bioaktive Verbindungen. Die Ultraschallbehandlung bricht Zellstrukturen auf und fördert die Fest-Flüssig-Extraktion durch verbesserten Stofftransport und die Freisetzung von Verbindungen in das Lösungsmittel. Denn Lösungsmittel wie Hexan können dadurch besser in das feste Material eindringen und die Öle (Lipide, Fettsäuren) effizient lösen. Folglich wird der Extraktionsprozess beschleunigt und die für die Extraktion der gewünschten Verbindungen erforderliche Zeit verkürzt. Darüber hinaus kann der Einsatz von Ultraschall die benötigte Lösungsmittelmenge reduzieren und das Verfahren damit zu einer umweltfreundlicheren Option machen.
 

Ultraschallextraktion ermöglicht den Einsatz milderer, nicht toxischer Lösungsmittel

Die Ultraschallbehandlung verbessert nicht nur die Hexanextraktion, sondern ermöglicht auch den Einsatz milderer, nicht toxischer Lösungsmittel wie Ethanol, wässrigem Ethanol, Wasser oder natürlichen tief eutektischen Lösungsmitteln (DES, NADES). Der hochwirksame Zellaufschluss und Stofftransport durch Ultraschallextraktoren mit Sonotrode liefern auch bei Verwendung milderer Lösungsmittel hervorragende Ergebnisse. Damit ermöglicht die Ultraschallextraktion in Kombination mit milderen, nicht toxischen und umweltfreundlicheren Lösungsmitteln hochwertige Extrakte in Lebensmittelqualität, Kosteneinsparungen und einen umweltfreundlichen Extraktionsprozess.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für eine verbesserte Hexanextraktion

Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und liefert Hochleistungs-Ultraschallextraktoren, die sich einfach in bestehende Hexanextraktionsanlagen oder Soxhlet-Extraktoren integrieren lassen. Neben Lieferung, Installation und Wartungsservice berät und begleitet Hielscher seine Kunden bei Machbarkeitstests, der Prozessoptimierung und der Anlagenplanung bis hin zur abschließenden Installation und Inbetriebnahme des Extraktionsprozesses.
Wesentliche Vorteile der Ultraschallgeräte von Hielscher sind die vollständige Prozesskontrolle, die lineare Skalierbarkeit und die Fähigkeit aller industriellen Ultraschallprozessoren, sehr hohe Amplituden zu erzeugen. Amplituden von bis zu 200µm lassen sich problemlos kontinuierlich im 24/7-Betrieb einsetzen. Hohe Amplituden sind besonders wichtig bei der Extraktion aus härteren Zellstrukturen wie Samen und Kernen.
Unser technisches Team und unser vollständig ausgestattetes Prozesslabor unterstützen Sie mit Fachwissen und Beratung!

Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany

Die Ultraschallgeräte von Hielscher sind für höchste Qualitäts- und Designstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in Industrieanlagen. Die Ultraschallgeräte von Hielscher bewältigen raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen problemlos.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind die Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: