استخراج با هگزان با بازدهی بهبودیافته به کمک فراصوت‌دهی
فراصوت‌دهی با پروب می‌تواند با تشدید فرایند و افزایش چشمگیر کارایی آن، استخراج متداول با هگزان را بهبود دهد. استخراج فراصوتی انتقال جرم را بهبود می‌بخشد و با تخریب سلول‌ها، مواد زیست‌فعال هدف را در حلال آزاد می‌کند؛ در نتیجه، بازده استخراج در مقایسه با استفاده از روش‌های متداول به‌تنهایی افزایش می‌یابد. استخراج به کمک فراصوت در افزایش بازده استخراج روغن، از جمله روغن کلزا و روغن بذر کتان، بسیار مؤثر است و به ترکیب اسیدهای چرب با کیفیت بالا و محتوای بیشتر اجزای زیست‌فعال منجر می‌شود.
بهبود استخراج با هگزان به کمک فراصوت پرتوان
استخراج فراصوتی روشی برای تشدید فرایند است که می‌تواند فرایندهای استخراج جامد–مایع و استخراج با حلال را به‌طور چشمگیری بهبود دهد.
- استخراج کامل‌تر
- بازده بیشتر
- استخراج سریع‌تر
- کاهش مصرف هگزان
- بهبود کارایی کلی
دستگاه استخراج فراصوتی UIP2000hdT برای بهبود استخراج لیپیدها و اسیدهای چرب (روغن‌ها) با هگزان.
محدودیت‌های استخراج متداول با هگزان
استخراج با هگزان روشی رایج برای استخراج ترکیبات آلی، به‌ویژه مواد غیرقطبی، از منابع مختلف مانند گیاهان، دانه‌ها یا خاک است. هگزان یک حلال هیدروکربنی است که در حل‌کردن و استخراج لیپیدها، روغن‌ها و سایر ترکیبات غیرقطبی کارایی بسیار بالایی دارد. هگزان به دلیل توانایی حل‌کردن ترکیبات غیرقطبی (مانند روغن‌ها)، سهولت جداسازی بعدی روغن و محدوده باریک نقطه جوش (63–69°C)، به‌طور گسترده برای استخراج روغن استفاده می‌شود.
با این حال، کارایی فرایندهای استخراج با هگزان می‌تواند بسته به ماده اولیه و استخراج، به‌شدت متفاوت باشد: بازده استخراج و زمان استخراج تا حد زیادی با یکدیگر همبستگی دارند. این بدان معناست که برای دستیابی به بازده بالای عصاره، به زمان ماند طولانی‌تر زیست‌توده در حلال هگزان نیاز است. عامل محدودکننده دیگر اغلب نفوذ ناکافی هگزان به ماتریس زیست‌توده است. ساختارهای سلولی سخت عمدتاً در سطح با هگزان خیس می‌شوند، در حالی که فضای داخلی سلول تنها تا حدی با هگزان تماس پیدا می‌کند. چنین نفوذ ناکافی‌ای به استخراج ناقص منجر می‌شود، زیرا مواد هدف مانند لیپیدها (یعنی اسیدهای چرب، چربی‌ها و روغن‌ها) درون ماتریس سلولی باقی می‌مانند.
راه‌حل: استخراج با هگزان با تشدید فراصوتی
فراصوت‌دهی با پروب، که فراصوت‌دهی با پروب فراصوتی نیز نامیده می‌شود، روشی است که از امواج فراصوت با شدت بالا برای ایجاد حباب‌های کاویتاسیون آکوستیکی در محیط مایع استفاده می‌کند. این حباب‌ها به‌سرعت فرومی‌پاشند و میدان‌های موضعی انرژی شدید ایجاد می‌کنند و موجب ریزآشفتگی‌ها و نیروهای برشی زیاد در حلال می‌شوند.
به دلیل این شرایط با چگالی انرژی بالا که به کمک فراصوت ایجاد می‌شود، فراصوت‌دهی با پروب می‌تواند فرایند استخراج با هگزان را از چند طریق تشدید کند و بهبود دهد:
- افزایش انتقال جرم: فراصوت‌دهی انتقال جرم بین نمونه جامد و حلال را افزایش می‌دهد. ریزآشفتگی و فروپاشی سریع حباب‌های کاویتاسیون، نیروهای برشی قوی و تغییرات موضعی فشار ایجاد می‌کنند. این پدیده لایه مرزی پیرامون نمونه جامد را برهم می‌زند و آزادشدن ترکیبات هدف در حلال را تسهیل می‌کند؛ در نتیجه، کارایی استخراج بهبود می‌یابد.
- تسریع استخراج: فراصوت‌دهی با افزایش سطح تماس بین حلال و نمونه جامد، سینتیک استخراج را تسریع می‌کند. حباب‌های کاویتاسیون موجب هم‌زدن و ایجاد مخلوطی همگن می‌شوند و تماس نزدیک حلال با تمام سطح ماده جامد را تضمین می‌کنند؛ در نتیجه، سرعت استخراج افزایش می‌یابد.
- تخریب ساختارهای سلولی: در استخراج از مواد گیاهی، فراصوت‌دهی می‌تواند ساختارهای سلولی مانند دیواره‌ها و غشاهای سلولی را تخریب کند و آزادشدن اجزای درون‌سلولی را تسهیل کند. این امر امکان استخراج کارآمدتر لیپیدها و سایر ترکیبات هدف را که ممکن است درون سلول‌ها محصور باشند، فراهم می‌کند.
- کاهش زمان استخراج: فراصوت‌دهی با پروب با ترکیب افزایش انتقال جرم و تسریع سینتیک استخراج، می‌تواند زمان لازم برای دستیابی به بازده مطلوب را به‌طور چشمگیری کاهش دهد. این امر به‌ویژه هنگام پردازش حجم زیادی از نمونه‌ها یا در کاربردهای حساس به زمان سودمند است.
به دلیل بهبود این عوامل فرایندی، فراصوت‌دهی با پروب می‌تواند استخراج با هگزان را به‌طور چشمگیری بهبود دهد. استخراج فراصوتی با هگزان را می‌توان بر اساس ترکیبات مشخص و حجم‌های تحت استخراج بهینه کرد. شدت فراصوت (دامنه)، مدت‌زمان، دما، فشار و آرایش تجهیزات استخراج را می‌توان برای دستیابی به بازده بهینه عصاره در مدت‌زمان کوتاه‌تر استخراج تنظیم کرد.
دستگاه استخراج فراصوتی UIP6000hdT برای استخراج با هگزان
نمونه‌هایی از استخراج با هگزان به کمک فراصوت
- روغن جلبک
- روغن‌های گیاهی (سویا، کتان، کلزا، آفتابگردان، سبوس برنج و غیره)
- اسانس‌ها
- کاریوفیلن
- اولئورزین وانیل از غلاف‌های وانیل
- لوتئین از زرده تخم‌مرغ
- آستاگزانتین از جلبک‌ها
- چربی‌زدایی از حشرات
استخراج سوکسله با تشدید فراصوتی با استفاده از هگزان به‌عنوان حلال
استخراج سوکسله با تشدید فراصوتی، فرایندی است که استخراج سنتی سوکسله را با امواج فراصوت ترکیب می‌کند تا کارایی فرایند استخراج بهبود یابد. استخراج سوکسله روشی است که معمولاً در آزمایشگاه‌ها و برای تولید حجم‌های کمتر عصاره، مانند اسانس‌ها یا برخی ترکیبات زیست‌فعال، استفاده می‌شود.
هگزان حلالی رایج برای این فرایند است، زیرا در استخراج لیپیدها از منابع مختلف، از جمله روغن دانه‌ها، روغن جلبک و نیز ترکیبات زیست‌فعال مبتنی بر لیپید، مؤثر است. فراصوت‌دهی ساختارهای سلولی را تخریب می‌کند و با افزایش انتقال جرم و آزادسازی ترکیبات در حلال، استخراج جامد–مایع را بهبود می‌بخشد. زیرا حلالی مانند هگزان می‌تواند بهتر به ماده جامد نفوذ کند و روغن‌ها (لیپیدها، اسیدهای چرب) را به‌طور کارآمد حل کند. در نتیجه، فرایند استخراج تسریع می‌شود و زمان لازم برای استخراج ترکیبات مطلوب کاهش می‌یابد. افزون بر این، استفاده از فراصوت می‌تواند مقدار حلال موردنیاز را کاهش دهد و این روش را به گزینه‌ای سازگارتر با محیط‌زیست تبدیل کند.
استخراج فراصوتی امکان استفاده از حلال‌های ملایم‌تر و غیرسمی را فراهم می‌کند
فراصوت‌دهی نه‌تنها استخراج با هگزان را بهبود می‌دهد، بلکه امکان استفاده از حلال‌های ملایم‌تر و غیرسمی مانند اتانول، اتانول آبی، آب یا حلال‌های یوتکتیک عمیق طبیعی (DES, NADES) را نیز فراهم می‌کند. تخریب سلولی و انتقال جرم بسیار مؤثر حاصل از دستگاه‌های استخراج فراصوتی پروبی، با استفاده از حلال‌های ملایم‌تر نتایجی عالی به دست می‌دهد. از این رو، استخراج فراصوتی در ترکیب با حلال‌های ملایم‌تر، غیرسمی و سازگارتر با محیط‌زیست، دستیابی به عصاره‌های با کیفیت بالا و گرید غذایی، صرفه‌جویی در هزینه‌ها و فرایند استخراج سبز را امکان‌پذیر می‌کند.
سونیکاتورهای با عملکرد بالا برای بهبود استخراج با هگزان
Hielscher Ultrasonics دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا را طراحی، تولید و عرضه می‌کند که می‌توان آن‌ها را به‌آسانی در تأسیسات موجود استخراج با هگزان یا دستگاه‌های استخراج سوکسله ادغام کرد. Hielscher علاوه بر تأمین، نصب و خدمات نگهداری، در مراحل آزمون‌های امکان‌سنجی، بهینه‌سازی فرایند و طراحی واحد تولید تا نصب نهایی و راه‌اندازی فرایند استخراج، به مشتریان خود مشاوره و راهنمایی ارائه می‌دهد.
مزایای اصلی سونیکاتورهای Hielscher شامل کنترل کامل فرایند، مقیاس‌پذیری خطی و توانایی تمام پردازشگرهای فراصوتی صنعتی در ایجاد دامنه‌های بسیار بالا است. کارکرد پیوسته با دامنه‌های تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است. دامنه‌های بالا به‌ویژه برای استخراج از ساختارهای سلولی سخت‌تر، مانند دانه‌ها و مغزها، اهمیت دارند.
کارکنان فنی و آزمایشگاه فرایند کاملاً مجهز ما با دانش و راهنمایی خود به شما کمک خواهند کرد!
طراحی، تولید و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
سونیکاتورهای Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و سهولت کاربری، ادغام بی‌دردسر سونیکاتورهای ما در تأسیسات صنعتی را امکان‌پذیر می‌کند. سونیکاتورهای Hielscher به‌آسانی از عهده شرایط سخت و محیط‌های پرچالش برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهی ISO است و بر سونیکاتورهای با عملکرد بالا، برخوردار از فناوری روز و کاربری آسان، تأکید ویژه دارد. البته سونیکاتورهای Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 0٫5 تا 1٫5mL | قابل اعمال نیست | VialTweeter | 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Negin Moradi, Masoud Rahimi, Atefeh Moeini, Mohammad Amin Parsamoghadam (2018): Impact of ultrasound on oil yield and content of functional food ingredients at the oil extraction from sunflower. Separation Science and Technology, 53:2, 2018. 261-276.
- A. Meullemiestre, C. Breil, M. Abert-Vian, F. Chemat (2017): Manothermosonication as a useful tool for lipid extraction from oleaginous microorganisms. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 37, July 2017. 216-221.
- A. Perrier, C. Delsart, N. Boussetta, N. Grimi, M. Citeau, E. Vorobiev (2017): Effect of ultrasound and green solvents addition on the oil extraction efficiency from rapeseed flakes. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 39, 2017. 58-65.
- Reyman, D. & Almudena, Quiñones (2020): Simultaneous Oil Sono-Extraction And Sono-Transesterification (In Situ) Of Soybean And Sunflower Seeds For The Production Of Biodiesel. Research Square Preprint 2020.
- Djenni, Zoubida; Pingret, Daniella; Mason, Timothy J.; Chemat, Farid (2012): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Analytical Methods, 2012.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف تولید می‌کند، از آزمایشگاهی تا اندازه صنعتی.