استخراج سوکسله فراصوتی

فناوری فراصوت استخراج متداول سوکسله را بهبود می‌بخشد. استخراج سوکسله به کمک فراصوت، که با نام سونو–سوکسله نیز شناخته می‌شود، به بازده بیشتر و زمان استخراج کوتاه‌تر منجر می‌شود. سونیکاتورهای پروبی Hielscher را می‌توان به‌آسانی در هر آرایش کلاسیک دستگاه استخراج سوکسله ادغام کرد.

استخراج سوکسله با استفاده از فراصوت‌دهی

استخراج سوکسله یکی از روش‌های پرکاربرد استخراج جامد–مایع در آزمایشگاه‌های سنتز یا تجزیه است و زمانی به کار می‌رود که ترکیب موردنظر حلالیت محدودی در یک حلال داشته باشد و ناخالصی در آن حلال نامحلول باشد. به‌طور خلاصه، اصل عملکرد استخراج سوکسله را می‌توان رفلاکس مبتنی بر حلال توصیف کرد.
فراصوت با موفقیت در استخراج سوکسله به کار گرفته می‌شود تا بازده افزایش یابد و مدت استخراج کوتاه‌تر شود. پس از پایان استخراج سوکسله، حلال حذف می‌شود؛ برای مثال، با استفاده از تبخیرکنندهٔ چرخان.

مشکلات استخراج متداول سوکسله:

استخراج سنتی سوکسله به دلیل مدت طولانی استخراج و مصرف مقدار زیاد حلال، معایب عمده‌ای دارد. افزون بر این، دستگاه استخراج متداول سوکسله فاقد هم‌زدن است. هم‌زدن برای تسریع فرایند استخراج ضروری است. از آنجا که دستگاه‌های استخراج متداول سوکسله مقادیر زیادی حلال مصرف می‌کنند، مراحل بعدی تبخیر و تغلیظ به انرژی زیادی نیاز دارند. زمان ماند طولانی ترکیبات استخراج‌شده در بالن گرم‌شدهٔ دستگاه استخراج سوکسله اغلب بر کیفیت عصاره اثر منفی می‌گذارد. ترکیبات هدف حساس به گرما تجزیه می‌شوند، زیرا ماده در طول مدت طولانی استخراج در معرض گرما در دمای جوش حلال قرار می‌گیرد.

راهکار: استخراج سوکسله فراصوتی

فراصوت پرتوان انتقال جرم بین نمونه و حلال را افزایش می‌دهد. در نتیجه، حلال کمتری لازم است. مدت استخراج به‌شدت کاهش می‌یابد، به‌طوری‌که عصاره‌ها برای مدت طولانی در معرض گرما قرار نمی‌گیرند. به این ترتیب، از تجزیهٔ حرارتی ناخواستهٔ عصاره جلوگیری می‌شود یا دست‌کم میزان آن به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
فراصوت را می‌توان به‌آسانی در آرایش استخراج سوکسله ادغام کرد – یا با وارد کردن هورن فراصوتی (پروب، سونوتْرود) به محفظهٔ سوکسله، یا با فراصوت‌دهی غیرمستقیم محفظهٔ سوکسله از طریق دیوارهٔ ظرف. استخراج سوکسله فراصوتی – که با نام سونو–سوکسله نیز شناخته می‌شود – در شرایط استخراج ملایم‌تر، بازده بیشتری را در زمان استخراج کوتاه‌تر فراهم می‌کند.

آرایش‌های سونو–سوکسله و سونو–کلونجر در مقیاس صنعتی با سونیکاتور UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

«فراصوت‌دهی به‌عنوان یک روش استخراج، در مقایسه با روش‌های رفلاکس برای استخراج مقادیر ناچیز ترکیبات آلی از خاک‌ها و رسوبات، تکنیکی کارآمد است. ثابت شده است که تکنیک‌های استخراج فراصوتی در مقایسه با سایر تکنیک‌های استخراج، مقادیر مشابه یا حتی بیشتری از هیدروکربن‌ها را استخراج می‌کنند (Song et al., 2002) […]. بسته به نوع آلاینده‌ها و ماتریس، فراصوت‌دهی می‌تواند مزیت زمان استخراج کوتاه‌تر را داشته باشد. برای دستیابی به استخراج‌های کارآمدتر و تکرارپذیر، اغلب لازم است پارامترهای استخراج فراصوتی، از جمله نوع حلال یا ترکیب حلال، زمان استخراج، مقدار نمونه و محتوای آب بهینه‌سازی شوند (Berset et al., 1999). تکنیک‌های فراصوت‌دهی معمولاً روشی نسبتاً کم‌هزینه فراهم می‌کنند که با حجم‌های اندک حلال آلی و بدون نیاز به شیشه‌آلات و تجهیزات پیچیده انجام می‌شود.»
[Oluseyi et al. 2011]

مزایای استخراج سونو–سوکسله

استخراج سونو–سوکسله گونه‌ای از تکنیک سنتی استخراج سوکسله است که برای بهبود فرایند استخراج، فراصوت با شدت بالا را به کار می‌گیرد. تکنیک سونو–سوکسله مزایای متعددی دارد که پژوهش‌ها و مطالعات علمی از آن‌ها پشتیبانی می‌کنند، از جمله:

• افزایش کارایی استخراج: استخراج سونو–سوکسله با تخریب دیواره‌های سلولی مواد گیاهی یا دیگر ماتریس‌های نمونه، کارایی استخراج را افزایش می‌دهد. کاویتاسیون آکوستیکی ناشی از امواج فراصوتی شدید، انتقال جرم را بهبود می‌بخشد و نفوذ حلال به درون نمونه را افزایش می‌دهد و از این طریق بازده ترکیبات استخراج‌شده را بالا می‌برد.
• کاهش زمان استخراج: استخراج سونو–سوکسله زمان استخراج را در مقایسه با استخراج متداول سوکسله به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. از آنجا که فراصوت انتقال جرم و نفوذ را تسریع می‌کند، استخراج آنالیت‌ها و ترکیبات گیاهی تنها به تیماری کوتاه نیاز دارد. کوتاه‌تر شدن مدت استخراج به معنای افزایش ظرفیت پردازش نیز هست.
• مصرف کمتر حلال: ترکیب استخراج سوکسله و استخراج فراصوتی به کاهش مصرف حلال منجر می‌شود. این امر علاوه بر صرفه‌جویی در هزینه‌ها، اثرات زیست‌محیطی را نیز به حداقل می‌رساند.
• تنوع کاربرد: استخراج سونو–سوکسله کاربردهای متنوعی دارد و می‌توان آن را برای طیف گسترده‌ای از ماتریس‌های نمونه، از جمله مواد گیاهی، محصولات غذایی، پلیمرها و نمونه‌های محیطی به کار برد. سازگاری آن با کاربردهای مختلف، این روش را به ابزاری ارزشمند در حوزه‌های گوناگون علمی، مانند فیتوشیمی، شیمی و تجزیه‌وتحلیل محیطی تبدیل می‌کند.
• شیمی سبز: استخراج سونو–سوکسله با کاهش پسماند و مصرف انرژی، با اصول شیمی سبز همسو است. کارایی این روش و مصرف کمتر حلال در آن، به ایجاد فرایندهای استخراج سازگارتر با محیط‌زیست کمک می‌کند.

این جنبه‌های سودمند استخراج سونو–سوکسله به بهبود کارایی فرایند، بهره‌وری زمانی و انرژی و نیز سازگاری با محیط‌زیست کمک می‌کنند. مزایای اصلی استخراج سونو–سوکسله بر افزایش کارایی استخراج، کاهش زمان پردازش، مصرف کمتر حلال، تنوع کاربرد و کمک به شیمی سبز استوارند.
از مزایای استخراج سوکسله بهبودیافته با فراصوت بهره‌مند شوید و همین حالا برای دریافت اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید!

منابع علمی / مراجع

• 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.

نکات دانستنی

هموژنایزرهای فراصوتی با موفقیت برای استخراج در آزمایشگاه‌ها و تولید صنعتی، برای مثال در صنایع دارویی و غذایی، و همچنین برای پژوهش‌ها و تجزیه‌وتحلیل‌های زیستی به کار می‌روند. طیف گستردهٔ دستگاه‌های فراصوتی Hielscher امکان ایجاد آرایش بهینهٔ فرایند را فراهم می‌کند – آرایشی که الزامات فرایند را برای دستیابی به کیفیت و میزان تولید بالا برآورده می‌سازد.