Ultraääniavusteinen Soxhlet-uutto

Ultraääni tehostaa perinteistä Soxhlet-uuttoa. Ultraääniavusteinen Soxhlet-uutto, joka tunnetaan myös nimellä Sono-Soxhlet, tuottaa suurempia saantoja ja lyhentää uuttoaikoja. Hielscherin sondityyppiset ultraäänilaitteet voidaan helposti integroida mihin tahansa perinteiseen Soxhlet-uuttolaitteistoon.

Soxhlet-uutto ultraäänikäsittelyllä

Soxhlet-uutto on synteesilaboratorioissa tai analyyttisissä laboratorioissa usein käytetty kiinteä–nesteuuton menetelmä, jota tarvitaan silloin, kun haluttu yhdiste liukenee liuottimeen vain rajallisesti ja epäpuhtaus ei liukene kyseiseen liuottimeen. Lyhyesti sanottuna Soxhlet-uuton toimintaperiaatetta voidaan kuvata liuottimeen perustuvaksi palautusjäähdytykseksi.
Ultraääntä integroidaan onnistuneesti Soxhlet-uuttoon saannon lisäämiseksi ja uuttoajan lyhentämiseksi. Kun Soxhlet-uutto on valmis, liuotin poistetaan (esim. pyöröhaihduttimella).

Perinteisen Soxhlet-uuton ongelmat:

Perinteisellä Soxhlet-uutolla on merkittäviä haittoja pitkän uuttoajan ja suuren liuotinmäärän vuoksi. Lisäksi perinteisestä Soxhlet-uuttolaitteesta puuttuu sekoitus. Sekoitusta tarvitaan uuttoprosessin nopeuttamiseksi. Koska perinteisissä Soxhlet-uuttolaitteissa käytetään suuria liuotinmääriä, niitä seuraavat haihdutus ja väkevöinti vaativat paljon energiaa. Uutettujen yhdisteiden pitkä viipymäaika Soxhlet-uuttolaitteiston kuumennetussa kolvissa heikentää usein uutteen laatua. Lämpöherkät kohdeyhdisteet hajoavat, koska materiaali altistuu pitkän uuttoajan kuluessa liuottimen kiehumispisteen lämpötilalle.

Ratkaisu: ultraääniavusteinen Soxhlet-uutto

Voimakas ultraääni lisää aineensiirtoa näytteen ja liuottimen välillä. Näin liuotinta tarvitaan vähemmän. Uuttoaika lyhenee huomattavasti, joten uutteet eivät altistu pitkäaikaiselle kuumennukselle. Näin vältetään uutteen ei-toivottu lämpöhajoaminen tai ainakin vähennetään sitä merkittävästi.
Ultraääni voidaan helposti integroida Soxhlet-uuttolaitteistoon – joko viemällä ultraäänitorvi (sondi, sonotrodi) Soxhlet-kammioon tai käsittelemällä Soxhlet-kammiota ultraäänellä epäsuorasti astian seinämän läpi. Ultraääniavusteinen Soxhlet-uutto – joka tunnetaan myös nimellä Sono-Soxhlet – tuottaa suurempia saantoja lyhyemmässä uuttoajassa ja lievemmissä uutto-olosuhteissa.

Teollisen mittakaavan Sono-Soxhlet- ja Sono-Clevenger-laitteistot, joissa käytetään ultraäänilaitetta UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

”Ultraäänikäsittely on tehokas uuttomenetelmä verrattuna palautusjäähdytysmenetelmiin, kun maaperästä ja sedimenteistä uutetaan pieniä määriä esiintyviä orgaanisia yhdisteitä. Ultraääniuuton menetelmien osoitettiin tuottavan vastaavia tai jopa suurempia määriä (Song et al., 2002) hiilivetyjä kuin muiden uuttomenetelmien […]. Epäpuhtauksien ja matriisin tyypistä riippuen ultraäänikäsittelyn etuna voivat olla lyhyemmät uuttoajat. Ultraääniuuton parametrien, kuten liuottimen tyypin tai liuotinkoostumuksen, uuttoajan, näytekuormituksen ja vesipitoisuuden, optimointia tarvitaan usein tehokkaampien ja toistettavampien uuttojen saavuttamiseksi (Berset et al., 1999). Ultraäänikäsittelymenetelmät tarjoavat yleensä suhteellisen edullisen menetelmän, jossa käytetään pieniä määriä orgaanista liuotinta ilman monimutkaisten lasivälineiden ja instrumenttien tarvetta.”
[Oluseyi et al. 2011]

Sono-Soxhlet-uuton edut

Sono-Soxhlet-uutto on perinteisen Soxhlet-uuttotekniikan muunnelma, jossa uuttoprosessia tehostetaan voimakkaalla ultraäänellä. Sono-Soxhlet-tekniikka tarjoaa useita tieteellisen tutkimuksen ja tutkimusten tukemia etuja, joita ovat:

• Parempi uuttotehokkuus: Sono-Soxhlet-uutto lisää uuton tehokkuutta hajottamalla kasvimateriaalien tai muiden näytematriisien soluseinämiä. Voimakkaiden ultraääniaaltojen synnyttämä akustinen kavitaatio parantaa aineensiirtoa ja tehostaa liuottimen tunkeutumista näytteeseen, mikä lisää uutettujen yhdisteiden saantoa.
• Lyhyempi uuttoaika: Sono-Soxhlet-uutto lyhentää uuttoaikaa merkittävästi perinteiseen Soxhlet-uuttoon verrattuna. Koska ultraääni nopeuttaa aineensiirtoa ja diffuusiota, analyyttien ja kasviperäisten yhdisteiden uuttamiseen tarvitaan vain lyhyt käsittely. Lyhyempi uuttoaika merkitsee myös suurempaa näytteiden käsittelykapasiteettia.
• Pienempi liuottimen kulutus: Soxhlet-uuton ja ultraääniuuton yhdistäminen vähentää liuottimen kulutusta. Tämä sekä säästää kustannuksia että minimoi ympäristövaikutukset.
• Monipuoliset käyttökohteet: Sono-Soxhlet-uutto on monipuolinen menetelmä, jota voidaan soveltaa monenlaisiin näytematriiseihin, kuten kasvimateriaaleihin, elintarvikkeisiin, polymeereihin ja ympäristönäytteisiin. Sen mukautuvuus tekee siitä arvokkaan työkalun eri tieteenaloilla, kuten fytokemiassa, kemiassa ja ympäristöanalytiikassa.
• Vihreä kemia: Sono-Soxhlet-uutto noudattaa vihreän kemian periaatteita vähentämällä jätettä ja energiankulutusta. Sen tehokkuus ja vähäisempi liuottimen käyttö edistävät ympäristöystävällisempiä uuttoprosesseja.

Nämä Sono-Soxhlet-uuton hyödylliset ominaisuudet parantavat prosessitehokkuutta, ajankäytön tehokkuutta ja energiatehokkuutta sekä ympäristöystävällisyyttä. Sono-Soxhlet-uuton tärkeimmät edut perustuvat parempaan uuttotehokkuuteen, lyhyempään käsittelyaikaan, pienempään liuottimen kulutukseen, monipuolisuuteen ja vihreän kemian edistämiseen.
Hyödynnä ultraäänellä tehostettua Soxhlet-uuttoa ja ota meihin yhteyttä nyt saadaksesi lisätietoja!

Kirjallisuus / Lähteet

• 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.

Hyödyllistä tietoa

Ultraäänihomogenisaattoreita käytetään menestyksekkäästi uuttamiseen laboratorioissa ja teollisessa tuotannossa, esimerkiksi lääke- ja elintarviketeollisuudessa sekä biologisessa tutkimuksessa ja analytiikassa. Hielscherin ultraäänilaitteiden laaja tuotevalikoima mahdollistaa optimaalisen prosessilaitteiston kokoamisen – täyttäen prosessin korkeaa laatua ja tuotantomäärää koskevat vaatimukset.