Ultrazvučna Soxhletova ekstrakcija

Ultrazvuk poboljšava konvencionalnu Soxhletovu ekstrakciju. Ultrazvučno potpomognuta Soxhletova ekstrakcija, poznata i kao Sono-Soxhlet ekstrakcija, omogućuje veće prinose i kraće vrijeme ekstrakcije. Hielscher sonikatori sa sondom mogu se jednostavno integrirati u bilo koji klasični sustav za Soxhletovu ekstrakciju.

Soxhletova ekstrakcija primjenom ultrazvuka

Soxhletova ekstrakcija često je primjenjivana metoda ekstrakcije kruto–tekuće koja se koristi u sintetskim ili analitičkim laboratorijima i potrebna je kada željeni spoj ima samo ograničenu topljivost u otapalu, a nečistoća je u tom otapalu netopljiva. Ukratko, načelo rada Soxhletove ekstrakcije može se opisati kao refluks s otapalom.
Ultrazvuk se uspješno integrira u Soxhletovu ekstrakciju radi povećanja prinosa i skraćivanja njezina trajanja. Nakon završetka Soxhletove ekstrakcije otapalo se uklanja (npr. rotacijskim isparivačem).

Problemi konvencionalne Soxhletove ekstrakcije:

Tradicionalna Soxhletova ekstrakcija ima znatne nedostatke zbog dugog trajanja ekstrakcije i velike količine korištenog otapala. Osim toga, konvencionalni Soxhletov ekstraktor nema miješanje. Miješanje je potrebno za ubrzavanje postupka ekstrakcije. Budući da konvencionalni Soxhletovi ekstraktori koriste velike količine otapala, naknadno isparavanje i koncentriranje zahtijevaju mnogo energije. Na kvalitetu ekstrakta često negativno utječe dugo vrijeme zadržavanja ekstrahiranih spojeva u zagrijanoj tikvici sustava za Soxhletovu ekstrakciju. Termolabilni ciljni spojevi razgrađuju se jer je materijal tijekom dugotrajne ekstrakcije izložen toplini pri temperaturi vrelišta otapala.

Rješenje: ultrazvučna Soxhletova ekstrakcija

Snažan ultrazvuk povećava prijenos tvari između uzorka i otapala. Time se smanjuje potrebna količina otapala. Trajanje ekstrakcije drastično se skraćuje pa ekstrakti nisu dugotrajno izloženi toplini. Time se izbjegava neželjena toplinska razgradnja ekstrakta ili se ona barem znatno smanjuje.
Ultrazvuk se može jednostavno integrirati u sustav za Soxhletovu ekstrakciju – uvođenjem ultrazvučne trube (sonde, sonotrode) u Soxhletovu komoru ili neizravnom sonikacijom Soxhletove komore kroz stijenku posude. Ultrazvučna Soxhletova ekstrakcija – poznata i kao Sono-Soxhlet – omogućuje veće prinose u kraćem vremenu ekstrakcije uz blaže uvjete ekstrakcije.

Sustavi Sono-Soxhlet i Sono-Clevenger u industrijskom mjerilu sa sonikatorom UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“Primjena ultrazvuka kao metode ekstrakcije učinkovita je tehnika u usporedbi s metodama refluksa za ekstrakciju organskih spojeva u tragovima iz tla i sedimenata. Pokazalo se da tehnike ultrazvučne ekstrakcije daju usporedive ili čak veće količine (Song et al., 2002) ugljikovodika nego druge tehnike ekstrakcije […]. Ovisno o vrsti onečišćujućih tvari i matrice, sonikacija može imati prednost kraćeg vremena ekstrakcije. Za učinkovitije i ponovljive ekstrakcije često je potrebna optimizacija parametara ultrazvučne ekstrakcije, uključujući vrstu ili sastav otapala, vrijeme ekstrakcije, količinu uzorka i sadržaj vode (Berset et al., 1999). Ultrazvučne tehnike obično pružaju metodu s relativno niskim troškovima, uz uporabu malih volumena organskog otapala bez potrebe za složenim laboratorijskim staklenim priborom i instrumentima.”
[Oluseyi et al. 2011]

Prednosti Sono-Soxhlet ekstrakcije

Sono-Soxhlet ekstrakcija varijanta je tradicionalne tehnike Soxhletove ekstrakcije koja uključuje ultrazvuk visokog intenziteta radi poboljšanja postupka ekstrakcije. Tehnika Sono-Soxhlet nudi nekoliko prednosti, potkrijepljenih znanstvenim istraživanjima i studijama, koje uključuju:

• Povećana učinkovitost ekstrakcije: Sono-Soxhlet ekstrakcija povećava učinkovitost ekstrakcije razaranjem staničnih stijenki biljnog materijala ili drugih matrica uzoraka. Akustična kavitacija koju stvaraju intenzivni ultrazvučni valovi poboljšava prijenos tvari i prodiranje otapala u uzorak, čime se povećava prinos ekstrahiranih spojeva.
• Kraće vrijeme ekstrakcije: Sono-Soxhlet ekstrakcija znatno skraćuje vrijeme ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnom Soxhletovom ekstrakcijom. Budući da ultrazvuk potiče brži prijenos tvari i difuziju, za ekstrakciju analita i biljnih spojeva dovoljna je samo kratka obrada. Kraće trajanje ekstrakcije znači i veći kapacitet obrade uzoraka.
• Manja potrošnja otapala: Kombinacija Soxhletove i ultrazvučne ekstrakcije rezultira smanjenom potrošnjom otapala. To ne samo da pridonosi uštedi troškova nego i svodi utjecaj na okoliš na najmanju moguću mjeru.
• Svestranost primjene: Sono-Soxhlet ekstrakcija svestrana je i može se primijeniti na širok raspon matrica uzoraka, uključujući biljni materijal, prehrambene proizvode, polimere i uzorke iz okoliša. Njezina prilagodljivost čini je vrijednim alatom u različitim znanstvenim područjima, kao što su fitokemija, kemija i analiza okoliša.
• Zelena kemija: Sono-Soxhlet ekstrakcija usklađena je s načelima zelene kemije jer smanjuje količinu otpada i potrošnju energije. Njezina učinkovitost i smanjena uporaba otapala pridonose ekološki prihvatljivijim postupcima ekstrakcije.

Ti povoljni aspekti Sono-Soxhlet ekstrakcije pridonose poboljšanoj učinkovitosti postupka, vremenskoj i energetskoj učinkovitosti te ekološkoj prihvatljivosti. Glavne prednosti Sono-Soxhlet ekstrakcije temelje se na povećanoj učinkovitosti ekstrakcije, kraćem vremenu obrade, manjoj potrošnji otapala, svestranosti i doprinosu zelenoj kemiji.
Iskoristite prednosti ultrazvučno poboljšane Soxhletove ekstrakcije i obratite nam se sada za više informacija!

Literatura / Reference

• 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.

Korisne činjenice

Ultrazvučni homogenizatori uspješno se koriste za ekstrakciju u laboratorijima i industrijskoj proizvodnji, npr. u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji te za biološka istraživanja i analize. Širok asortiman Hielscher ultrazvučnih uređaja omogućuje sastavljanje optimalnog procesnog sustava – koji ispunjava zahtjeve postupka za visoku kvalitetu i proizvodni učinak.