Estrazione Soxhlet a ultrasuoni

Gli ultrasuoni migliorano l’estrazione Soxhlet convenzionale. L’estrazione Soxhlet assistita da ultrasuoni, nota anche come Sono-Soxhlet, consente di ottenere rese più elevate e tempi di estrazione più brevi. I sonicatori a sonda Hielscher possono essere facilmente integrati in qualsiasi configurazione classica di estrattore Soxhlet.

Estrazione Soxhlet mediante sonicazione

L’estrazione Soxhlet è un metodo di estrazione solido-liquido frequentemente utilizzato nei laboratori di sintesi o di analisi ed è necessaria quando il composto desiderato presenta una solubilità limitata in un solvente e l’impurità è insolubile nello stesso solvente. In breve, il principio di funzionamento dell’estrazione Soxhlet può essere descritto come un processo a riflusso basato sull’impiego di un solvente.
Gli ultrasuoni vengono integrati con successo nell’estrazione Soxhlet per aumentare la resa e ridurre la durata. Una volta completata l’estrazione Soxhlet, il solvente viene rimosso (ad esempio mediante un evaporatore rotante).

Problemi dell’estrazione Soxhlet convenzionale:

L’estrazione Soxhlet tradizionale presenta notevoli svantaggi dovuti alla lunga durata dell’estrazione e alla grande quantità di solvente utilizzata. Inoltre, un estrattore Soxhlet convenzionale non prevede agitazione. L’agitazione è necessaria per accelerare il processo di estrazione. Poiché gli estrattori Soxhlet convenzionali utilizzano grandi quantità di solvente, le successive fasi di evaporazione e concentrazione richiedono molta energia. La qualità dell’estratto è spesso compromessa dal lungo tempo di permanenza dei composti estratti nel pallone riscaldato dell’apparato di estrazione Soxhlet. I composti bersaglio termolabili si decompongono poiché, durante la lunga estrazione, il materiale è esposto al calore alla temperatura di ebollizione del solvente.

Soluzione: estrazione Soxhlet a ultrasuoni

Gli ultrasuoni ad alta potenza aumentano il trasferimento di massa tra campione e solvente. Di conseguenza, è necessaria una minore quantità di solvente. La durata dell’estrazione si riduce drasticamente, evitando un’esposizione prolungata degli estratti al calore. In questo modo, la decomposizione termica indesiderata dell’estratto viene evitata o almeno significativamente ridotta.
Gli ultrasuoni possono essere facilmente integrati in un apparato di estrazione Soxhlet – introducendo la sonda ultrasonica (sonda, sonotrodo) nella camera Soxhlet oppure sottoponendo la camera Soxhlet a sonicazione indiretta attraverso la parete del recipiente. L’estrazione Soxhlet a ultrasuoni – nota anche come Sono-Soxhlet – permette di ottenere rese più elevate in tempi di estrazione più brevi e in condizioni di estrazione più blande.

Configurazioni Sono-Soxhlet e Sono-Clevenger su scala industriale con sonicatore UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

“La sonicazione come metodo di estrazione è una tecnica efficiente rispetto ai metodi a riflusso per l’estrazione di composti organici in tracce da suoli e sedimenti. Le tecniche di estrazione a ultrasuoni hanno dimostrato di produrre quantità di idrocarburi comparabili o persino superiori (Song et al., 2002) rispetto ad altre tecniche di estrazione […]. A seconda del tipo di contaminanti e della matrice, la sonicazione può offrire il vantaggio di tempi di estrazione più brevi. Per ottenere estrazioni più efficienti e riproducibili, è spesso necessario ottimizzare i parametri dell’estrazione a ultrasuoni, tra cui il tipo di solvente o la sua composizione, il tempo di estrazione, la quantità di campione e il contenuto d’acqua (Berset et al., 1999). Le tecniche di sonicazione offrono generalmente un metodo relativamente economico, utilizzando piccoli volumi di solvente organico senza richiedere vetreria e strumentazione complesse.”
[Oluseyi et al. 2011]

Vantaggi dell’estrazione Sono-Soxhlet

L’estrazione Sono-Soxhlet è una variante della tecnica di estrazione Soxhlet tradizionale che incorpora ultrasuoni ad alta intensità per migliorare il processo di estrazione. La tecnica Sono-Soxhlet offre diversi vantaggi, supportati da ricerche e studi scientifici, tra cui:

• Maggiore efficienza di estrazione: L’estrazione Sono-Soxhlet aumenta l’efficienza di estrazione disgregando le pareti cellulari dei materiali vegetali o di altre matrici dei campioni. La cavitazione acustica generata da onde ultrasoniche intense migliora il trasferimento di massa e favorisce la penetrazione del solvente nel campione, aumentando così la resa dei composti estratti.
• Tempi di estrazione ridotti: L’estrazione Sono-Soxhlet riduce significativamente il tempo di estrazione rispetto all’estrazione Soxhlet convenzionale. Poiché gli ultrasuoni accelerano il trasferimento di massa e la diffusione, l’estrazione degli analiti e dei composti di origine vegetale richiede soltanto un breve trattamento. Una durata di estrazione più breve comporta anche una maggiore capacità di trattamento dei campioni.
• Minore consumo di solvente: La combinazione dell’estrazione Soxhlet con l’estrazione a ultrasuoni riduce il consumo di solvente. Ciò contribuisce al risparmio sui costi e riduce al minimo l’impatto ambientale.
• Versatilità applicativa: L’estrazione Sono-Soxhlet è versatile e può essere applicata a un’ampia gamma di matrici dei campioni, tra cui materiali vegetali, prodotti alimentari, polimeri e campioni ambientali. La sua adattabilità la rende uno strumento prezioso in diversi ambiti scientifici, come la fitochimica, la chimica e l’analisi ambientale.
• Chimica verde: L’estrazione Sono-Soxhlet è in linea con i principi della chimica verde, poiché riduce i rifiuti e il consumo energetico. La sua efficienza e il minore impiego di solvente contribuiscono a processi di estrazione più rispettosi dell’ambiente.

Questi aspetti vantaggiosi dell’estrazione Sono-Soxhlet contribuiscono a migliorare l’efficienza del processo, a ottimizzare l’impiego di tempo ed energia e a ridurre l’impatto ambientale. I principali vantaggi dell’estrazione Sono-Soxhlet si basano su una maggiore efficienza di estrazione, tempi di trattamento ridotti, un minore consumo di solvente, versatilità e un contributo alla chimica verde.
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Bibliografia / Riferimenti

• 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.

Informazioni utili

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni vengono utilizzati con successo per l’estrazione nei laboratori e nella produzione industriale, ad esempio nell’industria farmaceutica e alimentare e nella ricerca e nell’analisi biologica. L’ampia gamma di dispositivi a ultrasuoni Hielscher consente di realizzare una configurazione di processo ottimale – soddisfacendo i requisiti del processo in termini di elevata qualità e produttività.