超音波処理によるヘキサン抽出の効率向上

プローブ式超音波処理は、プロセスを強化して効率を大幅に高めることで、従来のヘキサン抽出を改善できます。超音波抽出は物質移動を促進し、細胞を破砕して目的の生理活性物質を溶媒中に放出するため、従来の方法のみを用いた場合に比べて抽出収率が高くなります。超音波支援抽出は、菜種油や亜麻仁油を含む油の抽出収率を高めるうえで非常に効果的であり、質の高い脂肪酸組成と、より高い生理活性成分含有量が得られます。

高出力超音波によるヘキサン抽出の改善

超音波抽出は、固液抽出および溶媒抽出のプロセスを大幅に改善できるプロセス強化法です。

従来のヘキサン抽出の限界

ヘキサン抽出は、植物、種子、土壌などのさまざまな原料から、有機化合物、特に非極性物質を抽出するために一般的に用いられる技術です。ヘキサンは炭化水素系溶媒であり、脂質、油、その他の非極性化合物の溶解と抽出に非常に優れています。ヘキサンは、非極性化合物（油など）を溶解する能力、抽出後の油の分離の容易さ、狭い沸点範囲（63–69°C）により、油の抽出に広く使用されています。
しかし、ヘキサン抽出プロセスの効率は、原料と抽出によって大きく変動することがあります。抽出収率と抽出時間には強い相関があります。つまり、高い抽出収率を得るには、バイオマスをヘキサン溶媒中により長く保持する必要があります。別の制限要因として、ヘキサンがバイオマスのマトリックスに十分に浸透しないことがよくあります。硬い細胞構造では、主に表面がヘキサンで濡れるだけで、細胞内部はヘキサンと部分的にしか接触しません。このような不十分な浸透により、脂質（脂肪酸、脂肪、油）などの目的物質が細胞マトリックスの内部に残るため、抽出プロセスが不完全になります。

解決策：超音波で強化したヘキサン抽出

プローブ式超音波処理は、超音波プローブによる超音波処理とも呼ばれ、高強度の超音波を利用して液体媒体中に音響キャビテーション気泡を生成する方法です。これらの気泡は急速に崩壊し、強力な局所エネルギー場を発生させ、溶媒中に微小乱流と強いせん断力を生み出します。
このように超音波によって生成されるエネルギー密度の高い条件により、プローブ式超音波処理は、いくつかの方法でヘキサン抽出プロセスを強化し、改善できます。

• 物質移動の促進： 超音波処理は、固体サンプルと溶媒の間の物質移動を促進します。微小乱流とキャビテーション気泡の急速な崩壊により、強いせん断力と局所的な圧力変化が生じます。これにより固体サンプルの周囲の境界層が破壊され、目的化合物の溶媒中への放出が促進されるため、抽出効率が向上します。
• 抽出の加速： 超音波処理は、溶媒と固体サンプルの接触面積を増やすことで、抽出の反応速度を高めます。キャビテーション気泡は攪拌作用をもたらし、均質な混合物を形成するため、溶媒が固体材料の表面全体と密接に接触するようになり、抽出速度が向上します。
• 細胞構造の破壊： 植物からの抽出では、超音波処理によって細胞壁や細胞膜などの細胞構造を破壊し、細胞内成分の放出を促進できます。これにより、細胞内に閉じ込められている可能性のある脂質やその他の目的化合物を、より効率的に抽出できます。
• 抽出時間の短縮： 物質移動の促進と抽出の反応速度の向上を組み合わせることで、プローブ式超音波処理は、目的の収率を得るために必要な抽出時間を大幅に短縮できます。これは、大量のサンプルを処理する場合や、時間的制約のある用途に取り組む場合に、特に有益となる可能性があります。

これらのプロセス要因の改善により、プローブ式超音波処理はヘキサン抽出を大幅に向上させることができます。超音波ヘキサン抽出は、抽出する具体的な化合物と処理量に応じて最適化できます。超音波強度（振幅）、処理時間、温度、圧力、抽出装置の構成を調整し、短縮された抽出時間内で最適な抽出収率を得ることができます。

• 藻類油
• 植物油（大豆、亜麻仁、菜種、ヒマワリ、米ぬかなど）
• 精油
• カリオフィレン
• バニラの莢からのバニラオレオレジン
• 卵黄からのルテイン
• 藻類からのアスタキサンチン
• 昆虫の脱脂

ヘキサンを溶媒として用いる超音波強化ソックスレー抽出

超音波強化ソックスレー抽出は、従来のソックスレー抽出に超音波を組み合わせ、抽出プロセスの効率を高める方法です。ソックスレー抽出は、実験室や、精油または特定の生理活性化合物などの少量の抽出物の製造に一般的に使用される手法です。
ヘキサンは、種子油、藻類油、脂質系の生理活性化合物など、さまざまな原料から脂質を効果的に抽出できるため、このプロセスで一般的に使用される溶媒です。超音波処理は細胞構造を破壊し、物質移動と化合物の溶媒中への放出を促進することで、固液抽出を促進します。これは、ヘキサンなどの溶媒が固体材料によりよく浸透し、油（脂質、脂肪酸）を効率的に溶解できるためです。その結果、抽出プロセスが加速され、目的化合物の抽出に必要な時間が短縮されます。また、超音波の使用によって必要な溶媒量を削減できるため、より環境に配慮した選択肢となります。
 

超音波抽出により、より穏和で毒性のない溶媒を使用可能

超音波処理はヘキサン抽出を改善するだけでなく、エタノール、エタノール水溶液、水、天然深共晶溶媒（DES、NADES）などの、より穏和で毒性のない溶媒の使用も可能にします。プローブ式超音波抽出装置による非常に効果的な細胞破砕と物質移動により、より穏和な溶媒を用いて優れた結果が得られます。このように、超音波抽出と、より穏和で毒性がなく、より環境に配慮した溶媒を組み合わせることで、高品質の食品グレードの抽出物、コスト削減、環境に配慮した抽出プロセスを実現できます。

ヘキサン抽出を改善する高性能超音波処理装置

Hielscher Ultrasonicsは、既存のヘキサン抽出設備やソックスレー抽出装置に容易に組み込める高性能超音波抽出装置を設計、製造、供給しています。供給、設置、保守サービスに加えて、Hielscherは、実現可能性試験、プロセス最適化、プラント設計から、抽出プロセスの最終的な設置と試運転に至るまで、お客様に助言と指導を提供します。
Hielscherの超音波処理装置の主な利点は、プロセスを完全に制御できること、線形のスケールアップが可能なこと、そしてすべての産業用超音波処理装置が非常に高い振幅を出力できることです。最大200µmの振幅で、24/7の連続運転を容易に行えます。高い振幅は、種子や仁などの硬い細胞構造からの抽出において、特に重要です。
当社の技術スタッフと充実した設備を備えたプロセス実験室が、知識と指導を通じてお客様を支援します！

設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質

Hielscherの超音波処理装置は、最高水準の品質と設計基準で広く知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置を産業設備に円滑に組み込むことができます。Hielscherの超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい環境にも容易に対応します。

Hielscher UltrasonicsはISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを備えた高性能超音波処理装置に特に力を入れています。もちろん、Hielscherの超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

下表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています。