超音波ソックスレー抽出

超音波は従来のソックスレー抽出を改善します。Sono-Soxhletとも呼ばれる超音波支援ソックスレー抽出は、収率の向上と抽出時間の短縮をもたらします。Hielscherのプローブ型超音波処理装置は、従来型のあらゆるソックスレー抽出装置に容易に組み込めます。

超音波処理によるソックスレー抽出

ソックスレー抽出は、合成や分析を行う実験室で頻繁に使用される固液抽出法であり、目的の化合物の溶媒への溶解度が限られていて、不純物がその溶媒に溶けない場合に必要となります。簡単に言えば、ソックスレー抽出の動作原理は、溶媒を用いた還流として説明できます。
超音波は、収率の向上と所要時間の短縮を目的として、ソックスレー抽出に効果的に導入されています。ソックスレー抽出が完了したら、溶媒を除去します（例えば、ロータリーエバポレーターを使用します）。

従来のソックスレー抽出の問題点：

従来のソックスレー抽出には、抽出時間の長さと溶媒使用量の多さに起因する大きな欠点があります。さらに、従来のソックスレー抽出装置には撹拌機能がありません。抽出プロセスを加速するには撹拌が必要です。従来のソックスレー抽出装置は大量の溶媒を使用するため、その後の蒸発と濃縮に多くのエネルギーが必要となります。抽出された化合物がソックスレー抽出装置の加熱されたフラスコ内に長時間滞留することで、抽出物の品質はしばしば悪影響を受けます。長い抽出時間の間、材料が溶媒の沸点に相当する熱にさらされるため、熱に不安定な目的化合物は分解されます。

解決策：超音波ソックスレー抽出

強力な超音波は、試料と溶媒の間の物質移動を促進します。これにより、必要な溶媒量が減少します。抽出時間が大幅に短縮されるため、抽出物が長時間熱にさらされることがなくなります。その結果、抽出物の望ましくない熱分解が回避されるか、少なくとも大幅に低減されます。
超音波は、超音波ホーン（プローブ、ソノトロード）をソックスレー抽出室に挿入するか、容器壁を通してソックスレー抽出室を間接的に超音波処理することで、ソックスレー抽出装置に容易に組み込めます。超音波ソックスレー抽出 – Sono-Soxhletとも呼ばれます – は、より穏やかな抽出条件下で、より短い抽出時間でより高い収率をもたらします。

産業規模のSono-SoxhletおよびSono-Clevenger装置 – 使用機器： 超音波処理装置UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

「抽出法としての超音波処理は、土壌や堆積物から微量の有機物を抽出する還流法と比較して、効率的な技術です。超音波抽出技術は、他の抽出技術と同等、あるいはそれ以上の量の炭化水素を得られることが示されています（Song et al., 2002）[…]。汚染物質とマトリックスの種類によっては、超音波処理には抽出時間を短縮できる利点があります。より効率的で再現性の高い抽出を行うためには、溶媒の種類または組成、抽出時間、試料投入量、含水量などの超音波抽出パラメーターの最適化が必要となることが多くあります（Berset et al., 1999）。超音波処理技術は通常、複雑なガラス器具や計測機器を必要とせず、少量の有機溶媒を使用する、比較的低コストの方法を提供します。」
[Oluseyi et al. 2011]

Sono-Soxhlet抽出の利点

Sono-Soxhlet抽出は、抽出プロセスを改善するために高強度超音波を取り入れた、従来のソックスレー抽出技術の変法です。Sono-Soxhlet技術には、科学的な研究や調査によって裏付けられた、次のような利点があります。

• 抽出効率の向上： Sono-Soxhlet抽出は、植物材料やその他の試料マトリックスの細胞壁を破壊することで、抽出効率を向上させます。強力な超音波によって生じる音響キャビテーションは、物質移動を改善し、溶媒の試料への浸透を促進することで、抽出される化合物の収率を高めます。
• 抽出時間の短縮： Sono-Soxhlet抽出は、従来のソックスレー抽出と比較して抽出時間を大幅に短縮します。超音波が物質移動と拡散を加速するため、分析対象物や植物由来化合物の抽出には短時間の処理だけで済みます。抽出時間の短縮は、処理能力の向上にもつながります。
• 溶媒消費量の低減： ソックスレー抽出と超音波抽出を組み合わせることで、溶媒消費量が低減します。これはコスト削減に貢献するだけでなく、環境への影響も最小限に抑えます。
• 幅広い用途： Sono-Soxhlet抽出は汎用性が高く、植物材料、食品、高分子、環境試料を含む幅広い試料マトリックスに適用できます。その適応性により、植物化学、化学、環境分析など、さまざまな科学分野で有用な手法となっています。
• グリーンケミストリー： Sono-Soxhlet抽出は、廃棄物とエネルギー消費量を削減することで、グリーンケミストリーの原則に沿っています。その効率性と溶媒使用量の低減は、より環境に優しい抽出プロセスに貢献します。

Sono-Soxhlet抽出のこれらの利点は、プロセス効率、時間効率、エネルギー効率の向上と、環境への配慮に貢献します。Sono-Soxhlet抽出の主な利点は、抽出効率の向上、処理時間の短縮、溶媒消費量の低減、汎用性、そしてグリーンケミストリーへの貢献に基づいています。
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文献・参考資料

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• 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.

知っておきたい知識

超音波ホモジナイザーは、実験室や工業生産における抽出用途で効果的に使用されています。例えば、製薬・食品産業や、生物学的研究・分析で使用されています。Hielscherの超音波装置の幅広い製品ラインナップにより、高い品質と生産量に関するプロセス要件を満たす最適なプロセス構成を組み立てることができます。