Ekstrakcja heksanem z poprawioną wydajnością przez ultradźwięki

Ultradźwięki typu sondowego mogą poprawić konwencjonalną ekstrakcję heksanem, intensyfikując proces i czyniąc go znacznie bardziej wydajnym. Ekstrakcja ultradźwiękowa poprawia przenoszenie masy i rozbija komórki w celu uwolnienia docelowych substancji bioaktywnych do rozpuszczalnika, co skutkuje wyższą wydajnością ekstrakcji w porównaniu z samymi metodami konwencjonalnymi. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest wysoce skuteczna w zwiększaniu wydajności ekstrakcji oleju, w tym oleju rzepakowego i oleju lnianego, co skutkuje wysokiej jakości składem kwasów tłuszczowych i wyższą zawartością składników bioaktywnych.

Ekstrakcja heksanu poprawiona przez ultradźwięki mocy

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest metodą intensyfikacji procesu, która może znacznie poprawić procesy ekstrakcji ciało stałe-ciecz i rozpuszczalnik.

Ograniczenia konwencjonalnej ekstrakcji heksanem

Ekstrakcja heksanem jest powszechną techniką stosowaną do ekstrakcji związków organicznych, w szczególności substancji niepolarnych, z różnych źródeł, takich jak rośliny, nasiona lub gleba. Heksan jest rozpuszczalnikiem węglowodorowym, który jest bardzo skuteczny w rozpuszczaniu i ekstrakcji lipidów, olejów i innych związków niepolarnych. Heksan jest szeroko stosowany do ekstrakcji oleju ze względu na jego zdolność rozpuszczania związków niepolarnych (np. olejów), łatwe późniejsze oddzielanie oleju i wąską temperaturę wrzenia (63-69°C).
Jednak wydajność procesów ekstrakcji heksanem może się znacznie różnić w zależności od surowca i ekstrakcji: Wydajność ekstrakcji i czas ekstrakcji są w dużej mierze skorelowane. Oznacza to, że dla uzyskania wysokiej wydajności ekstrakcji wymagany jest dłuższy czas retencji biomasy w rozpuszczalniku heksanowym. Innym czynnikiem ograniczającym jest często niewystarczająca penetracja heksanu do matrycy biomasy. Sztywne struktury komórkowe są w większości zwilżane heksanem na powierzchni, podczas gdy wnętrze komórki ma tylko częściowy kontakt z heksanem. Taka niewystarczająca penetracja skutkuje niekompletnym procesem ekstrakcji, ponieważ docelowe substancje, takie jak lipidy (tj. kwasy tłuszczowe, tłuszcze, oleje) pozostają we wnętrzu macierzy komórkowej.

Rozwiązanie: Ultradźwiękowo zintensyfikowana ekstrakcja heksanem

Sonikacja sondą, znana również jako sonikacja sondą ultradźwiękową, jest metodą wykorzystującą fale ultradźwiękowe o wysokim natężeniu do tworzenia akustycznych pęcherzyków kawitacyjnych w ciekłym ośrodku. Pęcherzyki te szybko zapadają się, generując intensywne zlokalizowane pola energii i tworząc mikroturbulencje i siły ścinające w rozpuszczalniku.
Ze względu na te ultradźwiękowo generowane warunki o dużej gęstości energii, sonikacja typu sondy może zintensyfikować i usprawnić proces ekstrakcji heksanem na kilka sposobów:

• Zwiększony transfer masy: Sonikacja zwiększa transfer masy między próbką stałą a rozpuszczalnikiem. Mikroturbulencje i szybkie zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych tworzą silne siły ścinające i miejscowe zmiany ciśnienia. Powoduje to przerwanie warstwy granicznej wokół próbki stałej, promując uwalnianie związków docelowych do rozpuszczalnika, poprawiając w ten sposób wydajność ekstrakcji.
• Przyspieszona ekstrakcja: Sonikacja przyspiesza kinetykę ekstrakcji poprzez zwiększenie powierzchni kontaktu między rozpuszczalnikiem a próbką stałą. Pęcherzyki kawitacyjne zapewniają mieszanie i tworzą homogenizowaną mieszaninę, zapewniając, że rozpuszczalnik wchodzi w bliski kontakt z całą powierzchnią materiału stałego, co prowadzi do szybszej ekstrakcji.
• Zakłócenie struktur komórkowych: W ekstrakcjach roślinnych sonikacja może zakłócać struktury komórkowe, takie jak ściany komórkowe i błony, ułatwiając uwalnianie składników wewnątrzkomórkowych. Pozwala to na bardziej wydajną ekstrakcję lipidów i innych związków docelowych, które mogą być zamknięte w komórkach.
• Skrócony czas ekstrakcji: Łącząc zwiększony transfer masy i przyspieszoną kinetykę ekstrakcji, sonikacja typu sondy może znacznie skrócić czas ekstrakcji wymagany do uzyskania pożądanej wydajności. Może to być szczególnie korzystne w przypadku przetwarzania dużych ilości próbek lub pracy z aplikacjami wrażliwymi na czas.

Ze względu na te ulepszone czynniki procesowe, ultradźwięki typu sondy mogą znacznie poprawić ekstrakcję heksanu. Ultradźwiękowa ekstrakcja heksanu może być zoptymalizowana w oparciu o konkretne związki i objętości ekstrahowane. Intensywność ultradźwięków (amplituda), czas trwania, temperatura, ciśnienie i konfiguracja ekstrakcji mogą być dostosowane do optymalnej wydajności ekstrakcji w skróconym okresie ekstrakcji.

• olej z alg
• Oleje roślinne (sojowy, lniany, rzepakowy, słonecznikowy, z otrębów ryżowych itp.)
• olejki eteryczne
• kariofilen
• Oleożywica waniliowa ze strąków wanilii
• Luteina z żółtka jaja
• Astaksantyna z alg
• Odtłuszczanie owadów

Ultradźwiękowo wzmocniona ekstrakcja Soxhleta przy użyciu heksanu jako rozpuszczalnika

Ultradźwiękowo zintensyfikowana ekstrakcja Soxhleta jest procesem, który łączy tradycyjną ekstrakcję Soxhleta z falami ultradźwiękowymi w celu poprawy wydajności procesu ekstrakcji. Ekstrakcja Soxhleta jest procedurą powszechnie stosowaną w laboratoriach i do produkcji mniejszych objętości ekstraktu, takich jak olejki eteryczne lub niektóre związki bioaktywne.
Heksan jest powszechnie stosowanym rozpuszczalnikiem w tym procesie, ponieważ jest skuteczny w ekstrakcji lipidów z różnych źródeł, w tym olejów z nasion, oleju z alg, a także związków bioaktywnych na bazie lipidów. Ultradźwięki zakłócają struktury komórkowe i sprzyjają ekstrakcji ciało stałe-ciecz poprzez zwiększony transfer masy i uwalnianie związków do rozpuszczalnika. Ponieważ rozpuszczalnik, taki jak heksan, może lepiej penetrować materiał stały i skutecznie rozpuszczać oleje (lipidy, kwasy tłuszczowe). W konsekwencji proces ekstrakcji ulega przyspieszeniu, skracając czas wymagany do ekstrakcji pożądanych związków. Dodatkowo, zastosowanie ultradźwięków może zmniejszyć ilość wymaganego rozpuszczalnika, dzięki czemu jest to opcja bardziej przyjazna dla środowiska.
 

Ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala na stosowanie łagodniejszych, nietoksycznych rozpuszczalników.

Ultradźwięki nie tylko poprawiają ekstrakcję heksanem, ale także pozwalają na stosowanie łagodniejszych, nietoksycznych rozpuszczalników, takich jak etanol, wodny etanol, woda lub naturalne głębokie rozpuszczalniki eutektyczne (DES, NADES). Bardzo skuteczne rozbijanie komórek i przenoszenie masy zapewniane przez ekstraktory z sondą ultradźwiękową daje doskonałe wyniki przy użyciu łagodniejszych rozpuszczalników. W ten sposób ekstrakcja ultradźwiękowa w połączeniu z łagodniejszymi, nietoksycznymi, bardziej przyjaznymi dla środowiska rozpuszczalnikami umożliwia uzyskanie wysokiej jakości ekstraktów spożywczych, oszczędności kosztów i ekologicznego procesu ekstrakcji.

Wysokowydajne ultradźwięki dla lepszej ekstrakcji heksanu

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dostarcza wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe, które można łatwo zintegrować z istniejącymi urządzeniami do ekstrakcji heksanem lub ekstraktorami Soxhleta. Oprócz dostaw, instalacji, usług serwisowych, Hielscher konsultuje i prowadzi swoich klientów podczas testów wykonalności, optymalizacji procesu i projektowania instalacji do ostatecznej instalacji i uruchomienia procesu ekstrakcji.
Głównymi zaletami ultradźwiękowców Hielscher są pełna kontrola procesu, liniowa skalowalność i zdolność wszystkich przemysłowych procesorów ultradźwiękowych do dostarczania bardzo wysokich amplitud. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Wysokie amplitudy są szczególnie ważne, jeśli chodzi o ekstrakcję twardszych struktur komórkowych, takich jak nasiona i jądra.
Nasz personel techniczny i w pełni wyposażone laboratorium procesowe służą wiedzą i wskazówkami!

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: