Ekstrakcja heksanem o zwiększonej wydajności dzięki ultradźwiękom

Zastosowanie ultradźwięków z użyciem sonotrody może usprawnić konwencjonalną ekstrakcję heksanem poprzez intensyfikację procesu i znaczne zwiększenie jego wydajności. Ekstrakcja ultradźwiękowa poprawia transport masy i rozbija komórki, uwalniając docelowe substancje bioaktywne do rozpuszczalnika, co prowadzi do wyższych uzysków ekstrakcji w porównaniu z zastosowaniem samych metod konwencjonalnych. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest wysoce skuteczna w zwiększaniu uzysku ekstrakcji olejów, w tym oleju rzepakowego i oleju lnianego, zapewniając wysokiej jakości skład kwasów tłuszczowych i wyższą zawartość składników bioaktywnych.

Ekstrakcja heksanem usprawniona dzięki ultradźwiękom dużej mocy

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest metodą intensyfikacji procesów, która może znacznie usprawnić ekstrakcję w układzie ciało stałe–ciecz oraz ekstrakcję rozpuszczalnikową.

Ograniczenia konwencjonalnej ekstrakcji heksanem

Ekstrakcja heksanem jest powszechną techniką stosowaną do ekstrakcji związków organicznych, zwłaszcza substancji niepolarnych, z różnych źródeł, takich jak rośliny, nasiona lub gleba. Heksan jest rozpuszczalnikiem węglowodorowym o wysokiej skuteczności rozpuszczania i ekstrakcji lipidów, olejów oraz innych związków niepolarnych. Heksan jest szeroko stosowany do ekstrakcji olejów ze względu na zdolność rozpuszczania związków niepolarnych (np. olejów), łatwe późniejsze oddzielanie oleju oraz wąski zakres temperatury wrzenia (63–69°C).
Jednak wydajność procesów ekstrakcji heksanem może znacznie się różnić w zależności od surowca i ekstrakcji: uzysk ekstrakcji i czas ekstrakcji są w dużym stopniu skorelowane. Oznacza to, że uzyskanie wysokiego uzysku ekstraktu wymaga dłuższego czasu przebywania biomasy w rozpuszczalniku heksanowym. Innym czynnikiem ograniczającym jest często niedostateczne wnikanie heksanu w matrycę biomasy. Sztywne struktury komórkowe są zwilżane heksanem głównie na powierzchni, podczas gdy wnętrze komórek ma z nim jedynie częściowy kontakt. Takie niedostateczne wnikanie skutkuje niepełnym procesem ekstrakcji, ponieważ docelowe substancje, takie jak lipidy (tj. kwasy tłuszczowe, tłuszcze, oleje), pozostają wewnątrz matrycy komórkowej.

Rozwiązanie: ekstrakcja heksanem intensyfikowana ultradźwiękami

Sonikacja z użyciem sonotrody, znana również jako sonikacja za pomocą sondy ultradźwiękowej, jest metodą wykorzystującą fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności do wytwarzania pęcherzyków kawitacji akustycznej w ciekłym ośrodku. Pęcherzyki te gwałtownie się zapadają, generując intensywne lokalne pola energii oraz wytwarzając mikroturbulencje i duże siły ścinające w rozpuszczalniku.
Dzięki tym warunkom o dużej gęstości energii, wytwarzanym przez ultradźwięki, sonikacja z użyciem sonotrody może intensyfikować i usprawniać proces ekstrakcji heksanem na kilka sposobów:

• Usprawniony transport masy: Sonikacja usprawnia transport masy między próbką stałą a rozpuszczalnikiem. Mikroturbulencje i gwałtowne zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych wytwarzają silne siły ścinające i lokalne zmiany ciśnienia. Powoduje to zaburzenie warstwy granicznej wokół próbki stałej, sprzyjając uwalnianiu docelowych związków do rozpuszczalnika, a tym samym poprawiając wydajność ekstrakcji.
• Przyspieszona ekstrakcja: Sonikacja przyspiesza kinetykę ekstrakcji poprzez zwiększenie powierzchni kontaktu między rozpuszczalnikiem a próbką stałą. Pęcherzyki kawitacyjne wywołują mieszanie i tworzą jednorodną mieszaninę, zapewniając bliski kontakt rozpuszczalnika z całą powierzchnią materiału stałego, co prowadzi do zwiększenia szybkości ekstrakcji.
• Rozbijanie struktur komórkowych: Podczas ekstrakcji z materiału roślinnego sonikacja może rozbijać struktury komórkowe, takie jak ściany i błony komórkowe, ułatwiając uwalnianie składników wewnątrzkomórkowych. Umożliwia to wydajniejszą ekstrakcję lipidów i innych docelowych związków, które mogą być zamknięte wewnątrz komórek.
• Skrócony czas ekstrakcji: Dzięki połączeniu usprawnionego transportu masy i przyspieszonej kinetyki ekstrakcji sonikacja z użyciem sonotrody może znacznie skrócić czas ekstrakcji wymagany do uzyskania pożądanego uzysku. Może to być szczególnie korzystne podczas przetwarzania dużych objętości próbek lub w zastosowaniach, w których czas ma kluczowe znaczenie.

Dzięki poprawie tych czynników procesu zastosowanie ultradźwięków z użyciem sonotrody może znacznie usprawnić ekstrakcję heksanem. Ultradźwiękową ekstrakcję heksanem można zoptymalizować z uwzględnieniem konkretnych ekstrahowanych związków i przetwarzanych objętości. Intensywność ultradźwięków (amplitudę), czas trwania, temperaturę, ciśnienie oraz konfigurację układu ekstrakcyjnego można dostosować tak, aby uzyskać optymalne uzyski ekstraktu w skróconym czasie ekstrakcji.

• Olej z alg
• Oleje roślinne (sojowy, lniany, rzepakowy, słonecznikowy, z otrębów ryżowych itp.)
• Olejki eteryczne
• Kariofilen
• Oleorezyna waniliowa ze strąków wanilii
• Luteina z żółtka jaja
• Astaksantyna z alg
• Odtłuszczanie owadów

Ekstrakcja Soxhleta intensyfikowana ultradźwiękami z użyciem heksanu jako rozpuszczalnika

Ekstrakcja Soxhleta intensyfikowana ultradźwiękami jest procesem łączącym tradycyjną ekstrakcję Soxhleta z falami ultradźwiękowymi w celu poprawy wydajności procesu ekstrakcji. Ekstrakcja Soxhleta jest procedurą powszechnie stosowaną w laboratoriach oraz do wytwarzania mniejszych objętości ekstraktów, takich jak olejki eteryczne lub określone związki bioaktywne.
Heksan jest rozpuszczalnikiem powszechnie stosowanym w tym procesie, ponieważ skutecznie ekstrahuje lipidy z różnych źródeł, w tym oleje z nasion, olej z alg oraz bioaktywne związki lipidowe. Ultradźwięki rozbijają struktury komórkowe i wspomagają ekstrakcję w układzie ciało stałe–ciecz poprzez zwiększenie transportu masy i uwalniania związków do rozpuszczalnika. Dzieje się tak, ponieważ rozpuszczalnik, taki jak heksan, może lepiej wnikać w materiał stały i skutecznie rozpuszczać oleje (lipidy, kwasy tłuszczowe). W rezultacie proces ekstrakcji ulega przyspieszeniu, co skraca czas potrzebny do wyekstrahowania pożądanych związków. Ponadto zastosowanie ultradźwięków może zmniejszyć ilość potrzebnego rozpuszczalnika, czyniąc tę metodę bardziej przyjazną dla środowiska.
 

Ekstrakcja ultradźwiękowa umożliwia stosowanie łagodniejszych, nietoksycznych rozpuszczalników

Ultradźwięki nie tylko usprawniają ekstrakcję heksanem, lecz także umożliwiają stosowanie łagodniejszych, nietoksycznych rozpuszczalników, takich jak etanol, wodny roztwór etanolu, woda lub naturalne rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES, NADES). Wysoce skuteczne rozbijanie komórek i transport masy zapewniane przez ekstraktory ultradźwiękowe z sonotrodą pozwalają uzyskać doskonałe wyniki przy użyciu łagodniejszych rozpuszczalników. Tym samym ekstrakcja ultradźwiękowa w połączeniu z łagodniejszymi, nietoksycznymi rozpuszczalnikami bardziej przyjaznymi dla środowiska umożliwia uzyskiwanie wysokiej jakości ekstraktów do zastosowań spożywczych, oszczędność kosztów oraz prowadzenie ekologicznego procesu ekstrakcji.

Sonikatory o wysokiej wydajności do usprawnionej ekstrakcji heksanem

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dostarcza ekstraktory ultradźwiękowe o wysokiej wydajności, które można łatwo zintegrować z istniejącymi instalacjami do ekstrakcji heksanem lub ekstraktorami Soxhleta. Oprócz dostaw, instalacji i usług konserwacyjnych Hielscher zapewnia klientom doradztwo i wsparcie podczas badań wykonalności, optymalizacji procesu i projektowania instalacji aż po ostateczną instalację i uruchomienie procesu ekstrakcji.
Główne zalety sonikatorów Hielscher to pełna kontrola procesu, liniowa skalowalność oraz zdolność wszystkich przemysłowych procesorów ultradźwiękowych do uzyskiwania bardzo wysokich amplitud. Amplitudy do 200µm można bez trudu utrzymywać w ciągłej pracy w trybie 24/7. Wysokie amplitudy są szczególnie ważne podczas ekstrakcji z twardszych struktur komórkowych, takich jak nasiona i ziarna.
Nasz personel techniczny oraz w pełni wyposażone laboratorium procesowe zapewnią Państwu wiedzę i wsparcie!

Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość z Niemiec

Sonikatory Hielscher są znane z najwyższych standardów jakości i projektowania. Wytrzymałość i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych sonikatorów z instalacjami przemysłowymi. Sonikatory Hielscher z łatwością radzą sobie w trudnych warunkach i wymagających środowiskach.

Hielscher Ultrasonics jest firmą z certyfikatem ISO i kładzie szczególny nacisk na sonikatory o wysokiej wydajności, wykorzystujące najnowocześniejszą technologię i łatwe w obsłudze. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z wymaganiami CE oraz spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: