Ultradźwięki z sondą mogą ulepszyć konwencjonalną ekstrakcję heksanową, intensyfikując proces i czyniąc go znacznie bardziej wydajnym. Ekstrakcja ultradźwiękowa poprawia transfer masy i zakłóca komórki, aby uwolnić docelowe substancje bioaktywne do rozpuszczalnika, co skutkuje wyższą wydajnością ekstrakcji w porównaniu do samych metod konwencjonalnych. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest wysoce skuteczna w zwiększaniu wydajności ekstrakcji oleju, w tym oleju rzepakowego i oleju z nasion lnu, co skutkuje wysokiej jakości składem kwasów tłuszczowych i wyższą zawartością składników bioaktywnych.

Ulepszona ekstrakcja heksanu dzięki ultradźwiękom mocy

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest metodą intensyfikacji procesów, 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, zwłaszcza substancji niepolarnych, z różnych źródeł, takich jak rośliny, nasiona czy 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 do rozpuszczania związków niepolarnych (np. olejów), łatwość późniejszego oddzielania oleju i niską temperaturę wrzenia (63-69°C).
Wydajność procesu ekstrakcji heksanowej może się jednak znacznie różnić w zależności od surowca i sposobu ekstrakcji: wydajność ekstrakcji i czas ekstrakcji są w dużym stopniu 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 zwilżane heksanem głównie na powierzchni, podczas gdy wnętrze komórki ma tylko częściowy kontakt z heksanem. Taka niedostateczna penetracja powoduje, że proces ekstrakcji jest niekompletny, ponieważ substancje docelowe, takie jak lipidy (tj. kwasy tłuszczowe, tłuszcze, oleje) pozostają we wnętrzu matrycy komórkowej.

Rozwiązanie: Ultradźwiękowa intensyfikacja ekstrakcji heksanem

Sonikacja sondą, znana również jako sonikacja sondą ultradźwiękową, jest metodą wykorzystującą fale ultradźwiękowe o wysokim natężeniu do tworzenia akustycznych pęcherzyków kawitacyjnych w ciekłym medium. Pęcherzyki te zapadają się gwałtownie, generując intensywne, zlokalizowane pola energetyczne i tworząc mikroturbulacje oraz duże siły ścinające w rozpuszczalniku.
Ze względu na te ultradźwiękowo generowane warunki o dużej gęstości energii, sonikacja typu probe może zintensyfikować i poprawić proces ekstrakcji heksanowej 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 pomiędzy rozpuszczalnikiem a próbką stałą. Pęcherzyki kawitacyjne zapewniają pobudzenie i tworzą homogenizowaną mieszaninę, zapewniając bliski kontakt rozpuszczalnika z całą powierzchnią materiału stałego, co prowadzi do szybszej ekstrakcji.
• Zaburzenia struktur komórkowych: W ekstrakcjach roślinnych sonikacja może zakłócić struktury komórkowe, takie jak ściany komórkowe i błony, ułatwiając uwolnienie składników wewnątrzkomórkowych. Pozwala to na bardziej wydajną ekstrakcję lipidów i innych związków docelowych, które mogą być zamknięte w komórkach.
• Zmniejszony czas ekstrakcji: Dzięki połączeniu zwiększonego przenoszenia masy i przyspieszonej kinetyki ekstrakcji, sonikacja typu sondowego może znacznie skrócić czas ekstrakcji wymagany do uzyskania pożądanej wydajności. Może to być szczególnie korzystne w przypadku przetwarzania dużych objętości próbek lub pracy z aplikacjami wrażliwymi na upływ czasu.

Dzięki tym ulepszonym czynnikom procesowym, ultradźwięki typu sondowego mogą znacznie poprawić ekstrakcję heksanu. Ultradźwiękowa ekstrakcja heksanowa może być zoptymalizowana w oparciu o konkretne związki i objętości poddawane ekstrakcji. Intensywność ultradźwięków (amplitudę), czas trwania, temperaturę, ciśnienie i sposób prowadzenia ekstrakcji można dostosować do optymalnej wydajności ekstrakcji w krótszym czasie.

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

Ultradźwiękowo wzmocniona ekstrakcja Soxhleta z użyciem heksanu jako rozpuszczalnika

Ultrasonically-intensified Soxhlet extraction to proces, który łączy tradycyjną ekstrakcję Soxhleta z falami ultradźwiękowymi w celu poprawy efektywności procesu ekstrakcji. Soxhlet extractio 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, jak również związków bioaktywnych opartych na lipidach. Ultradźwięki zaburzają 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 zostaje przyspieszony, co skraca czas potrzebny do wyodrębnienia pożądanych związków. Dodatkowo, zastosowanie ultradźwięków może zmniejszyć ilość wymaganego rozpuszczalnika, co czyni go opcją bardziej przyjazną 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). Wysoce 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 ultradźwiękowce do ulepszonej 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 i usług serwisowych, firma Hielscher doradza i prowadzi swoich klientów podczas testów wykonalności, optymalizacji procesu i projektowania instalacji, aż do ostatecznej instalacji i uruchomienia procesu ekstrakcji.
Głównymi zaletami ultradźwięków firmy Hielscher jest pełna kontrola procesu, liniowa skalowalność oraz zdolność wszystkich przemysłowych procesorów ultradźwiękowych do dostarczania bardzo dużych amplitud. Amplitudy do 200µm mogą być bez problemu realizowane w trybie ciągłym 24/7. Wysokie amplitudy są szczególnie ważne, gdy chodzi o ekstrakcję twardszych struktur komórkowych, takich jak nasiona i jądra.
Nasz personel techniczny oraz nasze w pełni wyposażone laboratorium procesowe służą Państwu wiedzą i wskazówkami!

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki firmy Hielscher są znane z najwyższej jakości i standardów konstrukcyjnych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwięków z obiektami przemysłowymi. Surowe warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

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

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: