Ultraljudsassisterad Soxhlet-extraktion

Ultraljud förbättrar konventionell Soxhlet-extraktion. Ultraljudsassisterad Soxhlet-extraktion, även kallad Sono-Soxhlet, ger högre utbyten och kortare extraktionstider. Hielschers ultraljudsapparater av sondtyp kan enkelt integreras i alla klassiska uppställningar för Soxhlet-extraktion.

Soxhlet-extraktion med ultraljudsbehandling

Soxhlet-extraktion är en vanligt förekommande metod för fast–vätskeextraktion som används i syntes- eller analyslaboratorier och behövs när en önskad förening endast har begränsad löslighet i ett lösningsmedel och föroreningen är olöslig i detta lösningsmedel. Kortfattat kan funktionsprincipen för Soxhlet-extraktion beskrivas som lösningsmedelsbaserad återloppskokning.
Ultraljud integreras framgångsrikt i Soxhlet-extraktion för att öka utbytet och förkorta extraktionstiden. När Soxhlet-extraktionen är klar avlägsnas lösningsmedlet (t.ex. med en rotationsindunstare).

Problem med konventionell Soxhlet-extraktion:

Traditionell Soxhlet-extraktion har stora nackdelar på grund av den långa extraktionstiden och den stora mängden lösningsmedel som används. Dessutom saknar en konventionell Soxhlet-extraktor omrörning. Omrörning krävs för att påskynda extraktionsprocessen. Eftersom konventionella Soxhlet-extraktorer använder stora mängder lösningsmedel kräver den efterföljande indunstningen och koncentreringen mycket energi. Extraktets kvalitet påverkas ofta negativt av de extraherade föreningarnas långa uppehållstid i den uppvärmda kolven i Soxhlet-uppställningen. Värmelabila målföreningar bryts ned eftersom materialet under den långa extraktionstiden utsätts för värmen vid lösningsmedlets kokpunkt.

Lösning: ultraljudsassisterad Soxhlet-extraktion

Kraftfullt ultraljud ökar massöverföringen mellan provet och lösningsmedlet. Därmed behövs mindre lösningsmedel. Extraktionstiden förkortas drastiskt så att extrakten inte utsätts för långvarig värmeexponering. Därigenom undviks oönskad termisk nedbrytning av extraktet eller minskas åtminstone avsevärt.
Ultraljud kan enkelt integreras i en uppställning för Soxhlet-extraktion – antingen genom att föra in ultraljudshornet (sonden, sonotroden) i Soxhlet-kammaren eller genom att ultraljudsbehandla Soxhlet-kammaren indirekt genom kärlväggen. Ultraljudsassisterad Soxhlet-extraktion – även kallad Sono-Soxhlet – ger högre utbyten på kortare extraktionstid under mildare extraktionsförhållanden.

Uppställningar för Sono-Soxhlet och Sono-Clevenger i industriell skala med ultraljudsapparaten UIP1000hdT
(©Vernes et al., 2020)

”Ultraljudsbehandling som extraktionsmetod är en effektiv teknik jämfört med återloppsmetoder för att extrahera organiska ämnen i spårhalter ur jord och sediment. Ultraljudsbaserade extraktionstekniker visade sig ge jämförbara eller till och med större mängder (Song et al., 2002) kolväten än andra extraktionstekniker […]. Beroende på typen av föroreningar och matris kan ultraljudsbehandling ha fördelen av kortare extraktionstider. Optimering av parametrarna för ultraljudsextraktion, inklusive lösningsmedelstyp eller lösningsmedelssammansättning, extraktionstid, provmängd och vattenhalt, krävs ofta för effektivare och mer reproducerbara extraktioner (Berset et al., 1999). Ultraljudstekniker erbjuder vanligtvis en metod med relativt låg kostnad, där små volymer organiskt lösningsmedel används utan behov av avancerad glasapparatur och instrumentering.”
[Oluseyi et al. 2011]

Fördelar med Sono-Soxhlet-extraktion

Sono-Soxhlet-extraktion är en variant av den traditionella Soxhlet-extraktionstekniken som använder högintensivt ultraljud för att förbättra extraktionsprocessen. Sono-Soxhlet-tekniken erbjuder flera fördelar som stöds av vetenskaplig forskning och studier, däribland:

• Ökad extraktionseffektivitet: Sono-Soxhlet-extraktion ökar extraktionseffektiviteten genom att bryta ned cellväggarna i växtmaterial eller andra provmatriser. Akustisk kavitation som skapas av intensiva ultraljudsvågor förbättrar massöverföringen och ökar lösningsmedlets inträngning i provet, vilket därmed ökar utbytet av extraherade föreningar.
• Kortare extraktionstid: Sono-Soxhlet-extraktion minskar extraktionstiden avsevärt jämfört med konventionell Soxhlet-extraktion. Eftersom ultraljud främjar snabbare massöverföring och diffusion kräver extraktionen av analyter och växtföreningar endast en kort behandling. Kortare extraktionstid innebär också högre kapacitet för provgenomströmning.
• Lägre lösningsmedelsförbrukning: Kombinationen av Soxhlet-extraktion och ultraljudsextraktion leder till minskad lösningsmedelsförbrukning. Detta bidrar inte bara till kostnadsbesparingar utan minimerar också miljöpåverkan.
• Mångsidiga användningsområden: Sono-Soxhlet-extraktion är mångsidig och kan tillämpas på ett brett spektrum av provmatriser, inklusive växtmaterial, livsmedelsprodukter, polymerer och miljöprover. Dess anpassningsbarhet gör den till ett värdefullt verktyg inom olika vetenskapliga områden, såsom fytokemi, kemi och miljöanalys.
• Grön kemi: Sono-Soxhlet-extraktion följer principerna för grön kemi genom att minska avfall och energiförbrukning. Dess effektivitet och minskade användning av lösningsmedel bidrar till miljövänligare extraktionsprocesser.

Dessa fördelaktiga aspekter av Sono-Soxhlet-extraktion bidrar till förbättrad processeffektivitet, tids- och energieffektivitet samt miljövänlighet. De främsta fördelarna med Sono-Soxhlet-extraktion bygger på ökad extraktionseffektivitet, kortare bearbetningstid, lägre lösningsmedelsförbrukning, mångsidighet och bidrag till grön kemi.
Dra nytta av ultraljudsförbättrad Soxhlet-extraktion och kontakta oss nu för mer information!

Litteratur / Referenser

• Djenni, Zoubida; Pingret, Daniella; Mason, Timothy J.; Chemat, Farid (2012): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Analytical Methods. 2012.
• 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.

Fakta värda att känna till

Ultraljudshomogenisatorer används framgångsrikt för extraktion i laboratorier och för industriell produktion, t.ex. inom läkemedels- och livsmedelsindustrin samt för biologisk forskning och analys. Hielschers breda sortiment av ultraljudsapparater gör det möjligt att sätta samman en optimal processuppställning – som uppfyller processkraven på hög kvalitet och produktionskapacitet.