Chiết xuất bằng hexane với hiệu suất được cải thiện nhờ siêu âm

Xử lý siêu âm dạng đầu dò có thể cải thiện phương pháp chiết xuất bằng hexane thông thường bằng cách tăng cường quá trình và nâng cao đáng kể hiệu suất. Chiết xuất siêu âm cải thiện quá trình truyền khối và phá vỡ tế bào để giải phóng các chất có hoạt tính sinh học mục tiêu vào dung môi, mang lại hiệu suất thu hồi cao hơn so với khi chỉ sử dụng các phương pháp thông thường. Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm có hiệu quả cao trong việc tăng hiệu suất thu hồi dầu, bao gồm dầu hạt cải và dầu hạt lanh, mang lại thành phần axit béo chất lượng cao và hàm lượng các thành phần có hoạt tính sinh học cao hơn.

Cải thiện chiết xuất bằng hexane nhờ siêu âm công suất cao

Chiết xuất siêu âm là một phương pháp tăng cường quá trình có thể cải thiện đáng kể các quá trình chiết xuất rắn–lỏng và chiết xuất bằng dung môi.

Hạn chế của phương pháp chiết xuất bằng hexane thông thường

Chiết xuất bằng hexane là một kỹ thuật phổ biến được sử dụng để chiết xuất các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các chất không phân cực, từ nhiều nguồn khác nhau như thực vật, hạt hoặc đất. Hexane là một dung môi hydrocarbon có hiệu quả cao trong việc hòa tan và chiết xuất lipid, dầu và các hợp chất không phân cực khác. Hexane được sử dụng rộng rãi để chiết xuất dầu nhờ khả năng hòa tan các hợp chất không phân cực (ví dụ: dầu), khả năng dễ dàng tách dầu sau đó và điểm sôi hẹp (63–69°C).
Tuy nhiên, hiệu suất của các quá trình chiết xuất bằng hexane có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào nguyên liệu và quá trình chiết xuất: Hiệu suất thu hồi và thời gian chiết xuất có mối tương quan chặt chẽ. Điều này có nghĩa là để đạt hiệu suất thu hồi cao, cần thời gian lưu sinh khối trong dung môi hexane dài hơn. Một yếu tố hạn chế khác thường gặp là hexane thâm nhập không đủ sâu vào cấu trúc nền của sinh khối. Các cấu trúc tế bào cứng chủ yếu chỉ được hexane làm ướt trên bề mặt, trong khi bên trong tế bào chỉ tiếp xúc một phần với hexane. Sự thâm nhập không đầy đủ này dẫn đến quá trình chiết xuất không triệt để vì các chất mục tiêu như lipid (tức là axit béo, chất béo, dầu) vẫn còn bên trong cấu trúc nền tế bào.

Giải pháp: Chiết xuất bằng hexane được tăng cường bằng siêu âm

Xử lý siêu âm dạng đầu dò, còn được gọi là xử lý bằng đầu dò siêu âm, là phương pháp sử dụng sóng siêu âm cường độ cao để tạo ra các bọt xâm thực âm trong môi trường lỏng. Các bọt này sụp đổ nhanh chóng, tạo ra các trường năng lượng cục bộ mạnh, đồng thời tạo ra dòng rối vi mô và lực cắt lớn trong dung môi.
Nhờ các điều kiện có mật độ năng lượng cao do siêu âm tạo ra này, xử lý siêu âm dạng đầu dò có thể tăng cường và cải thiện quá trình chiết xuất bằng hexane theo nhiều cách:

• Tăng cường truyền khối: Xử lý siêu âm tăng cường quá trình truyền khối giữa mẫu rắn và dung môi. Dòng rối vi mô và sự sụp đổ nhanh chóng của các bọt xâm thực tạo ra lực cắt mạnh và các biến đổi áp suất cục bộ. Điều này phá vỡ lớp biên xung quanh mẫu rắn, thúc đẩy sự giải phóng các hợp chất mục tiêu vào dung môi, từ đó cải thiện hiệu suất chiết xuất.
• Tăng tốc chiết xuất: Xử lý siêu âm đẩy nhanh động học chiết xuất bằng cách tăng diện tích tiếp xúc giữa dung môi và mẫu rắn. Các bọt xâm thực tạo sự khuấy trộn và hình thành hỗn hợp đồng nhất, đảm bảo dung môi tiếp xúc sát với toàn bộ bề mặt của vật liệu rắn, dẫn đến tốc độ chiết xuất nhanh hơn.
• Phá vỡ cấu trúc tế bào: Trong quá trình chiết xuất từ thực vật, xử lý siêu âm có thể phá vỡ các cấu trúc tế bào, như thành tế bào và màng tế bào, tạo thuận lợi cho việc giải phóng các thành phần nội bào. Điều này cho phép chiết xuất hiệu quả hơn lipid và các hợp chất mục tiêu khác có thể nằm bên trong tế bào.
• Giảm thời gian chiết xuất: Bằng cách kết hợp việc tăng cường truyền khối và đẩy nhanh động học chiết xuất, xử lý siêu âm dạng đầu dò có thể giảm đáng kể thời gian chiết xuất cần thiết để đạt hiệu suất thu hồi mong muốn. Điều này có thể đặc biệt có lợi khi xử lý lượng mẫu lớn hoặc thực hiện các ứng dụng đòi hỏi khắt khe về thời gian.

Nhờ những yếu tố quá trình được cải thiện này, xử lý siêu âm dạng đầu dò có thể tăng cường đáng kể quá trình chiết xuất bằng hexane. Chiết xuất bằng hexane có hỗ trợ siêu âm có thể được tối ưu hóa dựa trên các hợp chất cụ thể và thể tích được chiết xuất. Cường độ siêu âm (biên độ), thời gian, nhiệt độ, áp suất và cấu hình hệ thống chiết xuất có thể được điều chỉnh để đạt hiệu suất thu hồi tối ưu trong thời gian chiết xuất ngắn hơn.

• Dầu tảo
• Dầu thực vật (đậu nành, hạt lanh, hạt cải, hướng dương, cám gạo, v.v.)
• Tinh dầu
• Caryophyllene
• Nhựa dầu vani từ quả vani
• Lutein từ lòng đỏ trứng
• Astaxanthin từ tảo
• Loại bỏ chất béo khỏi côn trùng

Chiết xuất Soxhlet được tăng cường bằng siêu âm sử dụng hexane làm dung môi

Chiết xuất Soxhlet được tăng cường bằng siêu âm là một quá trình kết hợp chiết xuất Soxhlet truyền thống với sóng siêu âm để cải thiện hiệu suất của quá trình chiết xuất. Chiết xuất Soxhlet là một quy trình thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm và để sản xuất dịch chiết với thể tích nhỏ hơn, như tinh dầu hoặc một số hợp chất có hoạt tính sinh học.
Hexane là dung môi thường được sử dụng cho quá trình này vì có hiệu quả trong việc chiết xuất lipid từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm dầu hạt, dầu tảo cũng như các hợp chất có hoạt tính sinh học thuộc nhóm lipid. Xử lý siêu âm phá vỡ cấu trúc tế bào và thúc đẩy quá trình chiết xuất rắn–lỏng thông qua việc tăng cường truyền khối và giải phóng các hợp chất vào dung môi. Điều này là do dung môi như hexane có thể thâm nhập tốt hơn vào vật liệu rắn và hòa tan dầu (lipid, axit béo) một cách hiệu quả. Do đó, quá trình chiết xuất được đẩy nhanh, giảm thời gian cần thiết để chiết xuất các hợp chất mong muốn. Ngoài ra, việc sử dụng siêu âm có thể giảm lượng dung môi cần thiết, khiến phương pháp này trở thành một lựa chọn thân thiện hơn với môi trường.
 

Chiết xuất siêu âm cho phép sử dụng các dung môi dịu hơn, không độc hại

Xử lý siêu âm không chỉ cải thiện quá trình chiết xuất bằng hexane mà còn cho phép sử dụng các dung môi dịu hơn, không độc hại như ethanol, dung dịch ethanol trong nước, nước hoặc các dung môi eutectic sâu tự nhiên (DES, NADES). Khả năng phá vỡ tế bào và truyền khối có hiệu quả cao do các thiết bị chiết xuất siêu âm dạng đầu dò mang lại giúp đạt kết quả xuất sắc khi sử dụng các dung môi dịu hơn. Nhờ đó, chiết xuất siêu âm kết hợp với các dung môi dịu hơn, không độc hại, thân thiện hơn với môi trường cho phép tạo ra dịch chiết chất lượng cao đạt tiêu chuẩn thực phẩm, tiết kiệm chi phí và thực hiện quá trình chiết xuất xanh.

Thiết bị siêu âm hiệu năng cao để cải thiện quá trình chiết xuất bằng hexane

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và cung cấp các thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao, có thể dễ dàng tích hợp vào các cơ sở chiết xuất bằng hexane hoặc thiết bị chiết xuất Soxhlet hiện có. Bên cạnh việc cung cấp, lắp đặt và dịch vụ bảo trì, Hielscher còn tư vấn và hướng dẫn khách hàng trong suốt các thử nghiệm tính khả thi, tối ưu hóa quá trình và thiết kế nhà máy cho đến khâu lắp đặt cuối cùng và đưa quá trình chiết xuất vào vận hành.
Những ưu điểm chính của thiết bị siêu âm Hielscher là khả năng kiểm soát toàn bộ quá trình, khả năng mở rộng quy mô tuyến tính và khả năng tạo biên độ rất cao của tất cả các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp. Có thể dễ dàng duy trì biên độ lên đến 200µm liên tục trong chế độ vận hành 24/7. Biên độ cao đặc biệt quan trọng khi chiết xuất từ các cấu trúc tế bào cứng hơn như hạt và nhân hạt.
Đội ngũ kỹ thuật và phòng thí nghiệm công nghệ được trang bị đầy đủ của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn bằng kiến thức và sự hướng dẫn!

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn cao nhất về chất lượng và thiết kế. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu năng cao có công nghệ tiên tiến nhất và dễ sử dụng. Tất nhiên, thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: