Ultrahangos extrakció kinetikai vizsgálata kerti kakukkfű (Thymus vulgaris L.) modellnövényen
Az ultrahangos extrakció egy lehetséges zöld alternatívája a konvencionális extrakciós eljárásoknak. Segítségével csökkenthető a folyamat idő-, oldószer-, és energiaigénye. Az ultrahang hatására fellépő intenzív keveredés és kavitációs jelenségek befolyásolják a szilárd-folyadék anyagátadást és annak sebességét. A folyamatot jellemzően két fő szakaszra bontják: egy kezdeti meredek felfutású szakaszra, ahol a felületi leoldódás dominál, és egy ezt követő, feltehetően szilárd tömbfázisból történő lassabb diffúziós és kioldódási szakaszra[1].
Munkám során a kerti kakukkfű szakaszos ultrahangos extrakcióját vizsgáltam 99,8 %-os etil-alkohol extrahálószerrel, 1:15 [g kakukkfű/ml] aránnyal, 666,67 W/l energiasűrűség mellett. Vizsgálataimat 302, 315, valamint 333 K temperálás mellett végeztem el, 0,1-0,2 és 0,5-0,63 mm-es szemcseméretű kakukkfű frakciókon. Minden hőmérsékleten, mindkét frakció esetén öt mérési pont készült (1, 3, 5, 10 és 20 percig). Minden mérés háromszori belső mintavétellel és mérési pontonként három ismétléssel történt, az eredmények mérési bizonytalanságának vizsgálatára.
Eredményeim az említett klasszikus extrakciós folyamatokra jellemző két fő szakasztól eltértek. A felfutási szakasz nem megfigyelhető, az első mérési pontnál jellemzően 50% feletti a kihozatal a maximális hozamhoz [g extrakt/ 100 g száraz növény; Y] viszonyítva. A folyamat feltérképezésére az irodalomban eddig alkalmazott empirikus és analitikus ultrahangos extrakcióra korábban alkalmazott egyenletek [2-3] vizsgálatával kimutatható az első szakasz hiánya a mérési tartományban. Vagyis megfelelően magas energiasűrűség mellett a lemosást közel pillanatszerűen meg lehet valósítani. Mivel a mérés hőmérsékletétől függetlenül tapasztalható a jelenség, feltételezhető, hogy hőérzékeny anyagok extrahálásakor a módszer hatékonyan alkalmazható.
[1] Petrović S. S. és munkatársai, “Comparative analyses of the diffusion coefficients from thyme for different extraction processes,” Journal of the Serbian Chemical Society, 77. kötet, 6. kiadás, oldalak 799–813, 2012, doi: 10.2298/JSC110616009P.
[2] Tao Y. és munkatársai, “Kinetic modeling of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from grape marc: Influence of acoustic energy density and temperature,” Ultrason Sonochem, 21. kötet, 4. kiadás, oldalak 1461–1469, 2014, doi: 10.1016/j.ultsonch.2014.01.029.
[3] Ali A. és munkatársai “Ultrasound-assisted extraction of natural antioxidants from betel leaves (Piper betle): Extraction kinetics and modeling,” Separation Science and Technology (Philadelphia), 53. kötet, 14. kiadás, oldalak 2192–2205, Sep. 2018, doi: 10.1080/01496395.2018.1443137.
