Estrazione Solido-Liquido Dinamica

La S.G.A. Lab. ha introdotto all’interno delle sue metodologie estrattive, una recentissima tecnologia d’estrazione solido-liquido innovativa, la quale si basa su un nuovo principio di estrazione “Principio di naviglio” il quale viene enunciato nel modo seguente:
"la generazione, con un opportuno solvente, di un gradiente di pressione negativo tra l’esterno e l’internodi una matrice solida contenente del materiale estraibile, seguita da un repentino ripristino delle condizioni di equilibrio iniziali,induce l’estrazione forzata dei composti non chimicamente legati alla struttura principale di cui è costituito il solido."

Tale principio è alla base del funzionamento dell’Estrattore rapido solido-liquido dinamico, il quale permette, tramite l’utilizzo di un solvente organico, inorganico o loro miscela, di estrarre dalla matrice solida utilizzata (fiori, foglie, radici, bacche, cortecce, etc. di piante officinali ed erbe aromatiche fresche o secche) la quasi totalità dei principi attivi o sostanze non chimicamente legate.

Cenni sul funzionamento dell’estrattore rapido solido-liquido dinamico

Il sistema base dell’apparecchio è costituito da due camere di estrazione (due cilindri muniti di pistone mobile) sul fondo delle quali sono posti due setti porosi che lasciano passare il liquido e le sostanze in esso disciolte, mentre bloccano le particelle grossolane di materiale solido. Le due camere di estrazione sono messe in comunicazione tramite un condotto su cui viene inserita una elettrovalvola che resta chiusa per tutto il tempo dell’estrazione ed è utilizzata solo per la raccolta del solvente. Il materiale solido da estrarre è posto nelle camere di estrazione che in seguito vengono riempite completamente con il solvente estraente (organico o inorganico o loro miscele). Il riempimento della camera di estrazione con la matrice solida ed il solvente avviene a pressione atmosferica e l’indicatore di pressione indica il valore zero (Fig. 1).

Il sistema, dopo il riempimento, viene chiuso e messo sotto pressione dall’azione meccanica di due pistoni spinti ad aria compressa. La pressione esercitata dai pistoni viene trasferita al liquido (Fig. 2) poiché le due camere di estrazione sono collegate tramite un condotto. Quando viene raggiunto il valore massimo di pressione impostato, il sistema resta fermo per un tempo necessario a stabilire un equilibrio pressorio tra l’interno e l’esterno della matrice solida: questa situazione è identificata come la “fase di statica” (Fig. 3).

Trascorso questo periodo i pistoni vengono rapidamente rimossi dall’equilibrio statico per la fuoriuscita rapida dell’aria dal sistema, generando un abbassamento immediato della pressione all’interno della camera di estrazione e dando luogo alla “fase di dinamica” (Fig. 4) in cui si realizza il principio estrattivo. Le sostanze estraibili vengono trasferite nel solvente per un effetto di “risucchio” dovuto al gradiente di pressione negativo venuto a crearsi tra l’interno e l’esterno della matrice solida.

Tale meccanismo è ben rappresentato nelle Fig. 5 e 6 dove si evidenziano rispettivamente il raggiungimento dell’equilibrio di pressione (la matrice solida è completamente permeata dal liquido estraente) e la fuoriuscita delle sostanze estraibili dalla matrice solida. La fase dinamica ha inoltre la funzione di rimescolare il liquido, evitando la formazione di gradienti di concentrazione nelle immediate vicinanze della superficie esposta al solido. L’alternarsi di una fase di statica con una di dinamica costituisce un ciclo estrattivo. Reiterando più cicli estrattivi si giunge al completo esaurimento della matrice solida. Alla fine dell’estrazione il solvente è espulso attraverso una elettrovalvola e raccolto in un apposito contenitore (Fig. 7).

Fig.1 Caricamento delle camere estrattive con matrice solida (cerchi verdi) e solvente estraente (colore blu).

Fig. 2 Chiusura del sistema ed inizio della compressione del solvente (Le figure geometriche variamente colorate rappresentano i principi attivi).

Fig. 3 Massima compressione del sistema ed inizio della fase di statica.

Fig. 4 Fine della fase di statica ed inizio della fase di dinamica (decompressione del solvente).

Fig. 5 Equilibrio di pressione tra il solvente esterno e quello contenuto all’interno della matrice.

Fig. 6 Effetto di “risucchio” generato dal gradiente di pressione.

Fig. 7 Fine dell’estrazione ed inizio fase di scarico.

Vantaggi

Grazie a questa tecnica innovativa, avremmo i seguenti principali vantaggi:

  1. Rende innanzitutto l’estrazione indipendente dall'affinità che i principi attivi della pianta hanno nei confronti del solvente (estrazione quasi totale dei principi attivi della pianta), in quanto estratti per una differenza di pressione tra il liquido all'interno della pianta ed il liquido all'esterno della stessa, effetto di risucchio, ottenendo così estratti di altissima qualità.
  2. Si ha la possibilità di eseguire estrazioni a temperature molto basse (ambiente o sub ambiente) in quanto non vi è più il principio diffusivo;
  3. L’estrazione passa da un processo passivo, nel quale bisogna attendere che l’osmosi e la diffusione spingendo le sostanze estraibili verso l’esterno della pianta, ad uno attivo e controllabile, riuscendo così ad estrarre la quasi totalità delle sostante attive estraibili.
  4. Si ha la possibilità di utilizzare come liquido estraente l’acqua, grazie ai ridotti tempi d’estrazione, mentre con una macerazione tradizionale sarebbe impensabile.

Tabella comparativa tra l’estrattore Solido-Liquido Dinamico e le altre tecniche estrattive

Tecniche estrattive Granulometria matrice solida Solvente Rendimento Tempo Quantità estratto Stabilità estratto
Spremitura Non importante Indifferente Esauriente Minimo Scadente Scarsa
Macerazione Importante Fondamentale Esauriente Lungo Ottima Ottima
Percolazione Importante Fondamentale Parziale Medio Buona Buona
Soxhlet Importante Fondamentale Esauriente Lungo Scadente Scarsa
Distillazione in Corrente di Vapore Non importante Indifferente Parziale Medio Scadente Scarsa
Gas Supercritici Importante Fondamentale Parziale Medio Ottima Ottima
Ultrasuoni Non importante Indifferente Esauriente Medio Scadente Scarsa
Dionex AseTM Importante Fondamentale Esauriente Minimo Scadente Scarsa
Estrattore Solido-Liquido Dinamico Non importante Indifferente Esauriente Minimo Ottima Ottima

Bibliografia

Tecniche estrattive solido–liquido “teoria e pratica”, Daniele Naviglio e Lydia Ferrara - ARACNE editrice S.r.l.