Die Lipid-Extraktion mit dem Soxhlet-Verfahren ist als Standardverfahren in der DIN 12602 etabliert. Diese Extraktionsmethode beinhaltet mehrere Arbeitsschritte: die Hydrolyse, die Extraktion mit verdampftem, kondensiertem Lösemittel unter Rückfluss und das Abrotieren des Lösemittels. Damit verbunden ist ein hoher Zeitbedarf und gerätetechnischer Aufwand.
Fette können ebenfalls mit der Twisselmann- Methode extrahiert werden, bei der eine andere Extraktor-Kühler-Einheit im Vergleich zur Soxhlet- Apparatur Verwendung findet.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Untersuchung der beiden Verfahren hinsichtlich der Vergleichbarkeit der Analysenergebnisse, der Handhabung sowie des Material- und Zeitaufwandes, im Hinblick auf Einsatzmöglichkeiten in der Lehre an der Hochschule Bremen.
Aufbau der Soxhlet- und der Twisselmann-Apparatur
Die
Extraktion nach Twisselmann beruht, wie das Soxhlet-Verfahren, auf dem
Prinzip der Lösungsmittelextraktion unter Rückfluss des Lösungsmittels.
Bei Twisselmann strömen jedoch im Gegensatz zur Soxhlet-Apparatur sowohl
das am Kühleraufsatz kondensierte Lösungsmittel, als auch der heiße,
aufsteigende Lösungsmitteldampf durch die Extraktionshülse mit der
Probe. Dadurch ergibt sich eine raschere Erhöhung der
Lösungsmitteltemperatur in der Extraktionshülse. Folglich ist eine
erhöhte Löslichkeit der zu extrahierenden Phase und damit eine verkürzte
Extraktionszeit zu erwarten. Zudem entfällt bei Twisselmann der Schritt
des Abrotierens des Lösemittels, da dieses in der Apparatur getrennt
aufgefangen werden kann (siehe Abb. 1).
Für die Extraktionsversuche wurde ein Reihenheizblocksystem (Foodalyt, Omnilab) mit insgesamt sechs Stellplätzen eingesetzt und bei allen Extraktionsversuchen je drei Twisselmann- (Foodalyt RT) und drei Soxhlet-Aufsätze (Foodalyt RS) verwendet.
Vorgehensweise / Methode
Um Unterschiede im
Extraktionsverhalten beider Verfahren klarer herauszustellen, wurde auf
einen Hydrolyseschritt verzichtet. Die Extraktion des Roh-Lipides
erfolgte mit Petroleumbenzin (reinst, Siedebereich 40 – 60 °C) an allen
sechs parallel betriebenen Extraktionseinheiten. Die entsprechend
eingestellten Temperaturregler gewährleisteten ein gleichmäßiges,
leichtes Sieden des Lösungsmittels in den Extraktionskolben sowie die
identische Anzahl Tropfen pro Zeiteinheit, die am Kühler kondensierten.
Als Probenmaterial diente Vollmilchschokolade (Lipidgehalt von 31,7 % laut Hersteller), die zunächst zerkleinert und gefriergetrocknet zum Einsatz kam. Eine Einwaage von je 2,00 g der Probe pro Extraktionsansatz wurde mit 150 ml Petroleumbenzin extrahiert sowie der Lipidgehalt gravimetrisch bestimmt. Tab. 1 zeigt die Versuchsbedingungen.
Praxisbeispiel: Lipidgehalt von Schokolade
Bei
der Extraktion von Vollmilchschokolade wurde zunächst eine
Dreifachbestimmung des Lipidgehaltes bei einer Extraktionszeit von 106
Minuten durchgeführt (siehe Tab. 2). Dabei lag der ermittelte
Lipidgehalt des Produktes nach Twisselmann 4,5 % über dem mit den
Soxhlet- Apparaturen ermittelten Werten.
In einer weiteren Versuchsreihe variierte die Extraktionsdauer. Dabei konnte beobachtet werden, dass der Unterschied in der Lipidausbeute der beiden Methoden mit steigender Extraktionsdauer abnahm. Nach zwei- bzw. vierstündiger Extraktion glichen sich die Ergebnisse an. Während die vom Hersteller angegebenen Lipidgehalte bei Twisselmann bereits nach zwei Stunden vorlagen, benötigten die Soxhlet-Apparaturen hierfür eine vierstündige Extraktion.
Fazit
Die nach Twisselmann und Soxhlet
ermittelten Lipidgehalte der Vollmilchschokolade sind vergleichbar,
jedoch konnte mit den Twisselmann-Apparaturen die Extraktionszeiten
halbiert werden.
Bei der Anwendung der Twisselmann- Methode entfällt das Abrotieren des Lösungsmittels aus dem Extraktionskolben, da dieses nach Ende der Extraktion nahezu vollständig in der Apparatur aufgefangen werden kann. Dadurch ergibt sich eine weitere Zeitersparnis von ca. 20 Minuten pro Probe und ein einfacheres Handling.
Der Verzicht auf Rotationsverdampfer beim Twisselmann-Verfahren bringt nicht nur Zeit- sondern auch erhebliche Sicherheitsvorteile in einem QS-Labor. Es entfällt nicht nur ein kompletter Arbeitsschritt (das Abrotieren), sondern das Laborpersonal kann bereits mit Abschluss der ersten Extraktion unmittelbar den nächsten Aufschluss starten. Ebenso wichtig ist der Arbeitsschutzaspekt. Insgesamt ist weniger mit Proben und Extraktionskolben zu hantieren, was die Verletzungsgefahr am Arbeitsplatz minimiert. Die geringen Lösungsmittelverluste reduzieren die Bevorratung und den Lagerbedarf an leichtflüchtigen Lösungsmitteln. Zusätzlich entfällt der Platz- und Investitionsbedarf sowie die weiteren Betriebskosten (z. B. Energie) für einen Rotationsverdampfer.