Stato dell’arte
Le tecniche attuali di estrazione solido-liquido sfruttano essenzialmente la diffusione e l’osmosi come principi sui quali è possibile incidere per ridurre il tempo di estrazione e per aumentare la resa. Infatti, la tendenza attuale è quella di aumentare la resa di estrazione o aumentando la temperatura del sistema estrattivo o aumentando il tempo di contatto del solvente estraente con il solido da estrarre.



La macerazione
Tecnica estrattiva che consiste nel ricoprire il solido da estrarre con il liquido e lasciare il sistema in questo stato per un tempo prolungato. L’estrazione avviene a temperatura ambiente e di conseguenza non c’è alterazione dei composti termolabili. D’altra parte, però, i tempi di estrazione sono mediamente lunghi per il fatto che l’estrazione avviene principalmente per effetti diffusivi, tanto che si richiede di agitare il sistema di tanto in tanto per favorire la diffusione dei composti estratti ed evitare una sovrassaturazione localizzata nelle immediate vicinanze della superficie del solido da estrarre, che potrebbe provocare un rallentamento del processo estrattivo globale.

La percolazione
Per ridurre i tempi, trattando grandi quantità di matrice solida, è possibile ricorrere industrialmente a questa tecnica che prevede la realizzazione di una colonna di solido nei percolatori, grandi cilindri di acciaio capaci di contenere tonnellate di materiale con volumi che vanno da 0,5 a 5 metri cubi. Nei percolatori si fa scorrere il liquido estraente; poiché in un unico passaggio non si ottiene una grande resa, è necessario fare riciclare il liquido diverse volte per arricchirlo quanto più possibile in estraibile. Per aumentare l’efficienza del processo è possibile riscaldare ed in questo caso i composti termolabili sono soggetti a degradazione termica. L’efficienza del processo globale in genere non è alta, ma date le grandi quantità di solido impiegate, l’estratto risulta abbastanza ricco di composti estraibili. Anche in questo caso il principio estrattivo si fonda essenzialmente sulla diffusione e sull’osmosi.



SFE (Supercritical Fluid Extraction)
Una tecnica molto giovane che richiede un particolare sistema estrattivo è l’estrazione con fluidi supercritici specialmente anidride carbonica. La limitazione di questa tecnica, che prevede il contatto del solido con l’anidride carbonica allo stato di fluido, sta nel fatto che l’anidride carbonica nello stato supercritico, acquista le caratteristiche chimico-fisiche dell’esano. Se da una parte è difficile utilizzare questa tecnica per usi di laboratorio, dall’altra vi sono tutt’oggi dei processi industriali che sono stati brillantemente impiegati a livello industriale, come ad esempio l’estrazione della caffeina dal caffè oppure l’estrazione del grasso dall’olio di semi.
In molti processi industriali la fase iniziale della preparazione di un prodotto richiede l’applicazione di una tecnica di estrazione solido-liquido per isolare il materiale estraibile contenuto nelle più svariate matrici di tipo vegetale. L’esempio più importante è il settore delle piante officinali, da cui si ricavano i principi attivi con proprietà farmacologiche per la cura di determinate patologie e malattie dell’uomo. Campi affini sono quello dell’erboristeria, della cosmetica e della profumeria che ricavano gli ingredienti principali dei loro preparati sottoponendo ad estrazione solido-liquido parti di piante come fiori, foglie, radici etc. Anche in altri settori industriali come quello dell’industria delle bevande, viene impiegata un'estrazione solido-liquido per ottenere estratti alcolici di bucce di agrumi, fiori, foglie etc., che poi sono mescolati ad acqua e zucchero per l’ottenimento del prodotto finito. L’elenco potrebbe ancora continuare richiamando molteplici applicazioni industriali.
Alla base dell’estrazione solido-liquido vi è, senza dubbio, un'osservazione sperimentale facilmente constatabile da tutti: semplicemente se una matrice solida, contenente del materiale estraibile, viene immersa in un liquido, quest’ultimo inizia ad arricchirsi di determinate sostanze chimicamente affini. Questa tecnica di estrazione, la macerazione, è quella più semplice e più economica perciò largamente diffusa. Purtroppo essa non è sempre applicabile in quanto richiede tempi lunghi di contatto tra il solido ed il liquido; ad esempio i vegetali non possono essere posti a macerare in acqua per l’insorgere di fenomeni di putrefazione. Le esigenze produttive dell’industria, che impongono l’ottenimento di grandi quantità di estratti in poco tempo, hanno trovato un'applicazione nell’estrazione per percolazione; in tale caso è possibile trattare grandi quantità di materiale solido con grandi volumi di liquido e giungere in tempi abbastanza brevi all’estratto sacrificando però l’efficienza dell’estrazione che si mantiene bassa per il limitato contatto tra il solido ed il liquido estraente.



La distillazione in corrente di vapore
Per applicazioni particolari, come la produzione di oli essenziali e, in genere, composti con alta tensione di vapore, si può ricorrere alla distillazione in corrente di vapore. Questa tecnica di estrazione solido-liquido è particolare in quanto richiede il trasporto dei composti volatili da parte di una corrente di vapore. In ogni caso, poiché il sistema estrattivo è sottoposto ad un forte riscaldamento, i composti termolabili subiscono delle trasformazioni e di conseguenza si ha la formazione di artefatti.
Questi esempi servono ad indicare che, le tecniche di estrazione solido-liquido che sono attualmente impiegate, non sono universalmente applicabili, in quanto limitate. Inoltre il principio estrattivo su cui esse si basano è essenzialmente legato ai fenomeni della diffusione e dell’osmosi delle sostanze contenute nel solido, che tendono ad occupare tutto il volume del liquido estraente, dopo essere state estratte. Per aumentare l’efficienza di tali sistemi estrattivi si ricorre ad un aumento di temperatura, che incide sull’aumento della diffusione, al fine di ridurre i tempi di estrazione ed aumentare le rese. Tale espediente non è applicabile a matrici vegetali in quanto esse contengono sostanze che si degradano per effetto del calore.
Gli ultrasuoni
L’utilizzo degli ultrasuoni per l’estrazione di principi attivi dalle piante officinali porta ad ottenere gli stessi risultati dell’estrazione per spremitura, se non risultati peggiori in quanto il sistema si riscalda a causa del prolungato trattamento. In questi casi la matrice solida viene completamente frantumata e si ottiene un miscuglio che è impossibile da separare nei suoi costituenti e di conseguenza, ciò rende non applicabile queste tecniche a livello industriale.



Gli ultrasuoni
L’utilizzo degli ultrasuoni per l’estrazione di principi attivi dalle piante officinali porta ad ottenere gli stessi risultati dell’estrazione per spremitura, se non risultati peggiori in quanto il sistema si riscalda a causa del prolungato trattamento. In questi casi la matrice solida viene completamente frantumata e si ottiene un miscuglio che è impossibile da separare nei suoi costituenti e di conseguenza, ciò rende non applicabile queste tecniche a livello industriale.

Il Soxhlet
Un’altra tecnica estrattiva da laboratorio è il Soxhlet, che viene riportato come metodo ufficiale di estrazione per numerosi metodi analitici in cui è prevista una preliminare fase di preparazione solido del campione. Anche il Soxhlet utilizza il riscaldamento del sistema, poiché si basa sui principi della diffusione e dell’osmosi, per cui non è utilizzabile per le sostanze che si degradano per effetto del calore.



ASE® (Accelerated Solvent Extraction)
Per aumentare le rese di estrazione e per ridurre i tempi è possibile utilizzare l’estrattore ASE® (Accelerated Solvent Extraction) brevettato dall'americana Dionex. In un contenitore cilindrico di acciaio viene posto il materiale da estrarre e viene introdotto il solvente estraente; la temperatura del sistema viene portata oltre la temperatura di ebollizione del solvente, che viene mantenuto nello stato di liquido grazie ad un contemporaneo aumento della pressione. Dopo un contatto breve la matrice solida è completamente estratta. Anche per questa tecnica non è possibile impiegare matrici instabili al calore.