Le tecniche estrattive solido-liquido attualmente in uso presso le industrie che devono trattare grandi quantitativi di materiale sono essenzialmente di tre tipologie differenti: la macerazione, la percolazione e l'estrazione con fluidi in fase supercritica (Anidride carbonica in primis).

Ognuna di queste tecniche presenta sia dei vantaggi che degli svantaggi. La macerazione è una tecnica semplice ed economica, che non richiede né apparecchiature complesse né del personale specializzato. Infatti, per l'attuazione di questa tecnica è necessario disporre di contenitori di grandi capacità (1.000-10.000 litri) e fatti di acciaio o materiale inerte verso sia il solido che il solvente estraeste. Il solido da estrarre viene introdotto nel contenitore e viene aggiunta una quantità di liquido che in genere ricopre il solido in modo tale da evitare che si lascino delle parti di solido non a contatto con il liquido, che quindi non verrebbero estratte.

Il processo di estrazione è in genere abbastanza lungo e richiede dei giorni o settimane per andare a completezza. Il processo estrattivo avviene per i fenomeni della diffusione e dell'osmosi, che sono fortemente dipendenti dalla temperatura. Per tale motivo si accelera il processo se si aumenta la temperatura oppure se si impiegano degli ultrasuoni o microonde per aumentare l'energia cinetica delle molecole che si trovano all'interno della matrice solida. La macerazione richiede solamente delle fasi di agitazione saltuaria per permettere la diffusione delle sostanze estratte in tutta la massa del liquido estraente in modo tale da evitare delle zone di sovrassaturazione in prossimità del solido da estrarre. Lo svantaggio di questa tecnica di estrazione è non solo il lungo tempo richiesto, ma anche il fatto che in genere, giunti all'equilibrio, la matrice solida non risulta completamente estratta. Infine, con tale tecnica è impensabile estrarre con acqua, in quanto la maggior parte delle sostanze vegetali, contenendo inevitabilmente delle flore microbiche, va in putrefazione più rapidamente rispetto al processo estrattivo. La variante della macerazione per quanto concerne l'estrazione acquosa è l'infusione che è rappresentabile come una macerazione per tempi brevissimi (1-2 minuti) in acqua all'ebollizione. In questo caso l'estrazione diventa veloce ma anche il fenomeno degradativo dovuto all'alta temperatura è rapido a carico delle sostanze termicamente labili.

La percolazione è una tecnica di estrazione solido-liquido che si basa ancora sul fenomeno della diffusione e dell'osmosi, ma che si differenzia dalla macerazione in quanto avviene in una maniera dinamica. Per la realizzazione della tecnica di estrazione per percolazione è necessario disporre di un contenitore in cui possa essere fatto ricircolare il liquido estraeste, mediante l'ausilio di una pompa che lo preleva dal fondo e lo immettte dall'alto del contenitore. Lo scorrimento del liquido sul solido dall'alto verso il basso accelera il processo estrattivo in quanto il rimescolamento delle sostanze estratte in tutta la massa di liquido estraente è immediato, ciò che consente il raggiungimento dell'equilibrio in modo più rapido. Nonostante la velocizzazione del processo non si raggiungono in genere rese estrattive elevate, ma il processo è molto impiegato industrialmente in quanto si riducono i tempi di estrazione: Il fattore tempo per alcune tipologie di lavorazione è fondamentale, tanto che si rinuncia allo sfruttamento totale della matrice solida; inoltre le quantità trattate possono arrivare anche all'ordine di grandezza delle tonnellate. La percolazione non richiede personale addestrato per il suo funzionamento.

Anche in questo caso la temperatura e/o gli ultrasuoni e le microonde accelerano il processo estrattivo e vale lo stesso discorso fatto per la macerazione a riguardo delle sostanze termolabili.

L'estrazione con fluidi supercritici, in particolare con anidride carbonica in fase supercritica, è una tecnologia estrattiva solido-liquido alquanto complessa e costosa e che richiede anche del personale addestrato per il suo funzionamento. Il processo estrattivo avviene mettendo sottopressione in un sistema chiuso l'anidride carbonica che ad una certa coppia di valori di pressione e di temperatura assume lo stato di fluido supercritico. In tale stato l'anidride carbonica diventa un fluido con caratteristiche chimico-fisiche molto simili al n-esano. Per tale motivo l'estrazione avviene principalmente verso composti non particolarmente polari ed il principio su cui si basa l'estrazione è ancora la diffusione. Il vantaggio indubbio di tale tecnica è che alla fine del processo estrattivo l'anidride carbonica viene portata a temperatura e pressione ambiente e di conseguenza gassifica lasciando le sostanze estratte dalla matrice solida. Di conseguenza questa tecnica di estrazione non impiega un solvente vero e proprio. Attualmente l'anidride carbonica in fase supercritica viene impiegata per diversi processi industriali come la decaffeinizzazione del caffè, la rimozione della nicotina dal tabacco e l'estrazione di oli da semi.

Impiego di una nuova tecnologia di estrazione solido-liquido: Estrazione rapida solido-liquido dinamica o Naviglio Estrattore.

L'obiettivo del progetto è quello di arrivare a mettere a punto diversi trattamenti industriali di estrazione/purificazione sfruttando una innovativa tecnologia di estrazione solido-liquido. Questa tecnica basa la sua efficienza estrattiva una differenza di pressione tra il liquido estrattivo all'interno e all'esterno della matrice solida. La camera di estrazione viene riempita con la matrice solida da estrarre e il circuito viene completamente riempito con il solvente estraente. Inizia una fase di statica che consiste nell'innalzamento della pressione del liquido fino a valori compresi tra 8 e 9 bar. Il sistema viene lasciato sotto pressione per un tempo necessario affinché il liquido possa penetrare efficacemente all'interno della matrice solida. Trascorso tale tempo la pressione nel liquido viene rimossa rapidamente; in questo modo il liquido decade immediatamente alla pressione atmosferica, ma per un istante infinitesimo il liquido all'interno della matrice solida si trova ancora al valore di 8-9 bar. In tal modo si viene a creare una differenza di pressione tra l'interno e l'esterno della matrice del solido, che costringe il liquido a fuoriuscire rapidamente dall'interno del solido. Lo spostamento rapido del liquido dall'interno verso l'esterno contribuisce alla fuoriuscita delle sostanze non chimicamente legate alla matrice solida. Inizia a questo punto una fase di dinamica che consiste in un rimescolamento del liquido in tutto il sistema estrattivo. Una fase di statica più una fase di dinamica costituisce un ciclo estrattivo; per arrivare all'esaurimento della matrice solida sono necessari più cicli estrattivi. In tale tecnica estrattiva la componente dovuta al fenomeno della diffusione e dell'osmosi è veramente trascurabile. L'effetto principale dell'estrazione è dovuto alla generazione di un gradiente di pressione che induce lo spostamento rapido del liquido dall'interno verso l'esterno della matrice solida dando luogo ad un risucchio delle sostanze contenute nella matrice solida.

Mentre nei casi precedenti l'azione estrattiva è di tipo passivo, cioè bisogna attendere che si raggiunga un equilibrio di composizione tra i composti estratti nel liquido e quelli rimanenti nel solido, nel caso del Naviglio Estrattore si esercita una azione attiva verso le sostanze da estrarre; non bisogna attendere lo stabilirsi di un equilibrio, ma i composti non chimicamente legati alla matrice solida vengono estratti in piccole quantità ad ogni ciclo estrattivo fino al completo esaurimento della matrice che avviene in tempi dell'ordine di grandezza delle ore.

Delle importanti conseguenze nell'impiego di questa tecnica sono la possibilità di estrarre con acqua anche matrici vegetali; è possibile estrarre anche a temperature più basse della temperatura ambiente per eventuali composti termolabili.

Estrazione del licopene dalle bucce di pomodoro provenienti da lavorazioni industriali

Le bucce di pomodoro vengono estratte in acqua e la componente organica recuperata in cui si trova anche il licopene viene separata su SPE (Solid Phase Extraction) ed eluita con una quantità minima di solvente.

Le bucce risultanti dal processo vengono essiccate fino alla perdita totale dell'acqua in esse contenuto; il materiale secco viene triturato ed impiegato come mangime per animali.

Recupero degli oli essenziali dagli sfridi delle bucce di arancia provenienti dalla produzione di canditi

Gli sfridi di bucce di arancia vengono estratti con acqua mediante il Naviglio Estrattore; la componente di olio essenziale viene recuperata per centrifugazione. Le bucce di arancia sono fatte essiccare fino alla perdita completa dell'acqua; il materiale secco viene triturato finemente e la polvere ottenuta è impiegata come mangime per animali.