الغليسرين كمذيب للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
يمكن استخدام الغليسرين أو الغليسرول في صورة نقية (100%) أو في مزيج من الغليسرين والماء أو الإيثانول للاستخلاص من النباتات. تعرّف على مزايا استخدام الغليسرين كمذيب للاستخلاص في عمليات المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
الاستخلاص من النباتات في الغليسرين باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص من النباتات عملية أساسية في الكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية وأبحاث المنتجات الطبيعية، تهدف إلى عزل مكونات محددة من مخاليط معقدة. غالبًا ما تتطلب طرق الاستخلاص التقليدية، مثل النقع أو الاستخلاص بجهاز سوكسلت، أوقات معالجة طويلة واستخدام مذيبات عضوية قد تنطوي على مخاطر بيئية وصحية. خلال العقد الماضي، حلّ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية محل تقنيات الاستخلاص التقليدية، مثل النقع والاستخلاص بجهاز سوكسلت والاستخلاص بالمذيبات، لأن المعالجة بالموجات فوق الصوتية أكثر كفاءة وأسرع وأكثر فعالية وأقل ضررًا بالبيئة. وإلى جانب هذه المزايا للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، تتيح هذه التقنية استخدام المذيب الذي تختاره. ويمكن لأجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التعامل حتى مع الغليسرين النباتي النقي كمذيب.
مجانس بالموجات فوق الصوتية UP400ST للاستخلاص من الأعشاب باستخدام الغليسرين كمذيب.
كيف تعمل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار المستخدمة للاستخلاص؟
تستخدم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المخصصة للاستخلاص من النباتات قدرة الموجات فوق الصوتية الشديدة. وتنتقل الموجات فوق الصوتية عالية الشدة عبر المسبار فوق الصوتي إلى المذيب، حيث تتكون فقاعات تجويف عديدة. ويؤدي التكوّن والانهيار السريعان لفقاعات التجويف المجهرية إلى توليد قوى القص والتحريك الشديد ودرجات حرارة وضغوط مرتفعة موضعيًا. وتعمل هذه القوى الميكانيكية الصوتية على تفكيك جدران الخلايا بفعالية وتسهيل إطلاق المركبات داخل الخلايا. وتوفر تقنية الاستخلاص المعززة بالموجات فوق الصوتية هذه مزايا عديدة، تشمل تقليل أوقات الاستخلاص وزيادة المردود والقدرة على معالجة المواد الحساسة للحرارة دون تحلل ملحوظ.
الغليسرين النباتي كمذيب للاستخلاص
الغليسرين النباتي سائل عديم اللون والرائحة ولزج مشتق من الزيوت النباتية، وهو معروف على نطاق واسع بخصائصه كمذيب. وهو غير سام وقابل للتحلل الحيوي، ويتمتع بقدرة ممتازة على إذابة طيف واسع من المركبات العضوية. ويوفر الغليسرين النباتي، بوصفه مذيبًا، مزايا عديدة مقارنة بالمذيبات العضوية التقليدية:
- السلامة والأثر البيئي: الغليسرين غير سام وغير ضار بالبيئة، مما يجعله خيارًا مفضّلًا لتطبيقات الكيمياء الخضراء.
- الجودة الغذائية والدوائية: يتوفر الغليسرين النباتي بجودة مناسبة للاستخدام الغذائي والدوائي. ونظرًا إلى خلوه من الكحول وقابليته للأكل ومذاقه الحلو، يُعد الغليسرين مذيبًا مرغوبًا للمستخلصات المخصصة للأغذية والمستحضرات الصيدلانية. وفي مستحضرات التجميل، يُعد الغليسرين مذيبًا يحظى بالتقدير بفضل خصائصه المطرّية.
- الذوبانية: يمكنه إذابة المواد المحبة للماء والكارهة للماء على حد سواء، مما يوسّع نطاق المركبات القابلة للاستخلاص.
- الثبات: الغليسرين ثابت كيميائيًا، مما يساعد على الحفاظ على سلامة المركبات الحساسة أثناء الاستخلاص.
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UIP1000hdT للاستخلاص من النباتات.
البروتوكول: الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من أوراق الأعشاب إلى الغليسرين
في هذا البروتوكول، نرشدك إلى خطوات استخلاص المركبات النشطة حيويًا من أوراق الأعشاب إلى الغليسرين النقي باستخدام الموجات فوق الصوتية. ويمكنك مشاهدة الفيديو التكميلي أعلاه للحصول على تصور مرئي لعملية الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية.
تحتاج إلى:
- أعشاب طازجة أو مجففة
- غليسرين نباتي بتركيز 100%
- جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار، مثل UP400St المزود بسونوترود S24d22L2D
- كأس زجاجي
- زجاجة من الزجاج الداكن للتخزين
تعليمات خطوة بخطوة
- قطّع أوراق الأعشاب إلى قطع صغيرة (حوالي 5x5mm).
- ضع أوراق الأعشاب في الكأس الزجاجي.
- أضف الغليسرين. ويمكنك ترك الأعشاب تنقع لبضع دقائق.
- أدخل مسبار جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية في الكأس. ضع المسبار في مركز الكأس وتأكد من أن السونوترود لا يلامس جدران الوعاء.
- اضبط السعة على 100% وابدأ المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
- راقب درجة الحرارة باستخدام مستشعر درجة الحرارة المرفق مع UP400St.
- عندما ترتفع درجة الحرارة فوق الدرجة التي لا تريد تجاوزها، يمكنك إيقاف جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية مؤقتًا للسماح لمعلّق الغليسرين بأن يبرد. ويمكنك ضبط حد لدرجة الحرارة في قائمة UP400St. ويمكنك أيضًا وضع الكأس الزجاجي في حمّام ثلجي.
- عالج بالموجات فوق الصوتية حتى يبلغ إجمالي الطاقة المدخلة حوالي 200–250 Ws/g. (يمكنك ضبط الطاقة المدخلة المستهدفة في قائمة UP400ST وجميع أجهزة Hielscher الرقمية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية.)
- بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية، أزل المادة النباتية المستنفدة من الغليسرين بالترشيح. ويمكنك استخدام مصفاة أو ورق ترشيح أو قماش تصفية الجبن. ولتسهيل ترشيح الغليسرين اللزج، استخدم الترشيح بالتفريغ.
استكشاف المشكلات وحلها ونصائح:
كلما كان الغليسرين أبرد، ازدادت لزوجته. وتتطلب السوائل شديدة اللزوجة جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية أعلى قدرة. ويتعامل جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St بقدرة 400 watts بكفاءة عالية مع الغليسرين بتركيز 100% في درجة حرارة الغرفة. وإذا كنت تستخدم جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية أقل قدرة، فيمكنك استخدام مزيج من الغليسرين والماء (مثل 50:50 %v/v).
بالنسبة إلى الغليسرين البارد، يُعد جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية صناعي، مثل معالج الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT بقدرة 1000 watts، مثاليًا لمعالجة المذيبات شديدة اللزوجة.
البروتوكول: استخلاص المركبات الكيميائية النباتية من جذر الجنطيانا
يتجلى التطبيق العملي لمخاليط الغليسرين والماء في الاستخلاص من النباتات بالموجات فوق الصوتية في عزل المركبات الكيميائية النباتية، مثل الأماروجنتين، من جذر الجنطيانا في غليسرين بتركيز 50% باستخدام جهاز Hielscher UP200Ht للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويحتوي جذر الجنطيانا على مركبات نكهة مُكسِبة للمرارة تحظى بالاهتمام في صناعة الأغذية والمشروبات، وكذلك في الطب التقليدي.
تبلغ قيمة مرارة الأماروجنتين 58,000,000، ويوجد بتركيز 0.15% في جذر الجنطيانا. وتتميز مرارة الجنطيانا بنكهة نقية. ونظرًا إلى فعاليتها العالية، تحظى المركبات المُكسِبة للمرارة في جذر الجنطيانا بالتقدير بوصفها مركبات نكهة قوية.
تعليمات خطوة بخطوة لاستخلاص جذر الجنطيانا بالموجات فوق الصوتية باستخدام الغليسرين كمذيب
يؤدي استخدام مزيج من الغليسرين والماء مع جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالي الأداء UP200Ht إلى مردود مرتفع من المركبات الكيميائية النباتية المستخلصة. وتضمن الظروف اللطيفة للغليسرين بقاء المركبات الحساسة ثابتة طوال العملية.
يوفر الغليسرين ومخاليطه مع الماء أو الإيثانول خيارات متنوعة من المذيبات للاستخلاص من النباتات بالموجات فوق الصوتية. وعلى الرغم من التحديات التي تفرضها لزوجة الغليسرين العالية، تستطيع معدات المعالجة بالموجات فوق الصوتية المتقدمة، مثل Hielscher UP200Ht، التعامل بفعالية مع هذه المذيبات، مما يضمن استخلاصًا كفؤًا للمركبات الكيميائية النباتية القيّمة. وتجعل القدرة على تكييف تركيب المذيب والاستفادة من قدرة الموجات فوق الصوتية الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية تقنية قوية لعزل المركبات النشطة حيويًا من المواد النباتية.
الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية في الغليسرين
يمثل الجمع بين أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار والغليسرين النباتي كمذيب نهجًا قويًا للاستخلاص. وتُعزز التأثيرات الميكانيكية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية انتقال الكتلة، مما يحسّن كفاءة الغليسرين في إذابة المركبات المستهدفة. ويكون هذا الجمع فعالًا بوجه خاص في استخلاص المركبات النشطة حيويًا من المواد النباتية، مثل البوليفينولات والقلويدات والزيوت العطرية.
تطبيقات الاستخلاص من النباتات بالموجات فوق الصوتية في الغليسرين
لهذه التقنية في الاستخلاص تطبيقات واعدة في مجالات متنوعة:
- المستحضرات الصيدلانية: عزل المواد الصيدلانية الفعالة من النباتات الطبية.
- صناعة الأغذية: استخلاص النكهات والألوان ومضادات الأكسدة الطبيعية.
- مستحضرات التجميل: إنتاج مركبات نشطة حيويًا لمنتجات العناية بالبشرة والتجميل.
- المذيبات اليوتكتية العميقة نظرًا إلى انخفاض التكلفة ووفرة التوافر والطبيعة غير السامة وعدم القابلية للاشتعال وعدم التطاير، يُعد الغليسرول والمذيبات اليوتكتية العميقة القائمة عليه مثالية لاستخلاص البوليفينولات بالموجات فوق الصوتية، مما يوفر حلًا عالي الاستدامة.
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- الموثوقية والمتانة
- تحكم دقيق وقابل للضبط في العملية
- المعالجة على دفعات وضمن خط الإنتاج
- لأي حجم
- برمجيات ذكية
- ميزات ذكية (مثل قابلية البرمجة وتسجيل البيانات والتحكم عن بُعد)
- سهولة التشغيل وسلامته
- احتياجات صيانة منخفضة
- CIP (التنظيف في المكان)
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة مصنوعة في ألمانيا
تشتهر أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بأعلى معايير الجودة والتصميم. وتتيح المتانة وسهولة التشغيل دمج أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسلاسة في المنشآت الصناعية. وتتعامل أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات ذات المتطلبات العالية.
Hielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO، وتولي اهتمامًا خاصًا لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية مع CE وتستوفي متطلبات UL وCSA وRoHs.
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على السعة التقريبية للمعالجة لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150L | 3 إلى 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصل معنا! / اسألنا!
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية MSR-4 مزود بمسابير فوق صوتية بتكوين 4x 4kW (بقدرة إجمالية للموجات فوق الصوتية تبلغ 16kW) للاستخلاص الصناعي للمركبات النشطة حيويًا.
المؤلفات / المراجع
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.
- Jamshaid, S., Ahmed, D. & Aydar, A. Y. (2022): Ultrasound-assisted extraction optimization of polyphenols, flavonoids, and antioxidant compounds from fruit of Melia azedarach using a glycerol-based green deep eutectic solvent. Journal of Food Processing and Preservation, 46, e16657.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
حقائق جديرة بالمعرفة عن الغليسرين
ما الغليسرين؟ الغليسرين، المعروف أيضًا بالغليسرول، كحول ثلاثي الهيدروكسيل ذو ذوبانية عالية في الماء وقدرة على استرطاب الرطوبة. وهذا يجعله مذيبًا متعدد الاستخدامات في تطبيقات متنوعة. وتبلغ لزوجة الغليسرين النباتي حوالي 1400 centipoise عند 20ºC. والغليسرين غير سام وقابل للتحلل الحيوي وإعادة التدوير. ويُنتج من مصادر متجددة، مما يجعله مذيبًا صديقًا للبيئة. ونظرًا إلى انخفاض تكلفته ووفرة توافره، يُستخدم الغليسرين على نطاق واسع في صناعات متنوعة. ويجعل عدم قابليته للاشتعال وعدم تطايره التعامل معه وتخزينه آمنين.
يذوب الغليسرين في الماء والإيثانول والميثانول، مما يوسّع نطاق استخدامه كمذيب في العمليات الكيميائية المختلفة.
في أي تطبيقات يُستخدم الغليسرين كمذيب؟
يحظى الغليسرين بالتقدير لتطبيقاته المتنوعة في صناعتي الأغذية ومستحضرات التجميل. ويُعد استخدام الغليسرين كمذيب أحد تطبيقاته البارزة، لما يوفره من خصائص كيميائية وتنوع كبير في الاستخدام كمذيب.
في مستحضرات التجميل والطب: في مستحضرات التجميل والطب، يُستخدم الغليسرين عادةً كمادة مطرّية في تركيبات الكريمات والهلام. ويعمل كمذيب للعديد من المواد ضعيفة الذوبان، مما يعزز توافرها الحيوي. وتنبع فعالية الغليسرين في هذه التطبيقات من طبيعته الكيميائية بوصفه كحولًا ثلاثي الهيدروكسيل، مما يمنحه ذوبانية عالية في الماء وقدرة على استرطاب الرطوبة.
في الأغذية والمشروبات: يؤدي الغليسرين أدوارًا متعددة في صناعة الأغذية والمشروبات. فهو يعمل كمادة حافظة للرطوبة ومذيب ومُحلٍّ، ويسهم في حفظ الأغذية. ويُستخدم أيضًا كمادة مالئة في الأغذية منخفضة الدهون المُعدّة تجاريًا، مثل البسكويت، وكعامل تثخين في المشروبات الكحولية الحلوة.
خصائص البوليول: الغليسرين بوليول (كحول سكري) معروف بأنه غير سام وقابل للتحلل الحيوي وإعادة التدوير. ويُنتج من مصادر متجددة ويعمل كمذيب قطبي بروتوني بفضل بنيته ككحول ثلاثي الهيدروكسيل. وهذا يجعله شديد المحبة للماء وقابلًا للذوبان في الماء والإيثانول والميثانول.
مذيب مساعد للاستخلاص بالماء: الغليسرين مذيب مساعد فعال لعمليات الاستخلاص بالماء، ويتميز خصوصًا بفعاليته في الحصول على مستخلصات البوليفينولات.
ما دور الغليسرين في الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية؟
الغليسرين، المعروف أيضًا بالغليسرول، سائل عديم اللون والرائحة ولزج يُستخدم على نطاق واسع كمذيب في عمليات الاستخلاص من النباتات. وتجعله خصائصه الفريدة مناسبًا بوجه خاص لاستخلاص المركبات الكيميائية النباتية الحساسة التي قد تتحلل في ظروف أشد قسوة. وتجعل قدرة الغليسرين على الحفاظ على سلامة المركبات النشطة حيويًا، إلى جانب طبيعته غير السامة وقابليته للتحلل الحيوي، منه مذيبًا جذابًا للصناعات الصيدلانية والتجميلية والغذائية. ومع أن الغليسرين النقي يُستخدم غالبًا كمذيب للاستخلاص، فإنه يُمزج أيضًا بالماء أو الإيثانول بنسب متفاوتة.
مخاليط الغليسرين والماء: يقلل مزج الغليسرين بالماء من لزوجة المحلول، مما يعزز كفاءة التجويف فيه أثناء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية. وقد يتكون المزيج المعتاد من 50% غليسرين و50% ماء، بما يوازن بين اللزوجة وفعالية المذيب. ويكون هذا المزيج فعالًا بوجه خاص في استخلاص مركبات مثل المواد المُكسِبة للمرارة من جذر الجنطيانا، كما يتضح في عمليات المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
مخاليط الغليسرين والإيثانول: تؤدي إضافة الإيثانول إلى الغليسرين إلى تكوين مزيج مذيبات أقل لزوجة وذي خصائص محسّنة كمذيب. ويساعد الإيثانول، بوصفه مذيبًا جيدًا للعديد من المركبات الكيميائية النباتية، على استخلاص المركبات بكفاءة أعلى، بينما يضمن مكوّن الغليسرين ثبات المستخلص النهائي وتوافقه الحيوي.
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء بأحجام تتراوح من الحجم المخبري إلى الحجم الصناعي.