مذيبات الاستخلاص من النباتات بالموجات فوق الصوتية

• يتميز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بالعديد من المزايا، مثل المردود المرتفع، ومعدلات الاستخلاص السريعة، والملاءمة البيئية، وانخفاض استهلاك الطاقة.
• من أبرز المزايا استخدام الماء وسطًا للاستخلاص. ومع ذلك، يمكن استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع أنظمة مذيبات متنوعة لتحقيق نتائج متفوقة للمستخلص المستهدف.
• يُختار المذيب الأمثل لاستخلاص المركبات النباتية النشطة حيويًا بالموجات فوق الصوتية بناءً على المادة الخام.

الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

من المعروف أن الموجات فوق الصوتية تفكك البنى الخلوية وتحسّن انتقال الكتلة، مما يزيد قابلية استخلاص المركبات الحيوية (مثل المركبات الفينولية والكاروتينويدات).
نظرًا إلى أن التأثيرات الميكانيكية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تعزز عملية الاستخلاص بدرجة كبيرة بفضل تحسين انتقال الكتلة، فإن استخدام المذيبات العضوية غالبًا ما يكون غير ضروري. وهذا يعني أن الماء غالبًا ما يكون وسطًا كافيًا للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، وله العديد من المزايا، مثل انخفاض تكلفته، وعدم خطورته، وسهولة توافره، وملاءمته البيئية.
ومع ذلك، قد تتحقق أفضل النتائج لبعض المركبات النشطة حيويًا باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بالاقتران مع مذيب متطاير.
لاختيار المذيب المناسب، يجب مراعاة المادة الخام (مثل المادة النباتية الطازجة أو المجففة، أو المنقوعة/المطحونة، أو المسحوقة) والمواد المستهدفة (مثل المواد المحبة للدهون أو المحبة للماء).
 

يسرد الجدول التالي عدة مذيبات معروفة وراسخة الاستخدام في الاستخلاص، وتُستخدم للاستخلاص من المواد النباتية بالموجات فوق الصوتية.

تفكك الموجات فوق الصوتية القوية المصفوفة الخلوية للبنى البيولوجية وتحرر المركبات النشطة حيويًا. ويزداد انتقال الكتلة بين المادة النباتية والمذيب. وبفضل هذه الآليات، يكون الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالي الكفاءة في الاستخلاص النباتي.

أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية للاستخلاص

من أجهزة الموجات فوق الصوتية المختبرية والمكتبية إلى أنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل – تُعد Hielscher Ultrasonics شريكك ذا الخبرة الطويلة عندما يتعلق الأمر بأجهزة موجات فوق صوتية قوية وموثوقة لعمليات استخلاص ناجحة.
تُستخدم أنظمتنا للموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في مختبرات الكيمياء الحيوية ومصانع إنتاج الأدوية. ويمكن تعقيم السونوترودات والمفاعلات فوق الصوتية بالأوتوكلاف، وهي تستوفي معايير إنتاج الأدوية.

يمكن لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية الصناعية من Hielscher توفير سعات اهتزاز عالية جدًا لتفكيك المصفوفات الخلوية وتحرير المواد المستهدفة. ويمكن التشغيل المستمر بسهولة بسعات تصل إلى 200µm على مدار 24/7. وتضمن قوة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher ومتانتها مردودًا مرتفعًا، ومعدلات استخلاص سريعة، واستخلاصًا أكثر اكتمالًا – متفوقةً على عمليات الاستخلاص التقليدية.
يمكن دمج معالجاتنا بالموجات فوق الصوتية مع طرق الاستخلاص التقليدية، مثل الاستخلاص بطريقة سوكسليت أو الاستخلاص باستخدام CO2 فوق الحرج. ويمكن بسهولة دمجها في خطوط الإنتاج القائمة.

المؤلفات / المراجع

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• 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.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.

حقائق جديرة بالمعرفة

الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بواسطة التجويف

تولّد الموجات فوق الصوتية الشديدة التجويف الصوتي في السوائل. وتكسر قوى القص الناتجة عن التجويف جدار الخلية وأغشيتها، مما يحرر المواد الموجودة داخل الخلايا. ويحقق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تغلغلًا أكبر للمذيب في النسيج النباتي ويحسّن انتقال الكتلة. وبذلك، يعزز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عملية الاستخلاص بدرجة كبيرة، مما يؤدي إلى مردود أعلى، ومعدلات استخلاص أسرع، واستخلاص أكثر اكتمالًا.

أنظمة المذيبات

تتوفر أنظمة مذيبات متنوعة لاستخلاص المركبات النشطة حيويًا من المواد النباتية. ولاستخلاص المركبات المحبة للماء، تُختار غالبًا المذيبات القطبية، مثل الميثانول أو الإيثانول أو أسيتات الإيثيل، بينما تُفضَّل أنظمة المذيبات، مثل ثنائي كلورو الميثان أو ثنائي كلورو الميثان/الميثانول (v/v 1:1)، لاستخلاص المركبات المحبة للدهون (مثل الدهون). وغالبًا ما يُستخدم الهكسان مذيبًا لاستخلاص الكلوروفيل.

ما المركبات النشطة حيويًا؟

تُعرَّف المركبات النشطة حيويًا أو المواد الكيميائية النباتية بأنها مواد تؤثر في الكائنات الحية أو الأنسجة أو الخلايا. وتشمل المواد النشطة بيولوجيًا المضادات الحيوية والإنزيمات والفيتامينات. ويمكن استخلاص المواد النشطة حيويًا، مثل الكاروتينويدات ومتعددات الفينول، من الفواكه والأوراق والخضروات مثلًا، بينما توجد الفيتوستيرولات في الزيوت النباتية.
تشمل المركبات النشطة حيويًا المشتقة من النباتات الفلافونويدات والكافيين والكاروتينويدات والكولين وثنائيات الثيول ثيون والفيتوستيرولات وعديدات السكاريد والإستروجينات النباتية والغلوكوسينولات ومتعددات الفينول والأنثوسيانينات. وتُقدَّر قيمة العديد من المواد النشطة حيويًا لعملها بوصفها مضادات للأكسدة، ولذلك تُعد مفيدة للصحة.

كيف أختار أفضل مذيب للاستخلاص؟

تساعدك الإرشادات التالية على اختيار مذيب مناسب للاستخلاص النباتي بالموجات فوق الصوتية. ونظرًا إلى أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تتوافق مع أي مذيب قياسي، يمكنك اختيار المذيب الأنسب للمادة الخام النباتية لديك، والمواد الكيميائية النباتية المستهدفة، والكفاءة من حيث التكلفة.

• الانتقائية: اختر مذيبًا يذيب المركبات المرغوبة تحديدًا، مع إبقاء المكونات غير المرغوبة دون إذابة. على سبيل المثال، استخدم الإيثانول للمركبات القطبية، مثل القلويدات والفلافونويدات.
• الذوبانية: استنادًا إلى مبدأ «الشبيه يذيب شبيهه»، اختر مذيبًا ذا قطبية مشابهة لقطبية المادة المذابة. تذيب المذيبات القطبية (مثل الماء والإيثانول) المركبات القطبية، بينما تذيب المذيبات غير القطبية (مثل الهكسان) المركبات غير القطبية، مثل الدهون والزيوت.
• التكلفة: ضع في الاعتبار فعالية المذيب من حيث التكلفة. فقد تكون بعض المذيبات أعلى تكلفة، لكنها توفر مردودًا أعلى أو انتقائية أفضل، مما يوازن التكلفة الإجمالية للاستخلاص.
• السلامة: تأكد من أن المذيب آمن للاستخدام والتداول. وتشمل العوامل السمية وقابلية الاشتعال والأثر البيئي. فعلى سبيل المثال، يُعد الماء والإيثانول خيارين أكثر أمانًا مقارنةً بالكلوروفورم أو التولوين.

القطبية واختيار المذيب
وفقًا لقانون التشابه والامتزاج المتبادل، يُرجَّح أن تؤدي المذيبات ذات قيمة القطبية القريبة من قطبية المادة المذابة أداءً أفضل. وفيما يلي بعض الأمثلة:

• المذيبات القطبية: الماء، الإيثانول، الميثانول – تُستخدم لاستخلاص المركبات القطبية، مثل القلويدات والفلافونويدات والغليكوسيدات والبروتينات.
• المذيبات متوسطة القطبية: الأسيتون، أسيتات الإيثيل، الأيزوبروبانول – مناسبة لاستخلاص طيف واسع من المركبات، بما فيها المركبات الفينولية وبعض القلويدات.
• المذيبات غير القطبية: الهكسان، التولوين، الإيثر البترولي – مثالية لاستخلاص المركبات غير القطبية، مثل الدهون والشموع والتربينات والزيوت العطرية.

أمثلة على استخدام المذيبات

• الإيثانول: أحد أكثر المذيبات شيوعًا للاستخلاص النباتي. وبصفته مذيبًا قطبيًا، يذيب الإيثانول المركبات القطبية، مثل القلويدات والفلافونويدات.
• الماء: المذيب العام، الذي يُستخدم غالبًا لاستخلاص المركبات المحبة للماء، مثل عديدات السكاريد والبروتينات وبعض الغليكوسيدات.
• الميثانول: مذيب عالي القطبية فعّال في استخلاص طيف واسع من المركبات النباتية، بما فيها المركبات الفينولية والفلافونويدات وبعض القلويدات.
• الهكسان: مذيب غير قطبي يُستخدم أساسًا لاستخلاص المركبات غير القطبية، مثل الدهون والشموع والزيوت العطرية.
• الأسيتون: الأسيتون مذيب قطبي لابروتوني فعّال في استخلاص طيف واسع من المركبات النباتية، ولا سيما المركبات الأقل قطبية من تلك التي تُستخلص بالماء أو الميثانول.
• الأيزوبروبانول: مذيب قطبي مشابه للإيثانول، يُستخدم عادةً لاستخلاص الزيوت العطرية والراتنجات وبعض القلويدات.
• الكلوروفورم: مذيب غير قطبي فعّال في استخلاص القلويدات والتربينويدات وبعض الغليكوسيدات. وهو أقل شيوعًا في الاستخدام بسبب سميته.
• أسيتات الإيثيل: مذيب متوسط القطبية يُستخدم لاستخلاص مجموعة من المركبات، بما فيها الفلافونويدات والقلويدات والمركبات الفينولية.
• التولوين: مذيب غير قطبي يُستخدم لاستخلاص المركبات غير القطبية، مثل الزيوت العطرية والتربينات والشموع.
• البيوتانول: مذيب متوسط القطبية فعّال في استخلاص المركبات متوسطة القطبية، بما فيها بعض الغليكوسيدات والصابونينات.
• الإيثر البترولي: مذيب غير قطبي يُستخدم أساسًا لاستخلاص الدهون والزيوت وغيرها من المركبات غير القطبية من المواد النباتية.

اختُبرت المذيبات التالية في دراسات بحثية تناولت الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لمواد نباتية ومواد كيميائية نباتية محددة.

ما المذيبات العضوية؟

المذيب العضوي نوع من المركبات العضوية المتطايرة (VOC). والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) مواد كيميائية عضوية تتبخر عند درجة حرارة الغرفة.
تشمل المركبات العضوية المستخدمة بوصفها مذيبات ما يلي:

• المركبات العطرية، مثل البنزين والتولوين
• الكحولات، مثل الميثانول
• الإسترات والإيثرات
• الكيتونات، مثل الأسيتون
• الأمينات
• الهيدروكربونات المنترتة والمهلجنة

تُصنَّف العديد من المذيبات العضوية على أنها سامة أو مسرطنة. وفي حال تداولها بطريقة غير صحيحة، يمكن أن تشكل خطرًا على البشر وأن تلوث الهواء والماء والتربة. وبفضل الآلية القوية للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، يمكن تجنب استخدام المذيبات العضوية باستبدالها بمذيبات ألطف وغير سامة.