Ултразвукова екстракция с дълбоки евтектични разтворители

Дълбоките евтектични разтворители (DES) и природните дълбоки евтектични разтворители (NADES) са мощни, регулируеми и екологични екстракционни среди за растителни суровини, храни, нутрацевтици, козметика и фармацевтични съставки. Ултразвуковите апарати със сонда на Hielscher интензифицират екстракцията с DES, като ускоряват масообмена, разрушават структурите на растителните клетки и подобряват проникването на разтворителя – дори при работа с вискозни разтворителни системи като NADES на основата на глицерол.

Независимо дали изпитвате състави на разтворители в лабораторията, оптимизирате параметрите на екстракция за конкретно фитохимично съединение или увеличавате мащаба до непрекъснато производство в поточна линия, ултразвуковите екстрактори на Hielscher осигуряват възпроизводим контрол на амплитудата, надеждна работа 24/7 и мащабируема обработка от милилитри до промишлени дебити.

Защо производителите на екстракти избират Hielscher за екстракция с DES

• По-висока ефективност на екстракция на полифеноли, флавоноиди, канабиноиди, терпени, антоцианини и други биоактивни съединения
• По-бърза екстракция в сравнение с конвенционалната мацерация и екстракцията с разтворител в резервоар с разбъркване
• Съвместимост с DES, NADES, глицерин, вода, етанол и смесени разтворителни системи
• Ефективна обработка на разтворители с висок вискозитет чрез ултразвукова обработка със сонда при висока амплитуда
• Конфигурации за партидна обработка, рециркулация и непрекъсната проточна обработка
• Прецизен контрол на амплитудата, вложената енергия, температурата и времето на процеса
• Лесно увеличаване на мащаба от изпитвания за приложимост до пилотно и пълномащабно промишлено производство

Защо ултразвуковата обработка подобрява екстракцията с DES и NADES

Ултразвуковата екстракция със сонда с използване на дълбоки евтектични разтворители и природни дълбоки евтектични разтворители може да предложи няколко предимства при извличането на биоактивни съединения. Едно от основните предимства е повишената ефективност на екстракция на фенолни съединения и други фитохимични съединения от природни източници. Дълбоките евтектични разтворители са известни с високата си ефективност на екстракция, която може да бъде допълнително повишена чрез екстракция, подпомагана от ултразвук. Поради нетоксичността си те са отличен избор на разтворител за фармацевтични и хранителни продукти. Това прави ултразвуковата екстракция с дълбоки евтектични разтворители екологичен и устойчив метод за извличане на биоактивни съединения. Научно е доказано, че синергичното използване на ултразвукова обработка с дълбоки евтектични разтворители води до по-високи добиви на различни биоактивни съединения. Като цяло ултразвуковата екстракция със сонда с използване на дълбоки евтектични разтворители и природни дълбоки евтектични разтворители осигурява по-ефективен и екологичен подход към извличането на биоактивни съединения.

Ултразвукова екстракция на антоцианини с DES

Антоцианините са ценни природни пигменти и антиоксиданти, съдържащи се в черни моркови, ягодоплодни плодове, грозде, лилава царевица и други растителни материали. Дълбоките евтектични разтворители са подходящи за екстракция на антоцианини, защото тяхната мрежа от водородни връзки може да се регулира така, че да съответства на изискванията за полярност и стабилност на тези оцветяващи съединения. При комбиниране с ултразвукова обработка със сонда екстракцията с DES става значително по-ефективна: ултразвуковата кавитация разрушава структурите на растителните клетки, подобрява проникването на разтворителя и ускорява освобождаването на антоцианини в екстракционната среда. Проучване на антоцианините в черни моркови с използване на ултразвуковия апарат UP400St показва, че DES на основата на холинов хлорид, особено в комбинация с екстракция, подпомагана от ултразвук, могат да осигурят устойчива и ефективна алтернатива на конвенционалната екстракция с подкиселен етанол или метанол. (вж. Türker et al., 2021)

Ултразвукова екстракция на полифеноли с DES

Полифенолите, включително флавоноидите, фенолните киселини и сродните антиоксидантни съединения, са важни целеви молекули при екстракция за растителни, хранителни, нутрацевтични и козметични продукти. Дълбоките евтектични разтворители на основата на глицерол са особено привлекателни за извличане на полифеноли, защото тяхната полярност и способност за образуване на водородни връзки подпомагат солюбилизацията на фенолните съединения. Ултразвукът, прилаган чрез сонда, допълнително интензифицира процеса, като увеличава масообмена, съкращава времето за екстракция и подобрява контакта между DES и растителната матрица.
В научно изследване е използван DES от глицерол и амониев ацетат при екстракция, подпомагана от ултразвук, с оптимизирани параметри като температура, концентрация на DES и ултразвукова амплитуда. Резултатът показва, че ултразвуковата екстракция с DES позволява ефективно извличане на общи феноли, флавоноиди и антиоксидантна активност от плодовете на Melia azedarach, демонстрирайки потенциала на ултразвуковата екстракция с DES като екологичен метод за екстракция при промишлена обработка на растителни суровини. (вж. Jamshed et al., 2022)

Какво представляват дълбоките евтектични разтворители (DES)?

Дълбоките евтектични разтворители (DESs) са смеси от поне един акцептор на водородни връзки (HBA) и един донор на водородни връзки (HBD), включително карбоксилни киселини и други възобновяеми съединения. Според Cai et al. (2019) „силното взаимодействие чрез водородни връзки между HBA и HBD е най-важният фактор за образуването на DESs.“ [Cai et al. 2019]
Като донори на водородни връзки често се използват съединения като захари, аминокиселини, карбоксилни киселини (напр. бензоена киселина, лимонена киселина, янтарна киселина) или амини (напр. урея, бензамид). Потенциалът за химично взаимодействие на донорите на водородни връзки е основният фактор, допринасящ за образуването и ефективността на дълбоките евтектични разтворители. Халогенидни соли като холинов хлорид или цинков хлорид също могат да се използват в съчетание с донорите на водородни връзки. Други дълбоки евтектични разтворители на основата на холинов хлорид се образуват с малонова киселина, фенол или глицерин. В резултат на силните взаимодействия чрез водородни връзки температурата на топене на дълбоките евтектични разтворители е значително по-ниска в сравнение с тази на отделните им компоненти. За разлика от конвенционалните разтворители (напр. етанол, метанол, хексан, бутан и др.) дълбоките евтектични разтворители са нелетливи, което означава, че имат много ниско парно налягане и поради това са трудно запалими. Токсичността на дълбоките евтектични разтворители е ниска, биоразградимостта им е висока, а необходимите прекурсори са евтини, леснодостъпни и налични в изобилие, както и възобновяеми.
Природните дълбоки евтектични разтворители (NADES) са още по-екологични, тъй като всички прекурсори се получават от природни източници. Дълбоките евтектични разтворители предлагат и регулируема разтваряща способност в зависимост от химичните свойства на разтвореното вещество и химичните видове, използвани за създаване на дълбоките евтектични разтворители. Някои природни дълбоки евтектични разтворители имат висок вискозитет и поради това не са много подходящи за партидна екстракция. Въпреки това природните дълбоки евтектични разтворители с по-висок вискозитет могат успешно да се използват като разтворители при ултразвукова проточна екстракция.

Таблицата по-долу показва няколко примерни състава на природни дълбоки евтектични разтворители (NADES) за извличане на фитохимични съединения:

Как работи ултразвуковата екстракция с дълбоки евтектични разтворители?

Ултразвуковата екстракция се основава на сономеханичните ефекти на ултразвук с висок интензитет и ниска честота. За подпомагане и интензифициране на извличането на растителни съединения (т.е. биоактивни вещества) чрез ултразвукова обработка мощни ултразвукови вълни се предават чрез ултразвукова сонда (наричана също ултразвуков рог или сонотрод) в течната среда, т.е. суспензията, състояща се от растителната суровина и (природния) дълбок евтектичен разтворител. Ултразвуковите вълни се разпространяват през течността и създават редуващи се цикли на ниско / високо налягане. По време на циклите на ниско налягане се образуват миниатюрни вакуумни мехурчета (т.нар. кавитационни мехурчета), които нарастват в продължение на няколко цикъла на налягането. По време на тези цикли на нарастване на мехурчетата разтворените в течността газове навлизат във вакуумните мехурчета, така че те се превръщат в нарастващи газови мехурчета. След нарастване в продължение на няколко цикъла вакуумните мехурчета достигат определен размер, при който не могат да поглъщат повече енергия, и затова имплодират бурно по време на цикъл на високо налягане. Имплозията на мехурчетата се характеризира с интензивни кавитационни сили, включително много високи температура и налягане, достигащи съответно до 4000K и 1000atm; както и съответни големи разлики в температурата и налягането. Тези генерирани от ултразвука турбулентни потоци и сили на срязване разрушават растителните клетки и освобождават вътреклетъчните биоактивни съединения в (природния) дълбок евтектичен разтворител. Ултразвуковата екстракция отваря клетъчната структура на растителните суровини и интензифицира масообмена между растителния материал и разтворителя. По този начин ултразвуковата обработка повишава ефективността на природните дълбоки евтектични разтворители. Ултразвуковата екстракция с (природни) дълбоки евтектични разтворители води до изключително високи добиви за много кратко време на обработка.

Мощните ултразвукови вълни разрушават клетъчната структура на растителните суровини, освобождават биоактивните съединения и подпомагат масообмена между растителния материал и разтворителя (напр. дълбоки евтектични разтворители).

Комбинацията от ултразвукова екстракция и (природни) дълбоки евтектични разтворители ви дава възможност да съчетаете способността на ултразвука да интензифицира процеса със забележителните солюбилизиращи ефекти и изключителните възможности за проектиране на състава на дълбоките евтектични разтворители. Благодарение на превъзходната ефективност на ултразвуковата екстракция, ултразвуковите апарати се използват успешно и за екстракция с вода.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за мощното приложение на ултразвуковата екстракция с дълбоки евтектични разтворители!

Ултразвукови екстрактори за лабораторна, пилотна и промишлена екстракция с DES

Ултразвуковата екстракция е надеждна технология за обработка, която улеснява и ускорява производството на висококачествени екстракти от различни растителни суровини с използване на всякакъв разтворител. Ултразвуковата екстракция е във висока степен съвместима с (природни) дълбоки евтектични разтворители, които са благоприятен избор поради отличната си разтваряща способност, възможността съставът им да се адаптира към екстракта, устойчивостта, биоразградимостта и екологичността им. Съчетаването на интензификацията на процеса чрез мощен ултразвук с предимствата на (природните) дълбоки евтектични разтворители дава на тази технология за обработка превъзходство на много нива. Портфолиото на Hielscher Ultrasonics обхваща пълната гама от компактни лабораторни ултразвукови апарати до промишлени системи за екстракция. Всички те, разбира се, са подходящи за екстракция с дълбоки евтектични разтворители.
Нашите служители с дългогодишен опит ще ви съдействат от изпитванията за приложимост и оптимизацията на процеса до инсталирането на вашата ултразвукова система на окончателния производствен етап.