Ултразвукова екстракция с дълбокоеутектични разтворители
Дълбоките евтектични разтворители (DES) и естествените дълбоки евтектични разтворители (NADES) са мощни, адаптивни и екологични средства за екстракция на растителни съставки, храни, нутрицевтици, козметика и фармацевтични съставки. Ултразвуковите апарати с сонда на Hielscher усилват екстракцията с DES, като ускоряват масовия пренос, разрушават структурите на растителните клетки и подобряват проникването на разтворителя – дори при работа с вискозни разтворителни системи, като NADES на базата на глицерол.
Независимо дали тествате състави на разтворители в лабораторията, оптимизирате параметрите на екстракция за конкретен фитохимикал или преминавате към непрекъснато производство в производствена линия, ултразвуковите екстрактори на Hielscher осигуряват възпроизводим контрол на амплитудата, надеждна работа 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата и мащабируема обработка – от милилитри до промишлени дебити.
Защо производителите на екстракти избират Hielscher за DES екстракция
- По-висока ефективност при извличането на полифеноли, флавоноиди, канабиноиди, терпени, антоцианини и други биоактивни съединения
- По-бързо извличане в сравнение с конвенционалната мацерация и екстракцията с разтворител в резервоар с бъркалка
- Съвместим с DES, NADES, глицерин, вода, етанол и смесени разтворителни системи
- Ефективна обработка на разтворители с висока вискозитет чрез ултразвукова обработка с сонда с висока амплитуда
- Системи за периодична, рециркулационна и непрекъсната обработка
- Прецизен контрол на амплитудата, подаваната енергия, температурата и продължителността на процеса
- Лесно преминаване от проучване на осъществимостта към пилотно и пълномащабно промишлено производство
Ултразвуковата екстракция с (естествени) дълбоки евтектични разтворители е високоефективен метод за превъзходни ботанически екстракти. Снимката показва ултразвуковия процесор UP400St (400W) с партида 8L за ботаническа екстракция.
Защо ултразвуковата обработка подобрява екстракцията на DES и NADES
Ултразвуковата екстракция тип сонда с помощта на дълбоки евтектични разтворители и естествени дълбоки евтектични разтворители може да предложи няколко предимства за екстракция на биоактивни съединения. Едно от основните предимства е повишената ефективност на екстракция на фенолни съединения и други фитохимикали от естествени източници. Дълбоките евтектични разтворители са известни с висока ефективност на екстракция, която може да бъде подобрена дори чрез ултразвукова екстракция. Поради своята нетоксичност те са чудесен вариант за разтворители за фармацевтични и хранителни продукти. Това прави ултразвуковата екстракция с помощта на дълбоки евтектични разтворители екологичен и устойчив метод за възстановяване на биоактивни съединения. Научно доказано е, че синергетичното използване на ултразвук с дълбоки евтектични разтворители води до по-високи добиви на различни биоактивни съединения. Като цяло ултразвуковата екстракция тип сонда с помощта на дълбоки евтектични разтворители и естествени дълбоки евтектични разтворители осигурява по-ефективен и екологичен подход към екстракцията на биоактивни съединения.
Растителният глицерин е идеален разтворител за екстракция поради своите нетоксични, недразнещи свойства и способността си да запазва стабилността и ефикасността на чувствителните биоактивни съединения. Както чистият глицерин, така и глицерин-водните смеси са полезни разтворители за производството на екстракти за добавки и хранителни добавки, ароматни екстракти, хранителни добавки и козметика.
Растителният глицерин е идеален разтворител за екстракция поради своите нетоксични, недразнещи свойства и способността си да запазва стабилността и ефикасността на чувствителните биоактивни съединения. Както чистият глицерин, така и глицерин-водните смеси са полезни разтворители за производството на екстракти за добавки и хранителни добавки, ароматни екстракти, хранителни добавки и козметика.
Ултразвуково извличане на антоцианини с DES
Антоцианините са ценни естествени пигменти и антиоксиданти, които се срещат в червените моркови, горските плодове, гроздето, лилавата царевица и други растителни материали. Дълбоките евтектични разтворители са изключително подходящи за екстракция на антоцианини, тъй като тяхната мрежа от водородни връзки може да бъде адаптирана, за да отговаря на изискванията за полярност и стабилност на тези пигментни съединения. Когато се комбинира с ултразвукова обработка от тип сонда, екстракцията с DES става значително по-ефективна: ултразвуковата кавитация разрушава растителните клетъчни структури, подобрява проникването на разтворителя и ускорява освобождаването на антоцианини в екстракционната среда. Проучване на антоцианините от черни моркови, използващо ултразвуковата апаратура UP400St, показва, че DES на базата на холин хлорид, особено когато се комбинира с екстракция, подпомагана от ултразвук, може да предостави устойчива и ефективна алтернатива на конвенционалната екстракция с подкиселен етанол или метанол. (вж. Türker et al., 2021)
Ултразвуково извличане на полифеноли с DES
Полифенолите, включително флавоноидите, фенолните киселини и свързаните с тях антиоксидантни съединения, са важни молекули-мишени при екстракцията в ботаническата, хранителната, нутрацевтичната и козметичната промишленост. Дълбоките евтектични разтворители на базата на глицерол са особено привлекателни за извличането на полифеноли, тъй като тяхната полярност и способност за образуване на водородни връзки подпомагат разтворимостта на фенолните съединения. Ултразвукът от тип сонда допълнително усилва процеса, като увеличава масообмена, намалява времето за екстракция и подобрява контакта между DES и растителната матрица.
В едно научно изследване бе използван DES на базата на глицерол и амониев ацетат при екстракция с помощта на ултразвук при оптимизирани параметри като температура, концентрация на DES и амплитуда на ултразвука. Резултатите показаха, че ултразвуковата DES екстракция позволява ефективно извличане на общите феноли, флавоноиди и антиоксидантна активност от плодовете на китайското дърво, което демонстрира потенциала на ултразвуковата екстракция с DES като екологичен метод за промишлена ботаническа преработка. (вж. Jamshed et al., 2022)
- Високоефективен
- бърз процес
- Нетоксичен
- Точно регулируеми според конкретното растение
- Меки условия на обработка
- Режим на партида и поток
- Лесно и безопасно
- Екологичен / биоразградим
- Реципулируем
- Незапалим
- Евтин
- Лесно достъпен
Какво представляват дълбоките евтектични разтворители (DES)?
Дълбоките евтектични разтворители (DES) са смеси от поне един акцептор на водородна връзка (HBA) и един донор на водородна връзка (HBD), включително карбоксилни киселини и други възобновяеми съединения. Според Cai и др. (2019), “Силното водородно свързване между HBA и HBD е най-важният фактор за образуването на DES.” [Cai и др. 2019]
За 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 основните фактори, допринасящи за образуването и ефективността на дълбоките евтектични разтворители. Халогенидните соли като холин хлорид или цинков хлорид също могат да се използват заедно с донорите на водородни връзки. Други дълбоки евтектични разтворители на основата на холин хлорид се образуват с малонова киселина, фенол или глицерин. В резултат на силните водородни връзки точката на топене на дълбоките евтектични разтворители е значително намалена в сравнение с отделните му компоненти. За разлика от конвенционалните разтворители (напр. етанол, метанол, хексан, бутан и др.) Дълбоките евтектични разтворители са нелетливи, което означава, че имат много ниско налягане на парите и поради това са трудно запалими. Токсичността на дълбоките евтектични разтворители е ниска, тяхната биоразградимост е висока, а необходимите прекурсори са евтини, лесно и изобилно достъпни, както и възобновяеми.
Естествените дълбоки евтектични разтворители (NADES) са още по-екологични, тъй като всички прекурсори се доставят от естествени източници. Дълбоките евтектични разтворители също предлагат регулируема платежоспособност въз основа на химията на разтвореното вещество и видовете, използвани за създаване на дълбоки евтектични разтворители. Някои естествени дълбоки евтектични разтворители показват висок вискозитет и поради това не са много подходящи за екстракция на партиди. Въпреки това, естествените дълбоки евтектични разтворители с по-висок вискозитет могат успешно да се прилагат като разтворители при ултразвукова проточна екстракция.
Таблицата по-долу показва няколко примерни състава на естествени дълбоки евтектични разтворители (NADES) за извличане на фитохимикали:
| Състав на NADES | Моларно съотношение |
|---|---|
| Холин хлорид: млечна киселина | 1:2 |
| Холин хлорид: Лимонена киселина: Вода | 1:1:2 |
| Холин хлорид: Ябълчена киселина: Вода | 1:1:2 |
| Холин хлорид: винена киселина | 1:2 |
| Холин хлорид: Глицерол | 1:2 |
| Холин хлорид: 1,2-пропандиол | 1:3 |
| Холин хлорид: Сорбитол | 1:1 |
| Холин хлорид: Глюкоза: Вода | 2:1:1 |
| Холин хлорид: Фруктоза: Вода | 2:1:1 |
| Холин хлорид: Урея | 1:2 |
Индустриален сонатор UIP4000hdT с проточни клетки за непрекъсната екстракция в производствената линия
Как работи ултразвуковата екстракция с дълбоки евтектични разтворители?
Ултразвуковата екстракция се основава на сономеханичните ефекти на високоинтензителен, нискочестотен ултразвук. За да се насърчи и засили извличането на ботанически съединения (т.е. биоактивни вещества) чрез ултразвук, ултразвуковите вълни с висока мощност се свързват чрез ултразвукова сонда (наричана още ултразвуков рог или сонотрод) в течната среда, т.е. суспензията, състояща се от растителната суровина и (естествения) дълбок евтектичен разтворител. Ултразвуковите вълни преминават през течността и създават редуващи се цикли на ниско / високо налягане. По време на цикли с ниско налягане се създават малки вакуумни мехурчета (т.нар. кавитационни мехурчета), които растат в продължение на няколко цикъла на налягане. По време на тези цикли на растеж на мехурчета, разтворените газове в течността навлизат във вакуумния мехур, така че вакуумният мехур се трансформира в растящи газови мехурчета. След като растат в продължение на няколко цикъла, вакуумните мехурчета достигат определен размер, при който не могат да абсорбират повече енергия, така че да имплодират силно по време на цикъл на високо налягане. Имплозията на мехурчето се характеризира с интензивни кавитационни сили, включително много висока температура и налягане, достигащи съответно до 4000K и 1000 atm; както и съответните високи температурни и натискни разлики. Тези ултразвуково генерирани турбуленции и сили на срязване разграждат растителните клетки и освобождават вътреклетъчните биоактивни съединения в (естествения) дълбок евтектичен разтворител. Ултразвуковата екстракция отваря клетъчната структура на растителните продукти и засилва масовия трансфер между растителния материал и разтворителя. По този начин сонацията насърчава ефикасността на естествените дълбоки евтектични разтворители. Ултразвуковата екстракция с (естествени) дълбоки евтектични разтворители води до изключително високи добиви за много кратко време на обработка.
Мощните ултразвукови вълни нарушават клетъчната структура на растителните продукти, освобождават биоактивните съединения и насърчават преноса на маса между растителния материал и разтворителя (напр. дълбоки евтектични разтворители).
Комбинацията от ултразвукова екстракция с (естествени) дълбоки евтектични разтворители ви дава възможност да комбинирате усилващата сила на ултразвука със забележителните разтварящи ефекти и изключителната конструктивност на дълбоките евтектични разтворители. Поради превъзходната ефективност на ултразвуковата екстракция, Ултразвуковите апарати се използват успешно и за извличане на вода.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за мощното приложение за ултразвукова екстракция с помощта на дълбоки евтектични разтворители!
ултразвуков екстрактор UIP2000hdT (2kW) за производство на растителни екстракти
Ултразвукови екстрактори за лабораторна, пилотна и промишлена DES екстракция
Ултразвуковата екстракция е надеждна технология за обработка, която улеснява и ускорява производството на висококачествени екстракти от различни растителни и всякакви разтворители. Ултразвуковата екстракция е силно съвместима с (естествени) дълбоки евтектични разтворители, които са благоприятни поради отличната си разтваряща сила, конструктивността на екстракта, устойчивостта, биоразградимостта и екологичността. Комбинацията от интензификация на процеса на мощен ултразвук с предимствата на (естествените) дълбоки евтектични разтворители дава на тази технологична технология 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.
Нашият дългогодишен опитен персонал ще ви помогне от тестовете за осъществимост и оптимизацията на процеса до инсталирането на вашата ултразвукова система на крайно производствено ниво.
| Обем на извличане | Препоръчан соникатор |
|---|---|
| Разработване на методи, R&D, скрининг | UP100H (100W), UP200Ht (200W), UP400St (400W) |
| Партиди вискозен DES/NADES | UIP500hdT (500W), UIP1000hdT (1000W) |
| Пилотно производство | UIP1000hdT или UIP2000hdT (2000 W) |
| Непрекъсната промишлена екстракция | UIP4000hdT (4000 W), UIP6000hdT (6000 W), UIP16000hdT (16kW) или групи |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Възползвайте се от ултразвуковата екстракция и използвайте ултразвуков инспектор Hielscher за ботаническа екстракция с несравнима ефективност и устойчивост!
Възползвайте се от ултразвуковата екстракция и използвайте ултразвуков инспектор Hielscher за ботаническа екстракция с несравнима ефективност и устойчивост!
Глицеринът (глицеролът) е в състояние да запази целостта на биоактивните съединения, съчетан с неговата нетоксична и биоразградима природа, го прави привлекателен разтворител за фармацевтичната, козметичната и хранително-вкусовата промишленост. В комбинация с меките условия на екстракция на ултразвука, ултразвуковите екстракти от глицерин показват отлично качество и бионаличност. Процесът на ултразвук осигурява най-висока ефективност, което води до високи добиви, намалено време за извличане и ниски разходи за обработка! Използвайте избрания от вас разтворител, постигнете отлични добиви на екстракция и превъзходно качество на екстракта със звуковите уреди на Hielscher!
Често задавани въпроси относно ултразвуковата екстракция с дълбокоеутектични разтворители
Какво представлява ултразвуковата екстракция с дълбоко евтектични разтворители?
Ултразвуковата екстракция с дълбокоевтектични разтворители съчетава ултразвукова обработка със сонда с разтворителни системи от типа DES или NADES. Ултразвуковата сонда подава звукови вълни с висока интензивност в суспензията от растителен материал и разтворител. Получената кавитация разрушава клетъчните структури на растенията, подобрява проникването на разтворителя и ускорява преминаването на биоактивните съединения в дълбокоевтектичния разтворител.
Защо да се използва ултразвук за извличане на DES и NADES?
Ултразвукът подобрява екстракцията чрез DES и NADES, като увеличава масов пренос, съкращава времето за екстракция и спомага разтворителят да достигне по-ефективно до вътреклетъчните съединения. Това е особено полезно при растителни материали, при които целевите съединения са затворени в растителните клетки, влакната или смолистите структури.
Кои съединения могат да бъдат извлечени с DES и NADES чрез ултразвукова обработка?
Ултразвуковата екстракция чрез DES и NADES може да се използва за много биоактивни съединения, включително полифеноли, флавоноиди, антоцианини, терпени, канабиноиди, алкалоиди, антиоксиданти, пигменти, ароматни съединения и други фитохимикали. Съставът на разтворителя трябва да се избере в зависимост от полярността, стабилността и разтворимостта на целевото съединение.
Съвместими ли са дълбоките евтектични разтворители с ултразвуковите екстрактори на Hielscher?
Да. Ултразвуковите апарати с сонда на Hielscher са подходящи за екстракция с дълбокоевтектични разтворители, естествени дълбокоевтектични разтворители, разтворителни системи на базата на глицерин, вода, етанол и много други екстракционни среди. За вискозни DES или NADES системи, мощен соникатор със сонда е особено полезен, тъй като осигурява интензивно смесване, кавитация и масов пренос директно в течността.
Може ли ултразвуковият метод за екстракция DES да се използва с разтворители с висока вискозитет?
Да. Много от DES и NADES формулировките имат по-висока вискозитет от обичайните разтворители. Ултразвуковите процесори на Hielscher са изключително подходящи за вискозни екстракционни среди, тъй като сонотродът подава ултразвук с висока амплитуда директно в сместа от разтворител и материал. При по-големи обеми или при непрекъсната обработка, реакторите с проточно действие могат да подобрят смесването, контрола на температурата и еднородността на процеса.
Подходяща ли е ултразвуковата екстракция с DES за производството на храни, нутрицевтични продукти и козметика?
Да. DES и NADES често се избират за приложения, при които са важни ниската летливост, намалената опасност от разтворителите и възможността за регулиране на ефективността на екстракцията. В зависимост от избраните съставки на разтворителя и нормативните изисквания, ултразвуковата екстракция с DES може да се използва за хранителни съставки, нутрицевтични екстракти, активни съставки за козметика, растителни концентрати и екстракти за научноизследователски цели.
Може ли ултразвуковата екстракция с DES да се приложи в по-голям мащаб?
Да. Ултразвуковата екстракция е силно мащабируема, тъй като същите параметри на процеса – като амплитуда, енергиен приток, време на престой, температура и съотношение твърдо вещество-течност – могат да бъдат пренесени от лабораторни опити към пилотно и промишлено производство. Hielscher доставя ултразвукови екстрактори за малки лабораторни проби, оптимизация на лабораторни маси, пилотни партиди и непрекъсната промишлена екстракция с променлив поток.
Да използвам ли ултразвукова екстракция в партиди или в непрекъснат режим при процесите с DES?
Екстракцията в партиди често е най-подходяща за лабораторни изпитвания, скрининг на формулировки и малки производствени обеми. Ултразвуковата екстракция в производствената линия обикновено се предпочита за пилотно и промишлено производство, тъй като осигурява контролирано време на престой, по-добра възпроизводимост, по-лесно охлаждане и непрекъснат производствен поток. Най-подходящата конфигурация зависи от вискозитета, растителния материал, съотношението на разтворителите, целевото съединение и производствения капацитет.
Как да избера подходящия ултразвуков екстрактор за DES екстракция?
Изборът на подходящ ултразвуков екстрактор зависи от обема на пробата, размера на партидата, дебита, вискозитета на разтворителя, целевото съединение, температурата на екстракция и производствената цел. Малките лабораторни апарати са подходящи за разработване на методи, докато индустриалните ултразвукови апарати от серията UIP се използват за пилотна и производствена екстракция чрез DES. Hielscher може да ви препоръча конфигурация въз основа на вашата суровина, системата от разтворители и необходимата производителност.
Кои технологични параметри са важни при ултразвуковата екстракция с DES?
Сред важните параметри са амплитудата на ултразвука, вложената енергия, времето за екстракция, температурата, съставът на DES или NADES, водното съдържание, съотношението твърдо вещество–течност, размерът на частиците, вискозитетът и дебитът. Тези параметри трябва да бъдат оптимизирани за всеки растителен материал и целево съединение, за да се постигнат висок добив, добро качество на екстракта и възпроизводимо производство.
Литература / Препратки
- Türker, D.A., Doğan, M. (2021): Application of deep eutectic solvents as a green and biodegradable media for extraction of anthocyanin from black carrots. LWT – Food Science and Technology, Volume 138, March 2021.
- Duygu Aslan Türker, Mahmut Doğan (2022): Ultrasound-assisted natural deep eutectic solvent extraction of anthocyanin from black carrots: Optimization, cytotoxicity, in-vitro bioavailability and stability. Food and Bioproducts Processing, Volume 132, 2022. 99-113.
- Sumbal Jamshed, 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.
- Křížek, et al. (2018): Menthol-based Hydrophobic Deep Eutectic Solvents: Towards Greener and Efficient Extraction of Phytocannabinoids. Journal of Cleaner Production, 193, 2018. 391-396.
- Chemat F, et al. (2019): Review of Alternative Solvents for Green Extraction of Food and Natural Products: Panorama, Principles, Applications and Prospects. Molecules, vol.24, no.16, 2019. 3007.
- Lores, H.; Romero, Vanesa; Costas Mora, Isabel; Bendicho, Carlos; Lavilla, Isela (2016): Natural deep eutectic solvents in combination with ultrasonic energy as a green approach for solubilisation of proteins: application to gluten determination by immunoassay. Talanta 2017. 453-459.
- Cai, et al. (2019): Green Extraction of Cannabidiol from Industrial Hemp (Cannabis sativa L.) Using Deep Eutectic Solvents Coupled with Further Enrichment and Recovery by Macroporous Resin. Journal of Molecular Liquids, 2019.
High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.