Разтворители за ултразвукова екстракция от растения

• Ултразвуковата екстракция предлага множество предимства, като високи добиви, висока скорост на екстракция, екологичност и ниска консумация на енергия.
• Едно от най-големите предимства е използването на вода като екстракционна среда. Въпреки това ултразвуковата обработка може да се използва с разнообразни системи от разтворители, за да осигури превъзходни резултати за целевия екстракт.
• Оптималният разтворител за ултразвукова екстракция на растителни биоактивни вещества се избира според суровината.

Ултразвукова екстракция

Добре известно е, че ултразвукът разрушава клетъчните структури и подобрява масопреноса, като по този начин увеличава възможността за извличане на биосъединения (напр. фенолни съединения, каротеноиди).
Тъй като механичните ефекти на ултразвуковата обработка значително подобряват процеса на екстракция чрез подобрения масопренос, използването на органични разтворители често е излишно. Това означава, че при ултразвукова екстракция водата често е достатъчна екстракционна среда, която има множество предимства, като ниска цена, безопасност, лесна достъпност и екологичност.
За определени биоактивни съединения обаче най-добри резултати може да се постигнат чрез ултразвукова екстракция в комбинация с летлив разтворител.
За да се избере правилният разтворител, трябва да се вземат предвид суровината (напр. пресен или изсушен, мацериран/смлян или прахообразен растителен материал) и целевите вещества (напр. липофилни, хидрофилни).
 

В следващата таблица са изброени няколко утвърдени екстракционни разтворителя, които се използват за ултразвукова екстракция от растителен материал.

Мощните ултразвукови вълни разрушават клетъчната матрица на биологичните структури и освобождават биоактивните съединения. Масопреносът между растителния материал и разтворителя се усилва. Благодарение на тези механизми ултразвуковата екстракция е високоефективна за извличане на вещества от растения.

Ултразвукови апарати за екстракция

От лабораторни и настолни ултразвукови устройства до изцяло промишлени системи за ултразвукова екстракция – Hielscher Ultrasonics е вашият партньор с дългогодишен опит, когато става въпрос за мощни и надеждни ултразвукови устройства за успешни екстракционни процеси.
Нашите ултразвукови системи се използват широко в биохимични лаборатории и фармацевтични производствени предприятия. Ултразвуковите сонотроди и реактори могат да се автоклавират и отговарят на стандартите за фармацевтично производство.

Промишлените ултразвукови апарати на Hielscher могат да осигуряват много високи амплитуди, за да разрушават клетъчните матрици и да освобождават целевите вещества. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа в режим 24/7. Мощността и здравината на ултразвуковите апарати на Hielscher осигуряват високи добиви, висока скорост на екстракция и по-пълно извличане – превъзхождайки конвенционалните екстракционни процеси.
Нашите ултразвукови процесори могат да се комбинират с конвенционални методи за екстракция, като екстракция по Сокслет или екстракция със свръхкритичен CO2. Интегрирането в съществуващи производствени линии може да се осъществи лесно.

Литература / Източници

• 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.

Полезни факти

Ултразвукова екстракция чрез кавитация

Интензивните ултразвукови вълни генерират акустична кавитация в течности. Кавитационните сили на срязване разрушават клетъчната стена и мембраните, така че вътреклетъчният материал се освобождава. Ултразвуковата екстракция осигурява по-дълбоко проникване на разтворителя в растителната тъкан и подобрява масопреноса. По този начин ултразвуковата екстракция значително усилва екстракционния процес, което води до по-високи добиви, по-висока скорост на екстракция и по-пълно извличане.

Системи от разтворители

За извличане на биоактивни съединения от растителен материал са налични различни системи от разтворители. За извличане на хидрофилни съединения се избират предимно полярни разтворители, като метанол, етанол или етилацетат, докато за извличане на липофилни съединения (напр. липиди) се предпочитат системи от разтворители, като дихлорометан или дихлорометан/метанол (v/v 1:1). Хексанът често се използва като разтворител за екстракция на хлорофил.

Какво представляват биоактивните съединения?

Биоактивните съединения, или фитохимичните вещества, се определят като вещества, които оказват въздействие върху живи организми, тъкани или клетки. Биологично активните вещества включват антибиотици, ензими и витамини. Биоактивни вещества, като каротеноиди и полифеноли, могат да се извличат например от плодове, листа и зеленчуци, докато фитостеролите се съдържат в растителни масла.
Биоактивните съединения от растителен произход включват флавоноиди, кофеин, каротеноиди, холин, дитиолтиони, фитостероли, полизахариди, фитоестрогени, глюкозинолати, полифеноли и антоцианини. Много биоактивни вещества се ценят заради антиоксидантното си действие и затова се смятат за полезни за здравето.

Как да избера най-добрия екстракционен разтворител?

Насоките по-долу ви помагат да изберете подходящ разтворител за ултразвукова екстракция от растения. Тъй като ултразвуковата обработка е съвместима с всеки стандартен разтворител, можете да изберете най-подходящия разтворител за вашата растителна суровина, целевите фитохимични вещества и икономическата ефективност.

• Селективност: Изберете разтворител, който разтваря селективно желаните съединения, като оставя нежеланите компоненти неизвлечени. Например използвайте етанол за полярни съединения, като алкалоиди и флавоноиди.
• Разтворимост: Въз основа на принципа „подобното разтваря подобно“ изберете разтворител с полярност, подобна на тази на разтвореното вещество. Полярните разтворители (напр. вода, етанол) разтварят полярни съединения, докато неполярните разтворители (напр. хексан) разтварят неполярни съединения, като липиди и масла.
• Разходи: Вземете предвид икономическата ефективност на разтворителя. Някои разтворители може да са по-скъпи, но да осигуряват по-високи добиви или по-добра селективност, като така балансират общите разходи за екстракция.
• Безопасност: Уверете се, че разтворителят е безопасен за употреба и работа с него. Факторите включват токсичност, запалимост и въздействие върху околната среда. Например водата и етанолът са по-безопасен избор в сравнение с хлороформа или толуена.

Полярност и избор на разтворител
Според закона за подобието и взаимната смесимост разтворителите със стойност на полярността, близка до тази на разтвореното вещество, вероятно ще дават по-добри резултати. Ето няколко примера:

• Полярни разтворители: Вода, етанол, метанол – използват се за извличане на полярни съединения, като алкалоиди, флавоноиди, гликозиди и протеини.
• Умерено полярни разтворители: Ацетон, етилацетат, изопропанол – подходящи за извличане на широк спектър от съединения, включително фенолни съединения и някои алкалоиди.
• Неполярни разтворители: Хексан, толуен, петролеев етер – идеални за извличане на неполярни съединения, като липиди, восъци, терпени и етерични масла.

Примери за използване на разтворители

• Етанол: Един от най-разпространените разтворители за екстракция от растения. Като полярен разтворител етанолът разтваря полярни съединения, като алкалоиди и флавоноиди.
• Вода: Универсалният разтворител, често използван за извличане на хидрофилни съединения, като полизахариди, протеини и някои гликозиди.
• Метанол: Силно полярен разтворител, ефективен за извличане на широк спектър от растителни съединения, включително фенолни съединения, флавоноиди и някои алкалоиди.
• Хексан: Неполярен разтворител, използван предимно за извличане на неполярни съединения, като липиди, восъци и етерични масла.
• Ацетон: Като полярен апротонен разтворител ацетонът е ефективен за извличане на широк спектър от растителни съединения, особено на тези, които са по-слабо полярни от извличаните с вода или метанол.
• Изопропанол: Полярен разтворител, подобен на етанола, често използван за извличане на етерични масла, смоли и някои алкалоиди.
• Хлороформ: Неполярен разтворител, ефективен за извличане на алкалоиди, терпеноиди и някои гликозиди. Използва се по-рядко поради токсичността си.
• Етилацетат: Умерено полярен разтворител, използван за извличане на редица съединения, включително флавоноиди, алкалоиди и фенолни съединения.
• Толуен: Неполярен разтворител, използван за извличане на неполярни съединения, като етерични масла, терпени и восъци.
• Бутанол: Умерено полярен разтворител, ефективен за извличане на съединения със средна полярност, включително някои гликозиди и сапонини.
• Петролеев етер: Неполярен разтворител, използван предимно за извличане на мазнини, масла и други неполярни съединения от растителни материали.

Следните разтворители са изпитани в научни изследвания, проучващи ултразвуковата екстракция на определени растителни материали и фитохимични вещества.

Какво представляват органичните разтворители?

Органичният разтворител е вид летливо органично съединение (VOC). Летливите органични съединения са органични химични вещества, които се изпаряват при стайна температура.
Органичните съединения, използвани като разтворители, включват:

• ароматни съединения, напр. бензен и толуен
• алкохоли, напр. метанол
• естери и етери
• кетони, напр. ацетон
• амини
• нитрирани и халогенирани въглеводороди

Много органични разтворители се класифицират като токсични или канцерогенни. При неправилна работа с тях те могат да бъдат опасни за хората и да замърсят въздуха, водата и почвата. Благодарение на мощния механизъм на ултразвуковата екстракция използването на органични разтворители може да се избегне чрез замяната им с по-меки, нетоксични разтворители.