Разтворители за ултразвукова екстракция от растения
- Ултразвуковата екстракция има много предимства като високи добиви, бързи скорости на екстракция, екологичност и ниска консумация на енергия.
- Едно от най-силните предимства е използването на вода като екстракционна среда. Въпреки това, ултразвукът може да се използва с многобройни разтворителни системи, за да осигури превъзходни резултати за целевия екстракт.
- Оптималният разтворител за ултразвукова екстракция на растителни биоактивни вещества е избран по отношение на суровината.
ултразвукова екстракция
Добре известно е, че ултразвукът нарушава клетъчните структури и подобрява преноса на маса, като по този начин увеличава екстракцията на биосъединения (напр. феноли, каротеноиди).
Тъй като механичните ефекти на ултразвука подобряват процеса на екстракция поради подобрения пренос на маса значително, използването на органични разтворители често е излишно. Това означава, че за ултразвукова екстракция водата често е достатъчна среда за извличане, която има много предимства, като например евтина, безопасна, лесно достъпна и екологична.
За специфични биоактивни съединения обаче най-добри резултати могат да бъдат постигнати 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).
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.
UIP2000hdT ултразвуков уред за ботаническа екстракция в големи партиди или поточна работа
Следващата таблица изброява няколко разтворителя, които са добре установени екстракционни разтворители и се използват за ултразвукова екстракция от растителен материал.
| етанол | Един от най-често срещаните разтворители за ботаническа екстракция. 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. |
| воден етанол | Смес от етанол и вода, този разтворител може да извлича широк спектър от полярни и умерено полярни съединения, осигурявайки баланс между силата на разтворителя на етанола и способността на водата да извлича хидрофилни съединения. Водният етанол може да се приготви в различни съотношения, като се регулира капацитетът на разтваряне към целевите съединения. |
| Глицерин | Силно полярен разтворител, който е полезен за извличане на полярни съединения и може да бъде по-безопасна алтернатива на други полярни разтворители, често използван в тинктури и екстракти, предназначени за вътрешна консумация. Прочетете повече за извличането на фитохимикали в глицерин с помощта на ултразвук! |
| метанол | Силно полярен разтворител, ефективен при извличане на широк спектър от растителни съединения, включително феноли, флавоноиди и някои алкалоиди. |
| Хексан | Неполярен разтворител, използван предимно за извличане на неполярни съединения като липиди, восъци и етерични масла. |
| Ацетон | Ацетонът е ефективен за извличане на широк спектър от ботанически съединения, особено тези, които са по-малко полярни от тези, извлечени с вода или метанол. |
| Изопропанол | Полярен разтворител, подобен на етанола, обикновено използван за извличане на етерични масла, смоли и някои алкалоиди. |
| Хлороформ | Неполярен разтворител, ефективен при извличане на алкалоиди, терпеноиди и някои гликозиди. По-рядко се използва поради своята токсичност. |
| Етилацетат | Умерено полярен разтворител, използван за извличане на редица съединения, включително флавоноиди, алкалоиди и феноли. |
| Толуол | Неполярен разтворител, използван за извличане на неполярни съединения като етерични масла, терпени и восъци. |
| Бутанол | Умерено полярен разтворител, ефективен при извличане на съединения със средна полярност, включително някои гликозиди и сапонини. |
| Петролен етер | Неполярен разтворител, използван предимно за извличане на мазнини, масла и други неполярни съединения от растителни материали. |
Мощните ултразвукови вълни нарушават клетъчната матрица на биологичните структури и освобождават биоактивните съединения. Масовият трансфер между растителния материал и разтворителя се засилва. Благодарение на тези механизми ултразвуковата екстракция е високоефективна за ботаническа екстракция.
UP400ST ултразвуков хомогенизатор За билкова екстракция ви позволява да използвате разтворителя по ваш избор.
Ултразвукови апарати за екстракция
От лабораторни и настолни ултразвукови устройства до напълно индустриални системи за ултразвукова екстракция – Hielscher Ultrasonics е вашият дългогодишен опитен партньор, когато става въпрос за мощни и надеждни ултразвукови устройства за успешни процеси на екстракция.
Нашите ултразвукови системи се използват широко в биохимични лаборатории и фармацевтични производствени предприятия. Ултразвуковите сонотроди и реактори са автоклавируеми и отговарят на стандартите за фармацевтично производство.
Промишлените ултразвукови апарати Hielscher могат да доставят много високи амплитуди, за да разрушат клетъчните матрици и да отделят целеви вещества. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. Мощността и здравината на ултразвуковите апарати Hielscher осигуряват високи добиви, бързи скорости на екстракция и по-пълна екстракция – превъзхождащи конвенционалните процеси на екстракция.
Нашите ултразвукови процесори могат да се комбинират с конвенционални методи за екстракция като Извличане на Сокслет или свръхкритично извличане на CO2. Преоборудването в съществуващи производствени линии може лесно да се осъществи.
Литература / Препратки
- 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.
Факти, които си струва да знаете
Ултразвукова екстракция чрез кавитация
Интензивни ултразвукови вълни генерират Акустична кавитация в течности. Кавитационните сили на срязване разрушават клетъчната стена и мембраните, така че вътреклетъчният материал се освобождава. Ултразвуковата екстракция постига по-голямо проникване на разтворителя във растителната тъкан и подобрява преноса на маса. По този начин ултразвуковата екстракция значително засилва процеса на екстракция, което води до по-високи добиви, по-бързи скорости на екстракция и по-пълна екстракция.
Солвентни системи
За извличане на биоактивни съединения от растителен материал се предлагат различни системи с разтворители. За екстракцията на хидрофилни съединения се избират предимно полярни разтворители като метанол, етанол или етилацетат, докато за екстракция на липофилни съединения (напр. липиди) се предпочитат системи с разтворители като дихлорметан или дихлорметан/метанол (v/v 1:1). Хексанът често се използва като разтворител за екстракция на хлорофил.
Какво представляват биоактивните съединения?
Биоактивните съединения или фитохимикалите се определят като вещества, които оказват въздействие върху живите организми, тъкани или клетки. Биологично активните вещества включват антибиотици, ензими и витамини. Биоактивни вещества като каротеноиди и полифеноли могат да бъдат извлечени например от плодове, листа и зеленчуци, докато фитостеролите се намират във растителните масла.
Биоактивните съединения от растителен произход включват флавоноиди, кофеин, каротеноиди, холин, дитиолтиони, фитостероли, полизахариди, фитоестрогени, глюкозинолати, полифеноли и антоцианини. Много биоактивни вещества са ценени за това, че действат като антиоксиданти и поради това се считат за полезни за здравето.
Как да избера най-добрия екстракционен разтворител?
Указанията по-долу ви помагат да изберете подходящ разтворител за ултразвукова ботаническа екстракция. Тъй като ултразвукът е съвместим с всеки стандартен разтворител, можете да изберете разтворителя, който е най-идеален за вашата растителна суровина, целевите фитохимикали и рентабилността.
- Селективност: Изберете разтворител, който специално разтваря желаните съединения, като същевременно оставя нежеланите компоненти. Например, използвайте етанол за полярни съединения като алкалоиди и флавоноиди.
- Разтворимост: Въз основа на принципа “подобно се разтваря като,” 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.
- Струвам: Помислете за рентабилността на разтворителя. Някои разтворители може да са по-скъпи, но предлагат по-високи добиви или по-добра селективност, балансирайки общите разходи за екстракция.
- Безопасност: Уверете се, че разтворителят е безопасен за употреба и работа. Факторите включват токсичност, запалимост и въздействие върху околната среда. Например, водата и етанолът са по-безопасни избори в сравнение с хлороформ или толуен.
Полярност и избор на разтворител
Според закона за сходството и смесимостта, разтворителите със стойност на полярността, близка до полярността на разтвореното вещество, вероятно ще се представят по-добре. Ето няколко примера:
- Полярни разтворители: Вода, етанол, метанол – Използва се за извличане на полярни съединения като алкалоиди, флавоноиди, гликозиди и протеини.
- Умерено полярни разтворители: Ацетон, етилацетат, изопропанол – Подходящ за извличане на широк спектър от съединения, включително феноли и някои алкалоиди.
- Неполярни разтворители: Хексан, толуен, петролен етер – Идеален за извличане на неполярни съединения като липиди, восъци, терпени и етерични масла.
Примери за употреба на разтворители
- Етанол: Един от най-често срещаните разтворители за ботаническа екстракция. 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 при извличане на широк спектър от растителни съединения, включително феноли, флавоноиди и някои алкалоиди.
- Хексан: Неполярен разтворител, използван предимно за извличане на неполярни съединения като липиди, восъци и етерични масла.
- Ацетон: Ацетонът е ефективен за извличане на широк спектър от ботанически съединения, особено тези, които са по-малко полярни от тези, извлечени с вода или метанол.
- Изопропанол: Полярен разтворител, подобен на етанола, обикновено използван за извличане на етерични масла, смоли и някои алкалоиди.
- Хлороформ: Неполярен разтворител, ефективен при извличане на алкалоиди, терпеноиди и някои гликозиди. По-рядко се използва поради своята токсичност.
- Етилацетат: Умерено полярен разтворител, използван за извличане на редица съединения, включително флавоноиди, алкалоиди и феноли.
- Толуол: Неполярен разтворител, използван за извличане на неполярни съединения като етерични масла, терпени и восъци.
- Бутанол: Умерено полярен разтворител, ефективен при извличане на съединения със средна полярност, включително някои гликозиди и сапонини.
- Петролен етер: Неполярен разтворител, използван предимно за извличане на мазнини, масла и други неполярни съединения от растителни материали.
Следните разтворители са тествани в изследователски проучвания, изследващи ултразвукова екстракция на специфични растителни материали и фитохимикали.
| разтворител | Растение | Вид тъкан |
|---|---|---|
| Оцетна киселина / карбамид / цетилтрим-етиламониев бромид | ориз | трици |
| воден етанол | Дестилаторно зърно | зърно |
| Воден изопропанол | соя, рапица | Семена |
| етанол | Захарина японска | – |
| Ледена актова киселина | сорго | – |
| Фенол | Домат / Картофи / Алое Вера / Соя | цветен прашец / грудка / лист / семена |
| Фенол/амониев ацетат | ечемик / банан | корен / лист |
| Фенол/амониев ацетат | авокадо / домат / портокал / банан / круша / грозде / ябълка / ягода | Плодове |
| Фенол/метанол-амониев ацетат | иглолистни / банан / ябълка / картофи | семена / плодове |
| Натриев додецил сулфат/ацетон | иглолистни / картофени | семе / грудка |
| Натриев додецил сулфат/TCA/ацетон | ябълка / банан | тъкан |
| СТС | фасул | прашник |
| TCA/ацетон | Цитрусови плодове / соя / алое вера | Листата |
| TCA/ацетон | соя / иглолистни | Семена |
| TCA/ацетон | домат | поленово зърно |
| TCA/ацетон/фенол | маслина / бамбук / грозде / лимон | Листата |
| TCA/ацетон/фенол | ябълка / портокал / домат | Плодове |
| Тиокарбамид/урея | Соя | семе |
| Тиокарбамид/урея | ябълка / банан | Тъкани |
| Tris-HCL буфер | домат | поленово зърно |
Какво представляват органичните разтворители?
Органичният разтворител е вид летливо органично съединение (ЛОС). ЛОС са органични химикали, които се изпаряват при стайна температура.
Органичните съединения, използвани като разтворители, включват:
- ароматни съединения, например бензен и толуен
- алкохоли, например метанол
- Естери и етери
- кетони, например ацетон
- Амини
- Нитрирани и халогенирани въглеводороди
Много органични разтворители са класифицирани като токсични или канцерогенни. В случай на неправилно боравене, те могат да бъдат опасни за хората и да замърсят въздуха, водата и почвата. Благодарение на мощния механизъм на ултразвукова екстракция може да се избегне използването на органични разтворители, като се заменят с по-меки, нетоксични разтворители.
