Ultrazvučna ekstrakcija sa dubokim eutektičkim rastvorima
Duboki eutektički rastvori (DES) i prirodni duboki eutektički rastvori (NADES) su moćni, podesivi i ekološki prihvatljivi mediji za ekstrakciju biljaka, hrane, nutra-sastojaka, kozmetike i farmaceutskih sastojaka. Hielscher sonikatori tipa sonde pojačavaju DES ekstrakciju ubrzavanjem masovnog prenosa, razbijanjem struktura biljnih ćelija i poboljšanjem penetracije rastvora – čak i kada se radi sa viskoznim rastvornim sistemima poput NADES-a na bazi glicerola.
Bilo da pregledavate formulacije rastvora u laboratoriji, optimizujete parametre ekstrakcije za određeni fitokemijski sastojak, ili skalirate do kontinuirane inline proizvodnje, Hielscher ultrazvučni ekstraktori pružaju reproduktivnu kontrolu amplitude, robusno 24/7 djelovanje i skalabilnu obradu od mililitara do industrijskih protoka.
Zašto proizvođači ekstrakta biraju Hielscher za DES ekstrakciju
- Veća efikasnost ekstrakcije polifenola, flavonoida, kanabinoida, terpena, antocijanina i drugih bioaktivnih spojeva
- Brža ekstrakcija u poređenju s konvencionalnom maceracijom i ekstrakcijom otapalom u miješanim tankovima
- Kompatibilno s DES, NADES, glicerinom, vodom, etanolom i sistemima miješanih otapala
- Efikasna obrada viskoznih otapala korištenjem sonikacije sonde velike amplitude
- Postavke za serijsku proizvodnju, recirkulaciju i kontinuirani protok
- Precizna kontrola amplitude, unosa energije, temperature i vremena procesa
- Jednostavno povećanje obima od testiranja izvodljivosti do pilot i pune industrijske proizvodnje
Ultrazvučna ekstrakcija sa (prirodnim) dubokim eutektičkim rastvaračima je visoko efikasna metoda za vrhunske botaničke ekstrakte. Na slici je ultrazvučni procesor UP400St (400W) sa šaržom od 8L za botaničku ekstrakciju.
Zašto sonikacija poboljšava DES i NADES ekstrakciju
Ultrazvučna ekstrakcija tipa sonde korištenjem dubokih eutektičkih rastvarača i prirodnih duboko eutektičkih rastvarača može ponuditi nekoliko prednosti za ekstrakciju bioaktivnih spojeva. Jedna od glavnih prednosti je povećana efikasnost ekstrakcije fenolnih jedinjenja i drugih fitokemikalija iz prirodnih izvora. Duboki eutektički rastvarači su poznati po visokoj efikasnosti ekstrakcije, koja se čak može poboljšati ekstrakcijom uz pomoć ultrazvuka. Zbog svoje netoksičnosti, odlična su opcija otapala za farmaceutske i prehrambene proizvode. Ovo čini ultrazvučnu ekstrakciju korištenjem dubokih eutektičkih rastvarača zelenom i održivom metodom za oporavak bioaktivnih spojeva. Naučno je dokazano da sinergetska upotreba ultrazvučne obrade s dubokim eutektičkim otapalima rezultira većim prinosima različitih bioaktivnih spojeva. Sve u svemu, ultrazvučna ekstrakcija tipa sonde pomoću dubokih eutektičkih rastvarača i prirodnih dubokih eutektičkih rastvarača pruža efikasniji i ekološki prihvatljiv pristup ekstrakciji bioaktivnih jedinjenja.
Biljni glicerin je idealno otapalo za ekstrakciju zbog svojih netoksičnih, neiritirajućih svojstava i svoje sposobnosti da očuva stabilnost i snagu osjetljivih bioaktivnih spojeva. I čisti glicerin i mješavine glicerin-voda su korisna otapala za proizvodnju ekstrakata za suplemente i nutraceutike, ekstrakata okusa, aditiva za hranu i kozmetike.
Biljni glicerin je idealno otapalo za ekstrakciju zbog svojih netoksičnih, neiritirajućih svojstava i svoje sposobnosti da očuva stabilnost i snagu osjetljivih bioaktivnih spojeva. I čisti glicerin i mješavine glicerin-voda su korisna otapala za proizvodnju ekstrakata za suplemente i nutraceutike, ekstrakata okusa, aditiva za hranu i kozmetike.
Ultrazvučna ekstrakcija antocijanina pomoću DES
Antocijanini su vrijedni prirodni pigmenti i antioksidansi koji se nalaze u crnoj mrkvi, bobičastom bobičastom grožđu, grožđu, ljubičastom kukuruzu i drugim biljnim materijalima. Duboki eutektički rastvarači su dobro pogodni za ekstrakciju antocijanina jer se njihova mreža vodoničnih veza može prilagoditi zahtjevima polariteta i stabilnosti ovih obojenih spojeva. Kada se kombinuje sa sondnom ultrazvučnom tehnikom, ekstrakcija DES-a postaje znatno efikasnija: ultrazvučna kavitacija narušava strukture biljnih ćelija, poboljšava prodiranje rastvarača i ubrzava oslobađanje antocijanina u medij za ekstrakciju. Studija o antocijaninima crne mrkve koristeći sonikator UP400St pokazuje da DES na bazi hlorida holina, posebno u kombinaciji sa ekstrakcijom uz pomoć ultrazvuka, može pružiti održivu i efikasnu alternativu konvencionalnoj ekstrakciji zakiseljenog etanola ili metanola. (usp. Türker i dr., 2021)
Ultrazvučna ekstrakcija polifenola pomoću DES
Polifenoli, uključujući flavonoide, fenolne kiseline i srodne antioksidativne spojeve, važni su ciljni molekuli u biorazvoju, prehrambenoj, nutraceutičkoj i kozmetičkoj ekstrakciji. Duboki eutektički rastvarači zasnovani na glicerolu posebno su atraktivni za oporavak polifenola jer njihova polarizacija i sposobnost stvaranja vodoničnih veza podržavaju rastvaranje fenolnih spojeva. Ultrazvuk tipa sonde dodatno pojačava proces povećavajući masovni transfer, smanjujući vrijeme ekstrakcije i poboljšavajući kontakt između DES-a i biljne matrice.
Istraživačka studija koristila je DES glicerol-amonijum acetat sa ultrazvučnom ekstrakcijom pod optimiziranim parametrima kao što su temperatura, koncentracija DES-a i ultrazvučna amplituda. Rezultat je pokazao da ultrazvučna DES ekstrakcija omogućava efikasan oporavak ukupnih fenola, flavonoida i antioksidativne aktivnosti iz chinaberry voća, demonstrirajući potencijal ultrazvučne ekstrakcije korištenjem DES-a kao zelene metode ekstrakcije za industrijsku biljnu obradu. (usp. Jamshed i dr., 2022)
- visoko efikasan
- Brzi proces
- netoksičan
- Točno podesivo prema specifičnom botaničkom
- Blagi uslovi obrade
- Batch i flow mod
- Lako i sigurno
- Ekološki / biorazgradivo
- Može se reciklirati
- Nezapaljiv
- Jeftino
- Lako dostupan
Šta su duboki eutektički rastvarači (DES)?
Duboki eutektni rastvarači (DES) su mješavine od najmanje jednog akceptora vodonične veze (HBA) i jednog donora vodonične veze (HBD), uključujući karboksilne kiseline i druge obnovljive spojene supstance. Prema Cai et al. (2019) “jaka interakcija vodoničnih veza između HBA i HBD je najvažniji faktor za formiranje DES-a.” [Cai et al. 2019]
Za donatore vodonične veze često se koriste jedinjenja kao što su šećeri, aminokiseline, karboksilne kiseline (npr. benzojeva kiselina, limunska kiselina, jantarna kiselina) ili amini (npr. urea, benzamid). Potencijal hemijske interakcije donora vodonične veze je glavni faktor koji doprinosi formiranju i efikasnosti dubokih eutektičkih rastvarača. Halidne soli kao što su kolin hlorid ili cink hlorid se takođe mogu koristiti u sprezi sa donorima vodonične veze. Drugi duboki eutektički rastvarači na bazi holin hlorida formiraju se sa malonskom kiselinom, fenolom ili glicerinom. Kao rezultat jakih interakcija vodonične veze, tačka topljenja dubokih eutektičkih rastvarača je značajno smanjena u poređenju sa pojedinačnim komponentama. Za razliku od konvencionalnih rastvarača (npr. etanol, metanol, heksan, butan itd.) duboki eutektički rastvarači su neisparljivi, što znači da imaju vrlo nizak pritisak pare i stoga su teško zapaljivi. Toksičnost dubokih eutektičkih rastvarača je niska, njihova biološka razgradivost je visoka, a neophodni prekursori su jeftini, lako dostupni i u izobilju, kao i obnovljivi.
Prirodni duboki eutektički rastvarači (NADES) su još ekološki prihvatljiviji jer svi prekursori potiču iz prirodnih izvora. Duboki eutektički rastvarači također nude prilagodljivu solventnost zasnovanu na hemiji otopljene tvari i vrstama koje se koriste za stvaranje dubokih eutektičkih rastvarača. Neka prirodna duboka eutektička otapala pokazuju visoku viskoznost i stoga nisu baš pogodna za serijsku ekstrakciju. Međutim, prirodna duboko eutektička otapala većeg viskoziteta mogu se uspješno primijeniti kao rastvarači u ultrazvučnoj protočnoj ekstrakciji.
Donja tabela prikazuje nekoliko primjera sastava prirodnih dubokih eutektičkih otapala (NADES) za ekstrakciju fitokemikalija:
| NADES Composition | Molarni omjer |
|---|---|
| Holin hlorid: mliječna kiselina | 1:2 |
| Holin hlorid: Limunska kiselina: Voda | 1:1:2 |
| Holin hlorid: Jabučna kiselina: Voda | 1:1:2 |
| Holin hlorid: vinska kiselina | 1:2 |
| Holin hlorid: glicerol | 1:2 |
| Holin hlorid: 1,2-propandiol | 1:3 |
| Holin hlorid: sorbitol | 1:1 |
| Holin hlorid:Glukoza:Voda | 2:1:1 |
| Holin hlorid:Fruktoza:Voda | 2:1:1 |
| Holin hlorid: urea | 1:2 |
Industrijski sonikator UIP4000hdT sa ćelijama za protok za kontinuiranu inline ekstrakciju
Kako radi ultrazvučna ekstrakcija s dubokim eutektičkim rastvaračima?
Ultrazvučna ekstrakcija se zasniva na sonomehaničkim efektima ultrazvuka visokog intenziteta, niske frekvencije. Za promicanje i intenziviranje ekstrakcije botaničkih jedinjenja (tj. bioaktivnih supstanci) ultrazvukom, ultrazvučni valovi velike snage se spajaju preko ultrazvučne sonde (koja se također naziva ultrazvučna rog ili sonotroda) u tečni medij, tj. kašu koja se sastoji od botaničke sirovine materijal i (prirodni) duboki eutektički rastvarač. Ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost i stvaraju naizmenične cikluse niskog/visokog pritiska. Tokom ciklusa niskog pritiska stvaraju se sitni vakuum mjehurići (tzv. kavitacijski mjehurići), koji rastu u nekoliko ciklusa pritiska. Tokom tih ciklusa rasta mehurića, rastvoreni gasovi u tečnosti ulaze u vakuumski mehur, tako da se vakuumski mehur transformiše u rastuće mehuriće gasa. Nakon rasta u nekoliko ciklusa, vakuumski mjehurići dostižu određenu veličinu pri kojoj ne mogu apsorbirati više energije, tako da nasilno implodiraju tokom ciklusa visokog pritiska. Imploziju mjehurića karakteriziraju intenzivne kavitacijske sile, uključujući vrlo visoku temperaturu i pritisak koji dostižu do 4000K i 1000atm, respektivno; kao i odgovarajuće visoke temperature i razlike pritiska. Ove ultrazvučno generirane turbulencije i sile smicanja razbijaju biljne stanice i oslobađaju unutarćelijske bioaktivne spojeve u (prirodni) duboki eutektički rastvarač. Ultrazvučna ekstrakcija otvara ćelijsku strukturu biljaka i intenzivira prijenos mase između biljnog materijala i rastvarača. Sonikacija na taj način promovira efikasnost prirodnih dubokih eutektičkih otapala. Ultrazvučna ekstrakcija sa (prirodnim) dubokim eutektičkim rastvaračima rezultira izuzetno visokim prinosima u vrlo kratkom vremenu obrade.
Snažni ultrazvučni talasi remete ćelijsku strukturu biljaka, oslobađaju bioaktivna jedinjenja i promovišu prenos mase između biljnog materijala i rastvarača (npr. duboki eutektički rastvarači).
Kombinacija ultrazvučne ekstrakcije sa (prirodnim) dubokim eutektičkim rastvaračima daje vam priliku da kombinujete moć ultrazvuka koji intenzivira procese sa izvanrednim efektima solubilizacije i izvanrednim dizajnom dubokih eutektičkih rastvarača. Zbog vrhunske efikasnosti ultrazvučne ekstrakcije, ultrasonikatori se također uspješno koriste za ekstrakciju vode.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o moćnoj primjeni ultrazvučne ekstrakcije pomoću dubokih eutektičkih otapala!
ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT (2kW) za proizvodnju biljnih ekstrakata
Ultrazvučni ekstraktori za laboratorijsku, pilot i industrijsku DES ekstrakciju
Ultrazvučna ekstrakcija je pouzdana tehnologija obrade, koja olakšava i ubrzava proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz različitih biljnih, kao i svih rastvarača. Ultrazvučna ekstrakcija je visoko kompatibilna sa (prirodnim) dubokim eutektičkim rastvaračima, koji su povoljni zbog svoje odlične moći solubilizacije, mogućnosti dizajna za ekstrakt, održivosti, biorazgradljivosti i ekološke prihvatljivosti. Kombinacija intenziviranja procesa ultrazvuka snage sa prednostima (prirodnih) dubokih eutektičkih rastvarača daje ovoj procesnoj tehnologiji superiornost na više nivoa. Hielscher Ultrasonics portfolio pokriva cijeli raspon od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicatora do industrijskih sistema za ekstrakciju. Svi su naravno pogodni za ekstrakciju sa dubokim eutektičkim rastvaračima.
Naše dugogodišnje iskusno osoblje pomoći će vam od testiranja izvodljivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sistema na konačnom nivou proizvodnje.
| Zapremina ekstrakcije | Preporučeni sonikator |
|---|---|
| Razvoj metoda, R&D, ispitivanje | UP100H (100W), UP200Ht (200W), UP400St (400W) |
| Visoke viskozne DES/NADES serije | UIP500hdT (500W), UIP1000hdT (1000W) |
| Pilot proizvodnja | UIP1000hdT ili UIP2000hdT (2000W) |
| Kontinuirana industrijska ekstrakcija | UIP4000hdT (4000W), UIP6000hdT (6000W), UIP16000hdT (16kW) ili klasteri |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Iskoristite prednosti ultrazvučne ekstrakcije i koristite Hielscher sonikator za botaničku ekstrakciju sa neusporedivom efikasnošću i održivošću!
Iskoristite prednosti ultrazvučne ekstrakcije i koristite Hielscher sonikator za botaničku ekstrakciju sa neusporedivom efikasnošću i održivošću!
Glicerin (glicerol) je u stanju da sačuva integritet bioaktivnih jedinjenja, u kombinaciji sa svojom netoksičnom i biorazgradivom prirodom, čini ga atraktivnim rastvaračem za farmaceutsku, kozmetičku i prehrambenu industriju. U kombinaciji sa blagim uslovima ekstrakcije ultrazvučne obrade, ultrazvučni ekstrakti glicerina pokazuju odličan kvalitet i biodostupnost. Proces sonikacije osigurava najveću efikasnost što rezultira visokim prinosima, smanjenim vremenom ekstrakcije i niskim troškovima obrade! Koristite otapalo po svom izboru, postignite odlične prinose ekstrakcije i vrhunski kvalitet ekstrakta sa Hielscher sonikatorima!
Često postavljana pitanja o ultrazvučnoj ekstrakciji sa dubokim eutektikom rastvarača
Šta je ultrazvučna ekstrakcija sa dubokim eutektikom rastvarača?
Ultrazvučna ekstrakcija pomoću duboko eutektnih rastvarača kombinira sonikaciju tipa sonde sa DES ili NADES sistemima rastvarača. Ultrazvučna sonda uvodi zvučne talase visoke intenzivnosti u suspenziju biljke i rastvarača. Nastala kavitacija razbija strukture biljne stanice, poboljšava prodiranje rastvarača i ubrzava prijenos bioaktivnih spojeva u duboko eutektni rastvarač.
Zašto koristiti ultrazvuk za DES i NADES ekstrakciju?
Ultrazvuk poboljšava DES i NADES ekstrakciju povećavajući masu prijenosa, smanjujući vrijeme ekstrakcije i pomažući rastvaraču da učinkovitije dospije do unutarstaničnih spojeva. Ovo je posebno korisno za biljni materijal gdje su ciljani spojevi zarobljeni unutar biljnih stanica, vlakana ili smolastih struktura.
Koje spojeve je moguće ekstrahirati pomoću DES i NADES koristeći sonikaciju?
Ultrazvučna ekstrakcija DES-a i NADES može se koristiti za mnoge bioaktivne spojeve, uključujući polifenole, flavonoide, antocijanine, terpene, kanabinoide, alkaloide, antioksidanse, pigmente, aromatične spojeve i druge fitokemikalije. Sastav rastvarača treba birati prema polaritetu, stabilnosti i rastvorljivosti ciljnog spoja.
Jesu li duboki eutektički rastvarači kompatibilni sa Hielscher ultrazvučnim ekstraktorima?
Da. Hielscher sonicator tipa sonde pogodni su za ekstrakciju pomoću dubokih eutektnih rastvarača, prirodnih dubokih eutektnih rastvarača, rastvornih sistema na bazi glicerina, vode, etanola i mnogih drugih medija za ekstrakciju. Za viskozna DES ili NADES sistema, moćni sonicator s sondom je posebno koristan jer obezbjeđuje intenzivno miješanje, kavitaciju i prenos mase direktno u tekućini.
Može li ultrazvučna DES ekstrakcija procesuirati rastvarače visoke viskoznosti?
Da. Mnoge formulacije DES i NADES imaju veću viskoznost od konvencionalnih rastvarača. Hielscher ultrazvučni procesori su dobro prilagođeni za viskozne ekstrakcione medije jer sonotrod direktno uvodi ultrazvuk velike amplitude u smjesu rastvarača i materijala. Za veće zapremine ili kontinuiranu obradu, reaktori s protokom kroz njih mogu poboljšati miješanje, kontrolu temperature i uniformnost procesa.
Da li je ultrazvučna DES ekstrakcija pogodna za proizvodnju hrane, nutraceutika i kozmetike?
Yes. DES and NADES are often selected for applications where low volatility, reduced solvent hazards and tunable extraction performance are important. Depending on the selected solvent components and regulatory requirements, ultrasonic DES extraction can be used for food ingredients, nutraceutical extracts, cosmetic actives, botanical concentrates and research-grade extracts.
Can ultrasonic extraction with DES be scaled up?
Yes. Ultrasonic extraction is highly scalable because the same process parameters – such as amplitude, energy input, residence time, temperature and solid-liquid ratio – can be transferred from lab trials to pilot and industrial production. Hielscher supplies ultrasonic extractors for small laboratory samples, bench-top optimization, pilot batches and continuous industrial flow-through extraction.
Should I use batch or inline ultrasonic extraction for DES processes?
Ekstrakcija u serijama je često najbolja za laboratorijska testiranja, testiranje formulacije i male proizvodne količine. Inline ultrazvučna ekstrakcija se obično preferira za pilot i industrijsku proizvodnju jer omogućava kontrolisano vrijeme zadržavanja, poboljšanu ponovljivost, lakše hlađenje i kontinuirani protok. Najbolja postavka zavisi od viskoznosti, biljnog materijala, omjera rastvarača, ciljanog spoja i proizvodnog kapaciteta.
Kako odabrati pravi ultrazvučni ekstraktor za ekstrakciju DES-a?
Pravi ultrazvučni ekstraktor zavisi od volumena uzorka, veličine serije, protoka, viskoznosti rastvarača, ciljanog spoja, temperature ekstrakcije i cilja proizvodnje. Male laboratorijske jedinice su pogodne za razvoj metoda, dok se UIP-serija industrijskih ultrasonikatora koristi za pilot i proizvodnu ekstrakciju DES-a. Hielscher može preporučiti konfiguraciju baziranu na vašem sirovini, sistemu rastvarača i potrebnoj propusnosti.
Koji parametri procesa su važni za ultrazvučnu ekstrakciju DES-a?
Important parameters include ultrasonic amplitude, energy input, extraction time, temperature, DES or NADES composition, water content, solid-liquid ratio, particle size, viscosity and flow rate. These parameters should be optimized for each botanical material and target compound to achieve high yield, good extract quality and reproducible production.
Literatura / Reference
- 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.