Rastvarači za ultrazvučnu ekstrakciju iz biljaka
- Ultrazvučna ekstrakcija ima mnoge prednosti kao što su visoki prinosi, brze stope ekstrakcije, ekološka prihvatljivost i niska potrošnja energije.
- Jedna od najjačih prednosti je upotreba vode kao medija za ekstrakciju. Međutim, sonikacija se može koristiti sa višestrukim sistemima otapala kako bi se postigli vrhunski rezultati za ciljani ekstrakt.
- Optimalno otapalo za ultrazvučnu ekstrakciju biljnih bioaktiva bira se s obzirom na sirovinu.
ultrazvučna ekstrakcija
Poznato je da ultrazvuk narušava ćelijske strukture i poboljšava prijenos mase, čime se povećava mogućnost ekstrakcije biospojeva (npr. fenoli, karotenoidi).
Budući da mehanički efekti sonikacije uvelike poboljšavaju proces ekstrakcije zbog poboljšanog prijenosa mase, upotreba organskih rastvarača je često suvišna. To znači da je za ultrazvučnu ekstrakciju voda često dovoljan medij za ekstrakciju koji ima mnoge prednosti kao što je jeftin, neopasan, lako dostupan i ekološki prihvatljiv.
Međutim, za specifične bioaktivne spojeve najbolji rezultati se mogu postići ultrazvučnom ekstrakcijom u kombinaciji sa isparljivim rastvaračem.
Za odabir pravog rastvarača, potrebno je uzeti u obzir sirovinu (npr. svježi ili sušeni, macerirani/mljeveni ili u prahu biljni materijal) i ciljane tvari (npr. lipofilne, hidrofilne).
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.
UIP2000hdT sonicator za botaničku ekstrakciju u velikim serijama ili inline rad
Sljedeća tabela navodi nekoliko rastvarača, koji su dobro poznati rastvarači za ekstrakciju i koji se koriste za ultrazvučnu ekstrakciju iz biljnog materijala.
| etanol | Jedno od najčešćih rastvarača za botaničku ekstrakciju. Kao polarni rastvarač, etanol otapa polarna jedinjenja kao što su alkaloidi i flavonoidi. |
| Voda | Univerzalni rastvarač, koji se često koristi za ekstrakciju hidrofilnih spojeva poput polisaharida, proteina i nekih glikozida. |
| Vodeni etanol | Mešavina etanola i vode, ovaj rastvarač može ekstrahovati širok spektar polarnih i umereno polarnih jedinjenja, obezbeđujući ravnotežu između moći rastvarača etanola i sposobnosti vode da ekstrahuje hidrofilna jedinjenja. Vodeni etanol se može pripremiti u različitim omjerima prilagođavajući kapacitet rastvaranja ciljanim jedinjenjima. |
| Glicerin | Visoko polarno otapalo koje je korisno za ekstrakciju polarnih spojeva i može biti sigurnija alternativa drugim polarnim otapalima, često se koristi u tinkturama i ekstraktima namijenjenim za internu potrošnju. Pročitajte više o ekstrakciji fitokemikalija u glicerinu pomoću ultrazvuka! |
| Metanol | Visoko polarni rastvarač efikasan u ekstrakciji širokog spektra biljnih jedinjenja uključujući fenole, flavonoide i neke alkaloide. |
| heksan | Nepolarno otapalo koje se prvenstveno koristi za ekstrakciju nepolarnih spojeva kao što su lipidi, voskovi i eterična ulja. |
| aceton | Polarni aprotični rastvarač, aceton, efikasan je za ekstrakciju širokog spektra biljnih jedinjenja, posebno onih koji su manje polarni od onih ekstrahovanih vodom ili metanolom. |
| izopropanol | Polarni rastvarač sličan etanolu, koji se obično koristi za ekstrakciju eteričnih ulja, smola i nekih alkaloida. |
| Hloroform | Nepolarno otapalo efikasno u ekstrakciji alkaloida, terpenoida i nekih glikozida. Ređe se koristi zbog svoje toksičnosti. |
| Etil acetat | Umjereno polarni rastvarač koji se koristi za ekstrakciju niza spojeva uključujući flavonoide, alkaloide i fenole. |
| Toluen | Nepolarno otapalo koje se koristi za ekstrakciju nepolarnih spojeva kao što su eterična ulja, terpeni i voskovi. |
| Butanol | Umjereno polarni rastvarač efikasan u ekstrakciji jedinjenja srednjeg polariteta uključujući neke glikozide i saponine. |
| Petroleum Ether | Nepolarno otapalo koje se prvenstveno koristi za ekstrakciju masti, ulja i drugih nepolarnih spojeva iz biljnih materijala. |
Snažni ultrazvučni talasi remete ćelijski matriks bioloških struktura i oslobađaju bioaktivna jedinjenja. Prijenos mase između biljnog materijala i rastvarača je intenzivan. Zbog ovih mehanizama, ultrazvučna ekstrakcija je vrlo efikasna za botaničku ekstrakciju.
UP400ST ultrazvučni homogenizator za biljnu ekstrakciju omogućava upotrebu rastvarača po vašem izboru.
Ultrasonikatori za ekstrakciju
Od laboratorijskih i stonih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema za ekstrakciju – Hielscher Ultrasonics je vaš dugogodišnji iskusan partner, kada su u pitanju moćni i pouzdani ultrazvučni uređaji za uspješne procese ekstrakcije.
Naši ultrazvučni sistemi se široko koriste u biohemijskim laboratorijama i farmaceutskim proizvodnim pogonima. Ultrazvučne sonotrode i reaktori se mogu autoklavirati i ispunjavaju standarde farmaceutske proizvodnje.
Hielscher industrijski sonikatori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude kako bi poremetili ćelijske matrice i oslobodili ciljane supstance. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Snaga i robusnost Hielscher ultrasonicatora osiguravaju visoke prinose, brze stope ekstrakcije i potpuniju ekstrakciju – izvrsni konvencionalni procesi ekstrakcije.
Naši ultrazvučni procesori mogu se kombinovati sa konvencionalnim metodama ekstrakcije kao što su Soxhlet ekstrakcija ili superkritična ekstrakcija CO2. Nadogradnja u postojeće proizvodne linije može se lako izvršiti.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Ultrazvučna ekstrakcija kavitacijom
Stvaraju se intenzivni ultrazvučni talasi akustična kavitacija u tečnostima. Kavitacijske sile smicanja razbijaju ćelijski zid i membrane tako da se intracelularni materijal oslobađa. Ultrazvučnom ekstrakcijom postiže se veći prodor rastvarača u biljno tkivo i poboljšava prijenos mase. Na taj način, ultrazvučna ekstrakcija značajno intenzivira proces ekstrakcije što rezultira većim prinosima, bržim brzinama ekstrakcije i potpunijom ekstrakcijom.
sistemi rastvarača
Za ekstrakciju bioaktivnih jedinjenja iz biljnog materijala na raspolaganju su različiti sistemi rastvarača. Za ekstrakciju hidrofilnih jedinjenja biraju se uglavnom polarni rastvarači kao što su metanol, etanol ili etil-acetat, dok se za ekstrakciju lipofilnih jedinjenja (npr. lipida) biraju sistemi rastvarača kao što su dihlorometan ili dihlorometan/metanol (v/v 1:1 ) su poželjni. Heksan se često koristi kao rastvarač za ekstrakciju hlorofila.
Šta su bioaktivni spojevi?
Bioaktivna jedinjenja ili fitokemikalije definišu se kao supstance koje utiču na žive organizme, tkiva ili ćelije. Biološki aktivne supstance uključuju antibiotike, enzime i vitamine. Bioaktivne supstance kao što su karotenoidi i polifenoli mogu se ekstrahovati npr. iz voća, lišća i povrća, dok se fitosteroli nalaze u biljnim uljima.
Bioaktivna jedinjenja biljnog porekla uključuju flavonoide, kofein, karotenoide, holin, ditioltione, fitosterole, polisaharide, fitoestrogene, glukozinolate, polifenole i antocijanine. Mnoge bioaktivne tvari cijenjene su jer djeluju kao antioksidansi i stoga se smatraju korisnima za zdravlje.
Kako da odaberem najbolji rastvarač za ekstrakciju?
Smjernice u nastavku pomažu vam da odaberete odgovarajuće otapalo za ultrazvučnu botaničku ekstrakciju. Kako je ultrazvuk kompatibilan sa bilo kojim standardnim rastvaračem, možete odabrati otapalo najidealnije za vašu biljnu sirovinu, ciljane fitokemikalije i ekonomičnost.
- selektivnost: Odaberite rastvarač koji specifično otapa željena jedinjenja ostavljajući neželjene komponente iza sebe. Na primjer, koristite etanol za polarne spojeve poput alkaloida i flavonoida.
- rastvorljivost: Na osnovu principa “kao rastvara se kao,” odaberite otapalo s polaritetom sličnim polaritetu otopljene tvari. Polarni rastvarači (npr. voda, etanol) rastvaraju polarna jedinjenja, dok nepolarni rastvarači (npr. heksan) rastvaraju nepolarna jedinjenja poput lipida i ulja.
- Cijena: Uzmite u obzir isplativost rastvarača. Neka otapala mogu biti skuplja, ali nude veće prinose ili bolju selektivnost, balansirajući ukupne troškove ekstrakcije.
- Sigurnost: Uvjerite se da je rastvarač siguran za upotrebu i rukovanje. Faktori uključuju toksičnost, zapaljivost i utjecaj na okoliš. Na primjer, voda i etanol su sigurniji izbor u odnosu na hloroform ili toluen.
Polaritet i izbor rastvarača
Prema zakonu sličnosti i međusobnog miješanja, rastvarači čija je vrijednost polariteta blizu polariteta otopljene tvari vjerovatno će imati bolje rezultate. Evo nekoliko primjera:
- Polarni rastvarači: Voda, etanol, metanol – Koristi se za ekstrakciju polarnih spojeva kao što su alkaloidi, flavonoidi, glikozidi i proteini.
- Umjereno polarni rastvarači: Aceton, etil acetat, izopropanol – Pogodno za ekstrakciju širokog spektra jedinjenja, uključujući fenole i neke alkaloide.
- Nepolarni rastvarači: Heksan, toluen, petroleum eter – Idealan za ekstrakciju nepolarnih spojeva kao što su lipidi, voskovi, terpeni i eterična ulja.
Primjeri upotrebe rastvarača
- etanol: Jedno od najčešćih rastvarača za botaničku ekstrakciju. Kao polarni rastvarač, etanol otapa polarna jedinjenja kao što su alkaloidi i flavonoidi.
- voda: Univerzalni rastvarač, koji se često koristi za ekstrakciju hidrofilnih spojeva poput polisaharida, proteina i nekih glikozida.
- metanol: Visoko polarni rastvarač efikasan u ekstrakciji širokog spektra biljnih jedinjenja uključujući fenole, flavonoide i neke alkaloide.
- heksan: Nepolarno otapalo koje se prvenstveno koristi za ekstrakciju nepolarnih spojeva kao što su lipidi, voskovi i eterična ulja.
- aceton: Polarni aprotični rastvarač, aceton, efikasan je za ekstrakciju širokog spektra biljnih jedinjenja, posebno onih koji su manje polarni od onih ekstrahovanih vodom ili metanolom.
- izopropanol: Polarni rastvarač sličan etanolu, koji se obično koristi za ekstrakciju eteričnih ulja, smola i nekih alkaloida.
- hloroform: Nepolarno otapalo efikasno u ekstrakciji alkaloida, terpenoida i nekih glikozida. Ređe se koristi zbog svoje toksičnosti.
- etil acetat: Umjereno polarni rastvarač koji se koristi za ekstrakciju niza spojeva uključujući flavonoide, alkaloide i fenole.
- toluen: Nepolarno otapalo koje se koristi za ekstrakciju nepolarnih spojeva kao što su eterična ulja, terpeni i voskovi.
- butanol: Umjereno polarni rastvarač efikasan u ekstrakciji jedinjenja srednjeg polariteta uključujući neke glikozide i saponine.
- naftni eter: Nepolarno otapalo koje se prvenstveno koristi za ekstrakciju masti, ulja i drugih nepolarnih spojeva iz biljnih materijala.
Sljedeći rastvarači su testirani u istraživačkim studijama koje su istraživale ultrazvučnu ekstrakciju specifičnih biljnih materijala i fitokemikalija.
| Solvent | Plant | Vrsta tkiva |
|---|---|---|
| Sirćetna kiselina / urea / cetiltrim-etilamonijum bromid | pirinač | mekinje |
| Vodeni etanol | zrno destilatora | zrno |
| Vodeni izopropanol | soja, uljana repica | sjemenke |
| etanol | Saccharina japonica | – |
| Glacijalna aktička kiselina | sirak | – |
| fenol | paradajz / krompir / aloe vera / soja | polen / gomolj / list / sjeme |
| Fenol/amonijum acetat | ječam / banana | korijen / list |
| Fenol/amonijum acetat | avokado / paradajz / narandža / banana / kruška / grožđe / jabuka / jagoda | voće |
| Fenol/metanol-amonijum acetat | četinari / banana / jabuka / krompir | seme/plodovi |
| Natrijum dodecil sulfat/aceton | četinari / krompir | sjeme / gomolj |
| Natrijum dodecil sulfat/TCA/aceton | jabuka/banana | tkiva |
| TCA | pasulj | anther |
| TCA/aceton | citrusi / soja / aloe vera | lišće |
| TCA/aceton | soja / četinari | sjemenke |
| TCA/aceton | paradajz | polenovo zrno |
| TCA/aceton/fenol | maslina / bambus / grožđe / limun | lišće |
| TCA/aceton/fenol | jabuka/narandža/paradajz | voće |
| Tiourea/urea | soja | sjeme |
| Tiourea/urea | jabuka/banana | maramice |
| Tris-HCL pufer | paradajz | polenovo zrno |
Šta su organski rastvarači?
Organski rastvarač je vrsta hlapljivog organskog jedinjenja (VOC). VOC su organske hemikalije koje isparavaju na sobnoj temperaturi.
Organska jedinjenja koja se koriste kao rastvarači uključuju:
- aromatična jedinjenja, npr. benzen i toluen
- alkoholi, npr. metanol
- estri i etri
- ketoni, npr. aceton
- amini
- nitrirani i halogenirani ugljovodonici
Mnoga organska otapala klasificiraju se kao toksična ili kancerogena. U slučaju nepravilnog rukovanja, mogu biti opasni za ljude i mogu kontaminirati zrak, vodu i tlo. Zbog snažnog mehanizma ultrazvučne ekstrakcije, upotreba organskih rastvarača može se izbjeći zamjenom blažih, netoksičnih rastvarača.
