Ultrazvuková extrakce s použitím hlubokých eutektických rozpouštědel

Hluboká eutektická rozpouštědla (DES) a přírodní hluboká eutektická rozpouštědla (NADES) představují účinná, přizpůsobitelná a ekologická extrakční média pro rostlinné látky, potraviny, nutraceutika, kosmetiku a farmaceutické složky. Sonikátory typu sondy Hielscher zesilují extrakci DES tím, že urychlují přenos hmoty, narušují struktury rostlinných buněk a zlepšují pronikání rozpouštědla – a to i při práci s viskózními systémy rozpouštědel, jako jsou NADES na bázi glycerolu.

Ať už v laboratoři testujete složení roztoků, optimalizujete parametry extrakce pro konkrétní fytochemickou látku, nebo přecházíte na nepřetržitou výrobu v průmyslovém měřítku, ultrazvukové extraktory Hielscher vám zajistí přesné řízení amplitudy, spolehlivý provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu a škálovatelné zpracování od mililitrů až po průmyslové průtoky.

Proč se výrobci extraktů při extrakci DES rozhodují pro společnost Hielscher

• Vyšší účinnost extrakce polyfenolů, flavonoidů, kanabinoidů, terpenů, antokyanů a dalších bioaktivních látek
• Rychlejší extrakce ve srovnání s konvenční macerací a extrakcí rozpouštědlem v míchací nádrži
• Kompatibilní s DES, NADES, glycerinem, vodou, etanolem a směsnými rozpouštědlovými systémy
• Účinné zpracování vysoce viskózních rozpouštědel pomocí ultrazvukového zpracování sondou s vysokou amplitudou
• Sériová, recirkulační a průběžná zařízení
• Přesné řízení amplitudy, příkonu, teploty a doby zpracování
• Snadné rozšíření od ověření proveditelnosti přes pilotní fázi až po plnou průmyslovou výrobu

Proč ultrazvuková extrakce zlepšuje výtěžnost DES a NADES

Extrakce typu ultrazvukové sondy pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel a přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel může nabídnout několik výhod pro extrakci bioaktivních sloučenin. Jednou z hlavních výhod je zvýšená účinnost extrakce fenolických sloučenin a dalších fytochemikálií z přírodních zdrojů. Hluboká eutektická rozpouštědla jsou známá vysokou účinností extrakce, kterou lze ještě zvýšit ultrazvukem asistovanou extrakcí. Díky své netoxicitě jsou skvělou volbou rozpouštědel pro farmaceutické a potravinářské výrobky. Díky tomu je ultrazvuková extrakce pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel ekologickou a udržitelnou metodou pro obnovu bioaktivních sloučenin. Bylo vědecky prokázáno, že synergické použití ultrazvuku s hlubokými eutektickými rozpouštědly vede k vyšším výnosům různých bioaktivních sloučenin. Celkově lze říci, že extrakce typu ultrazvukové sondy pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel a přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel poskytuje efektivnější a ekologičtější přístup k extrakci bioaktivních sloučenin.

Ultrazvuková extrakce antokyanů pomocí DES

Antokyany jsou cenné přírodní barviva a antioxidanty, které se vyskytují v černé mrkvi, bobulovém ovoci, hroznovém víně, fialové kukuřici a dalších rostlinných surovinách. Hluboká eutektická rozpouštědla se k extrakci antokyanů velmi dobře hodí, protože jejich síť vodíkových vazeb lze přizpůsobit tak, aby vyhovovala požadavkům na polaritu a stabilitu těchto barevných sloučenin. V kombinaci s ultrazvukem sondového typu se extrakce DES stává výrazně účinnější: ultrazvuková kavitace narušuje struktury rostlinných buněk, zlepšuje pronikání rozpouštědla a urychluje uvolňování antokyanů do extrakčního média. Studie o antokyaninech z černé mrkve s použitím sonikátoru UP400St ukazuje, že DES na bázi chloridu cholinu, zejména v kombinaci s extrakcí za pomoci ultrazvuku, může poskytnout udržitelnou a účinnou alternativu k konvenční extrakci okyseleným etanolem nebo metanolem. (srov. Türker et al., 2021)

Ultrazvuková extrakce polyfenolů pomocí DES

Polyfenoly, včetně flavonoidů, fenolových kyselin a příbuzných antioxidačních sloučenin, představují důležité cílové molekuly při extrakci v botanickém, potravinářském, nutraceutickém a kosmetickém průmyslu. Hluboká eutektická rozpouštědla na bázi glycerolu jsou pro získávání polyfenolů obzvláště atraktivní, protože jejich polarita a schopnost vytvářet vodíkové vazby podporují rozpouštění fenolických sloučenin. Ultrazvuk typu sondy tento proces dále zesiluje tím, že zvyšuje přenos hmoty, zkracuje dobu extrakce a zlepšuje kontakt mezi hlubokým eutektickým rozpouštědlem a rostlinnou matricí.
Ve výzkumné studii byl použit DES na bázi glycerolu a octanu amonného s extrakcí za pomoci ultrazvuku při optimalizovaných parametrech, jako jsou teplota, koncentrace DES a amplituda ultrazvuku. Výsledky prokázaly, že ultrazvuková extrakce DES umožnila účinné získání celkových fenolů, flavonoidů a antioxidační aktivity z plodů chinaberry, což dokazuje potenciál ultrazvukové extrakce pomocí DES jako ekologické extrakční metody pro průmyslové zpracování rostlinných surovin. (viz Jamshed et al., 2022)

Co jsou hluboká eutektická rozpouštědla (DES)?

Hluboká eutektická rozpouštědla (DES) jsou směsi alespoň jednoho akceptoru vodíkové vazby (HBA) a jednoho donoru vodíkové vazby (HBD), včetně karboxylových kyselin a dalších obnovitelných sloučenin. Podle Caiho a kol. (2019) “Silná interakce v podobě vodíkových vazeb mezi HBA a HBD je nejdůležitějším faktorem pro tvorbu DES.” [Cai a kol. 2019]
Pro donory vodíkových vazeb se často používají sloučeniny, jako jsou cukry, aminokyseliny, karboxylové kyseliny (např. kyselina benzoová, kyselina citronová, kyselina jantarová) nebo aminy (např. močovina, benzamid). Potenciál chemických interakcí donorů vodíkových vazeb je hlavním faktorem přispívajícím k tvorbě a účinnosti hlubokých eutektických rozpouštědel. Halogenidové soli, jako je cholinchlorid nebo chlorid zinečnatý, lze také použít ve spojení s donory vodíkových vazeb. Jiná hluboká eutektická rozpouštědla na bázi cholinchloridu jsou tvořena kyselinou malonovou, fenolem nebo glycerinem. V důsledku silných interakcí s vodíkovými vazbami je bod tání hlubokých eutektických rozpouštědel výrazně snížen ve srovnání s jeho jednotlivými složkami. Na rozdíl od běžných rozpouštědel (např. ethanol, methanol, hexan, butan atd.) jsou hluboce eutektická rozpouštědla netěkavá, což znamená, že mají velmi nízký tlak par, a proto jsou téměř nehořlavá. Toxicita hluboce eutektických rozpouštědel je nízká, jejich biologická rozložitelnost je vysoká a potřebné prekurzory jsou levné, snadno a hojně dostupné a také obnovitelné.
Přírodní hluboká eutektická rozpouštědla (NADES) jsou ještě šetrnější k životnímu prostředí, protože všechny prekurzory pocházejí z přírodních zdrojů. Hluboká eutektická rozpouštědla také nabízejí laditelnou solventnost založenou na chemickém složení rozpuštěné látky a druzích použitých k vytvoření hlubokých eutektických rozpouštědel. Některá přírodní hluboce eutektická rozpouštědla vykazují vysokou viskozitu, a proto nejsou příliš vhodná pro dávkovou extrakci. Přírodní hluboká eutektická rozpouštědla s vyššími viskozitami však lze úspěšně použít jako rozpouštědla při ultrazvukové průtokové extrakci.

Níže uvedená tabulka ukazuje několik příkladových složení přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel (NADES) pro extrakci fytochemikálií:

Jak funguje ultrazvuková extrakce hlubokými eutektickými rozpouštědly?

Ultrazvuková extrakce je založena na sonomechanických účincích nízkofrekvenčního ultrazvuku s vysokou intenzitou. Aby se podpořila a zintenzivnila extrakce botanických sloučenin (tj. bioaktivních látek) ultrazvukem, jsou vysoce výkonné ultrazvukové vlny spojeny prostřednictvím ultrazvukové sondy (nazývané také ultrazvukový roh nebo sonotroda) do kapalného média, tj. suspenze skládající se z botanické suroviny a (přírodního) hlubokého eutektického rozpouštědla. Ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vytvářejí střídavé nízkotlaké / vysokotlaké cykly. Během nízkotlakých cyklů vznikají nepatrné vakuové bubliny (tzv. kavitační bubliny), které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během těchto cyklů růstu bublin vstupují rozpuštěné plyny v kapalině do vakuové bubliny, takže se vakuová bublina transformuje na rostoucí plynové bubliny. Po růstu v několika cyklech dosáhnou vakuové bubliny určité velikosti, při které nemohou absorbovat více energie, takže během vysokotlakého cyklu prudce implodují. Imploze bublin je charakterizována intenzivními kavitačními silami, včetně velmi vysoké teploty a tlaku dosahujícího až 4000 K a 1000 atm; stejně jako odpovídající vysoké teplotní a tlakové rozdíly. Tyto ultrazvukem generované turbulence a smykové síly rozbíjejí rostlinné buňky a uvolňují intracelulární bioaktivní sloučeniny do (přírodního) hlubokého eutektického rozpouštědla. Ultrazvuková extrakce otevírá buněčnou strukturu rostlin a zintenzivňuje přenos hmoty mezi rostlinným materiálem a rozpouštědlem. Sonikace tak podporuje účinnost přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel. Ultrazvuková extrakce pomocí (přírodních) hlubokých eutektických rozpouštědel vede k výjimečně vysokým výtěžkům ve velmi krátké době zpracování.

Ultrazvukové vlny narušují buněčnou strukturu rostlin, uvolňují bioaktivní sloučeniny a podporují přenos hmoty mezi rostlinným materiálem a rozpouštědlem (např. hlubokými eutektickými rozpouštědly).

Kombinace ultrazvukové extrakce s (přírodními) hlubokými eutektickými rozpouštědly vám dává příležitost kombinovat proces zesilující sílu ultrazvuku s pozoruhodnými solubilizačními účinky a vynikající designovatelností hlubokých eutektických rozpouštědel. Vzhledem k vynikající účinnosti ultrazvukové extrakce Ultrazvukové přístroje se také úspěšně používají k extrakci vody.
Kontaktujte nás nyní, abyste se dozvěděli více o výkonné ultrazvukové extrakční aplikaci pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel!

Ultrazvukové extraktory pro laboratorní, pilotní a průmyslovou extrakci DES

Ultrazvuková extrakce je spolehlivá technologie zpracování, která usnadňuje a urychluje výrobu vysoce kvalitních extraktů z různých botanických i jakýchkoli rozpouštědel. Ultrazvuková extrakce je vysoce kompatibilní s (přírodními) hlubokými eutektickými rozpouštědly, která jsou příznivá díky své vynikající solubilizační síle, pojmenovatelnosti extraktu, udržitelnosti, biologické rozložitelnosti a šetrnosti k životnímu prostředí. Kombinace intenzifikace procesu výkonového ultrazvuku s výhodami (přírodních) hlubokých eutektických rozpouštědel dává této procesní technologii nadřazenost na mnoha úrovních. Portfolio Hielscher Ultrasonics pokrývá celou řadu od kompaktních laboratorních ultrasonicators až po průmyslové extrakční systémy. Všechny jsou samozřejmě vhodné pro extrakci hlubokými eutektickými rozpouštědly.
Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám pomohou od testů proveditelnosti a optimalizace procesů až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na úrovni finální výroby.