Ultrazvuková extrakce s hlubokými eutektickými rozpouštědly

Hluboká eutektická rozpouštědla (DES) a přírodní hluboká eutektická rozpouštědla (NADES) jsou výkonná, laditelná a k životnímu prostředí šetrná extrakční média pro rostlinné materiály, potraviny, nutraceutika, kosmetiku a farmaceutické složky. Sondové sonikátory Hielscher intenzifikují extrakci pomocí DES tím, že urychlují přenos hmoty, narušují struktury rostlinných buněk a zlepšují pronikání rozpouštědla – a to i při práci s viskózními rozpouštědlovými systémy, jako jsou NADES na bázi glycerolu.

Ať už v laboratoři provádíte screening složení rozpouštědel, optimalizujete extrakční parametry pro konkrétní fytochemikálii, nebo přecházíte na kontinuální inline výrobu, ultrazvukové extraktory Hielscher poskytují reprodukovatelné řízení amplitudy, robustní provoz 24/7 a škálovatelné zpracování od mililitrů až po průmyslové průtoky.

Proč výrobci extraktů volí Hielscher pro extrakci pomocí DES

• Vyšší účinnost extrakce polyfenolů, flavonoidů, kanabinoidů, terpenů, antokyanů a dalších bioaktivních látek
• Rychlejší extrakce ve srovnání s konvenční macerací a extrakcí rozpouštědlem v míchaných nádržích
• Kompatibilní s DES, NADES, glycerinem, vodou, ethanolem a směsnými rozpouštědlovými systémy
• Efektivní zpracování vysoce viskózních rozpouštědel pomocí sondové sonikace s vysokou amplitudou
• Vsádkové, recirkulační a kontinuální průtočné uspořádání
• Přesné řízení amplitudy, vnesené energie, teploty a doby zpracování
• Snadné zvětšení měřítka od testů proveditelnosti po pilotní a plně průmyslovou výrobu

Proč sonikace zlepšuje extrakci pomocí DES a NADES

Sondová ultrazvuková extrakce s hlubokými eutektickými rozpouštědly a přírodními hlubokými eutektickými rozpouštědly může nabídnout řadu výhod při extrakci bioaktivních látek. 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 dále zvýšit ultrazvukem asistovanou extrakcí. Díky své netoxičnosti jsou skvělou volbou rozpouštědla pro farmaceutické a potravinářské produkty. Díky tomu je ultrazvuková extrakce s hlubokými eutektickými rozpouštědly zelenou a udržitelnou metodou pro získávání bioaktivních látek. Bylo vědecky prokázáno, že synergické použití sonikace s hlubokými eutektickými rozpouštědly vede k vyšším výtěžkům různých bioaktivních látek. Celkově představuje sondová ultrazvuková extrakce s hlubokými eutektickými rozpouštědly a přírodními hlubokými eutektickými rozpouštědly účinnější a k životnímu prostředí šetrnější přístup k extrakci bioaktivních látek.

Ultrazvuková extrakce antokyanů pomocí DES

Antokyany jsou cenné přírodní pigmenty a antioxidanty, které se nacházejí v černé mrkvi, bobulovinách, hroznech, fialové kukuřici a dalších rostlinných materiálech. Hluboká eutektická rozpouštědla jsou pro extrakci antokyanů velmi vhodná, protože jejich síť vodíkových vazeb lze upravit tak, aby odpovídala požadavkům těchto barviv na polaritu a stabilitu. V kombinaci se sondovou sonikací se extrakce pomocí DES stává výrazně účinnější: ultrazvuková kavitace narušuje struktury rostlinných buněk, zlepšuje pronikání rozpouštědla a urychluje uvolňování antokyanů do extrakčního média. Studie antokyanů z černé mrkve se sonikátorem UP400St ukazuje, že DES na bázi cholinchloridu, zejména v kombinaci s ultrazvukem asistovanou extrakcí, mohou představovat udržitelnou a účinnou alternativu ke konvenční extrakci okyseleným ethanolem nebo methanolem. (srov. Türker et al., 2021)

Ultrazvuková extrakce polyfenolů pomocí DES

Polyfenoly, včetně flavonoidů, fenolových kyselin a příbuzných antioxidačních sloučenin, jsou důležitými cílovými molekulami při extrakci rostlinných materiálů, potravin, nutraceutik a kosmetických surovin. Hluboká eutektická rozpouštědla na bázi glycerolu jsou pro získávání polyfenolů obzvláště atraktivní, protože jejich polarita a schopnost tvořit vodíkové vazby podporují solubilizaci fenolických sloučenin. Sondový ultrazvuk proces dále intenzifikuje tím, že zvyšuje přenos hmoty, zkracuje dobu extrakce a zlepšuje kontakt mezi DES a rostlinnou matricí.
Výzkumná studie použila DES na bázi glycerolu a octanu amonného s ultrazvukem asistovanou extrakcí za optimalizovaných parametrů, jako je teplota, koncentrace DES a amplituda ultrazvuku. Výsledek ukázal, že ultrazvuková extrakce pomocí DES umožnila účinné získání celkových fenolů, flavonoidů a antioxidační aktivity z plodů zederachu indického, což dokládá potenciál ultrazvukové extrakce pomocí DES jako zelené extrakční metody pro průmyslové zpracování rostlinných materiálů. (srov. 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), mezi něž patří karboxylové kyseliny a další obnovitelné sloučeniny. Podle Cai et al. (2019) „silná interakce vodíkovou vazbou mezi HBA a HBD je nejdůležitějším faktorem pro vznik DES.“ [Cai et al. 2019]
Jako donory vodíkové vazby se často používají sloučeniny, jako jsou cukry, aminokyseliny, karboxylové kyseliny (např. kyselina benzoová, kyselina citronová, kyselina jantarová) nebo aminy (např. močovina, benzamid). Chemický interakční potenciál donorů vodíkové vazby je hlavním faktorem, který přispívá ke vzniku a účinnosti hlubokých eutektických rozpouštědel. Spolu s donory vodíkové vazby lze použít také halogenidové soli, jako je cholinchlorid nebo chlorid zinečnatý. Další hluboká eutektická rozpouštědla na bázi cholinchloridu se tvoří s kyselinou malonovou, fenolem nebo glycerinem. V důsledku silných interakcí vodíkových vazeb je teplota tání hlubokých eutektických rozpouštědel ve srovnání s jejich jednotlivými složkami výrazně snížena. Na rozdíl od konvenčních rozpouštědel (např. ethanol, methanol, hexan, butan atd.) jsou hluboká eutektická rozpouštědla netěkavá, což znamená, že mají velmi nízký tlak par, a jsou proto jen obtížně zápalná. Toxicita hlubokých eutektických rozpouštědel je nízká, jejich biologická odbouratelnost je vysoká a potřebné prekurzory jsou levné, snadno a v hojném množství 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 rovněž nabízejí laditelnou rozpouštěcí schopnost, která závisí na chemické povaze rozpuštěné látky a na látkách použitých k vytvoření hlubokých eutektických rozpouštědel. Některá přírodní hluboká eutektická rozpouštědla vykazují vysokou viskozitu, a proto nejsou příliš vhodná pro vsádkovou extrakci. Přírodní hluboká eutektická rozpouštědla s vyšší viskozitou však lze úspěšně použít jako rozpouštědla při ultrazvukové průtočné extrakci.

V tabulce níže je uvedeno několik příkladů složení přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel (NADES) pro extrakci fytochemikálií:

Jak funguje ultrazvuková extrakce s hlubokými eutektickými rozpouštědly?

Ultrazvuková extrakce je založena na sonomechanických účincích vysoce intenzivního nízkofrekvenčního ultrazvuku. Aby se podpořila a intenzifikovala extrakce rostlinných látek (tj. bioaktivních látek) pomocí sonikace, přenášejí se výkonové ultrazvukové vlny prostřednictvím ultrazvukové sondy (nazývané také sonotroda) do kapalného média, tj. suspenze tvořené rostlinnou surovinou a (přírodním) hlubokým eutektickým rozpouštědlem. Ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vytvářejí střídavé cykly nízkého / vysokého tlaku. Během cyklů nízkého tlaku vznikají drobné vakuové bublinky (tzv. kavitační bubliny), které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během těchto cyklů růstu bublin vstupují do vakuové bubliny plyny rozpuštěné v kapalině, takže se vakuová bublina mění v rostoucí plynovou bublinu. Po růstu během několika cyklů dosáhnou vakuové bubliny určité velikosti, při které již nemohou absorbovat další energii, a proto během cyklu vysokého tlaku prudce implodují. Imploze bubliny je charakterizována intenzivními kavitačními silami, včetně velmi vysoké teploty a tlaku dosahujících až 4000K, resp. 1000atm, a také odpovídajícími vysokými rozdíly teplot a tlaků. Tyto ultrazvukem generované turbulence a smykové síly rozrušují rostlinné buňky a uvolňují intracelulární bioaktivní látky do (přírodního) hlubokého eutektického rozpouštědla. Ultrazvuková extrakce otevírá buněčnou strukturu rostlin a intenzifikuje přenos hmoty mezi rostlinným materiálem a rozpouštědlem. Sonikace tím podporuje účinnost přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel. Ultrazvuková extrakce s (přírodními) hlubokými eutektickými rozpouštědly vede k mimořádně vysokým výtěžkům během velmi krátké doby zpracování.

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

Kombinace ultrazvukové extrakce s (přírodními) hlubokými eutektickými rozpouštědly vám dává příležitost spojit procesně intenzifikační sílu ultrazvuku s pozoruhodnými solubilizačními účinky a výjimečnou navrhovatelností hlubokých eutektických rozpouštědel. Díky vynikající účinnosti ultrazvukové extrakce se sonikátory úspěšně používají také pro extrakci vodou.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o výkonné aplikaci ultrazvukové extrakce s hlubokými eutektickými rozpouštědly!

Ultrazvukové extraktory pro laboratorní, pilotní a průmyslovou extrakci pomocí DES

Ultrazvuková extrakce je spolehlivá technologie zpracování, která usnadňuje a urychluje výrobu vysoce kvalitních extraktů z různých rostlinných materiálů s jakýmkoli rozpouštědlem. Ultrazvuková extrakce je vysoce kompatibilní s (přírodními) hlubokými eutektickými rozpouštědly, která jsou výhodná díky své vynikající solubilizační schopnosti, možnosti přizpůsobení danému extraktu, udržitelnosti, biologické odbouratelnosti a šetrnosti k životnímu prostředí. Kombinace procesní intenzifikace výkonovým ultrazvukem s výhodami (přírodních) hlubokých eutektických rozpouštědel dává této procesní technologii převahu v mnoha ohledech. Portfolio Hielscher Ultrasonics pokrývá celou škálu od kompaktních laboratorních sonikátorů až po průmyslové extrakční systémy. Všechny jsou samozřejmě vhodné pro extrakci s hlubokými eutektickými rozpouštědly.
Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám pomohou od testů proveditelnosti a optimalizace procesu až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na úrovni finální výroby.