Glycerin jako rozpouštědlo pro ultrazvukovou extrakci
Glycerin neboli glycerol lze pro extrakci z rostlin použít v čisté formě (100%) nebo jako směs glycerinu s vodou či ethanolem. Seznamte se s výhodami využití glycerinu jako extrakčního rozpouštědla při sonikaci.
Extrakce z rostlin v glycerinu pomocí sonikace
Extrakce z rostlin je základním procesem v analytické chemii, biochemii a výzkumu přírodních látek, jehož cílem je izolovat specifické složky ze složitých směsí. Tradiční extrakční metody, jako je macerace nebo Soxhletova extrakce, často vyžadují dlouhé doby zpracování a použití organických rozpouštědel, která mohou představovat environmentální a zdravotní rizika. V posledním desetiletí nahradila ultrazvuková extrakce tradiční extrakční techniky, jako je macerace, Soxhletova extrakce a extrakce rozpouštědlem, neboť sonikace je účinnější, rychlejší, efektivnější a šetrnější k životnímu prostředí. Kromě těchto výhod ultrazvukové extrakce umožňuje tato technika použít rozpouštědlo dle vlastní volby. Ultrazvukové extraktory si poradí dokonce i s čistým rostlinným glycerinem jako rozpouštědlem.
Ultrazvukový homogenizátor UP400ST pro extrakci z bylin s glycerinem jako rozpouštědlem.
Jak fungují ultrazvukové přístroje sondového typu pro extrakci?
Sonikátory používané k extrakci z rostlin využívají sílu intenzivního ultrazvuku. Prostřednictvím ultrazvukové sondy se ultrazvuk o vysoké intenzitě přenáší do rozpouštědla, kde vzniká množství kavitačních bublin. Rychlý vznik a kolaps mikroskopických kavitačních bublin generuje smykové síly a intenzivní agitaci, lokálně vysoké teploty a tlaky. Tyto sonomechanické síly účinně narušují buněčné stěny a usnadňují uvolňování intracelulárních látek. Tato ultrazvukem intenzifikovaná extrakční technika nabízí řadu výhod, včetně zkrácení doby extrakce, zvýšení výtěžku a možnosti zpracovávat termolabilní látky bez výrazné degradace.
Rostlinný glycerin jako extrakční rozpouštědlo
Rostlinný glycerin – bezbarvá viskózní kapalina bez zápachu získávaná z rostlinných olejů – je široce uznáván pro své vlastnosti rozpouštědla. Je netoxický, biologicky odbouratelný a vykazuje vynikající rozpouštěcí schopnost pro širokou škálu organických sloučenin. Jako rozpouštědlo nabízí rostlinný glycerin oproti tradičním organickým rozpouštědlům několik výhod:
- Bezpečnost a dopad na životní prostředí: Glycerin je netoxický a šetrný k životnímu prostředí, což z něj činí preferovanou volbu pro aplikace zelené chemie.
- Potravinářská a farmaceutická kvalita: Rostlinný glycerin je k dispozici v potravinářské a farmaceutické kvalitě. Protože je glycerin bez alkoholu, jedlý a sladké chuti, je oceňovaným rozpouštědlem pro extrakty určené pro potraviny a léčiva. V kosmetice je glycerin díky svým emolientním (změkčujícím) vlastnostem uznávaným rozpouštědlem.
- Rozpustnost: Dokáže rozpouštět hydrofilní i hydrofobní látky, čímž rozšiřuje spektrum extrahovatelných sloučenin.
- Stabilita: Glycerin je chemicky stabilní, což pomáhá zachovat integritu citlivých sloučenin během extrakce.
Ultrazvukový přístroj UIP1000hdT pro extrakci z rostlin.
Protokol: Ultrazvuková extrakce z listů bylin do glycerinu
V tomto protokolu vás provedeme jednotlivými kroky ultrazvukové extrakce bioaktivních látek z listů bylin do čistého glycerinu. Pro vizuální představu o procesu ultrazvukové extrakce můžete zhlédnout doprovodné video výše.
Budete potřebovat:
- čerstvé nebo sušené byliny
- 100% rostlinný glycerin
- sonikátor sondového typu, např. UP400St se sonotrodou S24d22L2D
- skleněná kádinka
- tmavá skleněná láhev pro skladování
Postup krok za krokem
- Nakrájejte listy bylin na malé kousky (cca 5x5mm).
- Vložte listy bylin do skleněné kádinky.
- Přidejte glycerin. Byliny můžete nechat několik minut nasáknout.
- Vložte sondu sonikátoru do kádinky. Umístěte sondu do středu kádinky a dbejte na to, aby se sonotroda nedotýkala stěn nádoby.
- Nastavte amplitudu na 100% a spusťte sonikaci.
- Teplotu sledujte pomocí teplotního čidla, které je součástí dodávky UP400St.
- Když teplota stoupne nad hodnotu, kterou nechcete překročit, můžete sonikátor pozastavit, aby glycerinová suspenze vychladla. V menu UP400St můžete nastavit teplotní limit. Kromě toho můžete skleněnou kádinku umístit do ledové lázně.
- Sonikujte do celkového energetického vstupu cca 200–250 Ws/g. (Cílový energetický vstup můžete nastavit v menu UP400ST a všech digitálních sonikátorů Hielscher.)
- Po sonikaci odstraňte vyčerpaný rostlinný materiál z glycerinu filtrací. Můžete použít sítko, filtrační papír nebo sýrařské plátno. Pro usnadnění filtrace viskózního glycerinu použijte vakuovou filtraci.
Řešení problémů a tipy:
Čím je glycerin chladnější, tím vyšší je jeho viskozita. Vysoce viskózní kapaliny vyžadují výkonnější sonikátor. Sonikátor UP400St o výkonu 400 wattů si se 100% glycerinem při pokojové teplotě suverénně poradí. Pokud používáte sonikátor s nižším výkonem, můžete použít směs glycerinu a vody (např. 50:50 %v/v).
V případě studeného glycerinu je pro zpracování vysoce viskózních rozpouštědel ideální průmyslový sonikátor, jako je ultrazvukový procesor UIP1000hdT o výkonu 1000 wattů.
Protokol: Extrakce fytochemikálií z kořene hořce
Praktické využití směsí glycerinu a vody při ultrazvukové extrakci z rostlin je demonstrováno na izolaci fytochemikálií, jako je amarogentin, z kořene hořce v 50% glycerinu pomocí sonikátoru Hielscher UP200Ht. Kořen hořce obsahuje hořké chuťové látky, které jsou předmětem zájmu potravinářského a nápojového průmyslu i tradiční medicíny.
Amarogentin má hodnotu hořkosti 58 000 000 a v kořeni hořce se nachází v koncentraci 0,15%. Hořkost hořce se vyznačuje čistou chutí. Díky vysoké účinnosti jsou hořké látky z kořene hořce ceněny jako silná chuťová složka.
Postup krok za krokem pro ultrazvukovou extrakci kořene hořce s glycerinem jako rozpouštědlem
Použití směsi glycerinu a vody v kombinaci s vysoce výkonným sonikátorem UP200Ht vede k vysokému výtěžku extrahovaných fytochemikálií. Mírné podmínky glycerinu zajišťují, že citlivé látky zůstávají během celého procesu stabilní.
Glycerin a jeho směsi s vodou nebo ethanolem představují všestranné možnosti volby rozpouštědla pro ultrazvukovou extrakci z rostlin. Navzdory výzvám, které přináší vysoká viskozita glycerinu, si pokročilé sonikační zařízení, jako je Hielscher UP200Ht, s těmito rozpouštědly účinně poradí a zajistí efektivní extrakci cenných fytochemikálií. Možnost přizpůsobit složení rozpouštědla a využít sílu ultrazvukových vln činí z ultrazvukem asistované extrakce účinnou techniku pro izolaci bioaktivních látek z rostlinných materiálů.
Ultrazvukem asistovaná extrakce v glycerinu
Kombinace ultrazvukových přístrojů sondového typu s rostlinným glycerinem jako rozpouštědlem představuje účinný přístup k extrakci. Mechanické účinky ultrazvuku zlepšují přenos hmoty, a tím zvyšují účinnost glycerinu při rozpouštění cílových látek. Tato kombinace je obzvláště účinná při extrakci bioaktivních látek z rostlinných materiálů, jako jsou polyfenoly, alkaloidy a esenciální oleje.
Aplikace ultrazvukové extrakce z rostlin v glycerinu
Tato extrakční technika má perspektivní uplatnění v různých oblastech:
- Farmacie: Izolace aktivních farmaceutických složek z léčivých rostlin.
- Potravinářský průmysl: Extrakce přírodních aromat, barviv a antioxidantů.
- Kosmetika: Výroba bioaktivních látek pro přípravky péče o pleť a kosmetické přípravky.
- Hluboce eutektická rozpouštědla Díky nízké ceně, vysoké dostupnosti, netoxické povaze, nehořlavosti a netěkavosti jsou glycerol a hluboce eutektická rozpouštědla na bázi glycerolu ideální pro ultrazvukovou extrakci polyfenolů a nabízejí vysoce udržitelné řešení.
- vysoká účinnost
- nejmodernější technologie
- spolehlivost a robustnost
- nastavitelné, přesné řízení procesu
- vsádkově i inline
- pro jakýkoli objem
- inteligentní software
- chytré funkce (např. programovatelnost, protokolování dat, dálkové ovládání)
- snadná a bezpečná obsluha
- nenáročná údržba
- CIP (čištění na místě)
Design, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany
Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou proslulé svými nejvyššími standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují bezproblémovou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. S drsnými podmínkami a náročnými provozními prostředími si ultrazvukové přístroje Hielscher snadno poradí.
Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Následující tabulka uvádí orientační přibližnou zpracovatelskou kapacitu našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 0,5 až 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Sonikátor MSR-4 se 4x 4kW ultrazvukovými sondami (celkem 16kW ultrazvukového výkonu) pro průmyslovou extrakci bioaktivních látek.
Literatura / Reference
- Sumbal Jamshaid, 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.
- Jamshaid, S., Ahmed, D. & Aydar, A. Y. (2022): Ultrasound-assisted extraction optimization of polyphenols, flavonoids, and antioxidant compounds from fruit of Melia azedarach using a glycerol-based green deep eutectic solvent. Journal of Food Processing and Preservation, 46, e16657.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- 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.
Užitečné informace o glycerinu
Co je glycerin? Glycerin, známý také jako glycerol, je trojsytný alkohol s vysokou rozpustností ve vodě a vysokou hygroskopicitou. Díky tomu je všestranným rozpouštědlem v různých aplikacích. Viskozita rostlinného glycerinu je přibližně 1400 centipoise při 20ºC. Glycerin je netoxický, biologicky odbouratelný a recyklovatelný. Vyrábí se z obnovitelných zdrojů, což z něj činí ekologické rozpouštědlo. Protože je glycerin levný a snadno dostupný, je široce využíván v různých průmyslových odvětvích. Díky tomu, že je nehořlavý a netěkavý, je manipulace s glycerinem i jeho skladování bezpečné.
Glycerin je rozpustný ve vodě, ethanolu a methanolu, což rozšiřuje jeho použitelnost jako rozpouštědla v různých chemických procesech.
Pro jaké aplikace se glycerin používá jako rozpouštědlo?
Glycerin je ceněn pro své rozmanité využití v potravinářském i kosmetickém průmyslu. Použití glycerinu jako rozpouštědla patří k jeho významným aplikacím, neboť nabízí chemické vlastnosti a vysokou všestrannost jako rozpouštědlo.
V kosmetice a medicíně: V kosmetice a medicíně se glycerin běžně používá jako emoliens v krémech a gelových přípravcích. Působí jako rozpouštědlo pro mnoho špatně rozpustných látek a zvyšuje jejich biologickou dostupnost. Účinnost glycerinu v těchto aplikacích vyplývá z jeho chemické povahy trojsytného alkoholu, která mu propůjčuje vysokou rozpustnost ve vodě a hygroskopicitu.
V potravinách a nápojích: Glycerin plní v potravinářském a nápojovém průmyslu řadu funkcí. Působí jako zvlhčovadlo, rozpouštědlo a sladidlo a přispívá ke konzervaci potravin. Používá se také jako plnidlo v průmyslově vyráběných potravinách se sníženým obsahem tuku, jako jsou sušenky, a jako zahušťovadlo v likérech.
Vlastnosti polyolu: Glycerin, polyol (cukerný alkohol), je znám tím, že je netoxický, biologicky odbouratelný a recyklovatelný. Vyrábí se z obnovitelných zdrojů a díky své struktuře trojsytného alkoholu působí jako polární protické rozpouštědlo. Díky tomu je vysoce hydrofilní a rozpustný ve vodě, ethanolu a methanolu.
Pomocné rozpouštědlo pro vodnou extrakci: Glycerin je účinné pomocné rozpouštědlo pro procesy vodné extrakce, známé zejména svou účinností při získávání polyfenolových extraktů.
Jakou roli hraje glycerin při ultrazvukové extrakci?
Glycerin, známý také jako glycerol, je bezbarvá viskózní kapalina bez zápachu, která se široce používá jako rozpouštědlo při extrakci z rostlin. Díky svým jedinečným vlastnostem je obzvláště vhodný pro extrakci citlivých fytochemikálií, které by se za drsnějších podmínek mohly degradovat. Tato schopnost glycerinu zachovat integritu bioaktivních látek spolu s jeho netoxickou a biologicky odbouratelnou povahou z něj činí atraktivní rozpouštědlo pro farmaceutický, kosmetický a potravinářský průmysl. Zatímco čistý glycerin se jako extrakční rozpouštědlo používá často, mísí se také s vodou nebo ethanolem v různých poměrech.
Směsi glycerinu a vody: Smícháním glycerinu s vodou se sníží viskozita roztoku, čímž se zvýší jeho kavitační účinnost při ultrazvukové extrakci. Typická směs se může skládat z 50% glycerinu a 50% vody, čímž se vyváží viskozita a účinnost rozpouštědla. Tato kombinace je obzvláště účinná při extrakci látek, jako jsou hořčiny z kořene hořce, jak bylo demonstrováno v procesech sonikace.
Směsi glycerinu a ethanolu: Přidáním ethanolu ke glycerinu vzniká směs rozpouštědel s nižší viskozitou a lepšími rozpouštěcími vlastnostmi. Ethanol jako dobré rozpouštědlo pro mnoho fytochemikálií přispívá k účinnější extrakci látek, zatímco glycerinová složka zajišťuje stabilitu a biokompatibilitu výsledného extraktu.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorních až po průmyslové velikosti.