Rozpouštědla pro ultrazvukovou extrakci z rostlin
- Ultrazvuková extrakce se vyznačuje mnoha výhodami, jako jsou vysoké výnosy, rychlé rychlosti extrakce, šetrnost k životnímu prostředí a nízká spotřeba energie.
- Jednou z nejsilnějších výhod je použití vody jako extrakčního média. Nicméně, sonikace může být použita s různými rozpouštědlovými systémy k dosažení vynikajících výsledků pro cílový extrakt.
- Optimální rozpouštědlo pro ultrazvukovou extrakci rostlinných bioaktivních látek je zvoleno s ohledem na surovinu.
Ultrazvuková extrakce
Je dobře známo, že ultrazvuk narušuje buněčné struktury a zlepšuje přenos hmoty, čímž zvyšuje extrahovatelnost biosloučenin (např. fenoly, karotenoidy).
Vzhledem k tomu, že mechanické účinky sonikace zvyšují proces extrakce díky výrazně zlepšenému přenosu hmoty, je použití organických rozpouštědel často zbytečné. To znamená, že pro ultrazvukovou extrakci je voda často dostatečným extrakčním médiem, které má mnoho výhod, jako je levnost, nezávadnost, snadno dostupná a šetrná k životnímu prostředí.
U specifických bioaktivních sloučenin však lze nejlepších výsledků dosáhnout ultrazvukovou extrakcí v kombinaci s těkavým rozpouštědlem.
Pro výběr správného rozpouštědla je třeba vzít v úvahu surovinu (např. čerstvý nebo sušený, macerovaný/mletý nebo práškový rostlinný materiál) a cílové látky (např. lipofilní, hydrofilní).
V následující tabulce je uvedeno několik rozpouštědel, která jsou dobře zavedenými extrakčními rozpouštědly a používají se pro ultrazvukovou extrakci z rostlinného materiálu.
ethanol | Jedno z nejběžnějších rozpouštědel pro botanickou extrakci. Jako polární rozpouštědlo ethanol rozpouští polární sloučeniny, jako jsou alkaloidy a flavonoidy. |
Voda | Univerzální rozpouštědlo, často používané pro extrakci hydrofilních sloučenin, jako jsou polysacharidy, proteiny a některé glykosidy. |
vodný ethanol | Toto rozpouštědlo, směs etanolu a vody, může extrahovat širokou škálu polárních a středně polárních sloučenin, což zajišťuje rovnováhu mezi solventní silou ethanolu a schopností vody extrahovat hydrofilní sloučeniny. Vodný ethanol lze připravit v různých poměrech, přičemž se kapacita rozpouštění přizpůsobí cílovým sloučeninám. |
glycerin | Vysoce polární rozpouštědlo, které je užitečné pro extrakci polárních sloučenin a může být bezpečnější alternativou k jiným polárním rozpouštědlům, často používaným v tinkturách a extraktech určených pro vnitřní spotřebu. Přečtěte si více o extrakci fytochemikálií v glycerinu pomocí ultrazvuku! |
methanol | Vysoce polární rozpouštědlo účinné při extrakci široké škály rostlinných sloučenin včetně fenolů, flavonoidů a některých alkaloidů. |
hexan | Nepolární rozpouštědlo používané především k extrakci nepolárních sloučenin, jako jsou lipidy, vosky a esenciální oleje. |
Aceton | Aceton je polární aprotické rozpouštědlo, které je účinné při extrakci široké škály botanických sloučenin, zejména těch, které jsou méně polární než ty, které jsou extrahovány vodou nebo metanolem. |
Isopropanol | Polární rozpouštědlo podobné ethanolu, běžně používané k extrakci esenciálních olejů, pryskyřic a některých alkaloidů. |
Chloroform | Nepolární rozpouštědlo účinné při extrakci alkaloidů, terpenoidů a některých glykosidů. Méně často se používá kvůli své toxicitě. |
etylacetát | Středně polární rozpouštědlo používané k extrakci řady sloučenin včetně flavonoidů, alkaloidů a fenolů. |
toluen | Nepolární rozpouštědlo používané k extrakci nepolárních sloučenin, jako jsou esenciální oleje, terpeny a vosky. |
Butylalkohol | Středně polární rozpouštědlo účinné při extrakci sloučenin střední polarity, včetně některých glykosidů a saponinů. |
Petrolether | Nepolární rozpouštědlo primárně používané k extrakci tuků, olejů a dalších nepolárních sloučenin z rostlinných materiálů. |
Ultrasonicators pro extrakci
Od laboratorních a stolních ultrazvukových zařízení až po plně průmyslové ultrazvukové extrakční systémy – Hielscher Ultrasonics je váš dlouholetý zkušený partner, pokud jde o výkonné a spolehlivé ultrazvukové zařízení pro úspěšné extrakční procesy.
Naše ultrazvukové systémy jsou široce používány v biochemických laboratořích a farmaceutických výrobních závodech. Ultrazvukové sonotrody a reaktory jsou autoklávovatelné a splňují standardy farmaceutické výroby.
Hielscher průmyslové sonikátory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy, aby narušily buněčné matice a uvolnily cílené látky. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Síla a robustnost Hielscher ultrasonikators zajišťují vysoké výnosy, rychlé rychlosti extrakce a úplnější extrakci – vynikající konvenční extrakční procesy.
Naše ultrazvukové procesory lze kombinovat s konvenčními extrakčními metodami, jako jsou Soxhletova extrakce nebo superkritická extrakce CO2. Dodatečnou montáž do stávajících výrobních linek lze snadno provést.
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.
Fakta, která stojí za to vědět
Ultrazvuková extrakce kavitací
Intenzivní ultrazvukové vlny generují Akustická kavitace v kapalinách. Kavitační smykové síly rozbijí buněčnou stěnu a membrány, takže se uvolní intracelulární materiál. Ultrazvuková extrakce dosahuje většího pronikání rozpouštědla do rostlinné tkáně a zlepšuje přenos hmoty. Ultrazvuková extrakce tak výrazně zintenzivňuje proces extrakce, což vede k vyšším výnosům, rychlejším rychlostem extrakce a úplnější extrakci.
Systémy rozpouštědel
Pro extrakci bioaktivních sloučenin z rostlinného materiálu jsou k dispozici různé systémy rozpouštědel. Pro extrakci hydrofilních sloučenin se volí většinou polární rozpouštědla, jako je methanol, ethanol nebo ethylacetát, zatímco pro extrakci lipofilních sloučenin (např. lipidů) se upřednostňují rozpouštědlové systémy, jako je dichlormethan nebo dichlormethan/methanol (v/v 1:1). Hexan se často používá jako rozpouštědlo pro extrakci chlorofylu.
Co jsou bioaktivní sloučeniny?
Bioaktivní sloučeniny nebo fytochemikálie jsou definovány jako látky, které mají vliv na živé organismy, tkáně nebo buňky. Mezi biologicky aktivní látky patří antibiotika, enzymy a vitamíny. Bioaktivní látky, jako jsou karotenoidy a polyfenoly, lze extrahovat např. z ovoce, listů a zeleniny, zatímco fytosteroly se nacházejí ve rostlinných olejích.
Mezi bioaktivní sloučeniny rostlinného původu patří flavonoidy, kofein, karotenoidy, cholin, dithiolthiony, fytosteroly, polysacharidy, fytoestrogeny, glukosinoláty, polyfenoly a antokyany. Mnoho bioaktivních látek je ceněno pro to, že působí jako antioxidanty, a proto jsou považovány za zdraví prospěšné.
Jak vyberu nejlepší extrakční rozpouštědlo?
Níže uvedené pokyny vám pomohou vybrat vhodné rozpouštědlo pro ultrazvukovou botanickou extrakci. Vzhledem k tomu, že sonikace je kompatibilní s jakýmkoli standardním rozpouštědlem, můžete si vybrat rozpouštědlo, které je nejideálnější pro vaši rostlinnou surovinu, cílené fytochemikálie a nákladovou efektivitu.
- Volitelnost: Vyberte rozpouštědlo, které specificky rozpouští požadované sloučeniny a zanechává za sebou nežádoucí složky. Například použijte etanol pro polární sloučeniny, jako jsou alkaloidy a flavonoidy.
- Rozpustnost: Založeno na principu “podobné se rozpouští jako,” Vyberte rozpouštědlo s polaritou podobnou polaritě rozpuštěné látky. Polární rozpouštědla (např. voda, ethanol) rozpouštějí polární sloučeniny, zatímco nepolární rozpouštědla (např. hexan) rozpouštějí nepolární sloučeniny, jako jsou lipidy a oleje.
- Náklady: Zvažte nákladovou efektivitu rozpouštědla. Některá rozpouštědla mohou být dražší, ale nabízejí vyšší výtěžnost nebo lepší selektivitu, což vyrovnává celkové náklady na extrakci.
- Bezpečnost: Ujistěte se, že rozpouštědlo je bezpečné pro použití a manipulaci. Mezi faktory patří toxicita, hořlavost a dopad na životní prostředí. Například voda a etanol jsou bezpečnější volbou ve srovnání s chloroformem nebo toluenem.
Polarita a výběr rozpouštědla
Podle zákona podobnosti a zaměnitelnosti budou rozpouštědla s hodnotou polarity blízkou polaritě rozpuštěné látky pravděpodobně fungovat lépe. Zde je několik příkladů:
- Polární rozpouštědla: Voda, etanol, metanol – Používá se k extrakci polárních sloučenin, jako jsou alkaloidy, flavonoidy, glykosidy a proteiny.
- Středně polární rozpouštědla: Aceton, ethylacetát, isopropanol – Vhodné pro extrakci široké škály sloučenin, včetně fenolických látek a některých alkaloidů.
- Nepolární rozpouštědla: Hexan, toluen, petrolether – Ideální pro extrakci nepolárních sloučenin, jako jsou lipidy, vosky, terpeny a esenciální oleje.
Příklady použití rozpouštědel
- Ethanol: Jedno z nejběžnějších rozpouštědel pro botanickou extrakci. Jako polární rozpouštědlo ethanol rozpouští polární sloučeniny, jako jsou alkaloidy a flavonoidy.
- Voda: Univerzální rozpouštědlo, často používané pro extrakci hydrofilních sloučenin, jako jsou polysacharidy, proteiny a některé glykosidy.
- Methanol: Vysoce polární rozpouštědlo účinné při extrakci široké škály rostlinných sloučenin včetně fenolů, flavonoidů a některých alkaloidů.
- Hexan: Nepolární rozpouštědlo používané především k extrakci nepolárních sloučenin, jako jsou lipidy, vosky a esenciální oleje.
- Aceton: Aceton je polární aprotické rozpouštědlo, které je účinné při extrakci široké škály botanických sloučenin, zejména těch, které jsou méně polární než ty, které jsou extrahovány vodou nebo metanolem.
- Isopropanol: Polární rozpouštědlo podobné ethanolu, běžně používané k extrakci esenciálních olejů, pryskyřic a některých alkaloidů.
- Chloroform: Nepolární rozpouštědlo účinné při extrakci alkaloidů, terpenoidů a některých glykosidů. Méně často se používá kvůli své toxicitě.
- Etylacetát: Středně polární rozpouštědlo používané k extrakci řady sloučenin včetně flavonoidů, alkaloidů a fenolů.
- Toluen: Nepolární rozpouštědlo používané k extrakci nepolárních sloučenin, jako jsou esenciální oleje, terpeny a vosky.
- Butylalkohol: Středně polární rozpouštědlo účinné při extrakci sloučenin střední polarity, včetně některých glykosidů a saponinů.
- Petrolether: Nepolární rozpouštědlo primárně používané k extrakci tuků, olejů a dalších nepolárních sloučenin z rostlinných materiálů.
Následující rozpouštědla byla testována ve výzkumných studiích zkoumajících ultrazvukovou extrakci specifických rostlinných materiálů a fytochemikálií.
rozpouštědlo | Rostlina | Druh tkáně |
---|---|---|
Kyselina octová / močovina / cetyltrim-ethylammonium bromid | rýže | otruby |
vodný ethanol | Lihovarnické obilí | obilí |
Vodný isopropanol | sója, řepka | semena |
ethanol | Saccharina japonica | – |
Ledová kyselina actic | čirok | – |
Fenol | rajčata / brambory / aloe vera / sójové boby | pyl / hlíza / list / semeno |
Fenol/octan amonný | ječmen / banán | kořen / list |
Fenol/octan amonný | avokádo / rajče / pomeranč / banán / hruška / hroznové víno / jablko / jahoda | plody |
Fenol/methanol-octan amonný | jehličnaté / banán / jablko / brambory | semena / plody |
Dodecylsulfát sodný/aceton | jehličnaté / bramborové | semeno / hlíza |
Dodecylsulfát sodný/TCA/aceton | jablko / banán | tkáň |
TCA | fazole | prašník |
TCA/aceton | citrusy / sójové boby / aloe vera | Listy |
TCA/aceton | sójové / jehličnaté | semena |
TCA/aceton | rajče | pylové zrno |
TCA/aceton/fenol | oliva / bambus / hroznové víno / citron | Listy |
TCA/aceton/fenol | jablko / pomeranč / rajče | plody |
Thiomočovina/močovina | sojový bob | semeno |
Thiomočovina/močovina | jablko / banán | papírové kapesníky |
Vyrovnávací paměť Tris-HCL | rajče | pylové zrno |
Co jsou organická rozpouštědla?
Organické rozpouštědlo je druh těkavých organických sloučenin (VOC). VOC jsou organické chemikálie, které se odpařují při pokojové teplotě.
Mezi organické sloučeniny používané jako rozpouštědla patří:
- aromatické sloučeniny, např. benzen a toluen
- alkoholy, např. metanol
- Estery a ethery
- ketony, např. aceton
- Aminy
- nitrované a halogenované uhlovodíky
Mnoho organických rozpouštědel je klasifikováno jako toxická nebo karcinogenní. V případě nesprávné manipulace mohou být nebezpečné pro člověka a mohou kontaminovat vzduch, vodu a půdu. Díky silnému mechanismu ultrazvukové extrakce se lze vyhnout použití organických rozpouštědel jejich nahrazením mírnějšími, netoxickými rozpouštědly.