Εκχύλιση με υπερήχους με βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες

Οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (DES) και οι φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NADES) είναι ισχυρά, ρυθμιζόμενα και φιλικά προς το περιβάλλον μέσα εκχύλισης για φυτικές ύλες, τρόφιμα, διατροφαρμακευτικά προϊόντα, καλλυντικά και φαρμακευτικά συστατικά. Οι συσκευές υπερήχων με ακίδα της Hielscher εντατικοποιούν την εκχύλιση με DES επιταχύνοντας τη μεταφορά μάζας, διαρρηγνύοντας τις δομές των φυτικών κυττάρων και βελτιώνοντας τη διείσδυση του διαλύτη – ακόμη και κατά την επεξεργασία ιξωδών συστημάτων διαλυτών, όπως οι NADES με βάση τη γλυκερόλη.

Είτε αξιολογείτε συνθέσεις διαλυτών στο εργαστήριο, είτε βελτιστοποιείτε τις παραμέτρους εκχύλισης για μια συγκεκριμένη φυτοχημική ένωση, είτε αυξάνετε την κλίμακα για συνεχή παραγωγή εντός γραμμής, οι εκχυλιστές υπερήχων της Hielscher παρέχουν αναπαραγώγιμο έλεγχο του πλάτους ταλάντωσης, αξιόπιστη λειτουργία 24/7 και επεξεργασία με δυνατότητα κλιμάκωσης από χιλιοστόλιτρα έως βιομηχανικές παροχές.

Γιατί οι παραγωγοί εκχυλισμάτων επιλέγουν τη Hielscher για εκχύλιση με DES

• Υψηλότερη απόδοση εκχύλισης για πολυφαινόλες, φλαβονοειδή, κανναβινοειδή, τερπένια, ανθοκυανίνες και άλλες βιοδραστικές ενώσεις
• Ταχύτερη εκχύλιση σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση με εμβάπτιση και την εκχύλιση με διαλύτη σε αναδευόμενη δεξαμενή
• Συμβατότητα με DES, NADES, γλυκερίνη, νερό, αιθανόλη και μικτά συστήματα διαλυτών
• Αποτελεσματική επεξεργασία διαλυτών υψηλού ιξώδους με κατεργασία με υπερήχους υψηλού πλάτους ταλάντωσης μέσω ακίδας
• Διατάξεις επεξεργασίας κατά παρτίδες, ανακυκλοφορίας και συνεχούς διέλευσης
• Ακριβής έλεγχος του πλάτους ταλάντωσης, της εισαγόμενης ενέργειας, της θερμοκρασίας και του χρόνου διεργασίας
• Εύκολη αύξηση κλίμακας από τις δοκιμές εφικτότητας έως την πιλοτική παραγωγή και την παραγωγή σε πλήρη βιομηχανική κλίμακα

Γιατί η κατεργασία με υπερήχους βελτιώνει την εκχύλιση με DES και NADES

Η εκχύλιση με υπερήχους μέσω ακίδας με χρήση βαθέως ευτηκτικών διαλυτών και φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών μπορεί να προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα στην εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα είναι η αυξημένη απόδοση εκχύλισης φαινολικών ενώσεων και άλλων φυτοχημικών ενώσεων από φυσικές πηγές. Οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες είναι γνωστοί για την υψηλή απόδοση εκχύλισής τους, η οποία μπορεί να ενισχυθεί ακόμη περισσότερο με την υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση. Λόγω της μη τοξικότητάς τους, αποτελούν εξαιρετική επιλογή διαλύτη για φαρμακευτικά προϊόντα και τρόφιμα. Αυτό καθιστά την εκχύλιση με υπερήχους με χρήση βαθέως ευτηκτικών διαλυτών μια πράσινη και βιώσιμη μέθοδο για την ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων. Έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι η συνεργιστική χρήση της κατεργασίας με υπερήχους και των βαθέως ευτηκτικών διαλυτών οδηγεί σε υψηλότερες αποδόσεις διαφόρων βιοδραστικών ενώσεων. Συνολικά, η εκχύλιση με υπερήχους μέσω ακίδας με χρήση βαθέως ευτηκτικών διαλυτών και φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών προσφέρει μια πιο αποδοτική και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση στην εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων.

Εκχύλιση ανθοκυανινών με υπερήχους με DES

Οι ανθοκυανίνες είναι πολύτιμες φυσικές χρωστικές και αντιοξειδωτικές ουσίες που βρίσκονται στα μαύρα καρότα, στα μούρα, στα σταφύλια, στον μωβ αραβόσιτο και σε άλλες φυτικές ύλες. Οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για την εκχύλιση ανθοκυανινών, επειδή το δίκτυο δεσμών υδρογόνου τους μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις πολικότητας και σταθερότητας αυτών των χρωστικών ενώσεων. Όταν συνδυάζεται με κατεργασία με υπερήχους μέσω ακίδας, η εκχύλιση με DES γίνεται σημαντικά πιο αποδοτική: η σπηλαίωση που προκαλείται από τους υπερήχους διαρρηγνύει τις δομές των φυτικών κυττάρων, βελτιώνει τη διείσδυση του διαλύτη και επιταχύνει την απελευθέρωση ανθοκυανινών στο μέσο εκχύλισης. Μια μελέτη για τις ανθοκυανίνες των μαύρων καρότων με χρήση της συσκευής υπερήχων UP400St δείχνει ότι οι DES με βάση το χλωριούχο άλας της χολίνης, ιδιαίτερα όταν συνδυάζονται με υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση, μπορούν να προσφέρουν μια βιώσιμη και αποτελεσματική εναλλακτική λύση στη συμβατική εκχύλιση με οξινισμένη αιθανόλη ή μεθανόλη. (πρβλ. Türker et al., 2021)

Εκχύλιση πολυφαινολών με υπερήχους με DES

Οι πολυφαινόλες, συμπεριλαμβανομένων των φλαβονοειδών, των φαινολικών οξέων και των συναφών αντιοξειδωτικών ενώσεων, αποτελούν σημαντικά μόρια-στόχους στην εκχύλιση φυτικών υλών, τροφίμων, διατροφοφαρμακευτικών προϊόντων και καλλυντικών. Οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες με βάση τη γλυκερόλη είναι ιδιαίτερα ελκυστικοί για την ανάκτηση πολυφαινολών, επειδή η πολικότητά τους και η ικανότητά τους να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου ευνοούν τη διαλυτοποίηση των φαινολικών ενώσεων. Οι υπέρηχοι που εφαρμόζονται μέσω ηχοτροδίου εντατικοποιούν περαιτέρω τη διεργασία, αυξάνοντας τη μεταφορά μάζας, μειώνοντας τον χρόνο εκχύλισης και βελτιώνοντας την επαφή μεταξύ του DES και της φυτικής μήτρας.
Μια ερευνητική μελέτη χρησιμοποίησε έναν DES γλυκερόλης και οξικού αμμωνίου με εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους, υπό βελτιστοποιημένες παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, η συγκέντρωση του DES και το πλάτος ταλάντωσης των υπερήχων. Το αποτέλεσμα έδειξε ότι η εκχύλιση με υπερήχους με χρήση DES επέτρεψε την αποτελεσματική ανάκτηση ολικών φαινολών, φλαβονοειδών και αντιοξειδωτικής δραστικότητας από καρπούς μελίας, καταδεικνύοντας τις δυνατότητες της εκχύλισης με υπερήχους με χρήση DES ως πράσινης μεθόδου εκχύλισης για τη βιομηχανική επεξεργασία φυτικών υλών. (πρβλ. Jamshed et al., 2022)

Τι είναι οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (DES);

Οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (DESs) είναι μείγματα τουλάχιστον ενός δέκτη δεσμού υδρογόνου (HBA) και ενός δότη δεσμού υδρογόνου (HBD), στα οποία περιλαμβάνονται καρβοξυλικά οξέα και άλλες ανανεώσιμες ενώσεις. Σύμφωνα με τους Cai et al. (2019), «η ισχυρή αλληλεπίδραση μέσω δεσμών υδρογόνου μεταξύ HBA και HBD είναι ο σημαντικότερος παράγοντας για τον σχηματισμό των DESs». [Cai et al. 2019]
Ως δότες δεσμών υδρογόνου χρησιμοποιούνται συχνά ενώσεις όπως σάκχαρα, αμινοξέα, καρβοξυλικά οξέα (π.χ. βενζοϊκό οξύ, κιτρικό οξύ, ηλεκτρικό οξύ) ή αμίνες (π.χ. ουρία, βενζαμίδιο). Η δυνατότητα χημικής αλληλεπίδρασης των δοτών δεσμών υδρογόνου είναι ο κύριος παράγοντας που συμβάλλει στον σχηματισμό και την αποδοτικότητα των βαθέως ευτηκτικών διαλυτών. Αλογονούχα άλατα, όπως το χλωριούχο άλας χολίνης ή ο χλωριούχος ψευδάργυρος, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με τους δότες δεσμών υδρογόνου. Άλλοι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες με βάση το χλωριούχο άλας χολίνης σχηματίζονται με μηλονικό οξύ, φαινόλη ή γλυκερίνη. Ως αποτέλεσμα των ισχυρών αλληλεπιδράσεων μέσω δεσμών υδρογόνου, το σημείο τήξης των βαθέως ευτηκτικών διαλυτών μειώνεται σημαντικά σε σύγκριση με εκείνο των επιμέρους συστατικών τους. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς διαλύτες (π.χ. αιθανόλη, μεθανόλη, εξάνιο, βουτάνιο κ.λπ.), οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες είναι μη πτητικοί, γεγονός που σημαίνει ότι έχουν πολύ χαμηλή τάση ατμών και, ως εκ τούτου, αναφλέγονται δύσκολα. Η τοξικότητα των βαθέως ευτηκτικών διαλυτών είναι χαμηλή, η βιοαποικοδομησιμότητά τους υψηλή και οι απαραίτητες πρόδρομες ουσίες είναι οικονομικές, εύκολα διαθέσιμες σε αφθονία και ανανεώσιμες.
Οι φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NADES) είναι ακόμη πιο φιλικοί προς το περιβάλλον, καθώς όλες οι πρόδρομες ουσίες προέρχονται από φυσικές πηγές. Οι βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες προσφέρουν επίσης ρυθμιζόμενη διαλυτική ικανότητα με βάση τη χημεία της διαλυμένης ουσίας και τα χημικά είδη που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τους. Ορισμένοι φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες παρουσιάζουν υψηλό ιξώδες και, επομένως, δεν είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για εκχύλιση κατά παρτίδες. Ωστόσο, οι φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες με υψηλότερο ιξώδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως διαλύτες στην εκχύλιση με υπερήχους σε συνεχή ροή.

Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει ορισμένες ενδεικτικές συνθέσεις φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών (NADES) για την εκχύλιση φυτοχημικών ενώσεων:

Πώς λειτουργεί η εκχύλιση με υπερήχους με βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες;

Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στις ηχομηχανικές επιδράσεις των υπερήχων υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας. Για την προώθηση και την εντατικοποίηση της εκχύλισης φυτικών ενώσεων (δηλαδή βιοδραστικών ουσιών) μέσω κατεργασίας με υπερήχους, υπερηχητικά κύματα υψηλής ισχύος μεταφέρονται μέσω ενός καθετήρα υπερήχων (που ονομάζεται επίσης υπερηχητική χοάνη ή ηχοτρόδιο) στο υγρό μέσο, δηλαδή στον πολτό που αποτελείται από τη φυτική πρώτη ύλη και τον (φυσικό) βαθέως ευτηκτικό διαλύτη. Τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται μέσα στο υγρό και δημιουργούν εναλλασσόμενους κύκλους χαμηλής πίεσης / υψηλής πίεσης. Κατά τους κύκλους χαμηλής πίεσης δημιουργούνται μικροσκοπικές φυσαλίδες κενού (οι λεγόμενες φυσαλίδες σπηλαίωσης), οι οποίες μεγαλώνουν κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων πίεσης. Κατά τη διάρκεια αυτών των κύκλων ανάπτυξης των φυσαλίδων, τα διαλυμένα αέρια του υγρού εισέρχονται στις φυσαλίδες κενού, με αποτέλεσμα αυτές να μετατρέπονται σε διογκούμενες φυσαλίδες αερίου. Αφού μεγαλώσουν κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων, οι φυσαλίδες κενού φτάνουν σε ένα ορισμένο μέγεθος στο οποίο δεν μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια, οπότε καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Η κατάρρευση των φυσαλίδων χαρακτηρίζεται από έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης, συμπεριλαμβανομένων πολύ υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων που φτάνουν έως και 4000K και 1000atm, αντίστοιχα, καθώς και αντίστοιχων μεγάλων διαφορών θερμοκρασίας και πίεσης. Αυτοί οι στροβιλισμοί και οι δυνάμεις διάτμησης που δημιουργούνται από τους υπερήχους διαρρηγνύουν τα φυτικά κύτταρα και απελευθερώνουν τις ενδοκυτταρικές βιοδραστικές ενώσεις στον (φυσικό) βαθέως ευτηκτικό διαλύτη. Η εκχύλιση με υπερήχους διανοίγει την κυτταρική δομή των φυτικών υλών και εντατικοποιεί τη μεταφορά μάζας μεταξύ του φυτικού υλικού και του διαλύτη. Με αυτόν τον τρόπο, η κατεργασία με υπερήχους ενισχύει την αποτελεσματικότητα των φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών. Η εκχύλιση με υπερήχους με (φυσικούς) βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες επιτυγχάνει εξαιρετικά υψηλές αποδόσεις μέσα σε πολύ σύντομο χρόνο επεξεργασίας.

Τα κύματα υπερήχων ισχύος διαρρηγνύουν την κυτταρική δομή των φυτικών υλών, απελευθερώνουν τις βιοδραστικές ενώσεις και προάγουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του φυτικού υλικού και του διαλύτη (π.χ. βαθέως ευτηκτικών διαλυτών).

Ο συνδυασμός της εκχύλισης με υπερήχους με (φυσικούς) βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες σάς δίνει τη δυνατότητα να συνδυάσετε την ικανότητα των υπερήχων να εντατικοποιούν τη διεργασία με την αξιοσημείωτη διαλυτοποιητική δράση και την εξαιρετική δυνατότητα σχεδιασμού των βαθέως ευτηκτικών διαλυτών. Χάρη στην ανώτερη αποτελεσματικότητα της εκχύλισης με υπερήχους, οι συσκευές υπερήχων χρησιμοποιούνται επίσης με επιτυχία για εκχύλιση με νερό.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την αποτελεσματική εφαρμογή εκχύλισης με υπερήχους με χρήση βαθέως ευτηκτικών διαλυτών!

Εκχυλιστές υπερήχων για εργαστηριακή, πιλοτική και βιομηχανική εκχύλιση με DES

Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία επεξεργασίας, η οποία διευκολύνει και επιταχύνει την παραγωγή εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας από διάφορες φυτικές ύλες με οποιονδήποτε διαλύτη. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι ιδιαίτερα συμβατή με τους (φυσικούς) βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες, οι οποίοι πλεονεκτούν χάρη στην εξαιρετική διαλυτοποιητική τους ικανότητα, τη δυνατότητα σχεδιασμού τους ανάλογα με το εκχύλισμα, τη βιωσιμότητα, τη βιοαποδομησιμότητα και τη φιλικότητά τους προς το περιβάλλον. Ο συνδυασμός της εντατικοποίησης της διεργασίας μέσω υπερήχων ισχύος με τα πλεονεκτήματα των (φυσικών) βαθέως ευτηκτικών διαλυτών προσδίδει σε αυτή την τεχνολογία επεξεργασίας υπεροχή σε πολλά επίπεδα. Η γκάμα της Hielscher Ultrasonics καλύπτει ολόκληρο το φάσμα, από μικρού μεγέθους εργαστηριακές συσκευές υπερήχων έως βιομηχανικά συστήματα εκχύλισης. Όλα είναι, φυσικά, κατάλληλα για εκχύλιση με βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες.
Το προσωπικό μας, με την πολυετή εμπειρία του, θα σας υποστηρίξει από τις δοκιμές σκοπιμότητας και τη βελτιστοποίηση της διεργασίας έως την εγκατάσταση του συστήματος υπερήχων σας στο τελικό στάδιο παραγωγής.