Εκχύλιση με υπερήχους και βαθιά ευτηκτικά διαλύματα

Οι βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες (DES) και οι φυσικοί βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες (NADES) αποτελούν ισχυρά, ρυθμιζόμενα και φιλικά προς το περιβάλλον μέσα εκχύλισης για βοτανικά προϊόντα, τρόφιμα, λειτουργικά τρόφιμα, καλλυντικά και φαρμακευτικά συστατικά. Οι ηχογεννήτριες τύπου αισθητήρα της Hielscher εντείνουν την εκχύλιση DES επιταχύνοντας τη μεταφορά μάζας, διαταράσσοντας τις δομές των φυτικών κυττάρων και βελτιώνοντας τη διείσδυση του διαλύτη – ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται ιξώδη συστήματα διαλυτών όπως τα NADES με βάση τη γλυκερόλη.

Είτε πραγματοποιείτε δοκιμές σε διαλύματα διαλυτών στο εργαστήριο, είτε βελτιστοποιείτε τις παραμέτρους εκχύλισης για ένα συγκεκριμένο φυτοχημικό, είτε προχωράτε σε κλιμάκωση προς συνεχή ενσωματωμένη παραγωγή, οι υπερηχητικοί εκχυλιστές της Hielscher προσφέρουν επαναλήψιμο έλεγχο πλάτους, αξιόπιστη λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα, καθώς και επεξεργασία με δυνατότητα κλιμάκωσης από χιλιοστόλιτρα έως βιομηχανικές ροές.

Γιατί οι παραγωγοί εκχυλισμάτων επιλέγουν την Hielscher για την εκχύλιση DES

• Υψηλότερη απόδοση εκχύλισης πολυφαινολών, φλαβονοειδών, κανναβινοειδών, τερπενίων, ανθοκυανινών και άλλων βιοδραστικών ενώσεων
• Ταχύτερη εκχύλιση σε σύγκριση με τη συμβατική διαβροχή και την εκχύλιση με διαλύτη σε δεξαμενή με ανάδευση
• Συμβατό με DES, NADES, γλυκερίνη, νερό, αιθανόλη και συστήματα μικτών διαλυτών
• Αποτελεσματική επεξεργασία διαλυτών υψηλού ιξώδους με τη χρήση υπερήχων υψηλής έντασης με ανιχνευτή
• Συστήματα κατά παρτίδες, ανακυκλοφορίας και συνεχούς ροής
• Ακριβής έλεγχος του πλάτους, της εισροής ενέργειας, της θερμοκρασίας και του χρόνου επεξεργασίας
• Εύκολη κλιμάκωση από τη φάση των δοκιμών σκοπιμότητας έως την πιλοτική και την πλήρη βιομηχανική παραγωγή

Γιατί η υπερήχηση βελτιώνει την εκχύλιση DES και NADES

Υπερήχων καθετήρα-τύπου εκχύλιση χρησιμοποιώντας βαθιά ευτηκτικούς διαλύτες και φυσικά βαθιά ευτηκτικούς διαλύτες μπορεί να προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα για την εκχύλιση των βιοδραστικών ενώσεων. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα είναι η αυξημένη αποτελεσματικότητα εκχύλισης φαινολικών ενώσεων και άλλων φυτοχημικών από φυσικές πηγές. Οι βαθιοί ευτηκτικοί διαλύτες είναι γνωστοί για την υψηλή αποτελεσματικότητα εκχύλισης, η οποία μπορεί να ενισχυθεί ακόμη και με υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση. Λόγω της μη τοξικότητάς τους, είναι μια εξαιρετική επιλογή διαλύτη για φαρμακευτικά προϊόντα και τρόφιμα. Αυτό καθιστά την εκχύλιση με υπερήχους χρησιμοποιώντας βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες μια πράσινη και βιώσιμη μέθοδο για την ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων. Η συνεργική χρήση υπερήχων με βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι οδηγεί σε υψηλότερες αποδόσεις διαφόρων βιοδραστικών ενώσεων. Συνολικά, υπερήχων εκχύλιση τύπου καθετήρα χρησιμοποιώντας βαθιά ευτηκτικούς διαλύτες και φυσικούς βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες παρέχει μια πιο αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση για την εκχύλιση των βιοδραστικών ενώσεων.

Εκχύλιση ανθοκυανινών με υπερήχους και DES

Οι ανθοκυανίνες είναι πολύτιμες φυσικές χρωστικές ουσίες και αντιοξειδωτικά που απαντώνται στα μαύρα καρότα, τα μούρα, τα σταφύλια, το μωβ καλαμπόκι και άλλα φυτικά υλικά. Οι βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για την εκχύλιση ανθοκυανινών, καθώς το δίκτυο υδρογονοδεσμών τους μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις πολικότητας και σταθερότητας αυτών των χρωστικών ενώσεων. Όταν συνδυάζεται με υπερήχους τύπου ανιχνευτή, η εκχύλιση DES γίνεται σημαντικά πιο αποτελεσματική: η υπερηχητική σπηλαίωση διαταράσσει τις δομές των φυτικών κυττάρων, βελτιώνει τη διείσδυση του διαλύτη και επιταχύνει την απελευθέρωση των ανθοκυανινών στο μέσο εκχύλισης. Μια μελέτη σχετικά με τις ανθοκυανίνες του μαύρου καρότου με χρήση του υπερηχητικού συστήματος UP400St δείχνει ότι οι DES με βάση το χλωριούχο χολίνη, ειδικά όταν συνδυάζονται με εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων, μπορούν να προσφέρουν μια βιώσιμη και αποτελεσματική εναλλακτική λύση σε σχέση με τη συμβατική εκχύλιση με οξινισμένη αιθανόλη ή μεθανόλη. (βλ. Türker et al., 2021)

Εκχύλιση πολυφαινολών με DES μέσω υπερήχων

Οι πολυφαινόλες, συμπεριλαμβανομένων των φλαβονοειδών, των φαινολικών οξέων και των συναφών αντιοξειδωτικών ενώσεων, αποτελούν σημαντικά μόρια-στόχους στην εκχύλιση φυτικών, διατροφικών, λειτουργικών τροφίμων και καλλυντικών. Οι βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες με βάση τη γλυκερόλη είναι ιδιαίτερα ελκυστικοί για την ανάκτηση πολυφαινολών, επειδή η πολικότητά τους και η ικανότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου υποστηρίζουν τη διαλυτοποίηση των φαινολικών ενώσεων. Οι υπερήχοι τύπου ανιχνευτή εντείνουν περαιτέρω τη διαδικασία αυξάνοντας τη μεταφορά μάζας, μειώνοντας το χρόνο εκχύλισης και βελτιώνοντας την επαφή μεταξύ του DES και της φυτικής μήτρας.
Σε μια ερευνητική μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένα DES γλυκερόλης-οξικού αμμωνίου με εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους υπό βελτιστοποιημένες παραμέτρους, όπως η θερμοκρασία, η συγκέντρωση του DES και το πλάτος των υπερήχων. Το αποτέλεσμα έδειξε ότι η εκχύλιση DES με υπερήχους επέτρεψε την αποτελεσματική ανάκτηση των συνολικών φαινολών, των φλαβονοειδών και της αντιοξειδωτικής δράσης από τους καρπούς του chinaberry, αποδεικνύοντας το δυναμικό της εκχύλισης με υπερήχους χρησιμοποιώντας DES ως μια πράσινη μέθοδο εκχύλισης για τη βιομηχανική επεξεργασία βοτανικών. (βλ. Jamshed et al., 2022)

Τι είναι οι βαθιοί ευτηκτικοί διαλύτες (DES);

Οι βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες (DES) είναι μίγματα που περιέχουν τουλάχιστον έναν δέκτη δεσμού υδρογόνου (HBA) και έναν δότη δεσμού υδρογόνου (HBD), όπως καρβοξυλικά οξέα και άλλες ανανεώσιμες ενώσεις. Σύμφωνα με τους Cai et al. (2019), “Η ισχυρή αλληλεπίδραση υδρογονοδεσμών μεταξύ HBA και HBD αποτελεί τον σημαντικότερο παράγοντα για τον σχηματισμό DES.” [Cai et al. 2019]
Για τους 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). Το δυναμικό χημικής αλληλεπίδρασης των δοτών δεσμών υδρογόνου είναι οι κύριοι παράγοντες που συμβάλλουν στο σχηματισμό και την αποτελεσματικότητα των βαθιών ευτηκτικών διαλυτών. Τα άλατα αλογονιδίων όπως η χλωριούχος χολίνη ή το χλωριούχο ψευδάργυρο μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με τους δότες δεσμών υδρογόνου. Άλλοι βαθιοί ευτηκτικοί διαλύτες με βάση τη χλωριούχο χολίνη σχηματίζονται με μηλονικό οξύ, φαινόλη ή γλυκερίνη. Ως αποτέλεσμα των ισχυρών αλληλεπιδράσεων δεσμών υδρογόνου, το σημείο τήξης των βαθιών ευτηκτικών διαλυτών μειώνεται σημαντικά σε σύγκριση με τα μεμονωμένα συστατικά του. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς διαλύτες (π.χ. αιθανόλη, μεθανόλη, εξάνιο, βουτάνιο κ.λπ.), οι βαθείς ευτηκτικοί διαλύτες είναι μη πτητικοί, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν πολύ χαμηλή τάση ατμών και επομένως είναι δύσκολα εύφλεκτοι. Η τοξικότητα των βαθιών ευτηκτικών διαλυτών είναι χαμηλή, η βιοδιασπασιμότητά τους υψηλή και οι απαραίτητες πρόδρομες ουσίες είναι φθηνές, εύκολα και άφθονες διαθέσιμες καθώς και ανανεώσιμες.
Οι φυσικοί βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες (NADES) είναι ακόμη πιο φιλικοί προς το περιβάλλον, καθώς όλες οι πρόδρομες ουσίες προέρχονται από φυσικές πηγές. Οι βαθιοί ευτηκτικοί διαλύτες προσφέρουν επίσης μια ρυθμιζόμενη φερεγγυότητα με βάση τη χημεία της διαλελυμένης ουσίας και τα είδη που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία βαθιών ευτηκτικών διαλυτών. Μερικοί φυσικοί εν τω βάθει ευτηκτικοί διαλύτες παρουσιάζουν υψηλό ιξώδες και επομένως δεν είναι πολύ κατάλληλοι για εκχύλιση κατά παρτίδες. Ωστόσο, οι φυσικοί βαθιοί ευτηκτικοί διαλύτες με υψηλότερα ιξώδη μπορούν να εφαρμοστούν με επιτυχία ως διαλύτες στην εκχύλιση με υπερήχους.

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει μερικές υποδειγματικές συνθέσεις φυσικών βαθιών ευτηκτικών διαλυτών (NADES) για την εκχύλιση φυτοχημικών:

Πώς υπερήχων εκχύλιση με βαθιά ευτηκτική διαλύτες εργασίας?

Υπερήχων εκχύλιση βασίζεται στις sonomechanical επιδράσεις της υψηλής έντασης, χαμηλής συχνότητας υπερήχων. Για την προώθηση και την εντατικοποίηση της εκχύλισης βοτανικών ενώσεων (δηλαδή, βιοδραστικές ουσίες) μέσω υπερήχων, τα κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος συνδέονται μέσω ενός υπερηχητικού καθετήρα (που ονομάζεται επίσης υπερηχητικό κέρατο ή sonotrode) στο υγρό μέσο, δηλαδή στον πολτό που αποτελείται από τη βοτανική πρώτη ύλη και τον (φυσικό) βαθύ ευτηκτικό διαλύτη. Τα κύματα υπερήχων ταξιδεύουν μέσω του υγρού και δημιουργούν εναλλασσόμενους κύκλους χαμηλής / υψηλής πίεσης. Κατά τη διάρκεια κύκλων χαμηλής πίεσης, δημιουργούνται λεπτές φυσαλίδες κενού (οι λεγόμενες φυσαλίδες σπηλαίωσης), οι οποίες αναπτύσσονται σε αρκετούς κύκλους πίεσης. Κατά τη διάρκεια αυτών των κύκλων ανάπτυξης φυσαλίδων, τα διαλυμένα αέρια στο υγρό εισέρχονται στη φυσαλίδα κενού, έτσι ώστε η φυσαλίδα κενού να μετατραπεί σε αναπτυσσόμενες φυσαλίδες αερίου. Αφού αναπτυχθούν σε αρκετούς κύκλους, οι φυσαλίδες κενού φτάνουν σε ένα ορισμένο μέγεθος στο οποίο δεν μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια, έτσι ώστε να εκραγούν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Η κατάρρευση φυσαλίδων χαρακτηρίζεται από έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης, συμπεριλαμβανομένης της πολύ υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης που φτάνει μέχρι 4000K και 1000atm, αντίστοιχα. καθώς και αντίστοιχες διαφορές υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης. Αυτές οι υπερηχητικά παραγόμενες αναταράξεις και δυνάμεις διάτμησης διασπούν τα φυτικά κύτταρα και απελευθερώνουν τις ενδοκυτταρικές βιοδραστικές ενώσεις στον (φυσικό) βαθύ ευτηκτικό διαλύτη. Η εκχύλιση με υπερήχους ανοίγει την κυτταρική δομή των βοτάνων και εντείνει τη μεταφορά μάζας μεταξύ φυτικού υλικού και διαλύτη. Κατεργασία με υπερήχους προωθεί με αυτόν τον τρόπο την αποτελεσματικότητα των φυσικών βαθιών ευτηκτικών διαλυτών. Η εκχύλιση με υπερήχους με (φυσικούς) βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες έχει ως αποτέλεσμα εξαιρετικά υψηλές αποδόσεις μέσα σε πολύ σύντομο χρόνο επεξεργασίας.

Τα κύματα υπερήχων ισχύος διαταράσσουν την κυτταρική δομή των βοτάνων, απελευθερώνουν τις βιοδραστικές ενώσεις και προάγουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του φυτικού υλικού και του διαλύτη (π.χ. βαθείς ευτηκτικοί διαλύτες).

Ο συνδυασμός της εκχύλισης με υπερήχους με (φυσικούς) βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες σας δίνει την ευκαιρία να συνδυάσετε τη διαδικασία εντατικοποίησης της δύναμης των υπερήχων με τα αξιοσημείωτα διαλυτοποιητικά αποτελέσματα και την εξαιρετική σχεδιασιμότητα των βαθιών ευτηκτικών διαλυτών. Λόγω της ανώτερης αποτελεσματικότητας της εκχύλισης με υπερήχους, Ultrasonicators χρησιμοποιούνται επίσης με επιτυχία για την εκχύλιση νερού.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την ισχυρή εφαρμογή εκχύλισης υπερήχων χρησιμοποιώντας βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες!

Υπερηχητικοί εκχυλιστές για εργαστηριακή, πιλοτική και βιομηχανική εκχύλιση DES

Υπερήχων εκχύλιση είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία επεξεργασίας, η οποία διευκολύνει και επιταχύνει την παραγωγή υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα από διάφορα βοτανικά, καθώς και κάθε διαλύτη. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι εξαιρετικά συμβατή με (φυσικούς) βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες, οι οποίοι είναι ευνοϊκοί λόγω της εξαιρετικής διαλυτοποιητικής τους δύναμης, της δυνατότητας σχεδιασμού στο εκχύλισμα, της βιωσιμότητας, της βιοδιασπασιμότητας και της φιλικότητας προς το περιβάλλον. Ο συνδυασμός της εντατικοποίησης της διαδικασίας υπερήχων ισχύος με τα πλεονεκτήματα των (φυσικών) βαθιών ευτηκτικών διαλυτών δίνει σε αυτή τη διαδικασία τεχνολογική υπεροχή σε πολλά επίπεδα. Hielscher Υπέρηχοι χαρτοφυλάκιο καλύπτει το πλήρες φάσμα από συμπαγές εργαστήριο υπερήχων σε βιομηχανικά συστήματα εκχύλισης. Όλα αυτά είναι φυσικά κατάλληλα για την εκχύλιση με βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες.
Το μακροχρόνιο έμπειρο προσωπικό μας θα σας βοηθήσει από τις δοκιμές σκοπιμότητας και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας στην εγκατάσταση του συστήματος υπερήχων σας στο τελικό επίπεδο παραγωγής.