Διαλύτες για εκχύλιση με υπερήχους από φυτά
- Υπερήχων εκχύλιση διαθέτει πολλά πλεονεκτήματα, όπως υψηλές αποδόσεις, γρήγορα ποσοστά εκχύλισης, φιλικότητα προς το περιβάλλον και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
- Ένα από τα ισχυρότερα οφέλη είναι η χρήση του νερού ως μέσου εκχύλισης. Ωστόσο, κατεργασία με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί με πολλαπλά συστήματα διαλυτών για να παραδώσει ανώτερα αποτελέσματα για το στοχευμένο εκχύλισμα.
- Ο βέλτιστος διαλύτης για την εκχύλιση με υπερήχους φυτικών βιοδραστικών επιλέγεται σε σχέση με την πρώτη ύλη.
Εκχύλιση με υπερήχους
Ο υπέρηχος είναι γνωστό ότι διαταράσσει τις κυτταρικές δομές και βελτιώνει τη μεταφορά μάζας, αυξάνοντας έτσι την εκχυλισιμότητα των βιοενώσεων (π.χ. φαινολικά, καροτενοειδή).
Δεδομένου ότι οι μηχανικές επιδράσεις της υπερήχησης ενισχύουν τη διαδικασία εκχύλισης λόγω της βελτιωμένης μεταφοράς μάζας σε μεγάλο βαθμό, η χρήση οργανικών διαλυτών είναι συχνά περιττή. Αυτό σημαίνει ότι για την εκχύλιση με υπερήχους, το νερό είναι συχνά ένα επαρκές μέσο εκχύλισης που έχει πολλά οφέλη, όπως είναι φθηνό, μη επικίνδυνο, εύκολα διαθέσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον.
Ωστόσο, για συγκεκριμένες βιοδραστικές ενώσεις καλύτερα αποτελέσματα μπορεί να επιτευχθεί με εκχύλιση με υπερήχους σε συνδυασμό με πτητικό διαλύτη.
Για την επιλογή του σωστού διαλύτη, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη η πρώτη ύλη (π.χ. νωπό ή αποξηραμένο, διαβρεγμένο/αλεσμένο ή κονιοποιημένο φυτικό υλικό) και οι στοχευόμενες ουσίες (π.χ. λιπόφιλες, υδρόφιλες).
Η φυτική γλυκερίνη είναι ένας ιδανικός διαλύτης εκχύλισης λόγω των μη τοξικών, μη ερεθιστικών ιδιοτήτων της και της ικανότητάς της να διατηρεί τη σταθερότητα και την ισχύ ευαίσθητων βιοδραστικών ενώσεων. Και τα δύο, καθαρά μείγματα γλυκερίνης και γλυκερίνης-νερού, είναι χρήσιμοι διαλύτες για την παραγωγή εκχυλισμάτων για συμπληρώματα και nutraceuticals, εκχυλίσματα γεύσης, πρόσθετα τροφίμων και καλλυντικά.
UIP2000hdT υπερήχων για βοτανική εκχύλιση σε μεγάλες παρτίδες ή ενσωματωμένη λειτουργία
Ο παρακάτω πίνακας απαριθμεί διάφορους διαλύτες, οι οποίοι είναι καθιερωμένοι διαλύτες εκχύλισης και χρησιμοποιούνται για την εκχύλιση με υπερήχους από φυτικό υλικό.
| αιθανόλη | Ένας από τους πιο συνηθισμένους διαλύτες για βοτανική εκχύλιση. Ως πολικός διαλύτης, η αιθανόλη διαλύει πολικές ενώσεις όπως αλκαλοειδή και φλαβονοειδή. |
| Νερό | Ο καθολικός διαλύτης, που χρησιμοποιείται συχνά για την εκχύλιση υδρόφιλων ενώσεων όπως πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες και μερικές γλυκοσίδες. |
| υδατική αιθανόλη | Ένα μείγμα αιθανόλης και νερού, αυτός ο διαλύτης μπορεί να εξαγάγει ένα ευρύ φάσμα πολικών και μέτρια πολικών ενώσεων, παρέχοντας μια ισορροπία μεταξύ της ισχύος διαλύτη της αιθανόλης και της ικανότητας του νερού να εξάγει υδρόφιλες ενώσεις. Η υδατική αιθανόλη μπορεί να παρασκευαστεί σε διαφορετικές αναλογίες, προσαρμόζοντας την ικανότητα διάλυσης στις ενώσεις-στόχους. |
| γλυκερίνη | Ένας εξαιρετικά πολικός διαλύτης που είναι χρήσιμος για την εκχύλιση πολικών ενώσεων και μπορεί να είναι μια ασφαλέστερη εναλλακτική λύση σε άλλους πολικούς διαλύτες, που χρησιμοποιούνται συχνά σε βάμματα και εκχυλίσματα που προορίζονται για εσωτερική κατανάλωση. Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την εξαγωγή φυτοχημικών στη γλυκερίνη χρησιμοποιώντας υπερήχους! |
| μεθανόλη | Ένας εξαιρετικά πολικός διαλύτης αποτελεσματικός στην εκχύλιση ενός ευρέος φάσματος φυτικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των φαινολικών, των φλαβονοειδών και ορισμένων αλκαλοειδών. |
| Εξάνιο | Ένας μη πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται κυρίως για την εκχύλιση μη πολικών ενώσεων όπως λιπίδια, κεριά και αιθέρια έλαια. |
| ακετόνη | Ένας πολικός απρωτικός διαλύτης, η ακετόνη είναι αποτελεσματική για την εκχύλιση ενός ευρέος φάσματος βοτανικών ενώσεων, ιδιαίτερα εκείνων που είναι λιγότερο πολικές από εκείνες που εξάγονται με νερό ή μεθανόλη. |
| Ισοπροπανόλη | Ένας πολικός διαλύτης παρόμοιος με την αιθανόλη, που χρησιμοποιείται συνήθως για την εξαγωγή αιθέριων ελαίων, ρητινών και ορισμένων αλκαλοειδών. |
| Χλωροφόρμιο | Ένας μη πολικός διαλύτης αποτελεσματικός στην εκχύλιση αλκαλοειδών, τερπενοειδών και ορισμένων γλυκοσίδων. Χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά λόγω της τοξικότητάς του. |
| οξικός αιθυλεστέρας | Ένας μετρίως πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται για την εκχύλιση μιας σειράς ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των φλαβονοειδών, των αλκαλοειδών και των φαινολικών. |
| Τολουόλιο | Ένας μη πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται για την εκχύλιση μη πολικών ενώσεων όπως αιθέρια έλαια, τερπένια και κεριά. |
| Βουτανόλη | Ένας μετρίως πολικός διαλύτης αποτελεσματικός στην εκχύλιση ενώσεων μέσης πολικότητας, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων γλυκοσίδων και σαπωνινών. |
| Πετρελαϊκός αιθέρας | Ένας μη πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται κυρίως για την εξαγωγή λιπών, ελαίων και άλλων μη πολικών ενώσεων από φυτικά υλικά. |
Ισχυρά κύματα υπερήχων διαταράσσουν την κυτταρική μήτρα των βιολογικών δομών και απελευθερώνουν τις βιοδραστικές ενώσεις. Η μεταφορά μάζας μεταξύ του φυτικού υλικού και του διαλύτη εντείνεται. Λόγω αυτών των μηχανισμών, υπερήχων εκχύλιση είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για βοτανική εκχύλιση.
UP400ST ομογενοποιητής υπερήχων Για φυτική εκχύλιση επιτρέπει τη χρήση του διαλύτη της επιλογής σας.
Υπερήχων για εκχύλιση
Από εργαστηριακές και πάγκο-top συσκευές υπερήχων μέχρι πλήρη βιομηχανικά συστήματα εκχύλισης υπερήχων – Hielscher Υπέρηχοι είναι σας μακροχρόνια έμπειρος συνεργάτης, όταν πρόκειται για ισχυρές και αξιόπιστες συσκευές υπερήχων για επιτυχημένες διαδικασίες εκχύλισης.
Τα υπερηχητικά μας συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιοχημικά εργαστήρια και μονάδες φαρμακευτικής παραγωγής. Οι υπερηχητικοί sonotrodes και οι αντιδραστήρες είναι αυτόκλειστοι και πληρούν τα πρότυπα της φαρμακευτικής παραγωγής.
Hielscher βιομηχανικοί υπερήχοι μπορούν να παραδώσουν πολύ υψηλά πλάτη, προκειμένου να διαταράξουν τις κυτταρικές μήτρες και να απελευθερώσουν στοχευμένες ουσίες. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Η δύναμη και η ευρωστία των υπερήχων Hielscher εξασφαλίζουν υψηλές αποδόσεις, γρήγορα ποσοστά εκχύλισης και πληρέστερη εκχύλιση – υπερέχοντας των συμβατικών διαδικασιών εκχύλισης.
Οι υπερηχητικοί επεξεργαστές μας μπορούν να συνδυαστούν με συμβατικές μεθόδους εκχύλισης όπως: Εκχύλιση Soxhlet ή εκχύλιση υπερκρίσιμου CO2. Η μετασκευή σε υπάρχουσες γραμμές παραγωγής μπορεί εύκολα να επιτευχθεί.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Υπερήχων εκχύλιση με σπηλαίωση
Τα έντονα κύματα υπερήχων παράγουν ακουστική σπηλαίωση σε υγρά. Οι δυνάμεις διάτμησης σπηλαίωσης διασπούν το κυτταρικό τοίχωμα και τις μεμβράνες έτσι ώστε να απελευθερώνεται το ενδοκυτταρικό υλικό. Η εκχύλιση με υπερήχους επιτυγχάνει μεγαλύτερη διείσδυση του διαλύτη σε φυτικό ιστό και βελτιώνει τη μεταφορά μάζας. Με αυτόν τον τρόπο, η εκχύλιση με υπερήχους εντείνει σημαντικά τη διαδικασία εκχύλισης με αποτέλεσμα υψηλότερες αποδόσεις, ταχύτερα ποσοστά εκχύλισης και πληρέστερη εκχύλιση.
Συστήματα διαλυτών
Για την εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φυτικό υλικό διατίθενται διάφορα συστήματα διαλυτών. Για την εκχύλιση υδρόφιλων ενώσεων επιλέγονται κυρίως πολικοί διαλύτες όπως μεθανόλη, αιθανόλη ή οξικός αιθυλεστέρας, ενώ για την εκχύλιση λιπόφιλων ενώσεων (π.χ. λιπιδίων) προτιμώνται συστήματα διαλυτών όπως το διχλωρομεθάνιο ή το διχλωρομεθάνιο/μεθανόλη (v/v 1:1). Το εξάνιο χρησιμοποιείται συχνά ως διαλύτης για την εκχύλιση χλωροφύλλης.
Τι είναι οι βιοδραστικές ενώσεις;
Οι βιοδραστικές ενώσεις ή φυτοχημικά ορίζονται ως ουσίες, οι οποίες έχουν αντίκτυπο σε ζωντανούς οργανισμούς, ιστούς ή κύτταρα. Οι βιολογικά δραστικές ουσίες περιλαμβάνουν αντιβιοτικά, ένζυμα και βιταμίνες. Βιοδραστικές ουσίες όπως καροτενοειδή και πολυφαινόλες μπορούν να εξαχθούν π.χ. από φρούτα, φύλλα και λαχανικά, ενώ φυτοστερόλες βρίσκονται σε φυτικά έλαια.
Οι βιοδραστικές ενώσεις φυτικής προέλευσης περιλαμβάνουν φλαβονοειδή, καφεΐνη, καροτενοειδή, χολίνη, διθειολθειόνες, φυτοστερόλες, πολυσακχαρίτες, φυτοοιστρογόνα, γλυκοσινολικά, πολυφαινόλες και ανθοκυανίνες. Πολλές βιοδραστικές ουσίες αποτιμώνται επειδή δρουν ως αντιοξειδωτικά και ως εκ τούτου θεωρούνται ευεργετικές για την υγεία.
Πώς μπορώ να επιλέξω τον καλύτερο διαλύτη εκχύλισης;
Οι παρακάτω οδηγίες σας βοηθούν να επιλέξετε έναν κατάλληλο διαλύτη για υπερήχων βοτανική εκχύλιση. Καθώς η υπερήχηση είναι συμβατή με οποιοδήποτε πρότυπο διαλύτη, μπορείτε να επιλέξετε τον διαλύτη που είναι ιδανικότερος για την πρώτη ύλη των φυτών σας, τα στοχευμένα φυτοχημικά και την οικονομική αποδοτικότητα.
- Επιλεκτικότητα: Επιλέξτε έναν διαλύτη που διαλύει ειδικά τις επιθυμητές ενώσεις αφήνοντας πίσω ανεπιθύμητα συστατικά. Για παράδειγμα, χρησιμοποιήστε αιθανόλη για πολικές ενώσεις όπως αλκαλοειδή και φλαβονοειδή.
- Διαλυτότητα: Με βάση την αρχή “όπως διαλύεται όπως,” Επιλέξτε έναν διαλύτη με πολικότητα παρόμοια με αυτή της διαλελυμένης ουσίας. Οι πολικοί διαλύτες (π.χ. νερό, αιθανόλη) διαλύουν τις πολικές ενώσεις, ενώ οι μη πολικοί διαλύτες (π.χ. εξάνιο) διαλύουν μη πολικές ενώσεις όπως λιπίδια και έλαια.
- Κόστος: Εξετάστε τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας του διαλύτη. Ορισμένοι διαλύτες μπορεί να είναι ακριβότεροι, αλλά προσφέρουν υψηλότερες αποδόσεις ή καλύτερη επιλεκτικότητα, εξισορροπώντας το συνολικό κόστος εκχύλισης.
- Ασφάλεια: Βεβαιωθείτε ότι ο διαλύτης είναι ασφαλής για χρήση και χειρισμό. Οι παράγοντες περιλαμβάνουν τοξικότητα, ευφλεκτότητα και περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Για παράδειγμα, το νερό και η αιθανόλη είναι ασφαλέστερες επιλογές σε σύγκριση με το χλωροφόρμιο ή το τολουόλιο.
Πολικότητα και επιλογή διαλύτη
Σύμφωνα με το νόμο της ομοιότητας και της παρεμβολής, οι διαλύτες με τιμή πολικότητας κοντά στην πολικότητα της διαλελυμένης ουσίας είναι πιθανό να έχουν καλύτερη απόδοση. Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα:
- Πολικοί διαλύτες: Νερό, αιθανόλη, μεθανόλη – Χρησιμοποιείται για την εκχύλιση πολικών ενώσεων όπως αλκαλοειδή, φλαβονοειδή, γλυκοσίδες και πρωτεΐνες.
- Μετρίως πολικοί διαλύτες: Ακετόνη, οξικός αιθυλεστέρας, ισοπροπανόλη – Κατάλληλο για την εκχύλιση ενός ευρέος φάσματος ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των φαινολικών και ορισμένων αλκαλοειδών.
- Μη πολικοί διαλύτες: Εξάνιο, τολουόλιο, πετρελαϊκός αιθέρας – Ιδανικό για την εξαγωγή μη πολικών ενώσεων όπως λιπίδια, κεριά, τερπένια και αιθέρια έλαια.
Παραδείγματα χρήσης διαλυτών
- Αιθανόλη: Ένας από τους πιο συνηθισμένους διαλύτες για βοτανική εκχύλιση. Ως πολικός διαλύτης, η αιθανόλη διαλύει πολικές ενώσεις όπως αλκαλοειδή και φλαβονοειδή.
- Νερό: Ο καθολικός διαλύτης, που χρησιμοποιείται συχνά για την εκχύλιση υδρόφιλων ενώσεων όπως πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες και μερικές γλυκοσίδες.
- Μεθανόλη: Ένας εξαιρετικά πολικός διαλύτης αποτελεσματικός στην εκχύλιση ενός ευρέος φάσματος φυτικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των φαινολικών, των φλαβονοειδών και ορισμένων αλκαλοειδών.
- Εξάνιο: Ένας μη πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται κυρίως για την εκχύλιση μη πολικών ενώσεων όπως λιπίδια, κεριά και αιθέρια έλαια.
- Ακετόνη: Ένας πολικός απρωτικός διαλύτης, η ακετόνη είναι αποτελεσματική για την εκχύλιση ενός ευρέος φάσματος βοτανικών ενώσεων, ιδιαίτερα εκείνων που είναι λιγότερο πολικές από εκείνες που εξάγονται με νερό ή μεθανόλη.
- Ισοπροπανόλη: Ένας πολικός διαλύτης παρόμοιος με την αιθανόλη, που χρησιμοποιείται συνήθως για την εξαγωγή αιθέριων ελαίων, ρητινών και ορισμένων αλκαλοειδών.
- Χλωροφόρμιο: Ένας μη πολικός διαλύτης αποτελεσματικός στην εκχύλιση αλκαλοειδών, τερπενοειδών και ορισμένων γλυκοσίδων. Χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά λόγω της τοξικότητάς του.
- Οξικός αιθυλεστέρας: Ένας μετρίως πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται για την εκχύλιση μιας σειράς ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των φλαβονοειδών, των αλκαλοειδών και των φαινολικών.
- Τολουόλιο: Ένας μη πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται για την εκχύλιση μη πολικών ενώσεων όπως αιθέρια έλαια, τερπένια και κεριά.
- Βουτανόλη: Ένας μετρίως πολικός διαλύτης αποτελεσματικός στην εκχύλιση ενώσεων μέσης πολικότητας, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων γλυκοσίδων και σαπωνινών.
- Πετρελαϊκός αιθέρας: Ένας μη πολικός διαλύτης που χρησιμοποιείται κυρίως για την εξαγωγή λιπών, ελαίων και άλλων μη πολικών ενώσεων από φυτικά υλικά.
Οι ακόλουθοι διαλύτες δοκιμάστηκαν σε ερευνητικές μελέτες που διερευνούν την εκχύλιση με υπερήχους συγκεκριμένων φυτικών υλικών και φυτοχημικών.
| διαλύτης | Φυτό | Είδος ιστού |
|---|---|---|
| Οξικό οξύ / ουρία / βρωμιούχο κετυλοτρίμη-αιθυλαμμώνιο | ρύζι | πίτουρο |
| υδατική αιθανόλη | Κόκκος αποσταγματοποιού | κόκκος |
| Υδατική ισοπροπανόλη | σόγια, κραμβόσπορος | Σπόροι |
| αιθανόλη | Σακχαρίνα japonica | – |
| Παγόμορφο ακτικό οξύ | σόργο | – |
| Φαινόλη | ντομάτα / πατάτα / αλόη βέρα / σόγια | γύρη / κόνδυλος / φύλλο / σπόρος |
| Φαινόλη/οξικό αμμώνιο | κριθάρι / μπανάνα | ρίζα / φύλλο |
| Φαινόλη/οξικό αμμώνιο | αβοκάντο / ντομάτα / πορτοκάλι / μπανάνα / αχλάδι / σταφύλι / μήλο / φράουλα | Φρούτα |
| Φαινόλη/μεθανόλη-οξικό αμμώνιο | κωνοφόρα / μπανάνα / μήλο / πατάτα | σπόροι / φρούτα |
| Δωδεκυλοθειικό/ακετόνη νατρίου | κωνοφόρα / πατάτα | σπόρος / κόνδυλος |
| Δωδεκυλοθειικό νάτριο/TCA/ακετόνη | μήλο / μπανάνα | ιστός |
| ΤΚΑ | φασόλια | Ανθήρας |
| TCA/ακετόνη | εσπεριδοειδή / σόγια / αλόη βέρα | Φύλλα |
| TCA/ακετόνη | σόγια / κωνοφόρα | Σπόροι |
| TCA/ακετόνη | ντομάτα | κόκκους γύρης |
| TCA/ακετόνη/φαινόλη | ελιά / μπαμπού / σταφύλι / λεμόνι | Φύλλα |
| TCA/ακετόνη/φαινόλη | μήλο / πορτοκάλι / ντομάτα | Φρούτα |
| Θειουρία/ουρία | κύαμος σόγιας | σπόρος |
| Θειουρία/ουρία | μήλο / μπανάνα | Ιστούς |
| Tris-HCL ρυθμιστικό διάλυμα | ντομάτα | κόκκους γύρης |
Τι είναι οι οργανικοί διαλύτες;
Ένας οργανικός διαλύτης είναι ένας τύπος πτητικής οργανικής ένωσης (VOC). Οι πτητικές οργανικές ενώσεις είναι οργανικές χημικές ουσίες που εξατμίζονται σε θερμοκρασία δωματίου.
Οι οργανικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται ως διαλύτες περιλαμβάνουν:
- αρωματικές ενώσεις, π.χ. βενζόλιο και τολουόλιο
- αλκοόλες, π.χ. μεθανόλη
- εστέρες και αιθέρες
- κετόνες, π.χ. ακετόνη
- Αμίνες
- νιτρωμένοι και αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες
Πολλοί οργανικοί διαλύτες ταξινομούνται ως τοξικοί ή καρκινογόνοι. Σε περίπτωση λανθασμένου χειρισμού, μπορεί να είναι επικίνδυνα για τον άνθρωπο και μπορούν να μολύνουν τον αέρα, το νερό και το έδαφος. Λόγω του ισχυρού μηχανισμού εκχύλισης με υπερήχους, η χρήση οργανικών διαλυτών μπορεί να αποφευχθεί η αντικατάστασή τους με ηπιότερους, μη τοξικούς διαλύτες.
