Extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos
Los disolventes eutécticos profundos (DES) y los disolventes eutécticos profundos naturales (NADES) son medios de extracción potentes, adaptables y respetuosos con el medio ambiente para ingredientes botánicos, alimentarios, nutracéuticos, cosméticos y farmacéuticos. Los sonicadores de sonda de Hielscher intensifican la extracción con DES al acelerar la transferencia de masa, romper las estructuras celulares vegetales y mejorar la penetración del disolvente, incluso cuando se trabaja con sistemas de disolventes viscosos, como los NADES a base de glicerol.
Tanto si está evaluando formulaciones de disolventes en el laboratorio, optimizando los parámetros de extracción para un fitoquímico específico o pasando a una producción continua en línea, los extractores ultrasónicos de Hielscher ofrecen un control reproducible de la amplitud, un funcionamiento robusto las 24 horas del día, los 7 días de la semana, y un procesamiento escalable desde mililitros hasta caudales industriales.
Por qué los productores de extractos eligen a Hielscher para la extracción DES
- Mayor eficiencia de extracción de polifenoles, flavonoides, cannabinoides, terpenos, antocianinas y otros compuestos bioactivos
- Extracción más rápida en comparación con la maceración convencional y la extracción con disolvente en tanque agitado
- Compatible con DES, NADES, glicerina, agua, etanol y sistemas de disolventes mixtos
- Tratamiento eficaz de disolventes de alta viscosidad mediante sonicación con sonda de alta amplitud
- Configuraciones por lotes, de recirculación y de flujo continuo
- Control preciso de la amplitud, la energía aplicada, la temperatura y la duración del proceso
- Fácil ampliación desde las pruebas de viabilidad hasta la producción piloto y la producción industrial a gran escala
La extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos (naturales) es un método muy eficaz para obtener extractos botánicos superiores. La imagen muestra el procesador ultrasónico UP400St (400W) con un lote de 8L para la extracción botánica.
Por qué la sonicación mejora la extracción de DES y NADES
La extracción por sonda ultrasónica utilizando disolventes eutécticos profundos y disolventes eutécticos profundos naturales puede ofrecer varias ventajas para la extracción de compuestos bioactivos. Una de las principales ventajas es la mayor eficacia de extracción de compuestos fenólicos y otros fitoquímicos de fuentes naturales. Los disolventes eutécticos profundos son conocidos por su alta eficacia de extracción, que puede incluso mejorarse mediante extracción asistida por ultrasonidos. Debido a su no toxicidad, son una gran opción como disolvente para productos farmacéuticos y alimentarios. Esto hace que la extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos sea un método ecológico y sostenible para la recuperación de compuestos bioactivos. Se ha demostrado científicamente que el uso sinérgico de ultrasonidos con disolventes eutécticos profundos da lugar a mayores rendimientos de diversos compuestos bioactivos. En general, la extracción por sonda ultrasónica utilizando disolventes eutécticos profundos y disolventes eutécticos profundos naturales proporciona un enfoque más eficiente y respetuoso con el medio ambiente para la extracción de compuestos bioactivos.
La glicerina vegetal es un disolvente de extracción ideal debido a sus propiedades no tóxicas y no irritantes y a su capacidad para preservar la estabilidad y la potencia de compuestos bioactivos sensibles. Tanto la glicerina pura como las mezclas de glicerina y agua son disolventes útiles para la producción de extractos para suplementos y nutracéuticos, extractos de sabores, aditivos alimentarios y cosméticos.
La glicerina vegetal es un disolvente de extracción ideal debido a sus propiedades no tóxicas y no irritantes y a su capacidad para preservar la estabilidad y la potencia de compuestos bioactivos sensibles. Tanto la glicerina pura como las mezclas de glicerina y agua son disolventes útiles para la producción de extractos para suplementos y nutracéuticos, extractos de sabores, aditivos alimentarios y cosméticos.
Extracción ultrasónica de antocianinas con DES
Las antocianinas son valiosos pigmentos naturales y antioxidantes que se encuentran en las zanahorias negras, las bayas, las uvas, el maíz morado y otros materiales vegetales. Los disolventes eutécticos profundos son muy adecuados para la extracción de antocianinas, ya que su red de enlaces de hidrógeno puede ajustarse para adaptarse a los requisitos de polaridad y estabilidad de estos compuestos colorantes. Cuando se combina con la ultrasonación de tipo sonda, la extracción con DES se vuelve significativamente más eficiente: la cavitación ultrasónica rompe las estructuras celulares vegetales, mejora la penetración del disolvente y acelera la liberación de antocianinas al medio de extracción. Un estudio sobre las antocianinas de la zanahoria negra realizado con el sonicador UP400St muestra que los DES a base de cloruro de colina, especialmente cuando se combinan con la extracción asistida por ultrasonidos, pueden ofrecer una alternativa sostenible y eficaz a la extracción convencional con etanol o metanol acidificados. (cf. Türker et al., 2021)
Extracción ultrasónica de polifenoles con DES
Los polifenoles, entre los que se incluyen los flavonoides, los ácidos fenólicos y otros compuestos antioxidantes relacionados, son moléculas objetivo importantes en la extracción de productos botánicos, alimentarios, nutracéuticos y cosméticos. Los disolventes eutécticos profundos a base de glicerol resultan especialmente atractivos para la recuperación de polifenoles, ya que su polaridad y capacidad de enlace de hidrógeno favorecen la solubilización de los compuestos fenólicos. El ultrasonido de tipo sonda intensifica aún más el proceso al aumentar la transferencia de masa, reducir el tiempo de extracción y mejorar el contacto entre el DES y la matriz vegetal.
En un estudio de investigación se utilizó un DES de glicerol y acetato de amonio con extracción asistida por ultrasonidos, bajo parámetros optimizados como la temperatura, la concentración del DES y la amplitud ultrasónica. El resultado demostró que la extracción ultrasónica con DES permitió una recuperación eficiente de los fenoles totales, los flavonoides y la actividad antioxidante de los frutos de la chinaberry, lo que demuestra el potencial de la extracción ultrasónica con DES como método de extracción ecológico para el procesamiento botánico industrial. (cf. Jamshed et al., 2022)
- Alta eficacia
- Proceso rápido
- No tóxico
- Exactamente sintonizable con el botánico específico
- Condiciones de transformación suaves
- Modo por lotes y flujo
- Fácil y seguro
- Respetuoso con el medio ambiente / biodegradable
- Reciclable
- No inflamable
- Barato
- Fácilmente accesible
¿Qué son los disolventes eutécticos profundos (DES)?
Los disolventes eutécticos profundos (DES) son mezclas de al menos un aceptor de enlaces de hidrógeno (HBA) y un donante de enlaces de hidrógeno (HBD), entre los que se incluyen los ácidos carboxílicos y otros compuestos renovables. Según Cai et al. (2019), “La fuerte interacción de enlaces de hidrógeno entre el HBA y el HBD es el factor más importante para la formación de DES.” [Cai et al. 2019]
Para los donadores de enlaces de hidrógeno se utilizan a menudo compuestos como azúcares, aminoácidos, ácidos carboxílicos (por ejemplo, ácido benzoico, ácido cítrico, ácido succínico) o aminas (por ejemplo, urea, benzamida). El potencial de interacción química de los donantes de enlaces de hidrógeno es el principal factor que contribuye a la formación y eficacia de los disolventes eutécticos profundos. Las sales de haluro, como el cloruro de colina o el cloruro de zinc, también pueden utilizarse junto con los donantes de enlaces de hidrógeno. Otros disolventes eutécticos profundos a base de cloruro de colina se forman con ácido malónico, fenol o glicerina. Como resultado de las fuertes interacciones de enlace de hidrógeno, el punto de fusión de los disolventes eutécticos profundos se reduce significativamente en comparación con sus componentes individuales. A diferencia de los disolventes convencionales (etanol, metanol, hexano, butano, etc.), los disolventes eutécticos profundos no son volátiles, lo que significa que tienen una presión de vapor muy baja y, por tanto, son difícilmente inflamables. La toxicidad de los disolventes eutécticos profundos es baja, su biodegradabilidad es alta y los precursores necesarios son baratos, fáciles y abundantes, además de renovables.
Los disolventes eutécticos profundos naturales (NADES) son aún más ecológicos, ya que todos los precursores proceden de fuentes naturales. Los disolventes eutécticos profundos también ofrecen una solvencia sintonizable basada en la química del soluto y las especies utilizadas para crear disolventes eutécticos profundos. Algunos disolventes eutécticos profundos naturales presentan una viscosidad elevada, por lo que no son muy adecuados para la extracción por lotes. Sin embargo, los disolventes eutécticos profundos naturales con viscosidades más elevadas pueden aplicarse con éxito como disolventes en la extracción por flujo ultrasónico.
La tabla siguiente muestra algunas composiciones ejemplares de disolventes eutécticos naturales profundos (NADES) para la extracción de fitoquímicos:
| Composición de NADES | Relación molar |
|---|---|
| Cloruro de colina:Ácido láctico | 1:2 |
| Cloruro de colina:Ácido cítrico:Agua | 1:1:2 |
| Cloruro de colina:Ácido málico:Agua | 1:1:2 |
| Cloruro de colina:Ácido tartárico | 1:2 |
| Cloruro de colina:Glicerol | 1:2 |
| Cloruro de colina:1,2-propanediol | 1:3 |
| Cloruro de colina:Sorbitol | 1:1 |
| Cloruro de colina:Glucosa:Agua | 2:1:1 |
| Cloruro de colina:Fructosa:Agua | 2:1:1 |
| Cloruro de colina:Urea | 1:2 |
Sonicador industrial UIP4000hdT con celdas de flujo para la extracción continua en línea
¿Cómo funciona la extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos?
La extracción por ultrasonidos se basa en los efectos sonomecánicos de los ultrasonidos de alta intensidad y baja frecuencia. Para promover e intensificar la extracción de compuestos botánicos (es decir, sustancias bioactivas) mediante ultrasonidos, se acoplan ondas ultrasónicas de alta potencia a través de una sonda ultrasónica (también denominada cuerno ultrasónico o sonotrodo) en el medio líquido, es decir, el lodo compuesto por la materia prima botánica y el disolvente eutéctico profundo (natural). Las ondas ultrasónicas viajan a través del líquido y crean ciclos alternos de baja presión y alta presión. Durante los ciclos de baja presión, se crean diminutas burbujas de vacío (las llamadas burbujas de cavitación), que crecen a lo largo de varios ciclos de presión. Durante esos ciclos de crecimiento de la burbuja, los gases disueltos en el líquido entran en la burbuja de vacío, de modo que ésta se transforma en burbujas de gas en crecimiento. Tras crecer a lo largo de varios ciclos, las burbujas de vacío alcanzan un determinado tamaño en el que no pueden absorber más energía, de modo que implosionan violentamente durante un ciclo de alta presión. La implosión de las burbujas se caracteriza por intensas fuerzas de cavitación, que incluyen temperaturas y presiones muy elevadas, que alcanzan hasta 4000K y 1000atm, respectivamente; así como los correspondientes diferenciales de temperatura y presión elevados. Estas turbulencias y fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonidos rompen las células vegetales y liberan los compuestos bioactivos intracelulares en el disolvente eutéctico profundo (natural). La extracción ultrasónica abre la estructura celular de los productos botánicos e intensifica la transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente. La sonicación favorece así la eficacia de los disolventes eutécticos profundos naturales. La extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos (naturales) da lugar a rendimientos excepcionalmente altos en un tiempo de procesamiento muy corto.
Las potentes ondas ultrasónicas alteran la estructura celular de los productos botánicos, liberan los compuestos bioactivos y favorecen la transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente (por ejemplo, disolventes eutécticos profundos).
La combinación de la extracción por ultrasonidos con disolventes eutécticos profundos (naturales) le ofrece la oportunidad de combinar el poder intensificador del proceso de los ultrasonidos con los notables efectos solubilizantes y la extraordinaria capacidad de diseño de los disolventes eutécticos profundos. Gracias a la eficacia superior de la extracción por ultrasonidos, los ultrasonidos también se utilizan con éxito para la extracción de agua.
Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre la potente aplicación de extracción por ultrasonidos con disolventes eutécticos profundos.
extractor ultrasónico UIP2000hdT (2 kW) para la producción de extractos botánicos
Extractores ultrasónicos para extracción DES en laboratorio, a escala piloto e industrial
La extracción ultrasónica es una tecnología de procesamiento fiable, que facilita y acelera la producción de extractos de alta calidad a partir de diversos productos botánicos, así como de cualquier disolvente. La extracción por ultrasonidos es altamente compatible con disolventes eutécticos profundos (naturales), que son favorables debido a su excelente poder solubilizante, designabilidad para el extracto, sostenibilidad, biodegradabilidad y respeto por el medio ambiente. La combinación de la intensificación del proceso de ultrasonidos de potencia con las ventajas de los disolventes eutécticos profundos (naturales) confiere a esta tecnología de proceso superioridad a muchos niveles. La cartera de productos de Hielscher Ultrasonics cubre toda la gama, desde los ultrasonidos compactos de laboratorio hasta los sistemas de extracción industriales. Todos ellos son, por supuesto, adecuados para la extracción con disolventes eutécticos profundos.
Nuestro experimentado personal le ayudará desde las pruebas de viabilidad y la optimización de procesos hasta la instalación de su sistema de ultrasonidos en el nivel de producción final.
| Volumen de extracción | Sonicador recomendado |
|---|---|
| Desarrollo de métodos, R&D, cribado | UP100H (100W), UP200Ht (200W), UP400St (400W) |
| Lotes de DES/NADES viscosos | UIP500hdT (500 W), UIP1000hdT (1000W) |
| Producción piloto | UIP1000hdT o UIP2000hdT (2000 W) |
| Extracción industrial continua | UIP4000hdT (4000 W), UIP6000hdT (6000 W), UIP16000hdT (16 kW) o grupos |
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Aproveche las ventajas de la extracción por ultrasonidos y utilice un sonicador Hielscher para realizar extracciones botánicas con una eficacia y sostenibilidad inigualables.
Aproveche las ventajas de la extracción por ultrasonidos y utilice un sonicador Hielscher para realizar extracciones botánicas con una eficacia y sostenibilidad inigualables.
La glicerina (glicerol) es capaz de preservar la integridad de los compuestos bioactivos, lo que, combinado con su naturaleza no tóxica y biodegradable, la convierte en un disolvente atractivo para las industrias farmacéutica, cosmética y alimentaria. Combinados con las suaves condiciones de extracción de la ultrasonicación, los extractos de glicerina ultrasónica muestran una excelente calidad y biodisponibilidad. El proceso de sonicación garantiza la máxima eficacia, lo que se traduce en altos rendimientos, tiempos de extracción reducidos y bajos costes de procesamiento. Utilice el disolvente de su elección, consiga excelentes rendimientos de extracción y una calidad de extracto superior con los sonicadores Hielscher.
Preguntas frecuentes sobre la extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos
¿En qué consiste la extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos?
La extracción ultrasónica con disolventes eutécticos profundos combina la sonicación mediante sonda con sistemas de disolventes DES o NADES. La sonda ultrasónica introduce ondas sonoras de alta intensidad en la suspensión de materia vegetal y disolvente. La cavitación resultante rompe las estructuras celulares vegetales, mejora la penetración del disolvente y acelera la transferencia de compuestos bioactivos al disolvente eutéctico profundo.
¿Por qué utilizar ultrasonidos para la extracción de DES y NADES?
El ultrasonido mejora la extracción mediante DES y NADES al aumentar la transferencia de masa, reducir el tiempo de extracción y facilitar que el disolvente llegue a los compuestos intracelulares de forma más eficaz. Esto resulta especialmente útil en el caso de los materiales botánicos, en los que los compuestos de interés se encuentran atrapados en el interior de las células vegetales, las fibras o las estructuras resinosas.
¿Qué compuestos se pueden extraer con DES y NADES mediante sonicación?
La extracción ultrasónica DES y NADES puede utilizarse para numerosos compuestos bioactivos, entre los que se incluyen polifenoles, flavonoides, antocianinas, terpenos, cannabinoides, alcaloides, antioxidantes, pigmentos, compuestos aromáticos y otros fitoquímicos. La composición del disolvente debe seleccionarse en función de la polaridad, la estabilidad y la solubilidad del compuesto de interés.
¿Son compatibles los disolventes eutécticos profundos con los extractores ultrasónicos de Hielscher?
Sí. Los sonicadores de sonda de Hielscher son adecuados para la extracción con disolventes eutécticos profundos, disolventes eutécticos profundos naturales, sistemas de disolventes a base de glicerina, agua, etanol y muchos otros medios de extracción. Para sistemas DES o NADES viscosos, un potente sonicador de sonda resulta especialmente útil, ya que proporciona una mezcla intensa, cavitación y transferencia de masa directamente en el líquido.
¿Puede el proceso de extracción por ultrasonidos DES procesar disolventes de alta viscosidad?
Sí. Muchas formulaciones de DES y NADES tienen una viscosidad mayor que los disolventes convencionales. Los procesadores ultrasónicos de Hielscher son muy adecuados para medios de extracción viscosos, ya que el sonotrodo introduce ultrasonidos de alta amplitud directamente en la mezcla de disolvente y material. Para volúmenes mayores o procesos continuos, los reactores de flujo continuo pueden mejorar la mezcla, el control de la temperatura y la uniformidad del proceso.
¿Es la extracción por ultrasonidos de DES adecuada para la producción de alimentos, productos nutracéuticos y cosméticos?
Sí. El DES y el NADES suelen elegirse para aplicaciones en las que son importantes una baja volatilidad, un menor riesgo asociado a los disolventes y un rendimiento de extracción ajustable. Dependiendo de los componentes del disolvente seleccionados y de los requisitos normativos, la extracción ultrasónica con DES puede utilizarse para ingredientes alimentarios, extractos nutracéuticos, principios activos cosméticos, concentrados botánicos y extractos de grado de investigación.
¿Es posible ampliar la escala de la extracción ultrasónica con DES?
Sí. La extracción ultrasónica es altamente escalable, ya que los mismos parámetros del proceso —como la amplitud, la energía aplicada, el tiempo de residencia, la temperatura y la relación sólido-líquido— pueden trasladarse de los ensayos de laboratorio a la producción piloto e industrial. Hielscher suministra extractores ultrasónicos para pequeñas muestras de laboratorio, optimización en banco, lotes piloto y extracción industrial continua de flujo continuo.
¿Debería utilizar la extracción ultrasónica por lotes o en línea para los procesos DES?
La extracción por lotes suele ser la opción más adecuada para ensayos de laboratorio, cribado de formulaciones y volúmenes de producción reducidos. La extracción ultrasónica en línea suele ser la preferida para la producción piloto e industrial, ya que ofrece un tiempo de residencia controlado, una mayor reproducibilidad, un enfriamiento más sencillo y un rendimiento continuo. La configuración óptima depende de la viscosidad, el material vegetal, la proporción de disolvente, el compuesto objetivo y la capacidad de producción.
¿Cómo elijo el extractor ultrasónico adecuado para la extracción de DES?
La elección del extractor ultrasónico adecuado depende del volumen de la muestra, el tamaño del lote, el caudal, la viscosidad del disolvente, el compuesto objetivo, la temperatura de extracción y el objetivo de producción. Las unidades de laboratorio pequeñas son adecuadas para el desarrollo de métodos, mientras que los ultrasonidos industriales de la serie UIP se utilizan para la extracción DES a escala piloto y de producción. Hielscher puede recomendarle una configuración basada en su materia prima, el sistema de disolventes y el rendimiento requerido.
¿Qué parámetros del proceso son importantes para la extracción de DES por ultrasonidos?
Entre los parámetros importantes se incluyen la amplitud ultrasónica, la energía aplicada, el tiempo de extracción, la temperatura, la composición del DES o NADES, el contenido de agua, la relación sólido-líquido, el tamaño de las partículas, la viscosidad y el caudal. Estos parámetros deben optimizarse para cada material botánico y cada compuesto objetivo con el fin de lograr un alto rendimiento, una buena calidad del extracto y una producción reproducible.
Literatura / Referencias
- Türker, D.A., Doğan, M. (2021): Application of deep eutectic solvents as a green and biodegradable media for extraction of anthocyanin from black carrots. LWT – Food Science and Technology, Volume 138, March 2021.
- Duygu Aslan Türker, Mahmut Doğan (2022): Ultrasound-assisted natural deep eutectic solvent extraction of anthocyanin from black carrots: Optimization, cytotoxicity, in-vitro bioavailability and stability. Food and Bioproducts Processing, Volume 132, 2022. 99-113.
- Sumbal Jamshed, 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.
- Křížek, et al. (2018): Menthol-based Hydrophobic Deep Eutectic Solvents: Towards Greener and Efficient Extraction of Phytocannabinoids. Journal of Cleaner Production, 193, 2018. 391-396.
- Chemat F, et al. (2019): Review of Alternative Solvents for Green Extraction of Food and Natural Products: Panorama, Principles, Applications and Prospects. Molecules, vol.24, no.16, 2019. 3007.
- Lores, H.; Romero, Vanesa; Costas Mora, Isabel; Bendicho, Carlos; Lavilla, Isela (2016): Natural deep eutectic solvents in combination with ultrasonic energy as a green approach for solubilisation of proteins: application to gluten determination by immunoassay. Talanta 2017. 453-459.
- Cai, et al. (2019): Green Extraction of Cannabidiol from Industrial Hemp (Cannabis sativa L.) Using Deep Eutectic Solvents Coupled with Further Enrichment and Recovery by Macroporous Resin. Journal of Molecular Liquids, 2019.
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