El método de extracción más eficaz para productos botánicos
¿Está buscando un sistema de extracción potente y fiable para producir extractos botánicos de alta calidad? Aquí encontrará una comparación de las técnicas de extracción más comunes, como la extracción por ultrasonidos, la extracción con CO2 supercrítico, la extracción con etanol y la maceración, entre otras, así como sus ventajas y desventajas.
Extracción botánica con ultrasonidos frente a técnicas alternativas
La extracción de productos botánicos puede realizarse mediante diversas técnicas. Sin embargo, la eficacia, el rendimiento y la calidad del extracto dependen en gran medida del método y el protocolo de extracción utilizados. La maceración, la extracción con CO2 supercrítico, la percolación y la extracción Soxhlet son métodos de extracción habituales, que a menudo ofrecen resultados de extracción insuficientes.
La extracción por ultrasonidos es una sofisticada técnica de aislamiento que supera en varios puntos a los métodos de extracción tradicionales.
La extracción por ultrasonidos mediante una sonda ultrasónica es un método muy eficaz para extraer compuestos de plantas y otros materiales. En comparación con otros métodos como la maceración, la extracción con CO2, la percolación y la extracción por microondas, la extracción con sonda ultrasónica destaca por varias ventajas:
- Extracción más rápida: La extracción por sonda ultrasónica puede extraer compuestos mucho más rápidamente que la maceración y la percolación. Esto se debe a que las ondas ultrasónicas crean burbujas de cavitación en el disolvente, lo que genera microchoques que ayudan a romper las paredes celulares y liberar los compuestos más rápidamente.
- Mayor rendimiento: La extracción por sonda ultrasónica puede extraer un mayor rendimiento de compuestos que la maceración, la extracción con CO2 y la percolación. Esto se debe a que las ondas ultrasónicas ayudan a liberar más compuestos del material extraído.
- Más eficiente: La extracción por sonda ultrasónica es más eficaz que la maceración, la extracción con CO2, la percolación y los extractores Soxhlet, ya que requiere menos disolvente para extraer la misma cantidad de compuestos. Esto se debe a que las ondas ultrasónicas ayudan a aumentar la solubilidad de los compuestos objetivo en el disolvente.
- Versatilidad: La extracción por sonda ultrasónica puede utilizarse para extraer una amplia gama de compuestos de diversos materiales, incluidos compuestos tanto hidrófilos como hidrófobos. Esto significa que los ultrasonidos también son excelentes para la producción de extractos de espectro completo.
- Bajo coste: La extracción con sonda ultrasónica suele ser menos costosa que la extracción con CO2, la percolación, la maceración y la extracción Soxhlet, ya que no requiere equipos de alta presión ni mano de obra que requiera mucho tiempo.
- Respetuoso con el medio ambiente: Las sondas ultrasónicas permiten una extracción respetuosa con el medio ambiente, ya que requiere menos disolvente y energía en comparación con otros métodos, y produce menos residuos. Aunque la sonicación es compatible con cualquier disolvente, debido a la gran eficacia de los ultrasonicadores, se pueden evitar en su mayor parte los disolventes tóxicos. El etanol, el etanol acuoso y el agua son excelentes disolventes para la extracción botánica por ultrasonidos.
En comparación con las técnicas tradicionales de extracción botánica, la extracción por ultrasonidos con sonda ofrece ventajas significativas, lo que explica el amplio uso de la extracción por ultrasonidos para numerosos compuestos bioactivos de las plantas.
Extracción botánica con el Ultrasonidos UP400St
Extracción de extractos botánicos de alta calidad
Para obtener extractos botánicos de alta calidad no sólo es esencial la materia prima (material vegetal), sino también la técnica de extracción aplicada. Los extractos vegetales son sensibles a la temperatura, lo que significa que se degradan con el calor. Por lo tanto, es crucial elegir un método de extracción no térmico.
La selección del disolvente de extracción es otro factor importante, que influye en la calidad del extracto. Disolventes como el hexano, el metanol, el butano y otros productos químicos agresivos pueden contaminar el extracto. Aunque los disolventes se eliminan después de la extracción, pueden encontrarse trazas de disolventes tóxicos en el extracto final. El agua, el alcohol, el etanol, la glicerina o los aceites vegetales son disolventes seguros, no tóxicos y aprobados por la FDA para su consumo.
Hielscher Ultrasonics se enorgullece de ser socio de Eden Ecosystem, empresa pionera en el mercado de técnicas de extracción innovadoras y extractos de fragancias y sabores naturales de alta calidad.
Eden Ecosystem está especializada en la producción de extractos botánicos para fragancias, aromatizantes, cosméticos y suplementos nutricionales.
Como Eden Ecosystem sólo aplica técnicas de extracción suaves, como ultrasonidos y disolventes ecológicos y no tóxicos, los extractos resultantes son totalmente nuevos y más ricos.
Habiendo acumulado una extraordinaria experiencia en aplicaciones de extracción botánica, Eden Ecosystem ofrece también servicios de consultoría para terceros usuarios y fabricantes.
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| Extracción ultrasónica | maceración | Extracción de CO2 | Soxhlet | Percolación | |
|---|---|---|---|---|---|
| disolvente | compatible con casi cualquier disolvente | agua, disolventes acuosos y no acuosos | CO2 | agua, disolventes acuosos y no acuosos | disolventes orgánicos |
| temperatura | extracción no térmica, control preciso de la temperatura |
ambiente | en caliente | temperatura ambiente, ocasionalmente se aplica calor |
por encima del valor crítico temperatura de 31°C |
| presión | ambos, atmosféricos o posible presión elevada |
atmosférico | atmosférico | atmosférico | presiones muy elevadas (por encima de la presión crítica de 74 bar) |
| Tiempo de procesamiento | Rápido | muy lento | lento | muy lento | Moderado |
| Cantidad de disolvente | bajo, alta carga sólida de material vegetal en el disolvente, especialmente cuando una célula de flujo se utiliza la configuración |
grande | Moderado | grande | grandes cantidades de CO2 supercrítico |
| Polaridad del extracto natural | depende del disolvente; para extraer sustancias polares y no polares compuestos, una extracción de doble etapa se recomienda utilizar dos disolventes |
depende del disolvente | depende del disolvente | depende del disolvente | depende de la presión (a mayor presión, más polar) |
| Flexibilidad / Escalabilidad | para la extracción por lotes y en línea, escalabilidad lineal |
sólo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
sólo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
sólo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
sólo extracción por lotes, escalabilidad lineal limitada, muy caro |
- alto rendimiento
- Calidad superior
- Extractos de amplio espectro
- proceso rápido
- Compatible con cualquier disolvente
- fácil y seguro de manejar
- escalabilidad lineal
- respetuoso con el medio ambiente
- Rápido retorno de la inversión
Protocolo paso a paso de extracción botánica con sonda ultrasónica
¿Cómo se extraen los compuestos bioactivos de las plantas mediante ultrasonidos con sonda? A continuación encontrará instrucciones paso a paso para la extracción de fitoquímicos y compuestos bioactivos de material vegetal como hojas, pétalos, cuerpos fructíferos, tallos, raíces o rizomas.
- En primer lugar, el material vegetal se tritura o pica en trozos pequeños para aumentar la superficie de extracción.
- A continuación, el material vegetal se mezcla con un disolvente (como etanol o agua) para extraer los polifenoles.
- A continuación, se utiliza la ultrasonicación con sonda para facilitar el proceso de extracción, aplicando a la mezcla ondas ultrasónicas de alta intensidad y baja frecuencia, de unos 20 kHz. Esto provoca una cavitación acústica y una rápida vibración del disolvente, lo que favorece la desintegración y la disrupción de las células vegetales y la liberación de sustancias bioactivas como polifenoles, flavonoides y vitaminas.
- A continuación, la mezcla se filtra para separar el material vegetal sólido del líquido que contiene los compuestos bioactivos extraídos.
- A continuación, el líquido se evapora o se somete a un tratamiento posterior para eliminar el disolvente y concentrar las moléculas bioactivas.
- El producto final es un extracto rico en bioactivos que puede utilizarse en diversas aplicaciones, como suplementos dietéticos, alimentos funcionales y cosméticos.
Nota: Esta es una descripción general del proceso y las condiciones específicas (disolvente, proporción de material vegetal y disolvente, tiempo de extracción, potencia de ultrasonidos, etc.) pueden variar en función de la fuente vegetal y del contenido de sustancias bioactivas deseado.
¿Cómo funciona la extracción por ultrasonidos?
La extracción por ultrasonidos se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica ultrasónica y es un tratamiento puramente mecánico. Similar a un mezclador de alto cizallamiento, un ultrasonicador sólo crea fuerzas de cizallamiento mecánicas en el medio de proceso. La extracción por ultrasonidos es una técnica de extracción no térmica y sin productos químicos.
¿Qué es la cavitación acústica? – La cavitación acústica o ultrasónica se produce cuando ondas ultrasónicas de alta potencia y baja frecuencia se acoplan a un lodo compuesto por material botánico en un líquido (disolvente).
Un procesador de ultrasonidos tipo sonda acopla ondas ultrasónicas de alta potencia al lodo botánico. Las ondas ultrasónicas altamente energéticas viajan a través del líquido creando ciclos alternos de alta y baja presión, lo que da lugar al fenómeno de cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica conduce localmente a condiciones extremas, como diferenciales de presión muy altos y elevadas fuerzas de cizallamiento. Cuando las burbujas de cavitación implosionan en la superficie de los sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y la colisión interparticular generan efectos como la rotura de las partículas, la sonoporación (la perforación de las paredes y membranas celulares) y la disrupción celular. Además, la implosión de burbujas de cavitación en medios líquidos crea turbulencias y agitación, lo que favorece la transferencia de masa entre el interior celular y el disolvente circundante. La irradiación ultrasónica es una forma muy eficaz de potenciar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación provoca cavitación y sus mecanismos relacionados, como micromovimientos por chorros de líquido, compresión y descompresión en el material con la consiguiente disrupción de las paredes celulares.
Dependiendo de la materia prima, el proceso de extracción por ultrasonidos puede requerir altas intensidades, por ejemplo, para romper células vegetales rígidas o material con una gran cantidad de celulosa. Los ultrasonidos de sonda pueden generar amplitudes muy elevadas, necesarias para generar una cavitación impactante. Hielscher Ultrasonic fabrica extractores ultrasónicos de alto rendimiento, que pueden crear fácilmente amplitudes de 200µm en funcionamiento continuo 24/7. Para amplitudes aún mayores, Hielscher ofrece sonotrodos (sondas) específicos de gran amplitud.
Para intensificar la cavitación se utilizan reactores ultrasónicos presurizables y celdas de flujo. Al aumentar la presión, la cavitación y las fuerzas de cizallamiento cavitacional se vuelven más destructivas y mejoran así los efectos de extracción por ultrasonidos.
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Extracción de fitoquímicos y compuestos bioactivos mediante sonicación
La extracción por ultrasonidos se utiliza para liberar y aislar una gran variedad de compuestos bioactivos (los llamados fitoquímicos) de los productos botánicos.
La siguiente lista le ofrece una pequeña visión general de los fitoquímicos extraídos por ultrasonidos:
- CBD y otros cannabinoides del cannabis y el cáñamo
- terpenos
- jengibre
- romero
- Capsaicina del chile
- La cafeína de los granos de café
- Astaxantina de algas
- Alicina del ajo
- Catequinas (EGEC) del té
- Elagitaninos de la granada
- Extractos de hierbas ayurvédicas
- Nicotina del tabaco
- aceites esenciales
- Fitoquímicos de la ortiga
- Pectinas de cáscaras de cítricos
- Polifenoles de la cáscara de mango
- Taraxacina y taraxasterol del diente de león
Disolventes para extracción por ultrasonidos
La extracción ultrasónica es compatible con casi cualquier disolvente. Lo más habitual es utilizar etanol, agua, mezclas de etanol y agua, glicerina y aceites vegetales para la extracción de compuestos bioactivos de productos botánicos, ya que estos disolventes se consideran seguros para el consumo y son fáciles de usar.
Más información sobre los disolventes utilizados para la extracción por ultrasonidos.
Ventajas de la extracción ultrasónica de etanol
El etanol es uno de los disolventes más utilizados en la extracción por ultrasonidos debido a su seguridad (aprobado por la FDA para el consumo), su eficacia y su amplia solvencia. La extracción ultrasónica con etanol eclipsa a otros disolventes y otras tecnologías de extracción por su rentabilidad, escalabilidad lineal, sencillez y seguridad.
La eficacia superior del etanol como disolvente está vinculada a su composición química de una cola de hidrocarburo y un único grupo hidroxilo. Esta composición química permite al etanol disolver y extraer un espectro muy amplio de sustancias, desde polifenoles, flavonoides, terpenos, cannabinoides y lípidos (aceites).
Por ejemplo, la extracción de cannabinoides con etanol por ultrasonidos no requiere la winterización (desparafinado), un paso necesario con otros métodos de extracción como la extracción con CO2 para eliminar las ceras.
La extracción con etanol presenta efectos diferentes en función de la temperatura del etanol. El etanol calentado suele utilizarse para producir extractos de espectro completo, que se valoran por su efecto séquito. Por otro lado, el etanol helado se utiliza preferentemente para producir destilados de hierbas o cannabis. La extracción en etanol helado no requiere filtración posterior. Dado que la extracción por ultrasonidos es un tratamiento no térmico, puede utilizarse con etanol caliente/templado o enfriado/helado. Los reactores ultrasónicos encamisados ayudan a mantener la temperatura de procesamiento deseada durante el tratamiento. El control digital y el software inteligente del ultrasonicador supervisan la temperatura de procesamiento mediante sensores de temperatura enchufables y pueden programarse para detener o pausar el tratamiento de extracción cuando la temperatura del medio se sale de un rango determinado.
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Los sistemas de extracción de alto rendimiento de Hielscher Ultrasonics están disponibles a cualquier escala, desde el pequeño tamaño de laboratorio y la escala piloto de tamaño medio hasta la producción totalmente industrial de varias toneladas por hora. Dependiendo del rendimiento, los extractores ultrasónicos de Hielscher pueden utilizarse en modo discontinuo o continuo en línea. La elección del disolvente depende de usted, ya que los ultrasonidos de Hielscher pueden utilizarse en combinación con cualquier disolvente. Todos los dispositivos de extracción por ultrasonidos son sencillos y seguros de manejar. En función de su materia prima, capacidad de proceso y objetivo de producción, Hielscher le ofrece el ultrasonido más adecuado.
Los procesos de extracción por ultrasonidos dependen de la materia prima, el disolvente y el caudal. Hay disponibles varios accesorios, como sonotrodos (sondas) de distintos tamaños y formas, bocinas de refuerzo, celdas de flujo con distintos volúmenes y geometrías, sensores de temperatura y presión enchufables y muchos otros artilugios para montar la configuración ultrasónica ideal para su proceso de extracción.
El control del proceso es crucial para obtener resultados reproducibles. Por ello, todos los modelos digitales están equipados con un software inteligente que permite ajustar, supervisar y revisar los parámetros de extracción. Gracias al control preciso de la amplitud, el tiempo de sonicación y los ciclos de trabajo, se pueden obtener resultados óptimos del proceso, como un rendimiento superior y la máxima calidad del extracto. El registro automático de datos del proceso de sonicación son las bases para la estandarización del proceso y la reproducibilidad / repetibilidad, que son requeridas para las Buenas Prácticas de Fabricación (GMP).
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | De 3 a 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
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Datos aleatorios que merece la pena conocer
¿Qué son los extractos botánicos?
Los productos botánicos como hojas, pétalos, flores, tallos, raíces y cortezas contienen potentes compuestos bioactivos (fitoquímicos) que se utilizan en alimentos y bebidas, suplementos dietéticos, productos terapéuticos y farmacéuticos, así como en productos cosméticos. Ejemplos destacados de extractos botánicos son los antioxidantes, las vitaminas (p. ej., vitamina A, C, E, K; vitaminas del grupo B), las proteínas (p. ej., cáñamo, soja), los polifenoles, los flavonoides, los terpenos, los cannabinoides (p. ej., CBD, CBG, THC), los oligosacáridos y los lípidos (p. ej., omega-3 de semillas de lino o cáñamo).
Los antioxidantes actúan como un potente mecanismo de defensa que previene a las células del organismo de los daños provocados por el envejecimiento, el estrés, la inflamación y las enfermedades. Las investigaciones también demuestran que los antioxidantes pueden contribuir a mejorar el sistema inmunitario y presentan propiedades anticancerígenas. Además, los antioxidantes evitan la oxidación de los productos y prolongan así su estabilidad y vida útil. Por ello, los antioxidantes se añaden a muchos alimentos y bebidas, suplementos nutricionales, productos terapéuticos y cosméticos. Ejemplos muy destacados de antioxidantes son la vitamina E (α-tocoferol), la vitamina C (ácido ascórbico), el betacaroteno y el glutatión.
Los antioxidantes y otros compuestos bioactivos pueden extraerse de materiales naturales, como plantas botánicas o algas, o sintetizarse artificialmente. Los compuestos bioactivos extraídos de una fuente natural presentan una mayor biodisponibilidad y bioaccesibilidad y, por tanto, una mayor potencia. Por ello, en los suplementos de alta calidad se utilizan fitoquímicos extraídos de forma natural.
¿Cómo funciona el CO2 como disolvente?
El CO2 calentado a más de 90 grados Fahrenheit y 1000 libras por pulgada cuadrada de presión se considera supercrítico. El CO2 supercrítico actúa como disolvente y disuelve los aceites.
¿Qué es la hibernación de los extractos de cannabis?
Para invernar un extracto crudo, el extracto crudo de cannabis se mezcla con etanol. Después, la solución se coloca en un congelador para enfriarla. El frío permite separar los compuestos por diferencias en sus puntos de fusión y precipitación. En el proceso de enfriamiento, las grasas y ceras con puntos de fusión más altos se precipitarán y podrán eliminarse por filtración, centrifugación, decantación u otros procesos de separación. Por último, hay que eliminar el etanol de la solución. Esto se consigue por ebullición. El etanol hierve a 78,5°C a presión atmosférica. Finalmente, se obtiene un extracto líquido puro de aceite de cannabis.
Los beneficios nutricionales de los antioxidantes
Los antioxidantes actúan como un potente mecanismo de defensa que previene a las células del organismo de los daños provocados por el envejecimiento, el estrés, la inflamación y las enfermedades. Las investigaciones también demuestran que los antioxidantes pueden contribuir a mejorar el sistema inmunitario y tienen propiedades anticancerígenas.
Los antioxidantes son moléculas que capturan radicales libres. Los radicales libres y otras especies reactivas del oxígeno (ERO) proceden de los procesos metabólicos regulares y esenciales del cuerpo humano o de fuentes externas como la exposición a los rayos X, el ozono, el tabaquismo, los contaminantes atmosféricos y las sustancias químicas tóxicas. Los radicales libres se producen en muchas reacciones químicas en cadena en el organismo como resultado del metabolismo aeróbico. La formación y exposición a los radicales libres forma parte de muchos procesos metabólicos y no puede evitarse. Un organismo sano puede hacer frente a la formación normal de radicales libres, los elimina y los convierte en moléculas inocuas. Sin embargo, en situaciones de estrés o en condiciones ambientales nocivas, la carga de radicales libres aumenta y contribuye a la inflamación y el envejecimiento. Una alimentación buena y sana aporta antioxidantes, que desarman los radicales libres oxidantes.
Se pueden distinguir dos categorías de antioxidantes: las enzimas antioxidantes (por ejemplo, superóxido dismutasas, catalasa, glutatión peroxidasa) y los nutrientes antioxidantes, que incluyen vitaminas, minerales y diversos fitoquímicos. A continuación se enumeran algunas clases de nutrientes antioxidantes:
- vitamina E (α-tocoferol), vitamina C (ácido ascórbico), betacaroteno
- glutatión, ubiquinol y ácido úrico
- selenio
- flavonoides (pigmentos polifenólicos)
La vitamina C, el ácido úrico, la bilirrubina, la albúmina y los tioles son antioxidantes hidrófilos que eliminan radicales, mientras que la vitamina E y el ubiquinol son antioxidantes lipofílicos que eliminan radicales.
Valor ORAC de varios alimentos
La potencia antioxidante de los alimentos se mide con el valor ORAC (Oxygen Radical Absobance Capacity). Según el USDA, los siguientes alimentos tienen los valores ORAC más altos y, por tanto, la mejor potencia antioxidante:
-
- Ciruelas pasas: 5770
- Pasas: 2830
- Arándanos: 2400
- Moras: 2036
- Col rizada: 1770
- Fresas: 1540
- Espinacas: 1260
- Frambuesas: 1220
- Coles de Bruselas: 980
- Ciruelas: 949
- Brotes de alfalfa: 930
- Flores de brócoli: 890
- Remolacha: 840
- Naranjas: 750
- Uvas rojas: 739
- Pimiento rojo: 710
- Cerezas: 670
- Kiwi: 602
- Pomelo: 483
- Cebolla: 450
Literatura / Referencias
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- 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.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
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