El método de extracción más eficiente para materiales botánicos
¿Busca un sistema de extracción potente y fiable para producir extractos botánicos de alta calidad? Aquí encontrará una comparación de técnicas de extracción habituales, como la extracción ultrasónica, la extracción con CO2 supercrítico, la extracción con etanol y la maceración, entre otras, junto con sus ventajas e inconvenientes.
Extracción botánica mediante ultrasonidos frente a técnicas alternativas
La extracción de materiales botánicos puede realizarse mediante diversas técnicas. Sin embargo, la eficiencia, el rendimiento y la calidad del extracto dependen en gran medida del método y del protocolo de extracción utilizados. La maceración, la extracción con CO2 supercrítico, la percolación y la extracción Soxhlet son métodos de extracción habituales que suelen ofrecer resultados insuficientes.
La extracción mediante ultrasonidos es una técnica avanzada de aislamiento que supera a los métodos de extracción tradicionales en varios aspectos.
La extracción mediante ultrasonidos con 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 con sonda ultrasónica permite extraer compuestos mucho más rápido que la maceración y la percolación. Esto se debe a que las ondas ultrasónicas generan burbujas de cavitación en el disolvente, que producen microchoques que ayudan a romper las paredes celulares y a liberar los compuestos con mayor rapidez.
- Mayor rendimiento: La extracción con sonda ultrasónica permite obtener un mayor rendimiento de extracción de compuestos que la maceración, la extracción con CO2 y la percolación. Esto se debe a que las ondas ultrasónicas ayudan a liberar una mayor cantidad de los compuestos objetivo del material sometido a extracción.
- Mayor eficiencia: La extracción con sonda ultrasónica es más eficiente 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 con sonda ultrasónica permite extraer una amplia variedad de compuestos de distintos materiales, incluidos tanto compuestos hidrófilos como hidrófobos. Esto significa que los ultrasonidos también son excelentes para producir 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 un trabajo que demande mucho tiempo.
- Respetuosa con el medio ambiente: Las sondas ultrasónicas permiten realizar una extracción respetuosa con el medio ambiente, ya que requiere menos disolvente y energía que otros métodos y genera menos residuos. Aunque la sonicación es compatible con cualquier disolvente, la alta eficiencia de los ultrasonicadores permite evitar en gran medida el uso de disolventes tóxicos. El etanol, el etanol acuoso y el agua son excelentes disolventes para la extracción ultrasónica de materiales botánicos.
En comparación con las técnicas tradicionales de extracción botánica, la extracción con sonda ultrasónica ofrece ventajas significativas, lo que explica el uso generalizado de la extracción mediante ultrasonidos para obtener numerosos compuestos bioactivos de las plantas.
Extracción botánica con el ultrasonicador UP400St
Obtención de extractos botánicos de alta calidad
Para obtener extractos botánicos de alta calidad, no solo 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 ello, es fundamental 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 otras sustancias químicas agresivas pueden contaminar el extracto. Aunque los disolventes se eliminan después de la extracción, pueden quedar trazas de disolventes tóxicos en el extracto final. El agua, el alcohol, el etanol, la glicerina y los aceites vegetales son disolventes seguros, no tóxicos y autorizados por la FDA para su consumo.
Hielscher Ultrasonics se enorgullece de colaborar con Eden Ecosystem, una empresa pionera en el mercado de las técnicas de extracción innovadoras y los extractos naturales de alta calidad para fragancias y aromas.
Eden Ecosystem está especializada en la producción de extractos botánicos para fragancias, aromatizantes, cosméticos y complementos nutricionales.
Dado que Eden Ecosystem utiliza únicamente técnicas de extracción suaves, como los ultrasonidos, y disolventes no tóxicos y respetuosos con el medio ambiente, los extractos resultantes son totalmente nuevos y más ricos.
Gracias a su extraordinaria experiencia en aplicaciones de extracción botánica, Eden Ecosystem también ofrece servicios de consultoría a usuarios y fabricantes externos.
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| Extracción ultrasónica | Maceración | Extracción con 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 | con aplicación de calor | temperatura ambiente, ocasionalmente se aplica calor |
por encima de la temperatura crítica de 31 °C |
| Presión | puede realizarse tanto a presión atmosférica como a presión elevada |
atmosférica | atmosférica | atmosférica | 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 | baja, alta carga de sólidos de material vegetal en el disolvente, especialmente cuando se utiliza un sistema con celda de flujo |
grande | moderada | grande | grandes cantidades de CO2 supercrítico |
| Polaridad del extracto natural | depende del disolvente; para extraer compuestos apolares y polares, se recomienda una extracción en dos etapas con dos disolventes |
depende del disolvente | depende del disolvente | depende del disolvente | depende de la presión (más polar a presiones más elevadas) |
| Flexibilidad / Escalabilidad | para extracción por lotes y en línea, escalabilidad lineal |
solo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
solo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
solo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
solo extracción por lotes, escalabilidad lineal limitada, muy costosa |
- Altos rendimientos
- Calidad superior
- Extractos de espectro completo
- Proceso rápido
- Compatible con cualquier disolvente
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Escalabilidad lineal
- Respetuosa con el medio ambiente
- Rápido retorno de la inversión
Protocolo paso a paso de extracción botánica con una sonda ultrasónica
¿Cómo se extraen los compuestos bioactivos de las plantas mediante ultrasonicación con sonda? A continuación encontrará instrucciones paso a paso para extraer fitoquímicos y compuestos bioactivos de materiales vegetales como hojas, pétalos, cuerpos fructíferos, tallos, raíces o rizomas.
- En primer lugar, el material vegetal se muele o se corta en pequeños trozos para aumentar la superficie disponible para la extracción.
- A continuación, el material vegetal se mezcla con un disolvente (como etanol o agua) para extraer los polifenoles.
- Después se utiliza la ultrasonicación con sonda para facilitar el proceso de extracción mediante la aplicación a la mezcla de ondas ultrasónicas de alta intensidad y baja frecuencia, de aproximadamente 20 kHz. Esto provoca cavitación acústica y una rápida vibración del disolvente, lo que favorece la desintegración y la ruptura 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.
- Después, el líquido se evapora o se somete a un procesamiento adicional para eliminar el disolvente y concentrar las moléculas bioactivas.
- El producto final es un extracto rico en compuestos bioactivos que puede utilizarse en diversas aplicaciones, como complementos alimenticios, alimentos funcionales y cosméticos.
Nota: Esta es una descripción general del proceso y las condiciones específicas (disolvente, proporción de material vegetal respecto al disolvente, tiempo de extracción, potencia de ultrasonicación, etc.) pueden variar en función de la fuente vegetal y del contenido deseado de sustancias bioactivas.
¿Cómo funciona la extracción ultrasónica?
La extracción ultrasónica se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica ultrasónica y es un tratamiento puramente mecánico. Al igual que un mezclador de alto cizallamiento, un ultrasonicador solo genera fuerzas mecánicas de cizallamiento en el medio de procesamiento. La extracción ultrasónica en sí es una técnica de extracción no térmica y sin sustancias químicas.
¿Qué es la cavitación acústica? – La cavitación acústica o ultrasónica se produce cuando se acoplan ondas ultrasónicas de alta potencia y baja frecuencia a una suspensión de material botánico en un líquido (disolvente).
Las ondas ultrasónicas de alta potencia se acoplan a la suspensión botánica mediante un procesador ultrasónico de tipo sonda. Las ondas ultrasónicas de alta energía se propagan por el líquido y generan ciclos alternos de alta presión / baja presión, lo que da lugar al fenómeno de la cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica produce localmente condiciones extremas, como diferencias de presión muy elevadas y fuertes fuerzas de cizallamiento. Cuando las burbujas de cavitación implosionan sobre la superficie de sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y las colisiones entre partículas generan efectos como la fragmentación de partículas, la sonoporación (la perforación de las paredes celulares y las membranas celulares) y la ruptura celular. Además, la implosión de las burbujas de cavitación en medios líquidos genera turbulencias y agitación, lo que favorece la transferencia de masa entre el interior de las células y el disolvente circundante. La irradiación ultrasónica es una forma muy eficiente de intensificar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación genera cavitación y sus mecanismos asociados, como micromovimientos producidos por chorros de líquido, compresión y descompresión del material, con la consiguiente ruptura de las paredes celulares.
Según la materia prima, el proceso de extracción ultrasónica puede requerir intensidades elevadas, por ejemplo, para romper células vegetales rígidas o materiales con un alto contenido de celulosa. Los ultrasonicadores de tipo sonda pueden generar amplitudes muy elevadas, necesarias para producir una cavitación de gran efecto. Hielscher Ultrasonic fabrica extractores ultrasónicos de alto rendimiento que pueden generar fácilmente amplitudes de 200 µm en funcionamiento continuo 24/7. Para amplitudes aún mayores, Hielscher ofrece sonotrodos (sondas) específicos de alta amplitud.
Se utilizan reactores ultrasónicos y celdas de flujo presurizables para intensificar la cavitación. Al aumentar la presión, la cavitación y las fuerzas de cizallamiento que genera se vuelven más destructivas, lo que mejora los efectos de la extracción ultrasónica.
UIP4000hdT, un potente procesador ultrasónico de 4 kW para la extracción botánica
Extraiga fitoquímicos y compuestos bioactivos mediante sonicación
La extracción ultrasónica se utiliza para liberar y aislar una amplia variedad de compuestos bioactivos (denominados fitoquímicos) de materiales botánicos.
La siguiente lista ofrece una breve visión general de los fitoquímicos extraídos mediante ultrasonidos:
- CBD y otros cannabinoides del cannabis y el cáñamo
- Terpenos
- Jengibre
- Romero
- Capsaicina de los chiles
- Cafeína de los granos de café
- Astaxantina de las algas
- Alicina del ajo
- Catequinas (EGEC) del té
- Propóleo
- Elagitaninos de la granada
- Extractos de hierbas ayurvédicas
- Nicotina del tabaco
- Aceites esenciales
- Fitoquímicos de la ortiga
- Pectinas de las cáscaras de cítricos
- Polifenoles de la cáscara de mango
- Taraxacina y taraxasterol del diente de león
Disolventes para la extracción ultrasónica
La extracción ultrasónica es compatible con casi cualquier disolvente. Los más utilizados para extraer compuestos bioactivos de materiales botánicos son el etanol, el agua, las mezclas de etanol/agua, la glicerina y los aceites vegetales, ya que estos disolventes se consideran seguros para el consumo y son fáciles de utilizar.
¡Obtenga más información sobre los disolventes utilizados para la extracción ultrasónica!
Las ventajas de la extracción ultrasónica con etanol
El etanol es uno de los disolventes más utilizados en la extracción ultrasónica debido a su seguridad (autorizado por la FDA para su consumo), su eficacia y su amplio poder disolvente. La extracción ultrasónica con etanol supera al uso de otros disolventes y a otras tecnologías de extracción por su rentabilidad, escalabilidad lineal, sencillez y seguridad.
La eficacia superior del etanol como disolvente está relacionada con su composición química, formada por una cadena hidrocarbonada y un único grupo hidroxilo. Esta composición química permite al etanol disolver y extraer una gama muy amplia de sustancias, incluidos polifenoles, flavonoides, terpenos, cannabinoides y lípidos (aceites).
Por ejemplo, la extracción ultrasónica de cannabinoides con etanol no requiere winterización (descerado), una etapa necesaria en otros métodos de extracción, como la extracción con CO2, para eliminar las ceras.
La extracción con etanol produce distintos efectos según la temperatura del etanol. El etanol calentado se utiliza a menudo para producir extractos de espectro completo, apreciados por su efecto séquito. Por otra parte, el etanol muy frío se utiliza preferentemente para producir destilados de hierbas o de cannabis. La extracción con etanol muy frío no requiere una filtración posterior. Dado que la extracción ultrasónica es un tratamiento no térmico, puede utilizarse con etanol caliente/templado o enfriado/muy frío. 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 conectables y pueden programarse para detener o pausar el tratamiento de extracción cuando la temperatura del medio se salga de un determinado intervalo.
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Los sistemas de extracción de alto rendimiento de Hielscher Ultrasonics están disponibles para cualquier escala, desde pequeños equipos de laboratorio y equipos de escala piloto intermedia hasta sistemas de producción totalmente industrial de varias toneladas por hora. Según la capacidad de procesamiento, los extractores ultrasónicos Hielscher pueden utilizarse por lotes o en modo continuo en línea. Usted elige el disolvente, ya que los ultrasonicadores Hielscher pueden utilizarse en combinación con cualquier disolvente. Todos los equipos de extracción ultrasónica son sencillos y seguros de utilizar. Hielscher le ofrece el ultrasonicador más adecuado en función de su materia prima, la capacidad del proceso y el objetivo de producción.
Los procesos de extracción ultrasónica dependen de la materia prima, el disolvente y la capacidad de procesamiento. Para configurar el sistema ultrasónico ideal para su proceso de extracción, dispone de diversos accesorios, como sonotrodos (sondas) de distintos tamaños y formas, amplificadores mecánicos de amplitud, celdas de flujo de diferentes volúmenes y geometrías, sensores de temperatura y presión conectables y muchos otros dispositivos.
El control del proceso es fundamental para obtener resultados reproducibles. Por ello, todos los modelos digitales están equipados con 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, pueden lograrse resultados de proceso óptimos, como un rendimiento superior y la máxima calidad del extracto. El registro automático de los datos del proceso de sonicación constituye la base para la estandarización del proceso y su reproducibilidad / repetibilidad, exigidas por las buenas prácticas de fabricación (GMP).
La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos 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 150 L | 3 a 15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000 |
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Homogeneizador ultrasónico UIP2000hdT (2 kW) con reactor por lotes con agitación continua
Datos de interés
¿Qué son los extractos botánicos?
Los materiales botánicos, como hojas, pétalos, flores, tallos, raíces y cortezas, contienen potentes compuestos bioactivos (fitoquímicos) que se utilizan en alimentos y bebidas, complementos alimenticios, productos terapéuticos y farmacéuticos, así como en productos cosméticos. Entre los ejemplos destacados de extractos botánicos se encuentran los antioxidantes, las vitaminas (p. ej., vitaminas A, C, E, K; vitaminas B), las proteínas (p. ej., de cáñamo y soja), los polifenoles, los flavonoides, los terpenos, los cannabinoides (p. ej., CBD, CBG, THC), los oligosacáridos y los lípidos (p. ej., omega-3 de las semillas de lino o de cáñamo).
Los antioxidantes actúan como un potente mecanismo de defensa que protege las células del organismo frente a los daños causados por el envejecimiento, el estrés, la inflamación y las enfermedades. Las investigaciones también muestran que los antioxidantes pueden contribuir a reforzar el sistema inmunitario y presentar propiedades anticancerígenas. Además, los antioxidantes previenen la oxidación de los productos y prolongan así su estabilidad y vida útil. Por ello, se añaden antioxidantes a numerosos alimentos y bebidas, complementos nutricionales, productos terapéuticos y productos cosméticos. Algunos 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 o algas, o sintetizarse artificialmente. Los compuestos bioactivos extraídos de una fuente natural presentan mayor biodisponibilidad y bioaccesibilidad y, por tanto, mayor potencia. Por ello, en los complementos de alta calidad se utilizan fitoquímicos extraídos de fuentes naturales.
¿Cómo funciona el CO2 como disolvente?
El CO2 calentado por encima de 90 grados Fahrenheit y sometido a una presión de 1000 libras por pulgada cuadrada se considera supercrítico. El CO2 supercrítico actúa como un disolvente que disuelve los aceites.
¿Qué es la winterización de los extractos de cannabis?
Para winterizar un extracto crudo, el extracto crudo de cannabis se mezcla con etanol. Después, la solución se introduce en un congelador para enfriarla. El frío permite separar los compuestos según las diferencias en sus puntos de fusión y precipitación. Durante el proceso de enfriamiento, las grasas y ceras con puntos de fusión más altos precipitan y pueden eliminarse mediante filtración, centrifugación, decantación u otros procesos de separación. Por último, debe eliminarse el etanol de la solución. Esto se consigue mediante ebullición. El etanol se evapora por ebullición a 78,5 °C a presión atmosférica. Finalmente, se obtiene un extracto puro y líquido de aceite de cannabis.
Los beneficios nutricionales de los antioxidantes
Los antioxidantes actúan como un potente mecanismo de defensa que protege las células del organismo frente a los daños causados por el envejecimiento, el estrés, la inflamación y las enfermedades. Las investigaciones también muestran que los antioxidantes pueden contribuir a reforzar el sistema inmunitario y presentar propiedades anticancerígenas.
Los antioxidantes son moléculas que capturan radicales libres. Los radicales libres y otras especies reactivas de oxígeno (ROS) proceden de procesos metabólicos habituales y esenciales del organismo humano o de fuentes externas, como la exposición a rayos X, ozono, humo del tabaco, contaminantes atmosféricos y sustancias químicas tóxicas. Los radicales libres se producen en numerosas reacciones químicas en cadena del organismo como resultado del metabolismo aeróbico. La formación de radicales libres y la exposición a ellos forman parte de muchos procesos metabólicos y no pueden evitarse. Un organismo sano puede hacer frente a la formación normal de radicales libres, captarlos y convertirlos en moléculas inocuas. Sin embargo, en situaciones de estrés o bajo condiciones ambientales perjudiciales, la carga de radicales libres aumenta y contribuye a la inflamación y al envejecimiento. Una alimentación adecuada y saludable aporta antioxidantes que neutralizan los radicales libres oxidantes.
Pueden distinguirse dos categorías de antioxidantes: las enzimas antioxidantes (p. ej., superóxido dismutasas, catalasa y 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 captan radicales libres, mientras que la vitamina E y el ubiquinol son antioxidantes lipófilos que captan radicales libres.
Valor ORAC de diversos alimentos
La potencia de los antioxidantes presentes en los alimentos se mide mediante el valor ORAC (capacidad de absorción de radicales de oxígeno). Según el USDA, los siguientes alimentos presentan los valores ORAC más altos y, por tanto, la mayor 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
- Remolachas: 840
- Naranjas: 750
- Uvas rojas: 739
- Pimiento rojo: 710
- Cerezas: 670
- Kiwi: 602
- Pomelo: 483
- Cebolla: 450
Bibliografía / Referencias
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- 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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