Disolventes para la extracción ultrasónica de plantas

• La extracción por ultrasonidos presenta muchas ventajas, como su alto rendimiento, su rápida velocidad de extracción, su respeto por el medio ambiente y su bajo consumo de energía.
• Una de las mayores ventajas es el uso de agua como medio de extracción. Sin embargo, la sonicación puede utilizarse con múltiples sistemas de disolventes para obtener resultados superiores en el extracto deseado.
• El disolvente óptimo para la extracción por ultrasonidos de bioactivos vegetales se elige en función de la materia prima.

Extracción ultrasónica

Es bien sabido que los ultrasonidos alteran las estructuras celulares y mejoran la transferencia de masa, aumentando así la extractabilidad de biocompuestos (por ejemplo, fenoles, carotenoides).
Dado que los efectos mecánicos de la sonicación mejoran enormemente el proceso de extracción debido a la mejora de la transferencia de masa, el uso de disolventes orgánicos suele ser superfluo. Esto significa que, para la extracción por ultrasonidos, el agua suele ser un medio de extracción suficiente que presenta muchas ventajas, como ser barato, no peligroso, fácilmente disponible y respetuoso con el medio ambiente.
Sin embargo, en el caso de compuestos bioactivos específicos, los mejores resultados pueden obtenerse mediante extracción ultrasónica en combinación con un disolvente volátil.
Para elegir el disolvente adecuado, hay que tener en cuenta la materia prima (por ejemplo, material vegetal fresco o seco, macerado/molido o en polvo) y las sustancias objetivo (por ejemplo, lipofílicas, hidrofílicas).
 

La siguiente tabla enumera varios disolventes, que son disolventes de extracción bien establecidos y se utilizan para la extracción ultrasónica de material vegetal.

Las potentes ondas ultrasónicas alteran la matriz celular de las estructuras biológicas y liberan los compuestos bioactivos. Se intensifica la transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente. Gracias a estos mecanismos, la extracción por ultrasonidos es muy eficaz para la extracción botánica.

Ultrasonidos para extracción

Desde aparatos ultrasónicos de laboratorio y sobremesa hasta sistemas de extracción por ultrasonidos para toda la industria – Hielscher Ultrasonics es su socio experimentado desde hace mucho tiempo, cuando se trata de dispositivos ultrasónicos potentes y fiables para procesos de extracción exitosos.
Nuestros sistemas ultrasónicos se utilizan ampliamente en laboratorios bioquímicos y plantas de producción farmacéutica. Los sonotrodos y reactores ultrasónicos son autoclavables y cumplen las normas de producción farmacéutica.

Los sonicadores industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas para alterar las matrices celulares y liberar sustancias específicas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. La potencia y robustez de los ultrasonidos Hielscher garantizan altos rendimientos, rápidas tasas de extracción y una extracción más completa. – superando a los procesos de extracción convencionales.
Nuestros procesadores ultrasónicos pueden combinarse con métodos de extracción convencionales como Extracción Soxhlet o extracción supercrítica de CO2. La adaptación a las líneas de producción existentes puede realizarse fácilmente.

Literatura / Referencias

Información interesante

Extracción ultrasónica por cavitación

Las ondas ultrasónicas intensas generan cavitación acústica en líquidos. Las fuerzas de cizallamiento cavitacional rompen la pared celular y las membranas, de modo que se libera el material intracelular. La extracción ultrasónica consigue una mayor penetración del disolvente en el tejido vegetal y mejora la transferencia de masa. De este modo, la extracción ultrasónica intensifica significativamente el proceso de extracción, lo que se traduce en mayores rendimientos, tasas de extracción más rápidas y una extracción más completa.

sistemas de disolventes

Para la extracción de compuestos bioactivos a partir de material vegetal existen varios sistemas de disolventes. Para la extracción de compuestos hidrófilos, se eligen principalmente disolventes polares como el metanol, el etanol o el acetato de etilo, mientras que para la extracción de compuestos lipofílicos (por ejemplo, lípidos), se prefieren sistemas de disolventes como el diclorometano o el diclorometano/metanol (v/v 1:1). El hexano se utiliza a menudo como disolvente para la extracción de clorofila.

¿Qué son los compuestos bioactivos?

Los compuestos bioactivos o fitoquímicos se definen como sustancias que influyen en los organismos vivos, los tejidos o las células. Entre las sustancias biológicamente activas se encuentran los antibióticos, las enzimas y las vitaminas. Las sustancias bioactivas como los carotenoides y los polifenoles pueden extraerse, por ejemplo, de frutas, hojas y verduras, mientras que los fitoesteroles se encuentran en los aceites vegetales.
Entre los compuestos bioactivos de origen vegetal se encuentran los flavonoides, la cafeína, los carotenoides, la colina, los ditioltiones, los fitosteroles, los polisacáridos, los fitoestrógenos, los glucosinolatos, los polifenoles y las antocianinas. Muchas sustancias bioactivas se valoran por actuar como antioxidantes y, por tanto, se consideran beneficiosas para la salud.

¿Cómo elegir el mejor disolvente de extracción?

Las siguientes directrices le ayudarán a seleccionar un disolvente adecuado para la extracción botánica por ultrasonidos. Como la sonicación es compatible con cualquier disolvente estándar, puede seleccionar el disolvente más idóneo para su materia prima vegetal, los fitoquímicos objetivo y la rentabilidad.

• Selectividad: Seleccione un disolvente que disuelva específicamente los compuestos deseados dejando atrás los componentes no deseados. Por ejemplo, utilice etanol para compuestos polares como alcaloides y flavonoides.
• Solubilidad: Basado en el principio “lo semejante disuelve lo semejante,” elija un disolvente con una polaridad similar a la del soluto. Los disolventes polares (p. ej., agua, etanol) disuelven compuestos polares, mientras que los disolventes apolares (p. ej., hexano) disuelven compuestos apolares como lípidos y aceites.
• Coste: Considere la rentabilidad del disolvente. Algunos disolventes pueden ser más caros, pero ofrecen mayores rendimientos o una mejor selectividad, lo que equilibra el coste total de la extracción.
• Seguridad: Asegúrese de que el disolvente es seguro para su uso y manipulación. Algunos factores son la toxicidad, la inflamabilidad y el impacto medioambiental. Por ejemplo, el agua y el etanol son opciones más seguras que el cloroformo o el tolueno.

Polaridad y selección de disolventes
Según la ley de similitud e intermiscibilidad, los disolventes con un valor de polaridad cercano a la polaridad del soluto tienen más probabilidades de obtener mejores resultados. He aquí algunos ejemplos:

• Disolventes polares: Agua, etanol, metanol – Se utiliza para extraer compuestos polares como alcaloides, flavonoides, glucósidos y proteínas.
• Disolventes moderadamente polares: Acetona, acetato de etilo, isopropanol – Adecuado para extraer una amplia gama de compuestos, incluidos los fenólicos y algunos alcaloides.
• Disolventes no polares: Hexano, tolueno, éter de petróleo – Ideal para extraer compuestos no polares como lípidos, ceras, terpenos y aceites esenciales.

Ejemplos de uso de disolventes

• Etanol: Es uno de los disolventes más comunes para la extracción botánica. Como disolvente polar, el etanol disuelve compuestos polares como alcaloides y flavonoides.
• Agua: Disolvente universal, a menudo utilizado para extraer compuestos hidrófilos como polisacáridos, proteínas y algunos glucósidos.
• Metanol: Un disolvente altamente polar eficaz en la extracción de una amplia gama de compuestos vegetales, incluidos fenólicos, flavonoides y algunos alcaloides.
• Hexano: Disolvente no polar utilizado principalmente para extraer compuestos no polares como lípidos, ceras y aceites esenciales.
• Acetona: La acetona, un disolvente aprótico polar, es eficaz para extraer una amplia gama de compuestos botánicos, en particular los que son menos polares que los extraídos con agua o metanol.
• Isopropanol: Disolvente polar similar al etanol, utilizado habitualmente para extraer aceites esenciales, resinas y algunos alcaloides.
• Cloroformo: Disolvente no polar eficaz en la extracción de alcaloides, terpenoides y algunos glucósidos. Se utiliza menos debido a su toxicidad.
• Acetato de etilo: Disolvente moderadamente polar utilizado para extraer una serie de compuestos, como flavonoides, alcaloides y fenoles.
• Tolueno: Disolvente no polar utilizado para extraer compuestos no polares como aceites esenciales, terpenos y ceras.
• Butanol: Disolvente moderadamente polar, eficaz en la extracción de compuestos de polaridad media, incluidos algunos glucósidos y saponinas.
• Éter de petróleo: Disolvente no polar utilizado principalmente para extraer grasas, aceites y otros compuestos no polares de materiales vegetales.

Los siguientes disolventes se probaron en estudios de investigación sobre la extracción por ultrasonidos de materiales vegetales y fitoquímicos específicos.

¿Qué son los disolventes orgánicos?

Un disolvente orgánico es un tipo de compuesto orgánico volátil (COV). Los COV son sustancias químicas orgánicas que se vaporizan a temperatura ambiente.
Entre los compuestos orgánicos utilizados como disolventes se incluyen:

• compuestos aromáticos, como el benceno y el tolueno
• alcoholes, por ejemplo metanol
• ésteres y éteres
• cetonas, por ejemplo acetona
• aminas
• hidrocarburos nitrados y halogenados

Muchos disolventes orgánicos están clasificados como tóxicos o cancerígenos. En caso de manipulación incorrecta, pueden ser peligrosos para el ser humano y contaminar el aire, el agua y el suelo. Gracias al potente mecanismo de extracción por ultrasonidos, se puede evitar el uso de disolventes orgánicos sustituyéndolos por disolventes más suaves y no tóxicos.