Disolventes para la extracción ultrasónica de plantas

• La extracción ultrasónica ofrece numerosas ventajas, como altos rendimientos, altas velocidades de extracción, respeto por el medio ambiente y bajo consumo energético.
• Una de sus principales ventajas es el uso de agua como medio de extracción. Sin embargo, la sonicación puede utilizarse con múltiples sistemas de disolventes para obtener mejores resultados para el extracto deseado.
• El disolvente óptimo para la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos vegetales se elige en función de la materia prima.

Extracción ultrasónica

Es bien sabido que los ultrasonidos rompen las estructuras celulares y mejoran la transferencia de masa, aumentando así la extractabilidad de los biocompuestos (p. ej., compuestos fenólicos y carotenoides).
Dado que los efectos mecánicos de la sonicación potencian considerablemente el proceso de extracción al mejorar la transferencia de masa, el uso de disolventes orgánicos suele ser innecesario. Esto significa que, para la extracción ultrasónica, el agua suele ser un medio de extracción suficiente que ofrece numerosas ventajas: es económica, no peligrosa, fácilmente disponible y respetuosa con el medio ambiente.
Sin embargo, para determinados compuestos bioactivos, los mejores resultados pueden obtenerse mediante la extracción ultrasónica combinada con un disolvente volátil.
Para elegir el disolvente adecuado, deben tenerse en cuenta la materia prima (p. ej., material vegetal fresco o seco, macerado, triturado o pulverizado) y las sustancias que se desea extraer (p. ej., lipófilas o hidrófilas).
 

La siguiente tabla presenta varios disolventes de extracción ampliamente establecidos que se utilizan para la extracción ultrasónica de material vegetal.

Las potentes ondas ultrasónicas rompen la matriz celular de las estructuras biológicas y liberan los compuestos bioactivos. La transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente se intensifica. Gracias a estos mecanismos, la extracción ultrasónica resulta muy eficiente para la extracción de compuestos vegetales.

Ultrasonicadores para extracción

Desde dispositivos ultrasónicos de laboratorio y de sobremesa hasta sistemas de extracción ultrasónica a escala plenamente industrial – Hielscher Ultrasonics es su socio con una larga experiencia en dispositivos ultrasónicos potentes y fiables para procesos de extracción eficaces.
Nuestros sistemas ultrasónicos se utilizan ampliamente en laboratorios bioquímicos y plantas de producción farmacéutica. Los sonotrodos y reactores ultrasónicos pueden esterilizarse en autoclave y cumplen las normas de producción farmacéutica.

Los sonicadores industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas para romper las matrices celulares y liberar las sustancias deseadas. Pueden mantenerse fácilmente amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en funcionamiento 24/7. La potencia y la robustez de los ultrasonicadores de Hielscher garantizan altos rendimientos, altas velocidades de extracción y una extracción más completa – superando los procesos de extracción convencionales.
Nuestros procesadores ultrasónicos pueden combinarse con métodos de extracción convencionales, como la extracción Soxhlet o la extracción con CO2 supercrítico. Su incorporación a líneas de producción existentes puede realizarse fácilmente.

Bibliografía / Referencias

• 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.

Información de interés

Extracción ultrasónica mediante cavitación

Las ondas ultrasónicas intensas generan cavitación acústica en líquidos. Las fuerzas de cizallamiento generadas por la cavitación rompen las paredes y membranas celulares, liberando así el material intracelular. La extracción ultrasónica logra una mayor penetración del disolvente en el tejido vegetal y mejora la transferencia de masa. De este modo, la extracción ultrasónica intensifica considerablemente el proceso de extracción, lo que se traduce en mayores rendimientos, mayores velocidades de extracción y una extracción más completa.

Sistemas de disolventes

Existen diversos sistemas de disolventes para extraer compuestos bioactivos del material vegetal. Para extraer compuestos hidrófilos, suelen elegirse disolventes polares, como metanol, etanol o acetato de etilo, mientras que para extraer compuestos lipófilos (p. ej., lípidos) se prefieren sistemas de disolventes como diclorometano o 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 tienen efectos sobre organismos vivos, tejidos o células. Las sustancias biológicamente activas incluyen antibióticos, enzimas y vitaminas. Las sustancias bioactivas, como los carotenoides y los polifenoles, pueden extraerse, por ejemplo, de frutas, hojas y hortalizas, mientras que los fitoesteroles se encuentran en los aceites vegetales.
Los compuestos bioactivos de origen vegetal incluyen flavonoides, cafeína, carotenoides, colina, dithiolthiones, fitoesteroles, polisacáridos, fitoestrógenos, glucosinolatos, polifenoles y antocianinas. Muchas sustancias bioactivas se valoran por su acción antioxidante y, por tanto, se consideran beneficiosas para la salud.

¿Cómo elegir el mejor disolvente de extracción?

Las siguientes directrices le ayudarán a elegir un disolvente adecuado para la extracción ultrasónica de compuestos vegetales. Dado que la sonicación es compatible con cualquier disolvente habitual, puede elegir el más adecuado para su materia prima vegetal, los fitoquímicos que desea extraer y la rentabilidad del proceso.

• Selectividad: Elija un disolvente que disuelva específicamente los compuestos deseados y deje sin extraer los componentes no deseados. Por ejemplo, utilice etanol para compuestos polares, como alcaloides y flavonoides.
• Solubilidad: Basándose en el principio «lo semejante disuelve a lo semejante», elija un disolvente con una polaridad similar a la del soluto. Los disolventes polares (p. ej., agua y etanol) disuelven compuestos polares, mientras que los disolventes apolares (p. ej., hexano) disuelven compuestos apolares, como lípidos y aceites.
• Coste: Tenga en cuenta la relación entre el coste y la eficacia del disolvente. Algunos disolventes pueden ser más caros, pero ofrecer mayores rendimientos o una mejor selectividad, compensando así el coste global de la extracción.
• Seguridad: Asegúrese de que el disolvente sea seguro para su uso y manipulación. Entre los factores que deben tenerse en cuenta se incluyen la toxicidad, la inflamabilidad y el impacto ambiental. Por ejemplo, el agua y el etanol son opciones más seguras que el cloroformo o el tolueno.

Polaridad y selección del disolvente
Según la ley de semejanza y miscibilidad mutua, es probable que los disolventes con un valor de polaridad próximo al del soluto ofrezcan mejores resultados. A continuación se presentan algunos ejemplos:

• Disolventes polares: Agua, etanol, metanol – Utilizados para extraer compuestos polares, como alcaloides, flavonoides, glucósidos y proteínas.
• Disolventes moderadamente polares: Acetona, acetato de etilo, isopropanol – Adecuados para extraer una amplia variedad de compuestos, incluidos compuestos fenólicos y algunos alcaloides.
• Disolventes apolares: Hexano, tolueno, éter de petróleo – Ideales para extraer compuestos apolares, como lípidos, ceras, terpenos y aceites esenciales.

Ejemplos de uso de disolventes

• Etanol: Uno de los disolventes más habituales para la extracción de compuestos vegetales. Como disolvente polar, el etanol disuelve compuestos polares, como alcaloides y flavonoides.
• Agua: El disolvente universal, utilizado a menudo para extraer compuestos hidrófilos, como polisacáridos, proteínas y algunos glucósidos.
• Metanol: Un disolvente muy polar eficaz para extraer una amplia variedad de compuestos vegetales, incluidos compuestos fenólicos, flavonoides y algunos alcaloides.
• Hexano: Un disolvente apolar utilizado principalmente para extraer compuestos apolares, como lípidos, ceras y aceites esenciales.
• Acetona: La acetona es un disolvente polar aprótico eficaz para extraer una amplia variedad de compuestos vegetales, especialmente aquellos que son menos polares que los extraídos con agua o metanol.
• Isopropanol: Un disolvente polar similar al etanol, utilizado habitualmente para extraer aceites esenciales, resinas y algunos alcaloides.
• Cloroformo: Un disolvente apolar eficaz para extraer alcaloides, terpenoides y algunos glucósidos. Se utiliza con menor frecuencia debido a su toxicidad.
• Acetato de etilo: Un disolvente moderadamente polar utilizado para extraer diversos compuestos, incluidos flavonoides, alcaloides y compuestos fenólicos.
• Tolueno: Un disolvente apolar utilizado para extraer compuestos apolares, como aceites esenciales, terpenos y ceras.
• Butanol: Un disolvente moderadamente polar eficaz para extraer compuestos de polaridad intermedia, incluidos algunos glucósidos y saponinas.
• Éter de petróleo: Un disolvente apolar utilizado principalmente para extraer grasas, aceites y otros compuestos apolares de materiales vegetales.

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

¿Qué son los disolventes orgánicos?

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

• compuestos aromáticos, p. ej., benceno y tolueno
• alcoholes, p. ej., metanol
• ésteres y éteres
• cetonas, p. ej., acetona
• aminas
• hidrocarburos nitrados y halogenados

Muchos disolventes orgánicos se clasifican como tóxicos o cancerígenos. Si se manipulan incorrectamente, pueden ser peligrosos para las personas y contaminar el aire, el agua y el suelo. Gracias al potente mecanismo de la extracción ultrasónica, puede evitarse el uso de disolventes orgánicos sustituyéndolos por disolventes más suaves y no tóxicos.