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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).
 

En este vídeo le mostramos las ventajas de extraer potentes compuestos bioactivos de hojas de hierbas en glicerina utilizando un sonicador de sonda. El reto es la alta viscosidad de la glicerina vegetal, aproximadamente 1400cP a temperatura ambiente, que puede ser una viscosidad que muchos sonicadores no pueden manejar. Sin embargo, el potente sonicador tipo sonda UP400St de 400 vatios maneja sin esfuerzo este disolvente viscoso, garantizando una mezcla completa y una extracción eficaz incluso con glicerina vegetal pura.
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 botánica ultrasónica con glicerina como disolvente - UP400St

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Sonicador ultrasónico de sobremesa UIP2000hdT para la extracción botánica de hojas y flores. Este sonicador funciona a una frecuencia de 20 kHz y proporciona 2000 vatios para la extracción más eficaz de compuestos bioactivos.

Sonicador UIP2000hdT para extracción botánica en grandes lotes o funcionamiento en línea

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

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.
etanol acuoso Mezcla de etanol y agua, este disolvente puede extraer una amplia gama de compuestos polares y moderadamente polares, proporcionando un equilibrio entre el poder disolvente del etanol y la capacidad del agua para extraer compuestos hidrófilos. El etanol acuoso puede prepararse en diferentes proporciones ajustando la capacidad de disolución a los compuestos objetivo.
glicerina Un disolvente muy polar que resulta útil para extraer compuestos polares y puede ser una alternativa más segura a otros disolventes polares, a menudo utilizado en tinturas y extractos destinados al consumo interno. Más información sobre la extracción de fitoquímicos en glicerina mediante sonicación.
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.

 

En esta presentación le introducimos en la fabricación de extractos botánicos. Explicamos los retos que plantea la producción de extractos botánicos de alta calidad y cómo un sonicador puede ayudarle a superarlos. Esta presentación le mostrará cómo funciona la extracción por ultrasonidos. Aprenderá qué beneficios puede esperar utilizando un sonicador para la extracción y cómo puede implementar un extractor ultrasónico en su producción de extractos.

Extracción botánica por ultrasonidos - Cómo utilizar los sonicadores para extraer compuestos botánicos

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La extracción por ultrasonidos funciona alterando las estructuras celulares y favoreciendo la transferencia de masa. Este principio de funcionamiento del ultrasonido es utilizado por los equipos de Hielscher Ultrasonics para la extracción altamente eficiente de compuestos bioactivos de las plantas.

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.

Homogeneizador ultrasónico UP400ST para la extracción de hierbas. El UP400St maneja soberanamente disolventes con viscosidades más altas, como la glicerina 100%.

Homogeneizador ultrasónico UP400St para la extracción de hierbas permite utilizar el disolvente de su elección.

Ultrasonidos para extracción

Sonicador industrial para extracción botánica a gran escalaDesde 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.

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Literatura / Referencias

En este breve vídeo le mostramos la infusión rápida por ultrasonidos de licor con flores de lila. La infusión y extracción por ultrasonidos se utiliza para transferir los maravillosos ramilletes de sabores de flores y capullos a licores, cócteles y bebidas sin alcohol. Observe cómo el sonicador UP200Ht libera el aroma y los sabores de la lila en la ginebra.

Ginebra con infusión de lila para obtener sabores exquisitos con el sonicador de sonda UP200Ht

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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.

disolvente planta Tipo de tejido
Ácido acético / urea / bromuro de cetiltrim-etilamonio arroz salvado
etanol acuoso grano de destilería grano
Isopropanol acuoso soja, colza semillas
etanol Saccharina japonica
Ácido acético glacial sorgo
Fenol tomate / patata / aloe vera / soja polen / tubérculo / hoja / semilla
Fenol/acetato de amonio cebada / plátano raíz / hoja
Fenol/acetato de amonio aguacate / tomate / naranja / plátano / pera / uva / manzana / fresa frutas
Fenol/metanol-acetato de amonio coníferas / plátanos / manzanas / patatas semillas / frutos
Dodecil sulfato sódico/acetona conífera / patata semilla / tubérculo
Sulfato de sodio dodecil/TCA/acetona manzana / plátano tejido
TCA judías otro
TCA/acetona cítricos / soja / aloe vera hojas
TCA/acetona soja / coníferas semillas
TCA/acetona tomate grano de polen
TCA/acetona/fenol oliva / bambú / uva / limón hojas
TCA/acetona/fenol manzana / naranja / tomate frutas
Tiourea/urea soja semilla
Tiourea/urea manzana / plátano tejidos
Tampón Tris-HCL tomate grano de polen

¿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.

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