Lahustid taimedest ultraheli abil ekstraheerimiseks

• Ultraheli abil ekstraheerimisel on palju eeliseid, näiteks suur saagis, kiire ekstraheerimiskiirus, keskkonnasõbralikkus ja väike energiatarve.
• Üks suurimaid eeliseid on vee kasutamine ekstraktsioonikeskkonnana. Siiski saab ultraheli töötlust (sonikeerimist) kasutada mitmesuguste lahustisüsteemidega, et saavutada soovitud ekstrakti jaoks parimaid tulemusi.
• Taimsete bioaktiivsete ainete ultraheli abil ekstraheerimiseks sobivaim lahusti valitakse lähtuvalt toormaterjalist.

Ultraheli abil ekstraheerimine

Ultraheli on tuntud selle poolest, et see lõhub rakustruktuure ja parandab massiülekannet, suurendades seeläbi biosaadavate ühendite (nt fenoolsed ühendid, karotenoidid) ekstraheeritavust.
Kuna ultraheli töötluse (sonikeerimise) mehaanilised mõjud parandavad ekstraheerimisprotsessi massiülekande märkimisväärse paranemise tõttu, on orgaaniliste lahustite kasutamine sageli ülearune. See tähendab, et ultraheli abil ekstraheerimisel on vesi sageli piisav ekstraktsioonikeskkond, millel on palju eeliseid: see on odav, ohutu, kergesti kättesaadav ja keskkonnasõbralik.
Siiski võib teatud bioaktiivsete ühendite puhul saavutada parimaid tulemusi ultraheli abil ekstraheerimisega koos lenduva lahustiga.
Õige lahusti valimisel tuleb arvestada toormaterjali (nt värske või kuivatatud, purustatud/jahvatatud või pulbristatud taimne materjal) ja sihtainetega (nt lipofiilsed, hüdrofiilsed).

Järgnevas tabelis on loetletud mitu lahustit, mis on hästi tuntud ekstraktsioonilahustid ja mida kasutatakse taimsest materjalist ultraheli abil ekstraheerimiseks.

Võimsad ultraheli lained lõhuvad bioloogiliste struktuuride rakumaatriksi ja vabastavad bioaktiivsed ühendid. Massiülekanne taimse materjali ja lahusti vahel intensiivistub. Nende mehhanismide tõttu on ultraheli abil ekstraheerimine botaaniliseks ekstraheerimiseks väga tõhus.

Ultraheli seadmed ekstraheerimiseks

Laboratoorsetest ja lauaseadmetest kuni täismahus tööstuslike ultraheliekstraktsioonisüsteemideni – Hielscher Ultrasonics on teie pikaajalise kogemusega partner, kui vaja on võimsaid ja töökindlaid ultraheliseadmeid edukateks ekstraheerimisprotsessideks.
Meie ultraheli süsteeme kasutatakse laialdaselt biokeemialaboratooriumides ja farmaatsiatoodangu tehastes. Ultraheli sonotroodid ja reaktorid on autoklaavitavad ning vastavad farmaatsiatoodangu standarditele.

Hielscheri tööstuslikud sonikaatorid suudavad tagada väga suuri amplituude, et lõhkuda rakumaatrikseid ja vabastada soovitud aineid. Kuni 200µm amplituude on võimalik hõlpsasti pidevalt kasutada 24/7 töörežiimis. Hielscheri ultraheli seadmete võimsus ja töökindlus tagavad kõrge saagise, kiire ekstraheerimiskiiruse ja täielikuma ekstraheerimise – ületades tavapärased ekstraheerimisprotsessid.
Meie ultraheli protsessoreid saab kombineerida tavapäraste ekstraheerimismeetoditega, nagu Soxhleti ekstraktsioon või superkriitilise CO2 ekstraktsioon. Olemasolevatesse tootmisliinidesse paigaldamine on lihtsalt teostatav.

Kirjandus / viited

• 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.

Teadmist väärt faktid

Ultraheliekstraktsioon kavitatsiooni abil

Intensiivsed ultraheli lained tekitavad akustilist kavitatsiooni vedelikes. Kavitatsioonist tingitud nihkejõud lõhuvad rakuseina ja membraane, nii et rakusisene materjal vabaneb. Ultraheliekstraktsioon tagab lahusti sügavama tungimise taimekoesse ja parandab massiülekannet. Seeläbi intensiivistab ultraheliekstraktsioon oluliselt ekstraheerimisprotsessi, mille tulemuseks on suurem saagis, kiirem ekstraheerimiskiirus ja täielikum ekstraheerimine.

Lahustisüsteemid

Bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks taimsest materjalist on saadaval mitmesuguseid lahustisüsteeme. Hüdrofiilsete ühendite ekstraheerimiseks valitakse enamasti polaarsed lahustid, nagu metanool, etanool või etüülatsetaat, samas kui lipofiilsete ühendite (nt lipiidide) ekstraheerimiseks eelistatakse lahustisüsteeme, nagu diklorometaan või diklorometaan/metanool (v/v 1:1). Heksaani kasutatakse sageli lahustina klorofülli ekstraheerimiseks.

Mis on bioaktiivsed ühendid?

Bioaktiivsed ühendid ehk fütokemikaalid on defineeritud kui ained, mis mõjutavad elusorganisme, kudesid või rakke. Bioloogiliselt aktiivsete ainete hulka kuuluvad antibiootikumid, ensüümid ja vitamiinid. Bioaktiivseid aineid, nagu karotenoidid ja polüfenoolid, saab ekstraheerida nt puuviljadest, lehtedest ja köögiviljadest, samas kui fütosteroole leidub taimeõlides.
Taimset päritolu bioaktiivsete ühendite hulka kuuluvad flavonoidid, kofeiin, karotenoidid, koliin, ditioolitioonid, fütosteroolid, polüsahhariidid, fütoöstrogeenid, glükosinolaadid, polüfenoolid ja antotsüaniinid. Paljusid bioaktiivseid aineid hinnatakse nende antioksüdantse toime tõttu ning seetõttu peetakse neid tervisele kasulikeks.

Kuidas valida parim ekstraheerimislahusti?

Allpool toodud juhised aitavad teil valida sobiva lahusti ultraheliga taimede ekstraheerimiseks. Kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) sobib kasutamiseks mis tahes standardlahustiga, saate valida lahusti, mis sobib kõige paremini teie taimse tooraine, sihtfütokemikaalide ja kulutõhususe jaoks.

• Selektiivsus: Valige lahusti, mis lahustab spetsiifiliselt soovitud ühendeid, jättes soovimatud komponendid maha. Näiteks kasutage etanooli polaarsete ühendite, nagu alkaloidid ja flavonoidid, jaoks.
• Lahustuvus: Lähtudes põhimõttest „sarnane lahustab sarnast“, valige lahusti, mille polaarsus on sarnane lahustunud aine omaga. Polaarsed lahustid (nt vesi, etanool) lahustavad polaarseid ühendeid, samas kui mittepolaarsed lahustid (nt heksaan) lahustavad mittepolaarseid ühendeid, nagu lipiidid ja õlid.
• Maksumus: Arvestage lahusti kulutõhusust. Mõned lahustid võivad olla kallimad, kuid pakkuda suuremat saagist või paremat selektiivsust, tasakaalustades ekstraheerimise üldkulu.
• Ohutus: Veenduge, et lahusti on kasutamiseks ja käsitsemiseks ohutu. Tegurite hulka kuuluvad toksilisus, tuleohtlikkus ja keskkonnamõju. Näiteks on vesi ja etanool ohutumad valikud kui kloroform või tolueen.

Polaarsus ja lahusti valik
Sarnasuse ja segunevuse seaduse kohaselt toimivad tõenäoliselt paremini lahustid, mille polaarsuse väärtus on lahustuva aine polaarsusele lähedane. Siin on mõned näited:

• Polaarsed lahustid: Vesi, etanool, metanool – kasutatakse polaarsete ühendite, näiteks alkaloidide, flavonoidide, glükosiidide ja valkude ekstraheerimiseks.
• Mõõdukalt polaarsed lahustid: Atsetoon, etüülatsetaat, isopropanool – sobivad paljude ühendite, sealhulgas fenoolsete ühendite ja mõnede alkaloidide ekstraheerimiseks.
• Mittepolaarsed lahustid: Heksaan, tolueen, petrooleeter – ideaalsed mittepolaarsete ühendite, näiteks lipiidide, vahade, terpeenide ja eeterlike õlide ekstraheerimiseks.

Näiteid lahustite kasutamisest

• Etanool: Üks levinumaid lahusteid taimsete ekstraktide valmistamisel. Polaarse lahustina lahustab etanool polaarseid ühendeid, näiteks alkaloide ja flavonoide.
• Vesi: Universaalne lahusti, mida kasutatakse sageli hüdrofiilsete ühendite, näiteks polüsahhariidide, valkude ja mõnede glükosiidide ekstraheerimiseks.
• Metanool: Väga polaarne lahusti, mis ekstraheerib tõhusalt paljusid taimeühendeid, sealhulgas fenoolseid ühendeid, flavonoide ja mõningaid alkaloide.
• Heksaan: Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse peamiselt mittepolaarsete ühendite, näiteks lipiidide, vahade ja eeterlike õlide ekstraheerimiseks.
• Atsetoon: Polaarse aprootse lahustina sobib atsetoon paljude taimsete ühendite ekstraheerimiseks, eriti nende puhul, mis on vähem polaarsed kui veega või metanooliga ekstraheeritavad ühendid.
• Isopropanool: Etanoolile sarnane polaarne lahusti, mida kasutatakse tavaliselt eeterlike õlide, vaikude ja mõnede alkaloidide ekstraheerimiseks.
• Kloroform: Mittepolaarne lahusti, mis ekstraheerib tõhusalt alkaloide, terpenoide ja mõningaid glükosiide. Seda kasutatakse selle toksilisuse tõttu harvemini.
• Etüülatsetaat: Mõõdukalt polaarne lahusti, mida kasutatakse mitmesuguste ühendite, sealhulgas flavonoidide, alkaloidide ja fenoolsete ühendite ekstraheerimiseks.
• Tolueen: Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse mittepolaarsete ühendite, näiteks eeterlike õlide, terpeenide ja vahade ekstraheerimiseks.
• Butanool: Mõõdukalt polaarne lahusti, mis ekstraheerib tõhusalt keskmise polaarsusega ühendeid, sealhulgas mõningaid glükosiide ja saponiine.
• Petrooleeter: Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse peamiselt rasvade, õlide ja muude mittepolaarsete ühendite ekstraheerimiseks taimsest materjalist.

Järgmisi lahusteid katsetati uuringutes, mis käsitlesid konkreetsete taimsete materjalide ja fütokemikaalide ultraheliekstraktsiooni.

Mis on orgaanilised lahustid?

Orgaaniline lahusti on teatud tüüpi lenduv orgaaniline ühend (VOC). VOC-id on orgaanilised kemikaalid, mis aurustuvad toatemperatuuril.
Lahustitena kasutatavate orgaaniliste ühendite hulka kuuluvad:

• aromaatsed ühendid, nt benseen ja tolueen
• alkoholid, nt metanool
• estrid ja eetrid
• ketoonid, nt atsetoon
• amiinid
• nitreeritud ja halogeenitud süsivesinikud

Paljud orgaanilised lahustid on liigitatud mürgisteks või kantserogeenseteks. Valel käsitsemisel võivad need olla inimestele ohtlikud ning saastada õhku, vett ja pinnast. Tänu ultraheliekstraktsiooni võimsale mehhanismile saab orgaaniliste lahustite kasutamist vältida, asendades need leebemate, mittetoksiliste lahustitega.