Taimede ultraheli ekstraheerimise lahustid
- Ultraheli ekstraheerimisel on palju eeliseid, nagu kõrge saagikus, kiire ekstraheerimise määr, keskkonnasõbralikkus ja madal energiatarbimine.
- Üks tugevamaid eeliseid on vee kasutamine ekstraheerimisvahendina. Kuid ultrahelitöötlust saab kasutada mitmesuguste lahustisüsteemidega, et saavutada sihitud ekstrakti jaoks paremaid tulemusi.
- Optimaalne lahusti taimsete bioaktiivsete ultraheli ekstraheerimiseks valitakse tooraine suhtes.
ultraheli ekstraheerimine
On hästi teada, et ultraheli häirib rakustruktuure ja parandab massiülekannet, suurendades seeläbi biokomponentide (nt fenoolid, karotenoidid) ekstraheeritavust.
Kuna ultrahelitöötluse mehaanilised mõjud suurendavad ekstraheerimisprotsessi parema massiülekande tõttu, on orgaaniliste lahustite kasutamine sageli üleliigne. See tähendab, et ultraheli ekstraheerimiseks on vesi sageli piisav ekstraheerimiskeskkond, millel on palju eeliseid, näiteks odav, ohutu, kergesti kättesaadav ja keskkonnasõbralik.
Spetsiifiliste bioaktiivsete ühendite puhul võib parimaid tulemusi saavutada ultraheli ekstraheerimisega koos lenduva lahustiga.
Õige lahusti valimiseks tuleb arvesse võtta toorainet (nt värsket või kuivatatud, leotatud/jahvatatud või pulbristatud taimset materjali) ja sihtaineid (nt lipofiilsed, hüdrofiilsed).
Taimne glütseriin on ideaalne ekstrahent tänu oma mittetoksilistele, mitteärritavatele omadustele ja võimele säilitada tundlike bioaktiivsete ühendite stabiilsus ja tugevus. Nii puhta glütseriini kui ka glütseriini-vee segud on kasulikud lahustid toidulisandite ja toitainete, maitseekstraktide, toidulisandite ja kosmeetikatoodete ekstraktide tootmiseks.
UIP2000hdT sonikaator botaaniliseks ekstraheerimiseks suurtes partiides või tekstisiseseks ekstraheerimiseks
Järgmises tabelis on loetletud mitu lahustit, mis on hästi väljakujunenud ekstrahendid ja mida kasutatakse taimse materjali ultraheli ekstraheerimiseks.
| etanool | Üks levinumaid lahusteid botaaniliseks ekstraheerimiseks. Polaarse lahustina lahustab etanool polaarsed ühendid nagu alkaloidid ja flavonoidid. |
| Vesi | Universaalne lahusti, mida sageli kasutatakse hüdrofiilsete ühendite, näiteks polüsahhariidide, valkude ja mõnede glükosiidide ekstraheerimiseks. |
| etanooli vesilahus | Etanooli ja vee seguna võib see lahusti ekstraheerida laia valikut polaarseid ja mõõdukalt polaarseid ühendeid, tagades tasakaalu etanooli lahustivõimsuse ja vee võime vahel eraldada hüdrofiilseid ühendeid. Etanooli vesilahust võib valmistada erinevatel vahekordadel, reguleerides lahustumisvõimet sihtühenditega. |
| glütseriin | Väga polaarne lahusti, mis on kasulik polaarsete ühendite ekstraheerimiseks ja võib olla ohutum alternatiiv teistele polaarsetele lahustitele, mida sageli kasutatakse sisetarbimiseks mõeldud tinktuurides ja ekstraktides. Lisateavet fütokemikaalide ekstraheerimise kohta glütseriinis ultrahelitöötluse abil! |
| metanool | Väga polaarne lahusti, mis on efektiivne paljude taimsete ühendite, sealhulgas fenoolide, flavonoidide ja mõnede alkaloidide ekstraheerimisel. |
| Heksaan | Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse peamiselt mittepolaarsete ühendite, näiteks lipiidide, vahade ja eeterlike õlide ekstraheerimiseks. |
| Atsetooni | Polaarne aprootiline lahusti, atsetoon on efektiivne paljude botaaniliste ühendite ekstraheerimiseks, eriti nende, mis on vähem polaarsed kui vee või metanooliga ekstraheeritud ühendid. |
| Isopropanool | Etanooliga sarnane polaarne lahusti, mida tavaliselt kasutatakse eeterlike õlide, vaigude ja mõnede alkaloidide ekstraheerimiseks. |
| Kloroformi | Mittepolaarne lahusti, mis on efektiivne alkaloidide, terpenoidide ja mõnede glükosiidide ekstraheerimisel. Seda kasutatakse selle toksilisuse tõttu harvemini. |
| Etüülatsetaat | Mõõdukalt polaarne lahusti, mida kasutatakse mitmesuguste ühendite, sealhulgas flavonoidide, alkaloidide ja fenoolide ekstraheerimiseks. |
| Tolueen | Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse mittepolaarsete ühendite, näiteks eeterlike õlide, terpeenide ja vahade ekstraheerimiseks. |
| Butanool | Mõõdukalt polaarne lahusti, mis on efektiivne keskmise polaarsusega ühendite, sealhulgas mõnede glükosiidide ja saponiinide ekstraheerimisel. |
| Nafta eeter | Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse peamiselt rasvade, õlide ja muude mittepolaarsete ühendite ekstraheerimiseks taimsetest materjalidest. |
Võimas ultraheli lained häirivad bioloogiliste struktuuride rakumaatriksit ja vabastavad bioaktiivsed ühendid. Massiülekanne taimse materjali ja lahusti vahel intensiivistub. Nende mehhanismide tõttu on ultraheli ekstraheerimine botaaniliseks ekstraheerimiseks väga tõhus.
UP400ST ultraheli homogenisaator Taimse ekstraheerimise jaoks on võimalik kasutada teie valitud lahustit.
Ultrasonikaatorid ekstraheerimiseks
Alates laborist ja pink-top ultraheli seadmetest kuni täistööstuslike ultraheli ekstraheerimissüsteemideni – Hielscher Ultrasonics on teie pikaajaline kogenud partner, kui tegemist on võimsate ja usaldusväärsete ultraheli seadmetega edukate ekstraheerimisprotsesside jaoks.
Meie ultraheli süsteeme kasutatakse laialdaselt biokeemilistes laborites ja farmaatsiaettevõtetes. Ultraheli sonotroodid ja reaktorid on autoklaavitavad ja vastavad farmaatsiatootmise standarditele.
Hielscheri tööstuslikud sonikaatorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi, et häirida rakumaatrikseid ja vabastada sihitud aineid. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Hielscheri ultrasonikaatorite võimsus ja tugevus tagavad kõrge saagikuse, kiire ekstraheerimise määra ja täielikuma ekstraheerimise – suurepärased tavapärased ekstraheerimisprotsessid.
Meie ultraheli protsessoreid saab kombineerida tavapäraste ekstraheerimismeetoditega, näiteks Soxhleti ekstraheerimine või ülekriitiline CO2 ekstraheerimine. Olemasolevate tootmisliinide moderniseerimine on hõlpsasti 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.
Faktid, mida tasub teada
Ultraheli ekstraheerimine kavitatsiooni teel
Intensiivsed ultraheli lained tekitavad akustiline kavitatsioon vedelikes. Kavitatsioonilised nihkejõud purustavad rakuseina ja membraane nii, et rakusisene materjal vabaneb. Ultraheli ekstraheerimine saavutab lahusti suurema tungimise taimsesse koesse ja parandab massiülekannet. Seega intensiivistab ultraheli ekstraheerimine ekstraheerimisprotsessi märkimisväärselt, mille tulemuseks on suurem saagis, kiirem ekstraheerimiskiirus ja täielikum ekstraheerimine.
lahustisüsteemid
Bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks taimsest materjalist on saadaval erinevad lahustisüsteemid. 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 (mahuvahe 1:1). Heksaani kasutatakse sageli klorofülli ekstraheerimise lahustina.
Mis on bioaktiivsed ühendid?
Bioaktiivsed ühendid või fütokemikaalid on ained, mis mõjutavad elusorganisme, kudesid või rakke. Bioloogiliselt aktiivsete ainete hulka kuuluvad antibiootikumid, ensüümid ja vitamiinid. Bioaktiivseid aineid, nagu karotenoide ja polüfenoole, saab ekstraheerida näiteks puuviljadest, lehtedest ja köögiviljadest, samas kui fütosteroole leidub taimeõlides.
Taimset päritolu bioaktiivsete ühendite hulka kuuluvad flavonoidid, kofeiin, karotenoidid, koliin, ditioltioonid, fütosteroolid, polüsahhariidid, fütoöstrogeenid, glükosinolaadid, polüfenoolid ja antotsüaniinid. Paljusid bioaktiivseid aineid hinnatakse antioksüdantidena toimimiseks ja seetõttu peetakse neid tervisele kasulikeks.
Kuidas valida parim ekstrahent?
Alltoodud juhised aitavad teil valida sobiva lahusti ultraheli botaaniliseks ekstraheerimiseks. Kuna ultrahelitöötlus on ühilduv mis tahes standardse lahustiga, saate valida oma taimse tooraine, sihitud fütokemikaalide ja kulutõhususe jaoks kõige ideaalsema lahusti.
- Selektiivsus: Valige lahusti, mis lahustab soovitud ühendid konkreetselt, jättes soovimatud komponendid maha. Näiteks kasutage etanooli polaarsete ühendite, näiteks alkaloidide ja flavonoidide jaoks.
- Lahustuvus: Tuginedes põhimõttele “nagu lahustub nagu,” Valige lahusti, mille polaarsus on sarnane lahustunud aine polaarsusega. Polaarsed lahustid (nt vesi, etanool) lahustavad polaarseid ühendeid, samas kui mittepolaarsed lahustid (nt heksaan) lahustavad mittepolaarseid ühendeid nagu lipiidid ja õlid.
- Maksumus: Mõelge lahusti kulutasuvusele. Mõned lahustid võivad olla kallimad, kuid pakuvad suuremat saagist või paremat selektiivsust, tasakaalustades üldisi ekstraheerimiskulusid.
- Ohutus: Veenduge, et lahusti on kasutamiseks ja käsitsemiseks ohutu. Tegurite hulka kuuluvad toksilisus, süttivus ja keskkonnamõju. Näiteks vesi ja etanool on kloroformi või tolueeniga võrreldes ohutumad valikud.
Polaarsus ja lahusti valik
Sarnasuse ja segunevuse seaduse kohaselt toimivad lahustid, mille polaarsusväärtus on lähedane lahustunud aine polaarsusele, tõenäoliselt paremini. 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 – Sobib paljude ühendite, sealhulgas fenoolide ja mõnede alkaloidide ekstraheerimiseks.
- Mittepolaarsed lahustid: Heksaan, tolueen, petrooleeter – Ideaalne mittepolaarsete ühendite, näiteks lipiidide, vahade, terpeenide ja eeterlike õlide ekstraheerimiseks.
Lahusti kasutamise näited
- Etanool: Üks levinumaid lahusteid botaaniliseks ekstraheerimiseks. Polaarse lahustina lahustab etanool polaarsed ühendid nagu alkaloidid ja flavonoidid.
- Vesi: Universaalne lahusti, mida sageli kasutatakse hüdrofiilsete ühendite, näiteks polüsahhariidide, valkude ja mõnede glükosiidide ekstraheerimiseks.
- Metanool: Väga polaarne lahusti, mis on efektiivne paljude taimsete ühendite, sealhulgas fenoolide, flavonoidide ja mõnede alkaloidide ekstraheerimisel.
- Heksaan: Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse peamiselt mittepolaarsete ühendite, näiteks lipiidide, vahade ja eeterlike õlide ekstraheerimiseks.
- Atsetooni: Polaarne aprootiline lahusti, atsetoon on efektiivne paljude botaaniliste ühendite ekstraheerimiseks, eriti nende, mis on vähem polaarsed kui vee või metanooliga ekstraheeritud ühendid.
- Isopropanool: Etanooliga sarnane polaarne lahusti, mida tavaliselt kasutatakse eeterlike õlide, vaigude ja mõnede alkaloidide ekstraheerimiseks.
- Kloroformi: Mittepolaarne lahusti, mis on efektiivne alkaloidide, terpenoidide ja mõnede glükosiidide ekstraheerimisel. Seda kasutatakse selle toksilisuse tõttu harvemini.
- Etüülatsetaat: Mõõdukalt polaarne lahusti, mida kasutatakse mitmesuguste ühendite, sealhulgas flavonoidide, alkaloidide ja fenoolide ekstraheerimiseks.
- Tolueen: Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse mittepolaarsete ühendite, näiteks eeterlike õlide, terpeenide ja vahade ekstraheerimiseks.
- Butanool: Mõõdukalt polaarne lahusti, mis on efektiivne keskmise polaarsusega ühendite, sealhulgas mõnede glükosiidide ja saponiinide ekstraheerimisel.
- Petrooleeter: Mittepolaarne lahusti, mida kasutatakse peamiselt rasvade, õlide ja muude mittepolaarsete ühendite ekstraheerimiseks taimsetest materjalidest.
Järgmisi lahusteid testiti uuringutes, milles uuriti konkreetsete taimsete materjalide ja fütokemikaalide ultraheli ekstraheerimist.
| Lahusti | Taim | Koe tüüp |
|---|---|---|
| Äädikhape / uurea / tsetüültriim-etüülammooniumbromiid | riis | Kliid |
| etanooli vesilahus | Destilleerija terad | tera |
| Isopropanooli vesilahus | sojauba, rapsiseemned | Seemned |
| etanool | Saccharina japonica | – |
| Jää-aktiinhape | sorgo | – |
| Fenool | tomat / kartul / aloe vera / sojauba | õietolm / mugul / leht / seeme |
| Fenool/ammooniumatsetaat | oder / banaan | juur / leht |
| Fenool/ammooniumatsetaat | avokaado / tomat / apelsin / banaan / pirn / viinamari / õun / maasikas | Puuviljad |
| Fenool/metanool-ammoonumatsetaat | okaspuu / banaan / õun / kartul | seemned / viljad |
| Naatriumdodetsüülsulfaat/atsetoon | okaspuu / kartul | seemned / mugulad |
| Naatriumdodetsüülsulfaat/TCA/atsetoon | õun / banaan | kude |
| TCA | Oad | anther |
| TCA/atsetoon | tsitrusviljad / sojauba / aloe vera | Lehed |
| TCA/atsetoon | sojauba / okaspuu | Seemned |
| TCA/atsetoon | tomat | õietolmu terad |
| TCA/atsetoon/fenool | oliiv / bambus / viinamari / sidrun | Lehed |
| TCA/atsetoon/fenool | õun / apelsin / tomat | Puuviljad |
| Tiourea/uurea | Soja | seeme |
| Tiourea/uurea | õun / banaan | Kudede |
| Tris-HCL puhver | tomat | õietolmu terad |
Mis on orgaanilised lahustid?
Orgaaniline lahusti on lenduvate orgaaniliste ühendite (LOÜ) tüüp. Lenduvad orgaanilised ühendid 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
- nitraaditud ja halogeenitud süsivesinikud
Paljud orgaanilised lahustid on klassifitseeritud toksilisteks või kantserogeenseteks. Vale käitlemise korral võivad need olla inimestele ohtlikud ning saastada õhku, vett ja pinnast. Ultraheli ekstraheerimise võimsa mehhanismi tõttu on võimalik vältida orgaaniliste lahustite kasutamist, asendades need kergemate, mittetoksiliste lahustitega.
