گلیسیرین به‌عنوان حلال برای استخراج فراصوتی
گلیسیرین یا گلیسرول را می‌توان به‌صورت خالص (100%) یا به‌صورت مخلوط گلیسیرین با آب یا اتانول برای استخراج گیاهی به کار برد. با مزایای استفاده از گلیسیرین به‌عنوان حلال استخراج در فرایندهای فراصوت‌دهی آشنا شوید.
استخراج گیاهی در گلیسیرین با استفاده از فراصوت‌دهی
استخراج گیاهی فرایندی بنیادی در شیمی تجزیه، زیست‌شیمی و پژوهش دربارهٔ فرآورده‌های طبیعی است که با هدف جداسازی اجزای مشخص از مخلوط‌های پیچیده انجام می‌شود. روش‌های سنتی استخراج، مانند خیساندن یا استخراج سوکسله، اغلب به زمان پردازش طولانی و استفاده از حلال‌های آلی نیاز دارند که ممکن است برای محیط‌زیست و سلامت خطرآفرین باشند. در دههٔ گذشته، استخراج فراصوتی جایگزین روش‌های سنتی استخراج مانند خیساندن، سوکسله و استخراج با حلال شده است، زیرا فراصوت‌دهی کارآمدتر، سریع‌تر، مؤثرتر و سازگارتر با محیط‌زیست است. علاوه بر این مزایا، استخراج فراصوتی امکان استفاده از حلال دلخواه را فراهم می‌کند. دستگاه‌های استخراج فراصوتی حتی می‌توانند از گلیسیرین گیاهی خالص به‌عنوان حلال استفاده کنند.
هموژنایزر فراصوتی UP400ST برای استخراج گیاهی با استفاده از گلیسیرین به‌عنوان حلال.
دستگاه‌های فراصوت پروبی برای استخراج چگونه کار می‌کنند؟
سونیکاتورهای مورد استفاده برای استخراج گیاهی از توان فراصوت شدید بهره می‌برند. فراصوت با شدت بالا از طریق پروب فراصوتی به حلال منتقل می‌شود و در آن حباب‌های متعدد کاویتاسیون ایجاد می‌کند. تشکیل و فروپاشی سریع حباب‌های میکروسکوپی کاویتاسیون، نیروهای برشی و تلاطم شدید و نیز دماها و فشارهای بالای موضعی ایجاد می‌کند. این نیروهای مکانیکی ناشی از صوت، دیواره‌های سلولی را به‌طور مؤثر تخریب می‌کنند و آزادسازی ترکیبات درون‌سلولی را تسهیل می‌کنند. این روش استخراج تقویت‌شده با فراصوت مزایای متعددی دارد، از جمله کاهش زمان استخراج، افزایش بازده و امکان پردازش مواد حساس به گرما بدون تخریب قابل‌توجه.
گلیسیرین گیاهی به‌عنوان حلال استخراج
گلیسیرین گیاهی، مایعی بی‌رنگ، بی‌بو و گرانرو است که از روغن‌های گیاهی به دست می‌آید و به‌دلیل خواص حلالی خود به‌خوبی شناخته شده است. این ماده غیرسمی و زیست‌تخریب‌پذیر است و قابلیت بسیار خوبی برای حل کردن طیف گسترده‌ای از ترکیبات آلی دارد. گلیسیرین گیاهی به‌عنوان حلال، در مقایسه با حلال‌های آلی سنتی چندین مزیت دارد:
- ایمنی و تأثیر زیست‌محیطی: گلیسیرین غیرسمی و برای محیط‌زیست بی‌ضرر است و ازاین‌رو گزینه‌ای مطلوب برای کاربردهای شیمی سبز به شمار می‌رود.
- گرید غذایی و دارویی: گلیسیرین گیاهی با کیفیت گرید غذایی و دارویی در دسترس است. گلیسیرین به‌دلیل فاقد الکل بودن، خوراکی بودن و طعم شیرین، حلالی مطلوب برای عصاره‌های مورد استفاده در مواد غذایی و داروهاست. در محصولات آرایشی نیز گلیسیرین به‌دلیل خواص نرم‌کنندگی خود حلالی ارزشمند محسوب می‌شود.
- قابلیت حل‌کنندگی: این ماده می‌تواند مواد آب‌دوست و آب‌گریز را حل کند و در نتیجه دامنهٔ ترکیبات قابل‌استخراج را گسترش دهد.
- پایداری: گلیسیرین از نظر شیمیایی پایدار است و این ویژگی به حفظ یکپارچگی ترکیبات حساس در طول استخراج کمک می‌کند.
دستگاه فراصوت UIP1000hdT برای استخراج گیاهی.
دستورالعمل: استخراج فراصوتی از برگ‌های گیاهان به درون گلیسیرین
در این دستورالعمل، مراحل استخراج فراصوتی ترکیبات زیست‌فعال از برگ‌های گیاهان به درون گلیسیرین خالص را شرح می‌دهیم. برای آشنایی تصویری با فرایند استخراج فراصوتی، می‌توانید ویدئوی تکمیلی بالا را تماشا کنید.
وسایل و مواد مورد نیاز:
- گیاهان تازه یا خشک‌شده
- گلیسیرین گیاهی 100%
- سونیکاتور پروبی، برای مثال UP400St با سونوتْرود S24d22L2D
- بشر شیشه‌ای
- بطری شیشه‌ای تیره برای نگهداری
دستورالعمل گام‌به‌گام
- برگ‌های گیاهان را به قطعات کوچک (حدود 5x5mm) خرد کنید.
- برگ‌های گیاهان را داخل بشر شیشه‌ای قرار دهید.
- گلیسیرین را اضافه کنید. می‌توانید اجازه دهید گیاهان چند دقیقه خیس بخورند.
- پروب سونیکاتور را داخل بشر وارد کنید. پروب را در مرکز بشر قرار دهید و مطمئن شوید که سونوتْرود با دیواره‌های ظرف تماس ندارد.
- دامنه را روی 100% تنظیم کنید و فراصوت‌دهی را آغاز کنید.
- دما را با حسگر دمای همراه UP400St پایش کنید.
- وقتی دما از حدی که نمی‌خواهید از آن فراتر رود بالاتر رفت، می‌توانید سونیکاتور را موقتاً متوقف کنید تا دوغاب گلیسیرینی خنک شود. می‌توانید در منوی UP400St حد دما را تعیین کنید. همچنین می‌توانید بشر شیشه‌ای را در حمام یخ قرار دهید.
- فراصوت‌دهی را تا رسیدن به انرژی ورودی کل حدود 200–250 Ws/g ادامه دهید. (می‌توانید انرژی ورودی هدف را در منوی UP400ST و همهٔ سونیکاتورهای دیجیتال Hielscher تنظیم کنید.)
- پس از فراصوت‌دهی، مواد گیاهی عصاره‌گیری‌شده را با فیلتراسیون از گلیسیرین جدا کنید. می‌توانید از صافی، کاغذ صافی یا پارچهٔ پنیرسازی استفاده کنید. برای تسهیل فیلتراسیون گلیسیرین گرانرو، از فیلتراسیون تحت خلأ استفاده کنید.
عیب‌یابی و نکات:
هرچه گلیسیرین سردتر باشد، گرانروی آن بیشتر است. مایعات بسیار گرانرو به سونیکاتور پرتوان‌تری نیاز دارند. سونیکاتور UP400St با توان 400 وات به‌خوبی از عهدهٔ پردازش گلیسیرین 100% در دمای اتاق برمی‌آید. اگر از سونیکاتوری با توان کمتر استفاده می‌کنید، می‌توانید مخلوط گلیسیرین و آب (برای مثال 50:50 %v/v) را به کار ببرید.
برای گلیسیرین سرد، یک سونیکاتور صنعتی مانند پردازشگر فراصوت UIP1000hdT با توان 1000 وات برای پردازش حلال‌های بسیار گرانرو ایدئال است.
دستورالعمل: استخراج مواد فیتوشیمیایی از ریشهٔ جنتیانا
یکی از کاربردهای عملی مخلوط‌های گلیسیرین و آب در استخراج فراصوتی گیاهی، جداسازی مواد فیتوشیمیایی مانند آماروجنتین از ریشهٔ جنتیانا در گلیسیرین 50% با استفاده از سونیکاتور Hielscher UP200Ht است. ریشهٔ جنتیانا حاوی ترکیبات طعم‌دهندهٔ تلخ‌کننده‌ای است که در صنایع غذایی و نوشیدنی و نیز در طب سنتی مورد توجه‌اند.
آماروجنتین دارای مقدار تلخی 58٬000٬000 است و با غلظت 0٫15% در ریشهٔ جنتیانا یافت می‌شود. تلخی جنتیانا با طعمی خالص و بدون مزه‌های جانبی مشخص می‌شود. ترکیبات تلخ‌کنندهٔ ریشهٔ جنتیانا به‌دلیل اثرگذاری زیاد، به‌عنوان ترکیبات طعم‌دهندهٔ قوی ارزشمند هستند.
دستورالعمل گام‌به‌گام استخراج فراصوتی ریشهٔ جنتیانا با استفاده از گلیسیرین به‌عنوان حلال
استفاده از مخلوط گلیسیرین و آب همراه با سونیکاتور پربازده UP200Ht، به بازده بالای استخراج مواد فیتوشیمیایی منجر می‌شود. شرایط ملایم گلیسیرین تضمین می‌کند که ترکیبات حساس در سراسر فرایند پایدار بمانند.
گلیسیرین و مخلوط‌های آن با آب یا اتانول، گزینه‌های حلال متنوعی برای استخراج فراصوتی گیاهی فراهم می‌کنند. با وجود چالش‌های ناشی از گرانروی بالای گلیسیرین، تجهیزات پیشرفتهٔ فراصوت‌دهی مانند Hielscher UP200Ht می‌توانند این حلال‌ها را به‌طور مؤثر پردازش کنند و استخراج کارآمد مواد فیتوشیمیایی ارزشمند را تضمین کنند. امکان تنظیم ترکیب حلال و بهره‌گیری از توان امواج فراصوت، استخراج به کمک فراصوت را به روشی قدرتمند برای جداسازی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی تبدیل می‌کند.
استخراج به کمک فراصوت در گلیسیرین
ترکیب دستگاه‌های فراصوت پروبی با گلیسیرین گیاهی به‌عنوان حلال، رویکردی قدرتمند برای استخراج فراهم می‌کند. اثرات مکانیکی فراصوت‌دهی، انتقال جرم را افزایش می‌دهند و کارایی گلیسیرین را در حل کردن ترکیبات هدف بهبود می‌بخشند. این ترکیب به‌ویژه برای استخراج ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی، مانند پلی‌فنول‌ها، آلکالوئیدها و اسانس‌ها، مؤثر است.
کاربردهای استخراج فراصوتی گیاهی در گلیسیرین
این روش استخراج در حوزه‌های مختلف کاربردهای امیدبخشی دارد:
- داروسازی: جداسازی مواد مؤثرهٔ دارویی از گیاهان دارویی.
- صنایع غذایی: استخراج طعم‌دهنده‌ها، رنگ‌ها و آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی.
- محصولات آرایشی: تولید ترکیبات زیست‌فعال برای محصولات مراقبت از پوست و زیبایی.
- حلال‌های یوتکتیک عمیق گلیسرول و حلال‌های یوتکتیک عمیق مبتنی بر گلیسرول، به‌دلیل هزینهٔ کم، دسترسی گسترده، ماهیت غیرسمی، اشتعال‌ناپذیری و غیرفرار بودن، برای استخراج فراصوتی پلی‌فنول‌ها ایدئال هستند و راهکاری با پایداری زیست‌محیطی بسیار بالا ارائه می‌کنند.
- کارایی بالا
- فناوری روز
- قابلیت اطمینان و استحکام
- کنترل دقیق و قابل‌تنظیم فرایند
- ناپیوسته و درون‌خطی
- برای هر حجمی
- نرم‌افزار هوشمند
- قابلیت‌های هوشمند (مانند برنامه‌پذیری، ثبت داده‌ها و کنترل از راه دور)
- کاربری آسان و ایمن
- نیاز کم به نگهداری
- CIP (شست‌وشو در محل)
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
دستگاه‌های فراصوت Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر دستگاه‌های فراصوت ما در تأسیسات صنعتی را امکان‌پذیر می‌کند. دستگاه‌های فراصوت Hielscher به‌آسانی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های دشوار برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهی ISO است و بر دستگاه‌های فراصوت پربازده با فناوری روز و کاربری آسان تأکید ویژه‌ای دارد. البته دستگاه‌های فراصوت Hielscher با الزامات CE مطابقت دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 0٫5 تا 1٫5mL | قابل‌اعمال نیست | VialTweeter |
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بالاتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
سونیکاتور MSR-4 با پروب‌های فراصوتی 4x 4kW (توان کل فراصوت 16kW) برای استخراج صنعتی ترکیبات زیست‌فعال.
منابع علمی / مراجع
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.
- Jamshaid, S., Ahmed, D. & Aydar, A. Y. (2022): Ultrasound-assisted extraction optimization of polyphenols, flavonoids, and antioxidant compounds from fruit of Melia azedarach using a glycerol-based green deep eutectic solvent. Journal of Food Processing and Preservation, 46, e16657.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- 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.
نکات دانستنی دربارهٔ گلیسیرین
گلیسیرین چیست؟ گلیسیرین، که با نام گلیسرول نیز شناخته می‌شود، الکلی سه‌عاملی با حلالیت بالا در آب و خاصیت جذب رطوبت زیاد است. این ویژگی‌ها آن را به حلالی چندمنظوره در کاربردهای مختلف تبدیل می‌کنند. گرانروی گلیسیرین گیاهی در 20ºC حدود 1400 centipoise است. گلیسیرین غیرسمی، زیست‌تخریب‌پذیر و قابل‌بازیافت است. این ماده از منابع تجدیدپذیر تولید می‌شود و ازاین‌رو حلالی سازگار با محیط‌زیست است. گلیسیرین به‌دلیل هزینهٔ کم و دسترسی گسترده، در صنایع مختلف به‌طور وسیع استفاده می‌شود. اشتعال‌ناپذیری و غیرفرار بودن، کار با گلیسیرین و نگهداری آن را ایمن می‌کند.
گلیسیرین در آب، اتانول و متانول محلول است و این ویژگی دامنهٔ کاربرد آن را به‌عنوان حلال در فرایندهای شیمیایی مختلف گسترش می‌دهد.
گلیسیرین در چه کاربردهایی به‌عنوان حلال استفاده می‌شود؟
گلیسیرین به‌دلیل کاربردهای متنوع خود در صنایع غذایی و آرایشی ارزشمند است. استفاده به‌عنوان حلال یکی از کاربردهای برجستهٔ گلیسیرین است، زیرا خواص شیمیایی و انعطاف‌پذیری کاربردی بالایی به‌عنوان حلال دارد.
در محصولات آرایشی و پزشکی: در محصولات آرایشی و پزشکی، گلیسیرین معمولاً به‌عنوان نرم‌کننده در فرمولاسیون کرم‌ها و ژل‌ها استفاده می‌شود. این ماده برای بسیاری از مواد کم‌محلول نقش حلال را ایفا می‌کند و فراهمی زیستی آن‌ها را افزایش می‌دهد. اثربخشی گلیسیرین در این کاربردها از ماهیت شیمیایی آن به‌عنوان الکلی سه‌عاملی ناشی می‌شود که حلالیت بالا در آب و خاصیت جذب رطوبت زیاد را به آن می‌بخشد.
در مواد غذایی و نوشیدنی‌ها: گلیسیرین در صنایع غذایی و نوشیدنی نقش‌های متعددی دارد. این ماده به‌عنوان نگهدارندهٔ رطوبت، حلال و شیرین‌کننده عمل می‌کند و به حفظ مواد غذایی کمک می‌کند. همچنین در غذاهای کم‌چرب تولیدشده به‌صورت تجاری، مانند کوکی‌ها، به‌عنوان پرکننده و در لیکورها به‌عنوان غلیظ‌کننده استفاده می‌شود.
خواص پلی‌اُلی: گلیسیرین، نوعی پلی‌اُل (الکل قندی)، به غیرسمی بودن، زیست‌تخریب‌پذیری و قابلیت بازیافت شناخته می‌شود. این ماده از منابع تجدیدپذیر تولید می‌شود و به‌دلیل ساختار الکلی سه‌هیدروکسیلی خود، به‌عنوان حلال پروتیک قطبی عمل می‌کند. این ویژگی آن را بسیار آب‌دوست و در آب، اتانول و متانول محلول می‌سازد.
کمک‌حلال برای استخراج با آب: گلیسیرین کمک‌حلالی مؤثر برای فرایندهای استخراج با آب است و به‌ویژه به‌دلیل کارایی در به‌دست‌آوردن عصاره‌های پلی‌فنولی شناخته می‌شود.
نقش گلیسیرین در استخراج فراصوتی چیست؟
گلیسیرین، که با نام گلیسرول نیز شناخته می‌شود، مایعی بی‌رنگ، بی‌بو و گرانرو است که به‌طور گسترده به‌عنوان حلال در استخراج‌های گیاهی استفاده می‌شود. خواص منحصربه‌فرد آن، این ماده را به‌ویژه برای استخراج مواد فیتوشیمیایی حساسی مناسب می‌کند که ممکن است در شرایط شدیدتر تخریب شوند. توانایی گلیسیرین در حفظ یکپارچگی ترکیبات زیست‌فعال، همراه با ماهیت غیرسمی و زیست‌تخریب‌پذیر آن، این ماده را به حلالی مطلوب برای صنایع دارویی، آرایشی و غذایی تبدیل می‌کند. گرچه گلیسیرین خالص اغلب به‌عنوان حلال استخراج استفاده می‌شود، آن را با نسبت‌های مختلف با آب یا اتانول نیز مخلوط می‌کنند.
مخلوط‌های گلیسیرین و آب: مخلوط کردن گلیسیرین با آب، گرانروی محلول را کاهش می‌دهد و کارایی کاویتاسیون آن را هنگام استخراج فراصوتی افزایش می‌دهد. یک مخلوط معمول می‌تواند از 50% گلیسیرین و 50% آب تشکیل شود و میان گرانروی و کارایی حلال تعادل برقرار کند. همان‌طور که در فرایندهای فراصوت‌دهی نشان داده شده است، این ترکیب به‌ویژه برای استخراج ترکیباتی مانند مواد تلخ‌کننده از ریشهٔ جنتیانا مؤثر است.
مخلوط‌های گلیسیرین و اتانول: افزودن اتانول به گلیسیرین، مخلوط حلالی با گرانروی کمتر و خواص حلالی بهبودیافته ایجاد می‌کند. اتانول، به‌عنوان حلالی مناسب برای بسیاری از مواد فیتوشیمیایی، به استخراج کارآمدتر ترکیبات کمک می‌کند، درحالی‌که جزء گلیسیرینی، پایداری و زیست‌سازگاری عصارهٔ نهایی را تضمین می‌کند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی پربازده را در مقیاس‌های مختلف تولید می‌کند، از آزمایشگاهی تا مقیاس صنعتی.