Ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla

Syväeutektiset liuottimet (DES) ja luonnolliset syväeutektiset liuottimet (NADES) ovat tehokkaita, muunneltavia ja ympäristöystävällisiä uuttoväliaineita kasvimateriaaleille, elintarvikkeille, ravitsemusvalmisteille, kosmetiikalle ja lääkeaineille. Hielscherin anturityyppiset ultraäänilaitteet tehostavat DES-uuttoa nopeuttamalla aineensiirtoa, hajottamalla kasvien solurakenteita ja parantamalla liuottimen tunkeutumista – myös käytettäessä viskooseja liuotinjärjestelmiä, kuten glyserolipohjaisia NADES-liuottimia.

Seulotpa liuotinkoostumuksia laboratoriossa, optimoitpa uuttoparametreja tietylle fytokemikaalille tai kasvatatpa mittakaavaa jatkuvaan linjatuotantoon, Hielscherin ultraääniuuttolaitteet tarjoavat toistettavan amplitudin säädön, luotettavan 24/7-toiminnan ja skaalautuvan käsittelyn millilitroista teollisiin tilavuusvirtoihin.

Miksi uutteiden valmistajat valitsevat Hielscherin DES-uuttoon

• Parempi uuttotehokkuus polyfenoleille, flavonoideille, kannabinoideille, terpeeneille, antosyaaneille ja muille bioaktiivisille yhdisteille
• Nopeampi uutto verrattuna tavanomaiseen maserointiin ja liuotinuuttoon sekoitussäiliössä
• Yhteensopiva DES- ja NADES-liuottimien, glyseriinin, veden, etanolin ja liuotinseosjärjestelmien kanssa
• Korkean viskositeetin liuottimien tehokas käsittely suuren amplitudin anturityyppisellä ultraäänikäsittelyllä
• Erä-, kierrätys- ja jatkuvan läpivirtauksen kokoonpanot
• Amplitudin, energiansyötön, lämpötilan ja prosessiajan tarkka hallinta
• Helppo mittakaavan kasvattaminen toteutettavuuskokeista pilottituotantoon ja täysimittaiseen teolliseen tuotantoon

Miksi ultraäänikäsittely parantaa DES- ja NADES-uuttoa

Anturityyppinen ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla ja luonnollisilla syväeutektisilla liuottimilla voi tarjota useita etuja bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen. Yksi tärkeimmistä eduista on fenolisten yhdisteiden ja muiden fytokemikaalien parempi uuttotehokkuus luonnollisista lähteistä. Syväeutektiset liuottimet tunnetaan korkeasta uuttotehokkuudestaan, jota voidaan edelleen parantaa ultraääniavusteisella uutolla. Myrkyttömyytensä ansiosta ne ovat erinomainen liuotinvaihtoehto lääke- ja elintarviketuotteille. Tämän vuoksi ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla on ympäristöystävällinen ja kestävä menetelmä bioaktiivisten yhdisteiden talteenottoon. Ultraäänikäsittelyn ja syväeutektisten liuottimien synergisen käytön on tieteellisesti osoitettu tuottavan suurempia saantoja erilaisista bioaktiivisista yhdisteistä. Kaiken kaikkiaan anturityyppinen ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla ja luonnollisilla syväeutektisilla liuottimilla tarjoaa tehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän lähestymistavan bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen.

Antosyaanien ultraääniuutto DES-liuottimilla

Antosyaanit ovat arvokkaita luonnollisia pigmenttejä ja antioksidantteja, joita esiintyy mustissa porkkanoissa, marjoissa, viinirypäleissä, purppuramaississa ja muissa kasvimateriaaleissa. Syväeutektiset liuottimet soveltuvat hyvin antosyaanien uuttamiseen, koska niiden vetysidosverkostoa voidaan muokata vastaamaan näiden väriaineiden polaarisuus- ja stabiilisuusvaatimuksia. Yhdistettynä anturityyppiseen ultraäänikäsittelyyn DES-uutto tehostuu merkittävästi: ultraäänikavitaatio hajottaa kasvien solurakenteita, parantaa liuottimen tunkeutumista ja nopeuttaa antosyaanien vapautumista uuttoväliaineeseen. Mustan porkkanan antosyaaneja ultraäänilaitteella UP400St tutkineen tutkimuksen mukaan koliinikloridipohjaiset DES-liuottimet voivat tarjota kestävän ja tehokkaan vaihtoehdon tavanomaiselle uutolle happamaksi tehdyllä etanolilla tai metanolilla, erityisesti yhdistettynä ultraääniavusteiseen uuttoon. (vrt. Türker et al., 2021)

Polyfenolien ultraääniuutto DES-liuottimilla

Polyfenolit, kuten flavonoidit, fenolihapot ja niihin liittyvät antioksidanttiset yhdisteet, ovat tärkeitä kohdemolekyylejä kasvimateriaalien, elintarvikkeiden, ravitsemusvalmisteiden ja kosmetiikan uuttoprosesseissa. Glyserolipohjaiset syväeutektiset liuottimet ovat erityisen houkuttelevia polyfenolien talteenotossa, koska niiden polaarisuus ja kyky muodostaa vetysidoksia tukevat fenolisten yhdisteiden liuottamista. Anturityyppinen ultraääni tehostaa prosessia edelleen lisäämällä aineensiirtoa, lyhentämällä uuttoaikaa ja parantamalla DES-liuottimen ja kasvimatriisin välistä kosketusta.
Eräässä tutkimuksessa käytettiin glyserolista ja ammoniumasetaatista koostuvaa DES-liuotinta ultraääniavusteisessa uutossa optimoiduilla parametreilla, kuten lämpötilalla, DES-pitoisuudella ja ultraäänen amplitudilla. Tulokset osoittivat, että ultraääniavusteinen DES-uutto mahdollisti kokonaisfenolien, flavonoidien ja antioksidanttisen aktiivisuuden tehokkaan talteenoton helmipuun hedelmistä. Tämä osoittaa DES-liuottimilla tehtävän ultraääniuuton potentiaalin ympäristöystävällisenä uuttomenetelmänä teollisessa kasvimateriaalien käsittelyssä. (vrt. Jamshed et al., 2022)

Mitä syväeutektiset liuottimet (DES) ovat?

Syväeutektiset liuottimet (DES) ovat vähintään yhden vetysidoksen vastaanottajan (HBA) ja yhden vetysidoksen luovuttajan (HBD) seoksia, joihin kuuluu karboksyylihappoja ja muita uusiutuvia yhdisteitä. Cai et al. (2019) toteavat, että ”HBA:n ja HBD:n välinen voimakas vetysidosvuorovaikutus on tärkein tekijä DES-liuottimien muodostumisessa.” [Cai et al. 2019]
Vetysidosten luovuttajina käytetään usein yhdisteitä, kuten sokereita, aminohappoja, karboksyylihappoja (esim. bentsoehappoa, sitruunahappoa ja meripihkahappoa) tai amiineja (esim. ureaa ja bentsamidia). Vetysidosten luovuttajien kemiallinen vuorovaikutuspotentiaali on tärkein syväeutektisten liuottimien muodostumiseen ja tehokkuuteen vaikuttava tekijä. Halidisuoloja, kuten koliinikloridia tai sinkkikloridia, voidaan myös käyttää yhdessä vetysidosten luovuttajien kanssa. Muita koliinikloridipohjaisia syväeutektisia liuottimia muodostetaan malonihapon, fenolin tai glyseriinin kanssa. Voimakkaiden vetysidosvuorovaikutusten seurauksena syväeutektisten liuottimien sulamispiste laskee merkittävästi niiden yksittäisiin komponentteihin verrattuna. Toisin kuin tavanomaiset liuottimet (esim. etanoli, metanoli, heksaani, butaani jne.), syväeutektiset liuottimet ovat haihtumattomia, mikä tarkoittaa, että niiden höyrynpaine on hyvin alhainen ja ne syttyvät siten vaikeasti. Syväeutektisten liuottimien myrkyllisyys on vähäinen ja biohajoavuus korkea, ja tarvittavat lähtöaineet ovat edullisia, helposti ja runsaasti saatavilla sekä uusiutuvia.
Luonnolliset syväeutektiset liuottimet (NADES) ovat vielä ympäristöystävällisempiä, sillä kaikki lähtöaineet ovat peräisin luonnollisista lähteistä. Syväeutektisten liuottimien liuotuskykyä voidaan myös muokata liuotettavan aineen kemian ja syväeutektisten liuottimien muodostamiseen käytettävien aineiden perusteella. Joidenkin luonnollisten syväeutektisten liuottimien viskositeetti on korkea, joten ne eivät sovellu kovin hyvin eräuuttoon. Korkeamman viskositeetin luonnollisia syväeutektisia liuottimia voidaan kuitenkin käyttää menestyksekkäästi liuottimina läpivirtausultraääniuutossa.

Alla olevassa taulukossa on muutamia esimerkkejä luonnollisten syväeutektisten liuottimien (NADES) koostumuksista fytokemikaalien uuttamiseen:

Miten ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla toimii?

Ultraääniuutto perustuu voimakkaan, matalataajuisen ultraäänen sonomekaanisiin vaikutuksiin. Kasviyhdisteiden (eli bioaktiivisten aineiden) ultraäänikäsittelyllä tapahtuvan uuttamisen edistämiseksi ja tehostamiseksi suuritehoiset ultraääniaallot kytketään ultraäänianturin (jota kutsutaan myös ultraäänitorveksi tai sonotrodiksi) välityksellä nestemäiseen väliaineeseen eli kasvipohjaisesta raaka-aineesta ja (luonnollisesta) syväeutektisesta liuottimesta koostuvaan lietteeseen. Ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi ja synnyttävät vuorottelevia matalan ja korkean paineen jaksoja. Matalan paineen jaksojen aikana syntyy pieniä tyhjiökuplia (niin kutsuttuja kavitaatiokuplia), jotka kasvavat useiden painejaksojen aikana. Näiden kuplien kasvujaksojen aikana nesteeseen liuenneet kaasut siirtyvät tyhjiökupliin, jolloin tyhjiökuplat muuttuvat kasvaviksi kaasukupliksi. Useiden jaksojen aikana kasvettuaan tyhjiökuplat saavuttavat tietyn koon, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan lisää energiaa, joten ne luhistuvat rajusti korkean paineen jakson aikana. Kuplan luhistumiseen liittyy voimakkaita kavitaatiovoimia, muun muassa erittäin korkea lämpötila ja paine, jotka voivat nousta vastaavasti jopa 4 000K:iin ja 1 000atm:iin, sekä vastaavasti suuret lämpötila- ja paine-erot. Nämä ultraäänellä synnytetyt turbulenssit ja leikkausvoimat hajottavat kasvisoluja ja vapauttavat solunsisäiset bioaktiiviset yhdisteet (luonnolliseen) syväeutektiseen liuottimeen. Ultraääniuutto avaa kasvimateriaalien solurakenteen ja tehostaa aineensiirtoa kasvimateriaalin ja liuottimen välillä. Ultraäänikäsittely parantaa siten luonnollisten syväeutektisten liuottimien tehokkuutta. Ultraääniuutto (luonnollisilla) syväeutektisilla liuottimilla tuottaa poikkeuksellisen suuria saantoja erittäin lyhyessä käsittelyajassa.

Tehoultraääniaallot hajottavat kasvimateriaalien solurakennetta, vapauttavat bioaktiiviset yhdisteet ja edistävät aineensiirtoa kasvimateriaalin ja liuottimen (esim. syväeutektisten liuottimien) välillä.

Ultraääniuuton yhdistäminen (luonnollisiin) syväeutektisiin liuottimiin antaa mahdollisuuden yhdistää ultraäänen prosessia tehostavan vaikutuksen syväeutektisten liuottimien huomattavaan liuotuskykyyn ja erinomaiseen muunneltavuuteen. Ultraääniuuton ylivertaisen tehokkuuden ansiosta ultraäänilaitteita käytetään menestyksekkäästi myös vesiuutossa.
Ota meihin yhteyttä nyt ja lue lisää tehokkaasta ultraääniuutosta syväeutektisilla liuottimilla!

Ultraääniuuttolaitteet laboratorio-, pilotti- ja teolliseen DES-uuttoon

Ultraääniuutto on luotettava käsittelytekniikka, joka helpottaa ja nopeuttaa korkealaatuisten uutteiden valmistamista erilaisista kasvimateriaaleista millä tahansa liuottimella. Ultraääniuutto soveltuu erittäin hyvin (luonnollisille) syväeutektisille liuottimille, joiden etuja ovat erinomainen liuotuskyky, muunneltavuus uutteen tarpeisiin, kestävyys, biohajoavuus ja ympäristöystävällisyys. Tehoultraäänen prosessia tehostavan vaikutuksen yhdistäminen (luonnollisten) syväeutektisten liuottimien etuihin tekee tästä prosessitekniikasta ylivertaisen monella tasolla. Hielscher Ultrasonicsin tuotevalikoima kattaa koko kirjon kompakteista laboratorion ultraäänilaitteista teollisiin uuttojärjestelmiin. Kaikki ne soveltuvat luonnollisesti uuttoon syväeutektisilla liuottimilla.
Pitkän kokemuksen omaava henkilöstömme auttaa sinua toteutettavuuskokeista ja prosessin optimoinnista ultraäänijärjestelmäsi asentamiseen lopullisessa tuotantomittakaavassa.