Ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla

Syväeutektiset liuottimet (DES) ja luonnolliset syväeutektiset liuottimet (NADES) ovat tehokkaita, säädettäviä ja ympäristöystävällisiä uuttovälineitä kasviperäisten aineiden, elintarvikkeiden, ravintolisien, kosmetiikan ja lääkeaineiden uuttamiseen. Hielscherin anturityyppiset ultraäänilaitteet tehostavat DES-uuttamista kiihdyttämällä massansiirtoa, hajottamalla kasvisolujen rakenteita ja parantamalla liuottimen tunkeutumista – jopa viskoosien liuottimien, kuten glyserolipohjaisten NADES-liuottimien, kanssa.

Olipa kyseessä sitten liuotinvalmisteiden testaaminen laboratoriossa, tietyn fytokemikaalin uuttoparametrien optimointi tai tuotannon laajentaminen jatkuvatoimiseen linjatuotantoon, Hielscherin ultraäänieuuttimet tarjoavat toistettavan amplitudin hallinnan, luotettavan ympärivuorokautisen toiminnan sekä skaalautuvan prosessoinnin millilitroista teollisiin virtausnopeuksiin.

Miksi uuttotuottajat valitsevat Hielscherin DES-uuttoon

• Parempi uuttotehokkuus polyfenolien, flavonoidien, kannabinoidien, terpeenien, antosyaanien ja muiden bioaktiivisten yhdisteiden osalta
• Nopeampi uuttaminen verrattuna perinteiseen maserointiin ja sekoitussäiliössä tapahtuvaan liuotinuuttamiseen
• Yhteensopiva DES:n, NADES:n, glyserolin, veden, etanolin ja sekoitettujen liuottimien kanssa
• Viskoosien liuottimien tehokas käsittely suuriamplitudisella anturikäsittelyllä
• Erä-, kierrätys- ja jatkuvatoimiset järjestelmät
• Amplitudin, syötetyn energian, lämpötilan ja käsittelyajan tarkka säätö
• Helppo laajennettavuus toteutettavuustestauksesta pilottituotantoon ja täysimittaiseen teolliseen tuotantoon

Miksi ultraäänikäsittely parantaa DES- ja NADES-uuttoa

Ultraäänianturityyppinen uuttaminen, jossa käytetään syviä eutektisia liuottimia ja luonnollisia syviä eutektisia liuottimia, voi tarjota useita etuja bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen. Yksi tärkeimmistä eduista on fenoliyhdisteiden ja muiden fytokemikaalien lisääntynyt uuttotehokkuus luonnollisista lähteistä. Syväeutektiset liuottimet tunnetaan korkeasta uuttotehokkuudesta, jota voidaan jopa parantaa ultraäänellä avustetulla uuttamisella. Myrkyttömyytensä vuoksi ne ovat loistava liuotinvaihtoehto farmaseuttisille ja elintarvikkeille. Tämä tekee ultraääniuutosta syvillä eutektisilla liuottimilla vihreän ja kestävän menetelmän bioaktiivisten yhdisteiden talteenottamiseksi. Ultrasonicationin synerginen käyttö syvillä eutektisilla liuottimilla on tieteellisesti todistettu johtavan erilaisten bioaktiivisten yhdisteiden suurempiin saantoihin. Kaiken kaikkiaan ultraäänianturityyppinen uuttaminen, jossa käytetään syviä eutektisia liuottimia ja luonnollisia syviä eutektisia liuottimia, tarjoaa tehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän lähestymistavan bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen.

Antosyaanien ultraäänipuhdistus DES:llä

Antosyaanit ovat arvokkaita luonnollisia pigmenttejä ja antioksidantteja, joita esiintyy mustissa porkkanoissa, marjoissa, viinirypäleissä, purppuramaississa ja muissa kasviaineksissa. Syväeutektiset liuottimet sopivat hyvin antosyaanien uuttamiseen, koska niiden vetysidosten verkostoa voidaan säätää vastaamaan näiden väriaineiden polariteetti- ja stabiilisuusvaatimuksia. Yhdistettynä koettimella varustettuun ultraäänikäsittelyyn DES-uutto tehostuu merkittävästi: ultraäänikavitaatio hajottaa kasvisolujen rakenteet, parantaa liuottimen tunkeutumista ja nopeuttaa antosyaanien vapautumista uuttoliuokseen. Tutkimus mustien porkkanoiden antosyaaneista, jossa käytettiin UP400St-ultraäänilaitetta, osoittaa, että koliinikloridipohjainen DES, erityisesti yhdistettynä ultraäänellä avustettuun uuttamiseen, voi tarjota kestävän ja tehokkaan vaihtoehdon perinteiselle happamalle etanoli- tai metanoliuuttamiselle. (vrt. Türker et al., 2021)

Polyfenolien uuttaminen ultraäänellä DES:n avulla

Polyfenolit, mukaan lukien flavonoidit, fenolihapot ja niihin liittyvät antioksidanttiyhdisteet, ovat tärkeitä kohdemolekyylejä kasvi-, elintarvike-, ravintolisä- ja kosmetiikkateollisuuden uuttoprosesseissa. Glyserolipohjaiset syväeutektiset liuottimet ovat erityisen houkuttelevia polyfenolien talteenottoon, koska niiden polariteetti ja vetysidosten muodostumiskyky edistävät fenoliyhdisteiden liukenemista. Anturityyppinen ultraääni tehostaa prosessia entisestään lisäämällä massansiirtoa, lyhentämällä uuttamisaikaa ja parantamalla DES:n ja kasvimateriaalin välistä kosketusta.
Tutkimuksessa käytettiin glyseroli-ammoniumasetaatti-DES-liuosta ja ultraäänellä avustettua uuttamista optimoiduilla parametreilla, kuten lämpötilalla, DES-pitoisuudella ja ultraäänen amplitudilla. Tulokset osoittivat, että ultraäänellä tehostettu DES-uutto mahdollisti fenolien, flavonoidien ja antioksidanttisen aktiivisuuden tehokkaan talteenoton chinaberry-hedelmistä, mikä osoitti DES:ää käyttävän ultraäänuuton potentiaalin ympäristöystävällisenä uuttomenetelmänä teollisessa kasvien jalostuksessa. (vrt. Jamshed et al., 2022)

Mitä ovat syväeutektiset liuottimet (DES)?

Syväeutektiset liuottimet (DES) ovat seoksia, jotka sisältävät vähintään yhden vetysidoksen vastaanottajan (HBA) ja yhden vetysidoksen luovuttajan (HBD), mukaan lukien karboksyylihapot ja muut uusiutuvat yhdisteet. Cai et al. (2019) mukaan, “HBA:n ja HBD:n välinen vahva vetysidossidoksen vuorovaikutus on tärkein tekijä DES-yhdisteiden muodostumisessa.” [Cai ym. 2019]
Vetysidosten luovuttajissa käytetään usein yhdisteitä, kuten sokereita, aminohappoja, karboksyylihappoja (esim. bentsoehappoa, sitruunahappoa, meripihkahappoa) tai amiineja (esim. urea, bentsamidi). Vetysidosten luovuttajien kemiallinen vuorovaikutuspotentiaali on tärkein tekijä, joka edistää syväeutektisten liuottimien muodostumista ja tehokkuutta. Halogenidisuoloja, kuten koliinikloridia tai sinkkikloridia, voidaan käyttää myös yhdessä vetysidoksen luovuttajien kanssa. Muut koliinikloridipohjaiset syväeutektiset liuottimet muodostetaan malonihaposta, fenolista tai glyseriinistä. Vahvojen vetyä sitovien vuorovaikutusten seurauksena syvien eutektisten liuottimien sulamispiste laskee merkittävästi verrattuna sen yksittäisiin komponentteihin. Toisin kuin perinteiset liuottimet (esim. etanoli, metanoli, heksaani, butaani jne.), syväeutektiset liuottimet ovat haihtumattomia, mikä tarkoittaa, että niillä on hyvin alhainen höyrynpaine ja ne ovat siten tuskin syttyviä. Syväeutektisten liuottimien myrkyllisyys on vähäistä, niiden biohajoavuus on korkea ja tarvittavat lähtöaineet ovat edullisia, helposti ja runsaasti saatavilla sekä uusiutuvia.
Luonnolliset syväeutektiset liuottimet (NADES) ovat vieläkin ympäristöystävällisempiä, koska kaikki lähtöaineet ovat peräisin luonnollisista lähteistä. Syvät eutektiset liuottimet tarjoavat myös viritettävän vakavaraisuuden, joka perustuu liuenneen aineen kemiaan ja lajeihin, joita käytetään syvien eutektisten liuottimien luomiseen. Joillakin luonnollisilla syväeutektisilla liuottimilla on korkea viskositeetti, joten ne eivät ole kovin sopivia eräuuttoon. Luonnollisia syviä eutektisia liuottimia, joilla on korkeammat viskositeetit, voidaan kuitenkin menestyksekkäästi käyttää liuottimina ultraääniläpiviennissä.

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

Miten ultraääniuutto syvillä eutektisilla liuottimilla toimii?

Ultraääniuutto perustuu korkean intensiteetin, matalataajuisen ultraäänen sonomekaanisiin vaikutuksiin. Kasvitieteellisten yhdisteiden (eli bioaktiivisten aineiden) uuttamisen edistämiseksi ja tehostamiseksi ultraäänellä suuritehoiset ultraääniaallot kytketään ultraäänianturin (kutsutaan myös ultraäänisarveksi tai sonotrodiksi) kautta nestemäiseen väliaineeseen eli lietteeseen, joka koostuu kasvitieteellisestä raaka-aineesta ja (luonnollisesta) syvästä eutektisesta liuottimesta. Ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi ja luovat vuorottelevia matalapaine- / korkeapainesyklejä. Matalapainesyklien aikana syntyy pieniä tyhjiökuplia (ns. kavitaatiokuplia), jotka kasvavat useiden painesyklien aikana. Näiden kuplien kasvusyklien aikana nesteessä olevat liuenneet kaasut tulevat tyhjiökuplaan, jolloin tyhjiökupla muuttuu kasvaviksi kaasukupliksi. Useiden syklien kasvun jälkeen tyhjiökuplat saavuttavat tietyn koon, jossa ne eivät pysty absorboimaan enemmän energiaa, niin että ne räjähtävät voimakkaasti korkeapainejakson aikana. Kuplan luhistumiselle on ominaista voimakkaat kavitaatiovoimat, mukaan lukien erittäin korkea lämpötila ja paine, jotka saavuttavat vastaavasti 4000K ja 1000atm; sekä vastaavat korkeat lämpötila- ja paine-erot. Nämä ultraäänellä tuotetut turbulenssit ja leikkausvoimat hajottavat kasvisolut ja vapauttavat solunsisäiset bioaktiiviset yhdisteet (luonnolliseen) syvään eutektiseen liuottimeen. Ultraääniuutto avaa kasvitieteellisten aineiden solurakenteen ja tehostaa massansiirtoa kasvimateriaalin ja liuottimen välillä. Sonikaatio edistää siten luonnollisten syvien eutektisten liuottimien tehokkuutta. Ultraääniuutto (luonnollisilla) syvillä eutektisilla liuottimilla johtaa poikkeuksellisen suuriin saantoihin hyvin lyhyessä käsittelyajassa.

Tehon ultraääniaallot häiritsevät kasvitieteellisten aineiden solurakennetta, vapauttavat bioaktiiviset yhdisteet ja edistävät massansiirtoa kasvimateriaalin ja liuottimen välillä (esim. syvät eutektiset liuottimet).

Ultraääniuuton yhdistelmä (luonnollisten) syvien eutektisten liuottimien kanssa antaa sinulle mahdollisuuden yhdistää ultraäänen prosessia tehostava teho syvien eutektisten liuottimien merkittäviin liukeneviin vaikutuksiin ja erinomaiseen suunnitteluun. Ultraääniuuton ylivoimaisen tehokkuuden vuoksi Ultraäänilaitteita käytetään myös menestyksekkäästi veden uuttamiseen.
Ota yhteyttä nyt saadaksesi lisätietoja tehokkaasta ultraääniuuttosovelluksesta, jossa käytetään syviä eutektisia liuottimia!

Ultraääniuuttimet laboratorio-, koe- ja teolliseen DES-uuttoon

Ultraääniuutto on luotettava käsittelytekniikka, joka helpottaa ja nopeuttaa korkealaatuisten uutteiden tuotantoa erilaisista kasvitieteellisistä ja liuottimista. Ultraääniuutto on erittäin yhteensopiva (luonnollisten) syvien eutektisten liuottimien kanssa, jotka ovat edullisia erinomaisen liukenemistehonsa, uutteen suunnittelun, kestävyyden, biohajoavuuden ja ympäristöystävällisyyden vuoksi. Tehon ultraäänen prosessin tehostamisen ja (luonnollisten) syvien eutektisten liuottimien etujen yhdistelmä antaa tälle prosessiteknologialle ylivoiman monilla tasoilla. Hielscher Ultrasonics -salkku kattaa täyden valikoiman kompakteista laboratorioultraäänilaitteista teollisiin uuttojärjestelmiin. Kaikki ne soveltuvat tietysti uuttamiseen syvillä eutektisilla liuottimilla.
Pitkäaikainen kokenut henkilökuntamme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessin optimoinnista ultraäänijärjestelmän asentamiseen lopulliselle tuotantotasolle.