Liuottimet ultraääniuuttoon kasveista
- Ultraääniuutolla on monia etuja, kuten korkeat saannot, nopeat uuttonopeudet, ympäristöystävällisyys ja alhainen energiankulutus.
- Yksi vahvimmista eduista on veden käyttö uuttoaineena. Sonikaatiota voidaan kuitenkin käyttää jakotukkien liuotinjärjestelmien kanssa erinomaisten tulosten tuottamiseksi kohdennetulle uutteelle.
- Raaka-aineen suhteen valitaan optimaalinen liuotin kasviperäisten bioaktiivisten aineiden ultraääniuuttoon.
ultraääni uuttaminen
Ultraäänen tiedetään häiritsevän solurakenteita ja parantavan massansiirtoa, mikä lisää bioyhdisteiden (esim. fenolien, karotenoidien) uuttuvuutta.
Koska sonikoinnin mekaaniset vaikutukset parantavat uuttoprosessia parantuneen massansiirron vuoksi suuresti, orgaanisten liuottimien käyttö on usein tarpeetonta. Tämä tarkoittaa, että ultraääniuuttoon vesi on usein riittävä uuttoväliaine, jolla on monia etuja, kuten edullinen, vaaraton, helposti saatavilla oleva ja ympäristöystävällinen.
Tiettyjen bioaktiivisten yhdisteiden osalta parhaat tulokset voidaan kuitenkin saavuttaa ultraääniuutolla yhdessä haihtuvan liuottimen kanssa.
Oikean liuottimen valitsemiseksi on otettava huomioon raaka-aine (esim. tuore tai kuivattu, maseroitu/jauhettu tai jauhettu kasviaines) ja kohdeaineet (esim. lipofiiliset, hydrofiiliset).
Kasviglyseriini on ihanteellinen uuttoliuotin myrkyttömien, ärsyttämättömien ominaisuuksiensa ja kykynsä säilyttää herkkien bioaktiivisten yhdisteiden stabiilisuus ja teho. Sekä puhdas glyseriini että glyseriini-vesiseokset ovat käyttökelpoisia liuottimia lisäravinteiden ja ravitsemuksellisten aineiden, makuuutteiden, elintarvikelisäaineiden ja kosmetiikan uutteiden valmistukseen.
UIP2000hdT-sonikaattori kasvitieteelliseen uuttamiseen suurissa erissä tai inline-käyttöön
Seuraavassa taulukossa luetellaan useita liuottimia, jotka ovat vakiintuneita uuttoliuottimia ja joita käytetään ultraääniuuttoon kasvimateriaalista.
| etanoli | Yksi yleisimmistä kasvitieteellisen uuttamisen liuottimista. Polaarisena liuottimena etanoli liuottaa polaarisia yhdisteitä, kuten alkaloideja ja flavonoideja. |
| Vesi | Yleinen liuotin, jota käytetään usein hydrofiilisten yhdisteiden, kuten polysakkaridien, proteiinien ja joidenkin glykosidien, uuttamiseen. |
| etanolin vesipitoisuus | Etanolin ja veden seos, tämä liuotin voi uuttaa laajan valikoiman polaarisia ja kohtalaisen polaarisia yhdisteitä, mikä tarjoaa tasapainon etanolin liuotintehon ja veden kyvyn erottaa hydrofiilisiä yhdisteitä. Vesipitoista etanolia voidaan valmistaa eri suhteissa säätämällä liukenemiskapasiteettia kohdeyhdisteisiin. |
| glyseriini | Erittäin polaarinen liuotin, joka on hyödyllinen polaaristen yhdisteiden uuttamisessa ja voi olla turvallisempi vaihtoehto muille polaarisille liuottimille, joita käytetään usein sisäiseen kulutukseen tarkoitetuissa tinktuureissa ja uutteissa. Lue lisää fytokemikaalien uuttamisesta glyseriiniin sonikaatiolla! |
| metanoli | Erittäin polaarinen liuotin, joka on tehokas uuttamaan monenlaisia kasviyhdisteitä, mukaan lukien fenolit, flavonoidit ja jotkut alkaloidit. |
| heksaani | Ei-polaarinen liuotin, jota käytetään pääasiassa ei-polaaristen yhdisteiden, kuten lipidien, vahojen ja eteeristen öljyjen, uuttamiseen. |
| asetoni | Polaarinen aproottinen liuotin, asetoni on tehokas uuttamaan monenlaisia kasvitieteellisiä yhdisteitä, erityisesti niitä, jotka ovat vähemmän polaarisia kuin vedellä tai metanolilla uutetut. |
| Isopropanoli | Polaarinen liuotin, joka on samanlainen kuin etanoli, jota käytetään yleisesti eteeristen öljyjen, hartsien ja joidenkin alkaloidien uuttamiseen. |
| Kloroformi | Ei-polaarinen liuotin, joka on tehokas alkaloidien, terpenoidien ja joidenkin glykosidien uuttamisessa. Sitä käytetään harvemmin sen myrkyllisyyden vuoksi. |
| etyyliasetaatti | Kohtalaisen polaarinen liuotin, jota käytetään useiden yhdisteiden, kuten flavonoidien, alkaloidien ja fenolien, uuttamiseen. |
| tolueeni | Ei-polaarinen liuotin, jota käytetään ei-polaaristen yhdisteiden, kuten eteeristen öljyjen, terpeenien ja vahojen, uuttamiseen. |
| Butanoli | Kohtalaisen polaarinen liuotin, joka on tehokas keskipolaaristen yhdisteiden uuttamisessa, mukaan lukien jotkut glykosidit ja saponiinit. |
| Maaöljyeetteri | Ei-polaarinen liuotin, jota käytetään pääasiassa rasvojen, öljyjen ja muiden ei-polaaristen yhdisteiden uuttamiseen kasvimateriaaleista. |
Voimakkaat ultraääniaallot häiritsevät biologisten rakenteiden solumatriisia ja vapauttavat bioaktiiviset yhdisteet. Massansiirto kasvimateriaalin ja liuottimen välillä tehostuu. Näiden mekanismien ansiosta ultraääniuutto on erittäin tehokas kasvitieteelliseen uuttamiseen.
UP400ST ultraäänihomogenisaattori Yrttiuutto mahdollistaa valitsemasi liuottimen käytön.
Ultrasonicators uuttamista varten
Laboratorio- ja penkki-top-ultraäänilaitteista täysteollisiin ultraääniuuttojärjestelmiin – Hielscher Ultrasonics on pitkäaikainen kokenut kumppani, kun kyse on tehokkaista ja luotettavista ultraäänilaitteista onnistuneisiin uuttoprosesseihin.
Ultraäänijärjestelmiämme käytetään laajalti biokemiallisissa laboratorioissa ja lääkkeiden tuotantolaitoksissa. Ultraäänisonotrodit ja reaktorit ovat autoklaavissa ja täyttävät farmaseuttisen tuotannon vaatimukset.
Hielscherin teolliset sonicators voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit solumatriisien häiritsemiseksi ja kohdennettujen aineiden vapauttamiseksi. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Hielscher-ultraäänilaitteiden teho ja kestävyys takaavat korkeat saannot, nopeat uuttonopeudet ja täydellisemmän uuton – erinomaiset perinteiset uuttoprosessit.
Ultraääniprosessorimme voidaan yhdistää tavanomaisiin uuttomenetelmiin, kuten Soxhlet-uutto tai ylikriittinen CO2-uutto. Jälkiasennus olemassa oleviin tuotantolinjoihin voidaan suorittaa helposti.
Kirjallisuus? Viitteet
- 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.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Ultraääniuutto kavitaatiolla
Voimakkaat ultraääniaallot tuottavat akustinen kavitaatio nesteissä. Kavitaatioleikkausvoimat rikkovat soluseinän ja kalvot niin, että solunsisäinen materiaali vapautuu. Ultraääniuutto saavuttaa liuottimen suuremman tunkeutumisen kasvikudokseen ja parantaa massansiirtoa. Näin ultraääniuutto tehostaa uuttoprosessia merkittävästi, mikä johtaa suurempiin saantoihin, nopeampiin uuttonopeuksiin ja täydellisempään uuttamiseen.
Liuotinjärjestelmät
Bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseksi kasviperäisestä materiaalista on saatavana erilaisia liuotinjärjestelmiä. Hydrofiilisten yhdisteiden uuttamiseen valitaan enimmäkseen polaarisia liuottimia, kuten metanolia, etanolia tai etyyliasetaattia, kun taas lipofiilisten yhdisteiden (esim. lipidien) uuttamiseen suositellaan liuotinjärjestelmiä, kuten dikloorimetaania tai dikloorimetaania/metanolia (v/v 1:1). Heksaania käytetään usein liuottimena klorofyllin uuttamiseen.
Mitä ovat bioaktiiviset yhdisteet?
Bioaktiiviset yhdisteet tai fytokemikaalit määritellään aineiksi, jotka vaikuttavat eläviin organismeihin, kudoksiin tai soluihin. Biologisesti aktiivisia aineita ovat antibiootit, entsyymit ja vitamiinit. Bioaktiivisia aineita, kuten karotenoideja ja polyfenoleja, voidaan uuttaa esimerkiksi hedelmistä, lehdistä ja vihanneksista, kun taas kasviöljyissä on fytosteroleja.
Kasviperäisiä bioaktiivisia yhdisteitä ovat flavonoidit, kofeiini, karotenoidit, koliini, ditioltionit, fytosterolit, polysakkaridit, fytoestrogeenit, glukosinolaatit, polyfenolit ja antosyaanit. Monia bioaktiivisia aineita arvostetaan antioksidantteina, ja siksi niitä pidetään terveydelle hyödyllisinä.
Kuinka valitsen parhaan uuttoliuottimen?
Alla olevat ohjeet auttavat sinua valitsemaan sopivan liuottimen ultraäänikasvitieteelliseen uuttamiseen. Koska sonikaatio on yhteensopiva minkä tahansa vakioliuottimen kanssa, voit valita kasviraaka-aineellesi ihanteellisimman liuottimen, kohdennetut fytokemikaalit ja kustannustehokkuuden.
- Valikoivuus: Valitse liuotin, joka liuottaa erityisesti halutut yhdisteet jättäen ei-toivotut komponentit taakse. Käytä etanolia esimerkiksi polaarisiin yhdisteisiin, kuten alkaloideihin ja flavonoideihin.
- Liukoisuus: Perustuu periaatteeseen “kuten liukenee kuten,” Valitse liuotin, jonka napaisuus on samanlainen kuin liuenneen aineen. Polaariset liuottimet (esim. vesi, etanoli) liuottavat polaarisia yhdisteitä, kun taas ei-polaariset liuottimet (esim. heksaani) liuottavat ei-polaarisia yhdisteitä, kuten lipidejä ja öljyjä.
- Kustannus: Harkitse liuottimen kustannustehokkuutta. Jotkut liuottimet saattavat olla kalliimpia, mutta niillä on suurempi saanto tai parempi selektiivisyys, mikä tasapainottaa uuton kokonaiskustannuksia.
- Turvallisuus: Varmista, että liuotin on turvallinen käyttää ja käsitellä. Tekijöitä ovat myrkyllisyys, syttyvyys ja ympäristövaikutukset. Esimerkiksi vesi ja etanoli ovat turvallisempia valintoja kuin kloroformi tai tolueeni.
Napaisuus ja liuottimen valinta
Samankaltaisuuden ja sekoittuvuuden lain mukaan liuottimet, joiden napaisuusarvo on lähellä liuenneen aineen napaisuutta, toimivat todennäköisesti paremmin. Tässä muutamia esimerkkejä:
- Polaariset liuottimet: Vesi, etanoli, metanoli – Käytetään polaaristen yhdisteiden, kuten alkaloidien, flavonoidien, glykosidien ja proteiinien, uuttamiseen.
- Kohtalaisen polaariset liuottimet: Asetoni, etyyliasetaatti, isopropanoli – Soveltuu monenlaisten yhdisteiden, mukaan lukien fenolien ja joidenkin alkaloidien, uuttamiseen.
- Ei-polaariset liuottimet: Heksaani, tolueeni, petrolieetteri – Ihanteellinen ei-polaaristen yhdisteiden, kuten lipidien, vahojen, terpeenien ja eteeristen öljyjen, uuttamiseen.
Esimerkkejä liuottimien käytöstä
- Etanoli: Yksi yleisimmistä kasvitieteellisen uuttamisen liuottimista. Polaarisena liuottimena etanoli liuottaa polaarisia yhdisteitä, kuten alkaloideja ja flavonoideja.
- Vesi: Yleinen liuotin, jota käytetään usein hydrofiilisten yhdisteiden, kuten polysakkaridien, proteiinien ja joidenkin glykosidien, uuttamiseen.
- Metanoli: Erittäin polaarinen liuotin, joka on tehokas uuttamaan monenlaisia kasviyhdisteitä, mukaan lukien fenolit, flavonoidit ja jotkut alkaloidit.
- Heksaani: Ei-polaarinen liuotin, jota käytetään pääasiassa ei-polaaristen yhdisteiden, kuten lipidien, vahojen ja eteeristen öljyjen, uuttamiseen.
- Asetoni: Polaarinen aproottinen liuotin, asetoni on tehokas uuttamaan monenlaisia kasvitieteellisiä yhdisteitä, erityisesti niitä, jotka ovat vähemmän polaarisia kuin vedellä tai metanolilla uutetut.
- Isopropanoli: Polaarinen liuotin, joka on samanlainen kuin etanoli, jota käytetään yleisesti eteeristen öljyjen, hartsien ja joidenkin alkaloidien uuttamiseen.
- Kloroformi: Ei-polaarinen liuotin, joka on tehokas alkaloidien, terpenoidien ja joidenkin glykosidien uuttamisessa. Sitä käytetään harvemmin sen myrkyllisyyden vuoksi.
- Etyyliasetaatti: Kohtalaisen polaarinen liuotin, jota käytetään useiden yhdisteiden, kuten flavonoidien, alkaloidien ja fenolien, uuttamiseen.
- Tolueeni: Ei-polaarinen liuotin, jota käytetään ei-polaaristen yhdisteiden, kuten eteeristen öljyjen, terpeenien ja vahojen, uuttamiseen.
- Butanoli: Kohtalaisen polaarinen liuotin, joka on tehokas keskipolaaristen yhdisteiden uuttamisessa, mukaan lukien jotkut glykosidit ja saponiinit.
- Maaöljyeetteri: Ei-polaarinen liuotin, jota käytetään pääasiassa rasvojen, öljyjen ja muiden ei-polaaristen yhdisteiden uuttamiseen kasvimateriaaleista.
Seuraavat liuottimet testattiin tutkimuksissa, joissa tutkittiin tiettyjen kasvimateriaalien ja fytokemikaalien ultraääniuuttoa.
| liuotin | Kasvi | Kudoksen tyyppi |
|---|---|---|
| Etikkahappo? urea? setyylitrimi-etyyliammoniumbromidi | riisi | leseet |
| etanolin vesipitoisuus | distiller’s grain | jyvä |
| Isopropanolin vesiliuos | soija, rypsi | Siemenet |
| etanoli | Saccharina japonica | – |
| Jäätikön aktihappo | durra | – |
| Fenoli | tomaatti? peruna? aloe vera? soijapapu | siitepöly? mukula? lehti? siemen |
| Fenoli/ammoniumasetaatti | ohra? banaani | Juuri? lehti |
| Fenoli/ammoniumasetaatti | avokado? tomaatti? appelsiini? banaani? päärynä? rypäle? omena? mansikka | Hedelmiä |
| Fenoli/metanoli-ammoniumasetaatti | havupuu? banaani? omena? peruna | siemenet? hedelmät |
| Natriumdodekyylisulfaatti/asetoni | havupuu? peruna | siemen? mukula |
| Natriumdodekyylisulfaatti/TCA/asetoni | omena? banaani | kudos |
| TCA | Pavut | ponsi |
| TCA/asetoni | sitrushedelmät? soijapavut? aloe vera | Lehdet |
| TCA/asetoni | soijapapu? havupuu | Siemenet |
| TCA/asetoni | tomaatti | siitepöly vilja |
| TCA/asetoni/fenoli | oliivi? bambu? rypäle? sitruuna | Lehdet |
| TCA/asetoni/fenoli | omena? appelsiini? tomaatti | Hedelmiä |
| Tiourea/urea | soijapapu | siemen |
| Tiourea/urea | omena? banaani | Kudoksia |
| Tris-HCL-puskuri | tomaatti | siitepöly vilja |
Mitä ovat orgaaniset liuottimet?
Orgaaninen liuotin on eräänlainen haihtuva orgaaninen yhdiste (VOC). VOC-yhdisteet ovat orgaanisia kemikaaleja, jotka höyrystyvät huoneenlämmössä.
Liuottimina käytettäviä orgaanisia yhdisteitä ovat:
- aromaattiset yhdisteet, kuten bentseeni ja tolueeni
- alkoholit, esimerkiksi metanoli
- esterit ja eetterit
- ketonit, esimerkiksi asetoni
- Amiinit
- Nitratut ja halogenoidut hiilivedyt
Monet orgaaniset liuottimet luokitellaan myrkyllisiksi tai syöpää aiheuttaviksi. Väärän käsittelyn tapauksessa ne voivat olla vaarallisia ihmisille ja saastuttaa ilmaa, vettä ja maaperää. Ultraääniuuton tehokkaan mekanismin ansiosta orgaanisten liuottimien käyttöä voidaan välttää korvaamalla ne lievemmillä, myrkyttömillä liuottimilla.
