Ultrazvučna ekstrakcija s dubokim eutektik otapalima
Duboka eutektička otapala (DES) i prirodna duboka eutektička otapala (NADES) snažna su, podesiva i ekološki prihvatljiva sredstva za ekstrakciju biljnih proizvoda, hrane, nutraceutika, kozmetike i farmaceutskih sastojaka. Hielscherovi sonatori tipa sonatori intenziviraju ekstrakciju DES-a ubrzavanjem prijenosa mase, narušavanjem strukture biljnih stanica i poboljšavanjem prodiranja otapala – čak i pri radu s viskoznim sustavima otapala poput NADES-a na bazi glicerola.
Bilo da u laboratoriju pregledavate formulacije otapala, optimizirate parametre ekstrakcije za određenu fitokemikaliju ili prelazite na kontinuiranu proizvodnju u liniji, Hielscherovi ultrazvučni ekstraktori omogućuju ponovljivu kontrolu amplitude, robustan rad 24/7 i skalabilna obrada od mililitara do industrijskih protoka.
Zašto proizvođači ekstrakata biraju Hielscher za DES ekstrakciju
- Viša učinkovitost ekstrakcije polifenola, flavonoida, kanabinoida, terpena, antocijanina i drugih bioaktivnih spojeva
- Brža ekstrakcija u usporedbi s konvencionalnom maceracijom i ekstrakcijom otapalom u miješanim spremnicima
- Kompatibilno s DES, NADES, glicerinom, vodom, etanolom i mješovitim otapalnim sustavima
- Učinkovita obrada visokoviskoznih otapala korištenjem sonikacije sondom velike amplitude
- Postavke serijske, recirkulacijske i kontinuirane obrade
- Precizna kontrola amplitude, unosa energije, temperature i vremena procesa
- Jednostavno skaliranje od ispitivanja izvedivosti do pilot i pune industrijske proizvodnje
Ultrazvučna ekstrakcija s (prirodnim) dubokim eutektičkim otapalima vrlo je učinkovita metoda za vrhunske botaničke ekstrakte. Slika prikazuje ultrazvučni procesor UP400St (400W) sa šaržom od 8L za botaničku ekstrakciju.
Zašto sonikacija poboljšava ekstrakciju DES-a i NADES-a
Ekstrakcija tipa ultrazvučne sonde korištenjem dubokih eutektičkih otapala i prirodnih dubokih eutektičkih otapala može ponuditi nekoliko prednosti za ekstrakciju bioaktivnih spojeva. Jedna od glavnih prednosti je povećana učinkovitost ekstrakcije fenolnih spojeva i drugih fitokemikalija iz prirodnih izvora. Duboka eutektička otapala poznata su po visokoj učinkovitosti ekstrakcije, koja se može čak i poboljšati ekstrakcijom potpomognutom ultrazvukom. Zbog svoje netoksičnosti odlična su opcija otapala za farmaceutske i prehrambene proizvode. To čini ultrazvučnu ekstrakciju korištenjem dubokih eutektičkih otapala zelenom i održivom metodom za oporavak bioaktivnih spojeva. Znanstveno je dokazano da sinergetska uporaba ultrazvuka s dubokim eutektičkim otapalima rezultira višim prinosima različitih bioaktivnih spojeva. Sve u svemu, ultrazvučna ekstrakcija pomoću dubokih eutektičkih otapala i prirodnih dubokih eutektičkih otapala pruža učinkovitiji i ekološki prihvatljiviji pristup ekstrakciji bioaktivnih spojeva.
Biljni glicerin idealno je otapalo za ekstrakciju zbog svojih netoksičnih, neiritirajućih svojstava i sposobnosti da očuva stabilnost i snagu osjetljivih bioaktivnih spojeva. Oba, čisti glicerin i mješavine glicerina i vode, korisna su otapala za proizvodnju ekstrakata za suplemente i nutraceutike, ekstrakata okusa, prehrambenih aditiva i kozmetike.
Biljni glicerin idealno je otapalo za ekstrakciju zbog svojih netoksičnih, neiritirajućih svojstava i sposobnosti da očuva stabilnost i snagu osjetljivih bioaktivnih spojeva. Oba, čisti glicerin i mješavine glicerina i vode, korisna su otapala za proizvodnju ekstrakata za suplemente i nutraceutike, ekstrakata okusa, prehrambenih aditiva i kozmetike.
Ultrazvučna ekstrakcija antocijanina pomoću DES-a
Anthocyanins are valuable natural pigments and antioxidants found in black carrots, berries, grapes, purple corn and other plant materials. Deep eutectic solvents are well suited for anthocyanin extraction because their hydrogen-bonding network can be adjusted to match the polarity and stability requirements of these color compounds. When combined with probe-type ultrasonication, DES extraction becomes significantly more efficient: ultrasonic cavitation disrupts plant cell structures, improves solvent penetration and accelerates the release of anthocyanins into the extraction medium. A study on black carrot anthocyanins using the sonicator UP400St show that choline chloride-based DES, especially when combined with ultrasound-assisted extraction, can provide a sustainable and effective alternative to conventional acidified ethanol or methanol extraction. (cf. Türker et al., 2021)
Ultrazvučna ekstrakcija polifenola pomoću DES-a
Polifenoli, uključujući flavonoide, fenolne kiseline i srodne antioksidativne spojeve, važni su ciljni molekuli u biljnim, prehrambenim, nutraceutskim i kozmetičkim ekstrakcijama. Duboko eutektična otapala na bazi glicerola posebno su privlačna za dobivanje polifenola jer njihova polariteta i sposobnost stvaranja vodikovih veza potiču otapanje fenolnih spojeva. Probe-ultrazvuk dodatno intenzivira proces povećanjem prijenosa tvari, smanjenjem vremena ekstrakcije i poboljšanjem kontakta između DES-a i biljne matrice.
A research study used a glycerol-ammonium acetate DES with ultrasound-assisted extraction under optimized parameters such as temperature, DES concentration and ultrasonic amplitude. The result demonstrated that ultrasonic DES extraction enabled efficient recovery of total phenols, flavonoids and antioxidant activity from chinaberry fruits, demonstrating the potential of ultrasonic extraction using DES as a green extraction method for industrial botanical processing. (cf. Jamshed et al., 2022)
- Visoko učinkovit
- brz proces
- Netoksičan
- Točno podesivo prema specifičnoj botanici
- Blagi uvjeti obrade
- Šaržni i protočni način rada
- Jednostavno i sigurno
- Ekološki/biorazgradivo
- Može se reciklirati
- Nezapaljivo
- Jeftin
- Lako dostupno
Što su duboka eutektička otapala (DES)?
Duboki eutektni otapala (DES) su mješavine najmanje jednog akceptora vodikovih spojeva (HBA) i jednog donora vodikovih spojeva (HBD), uključujući karboksilne kiseline i druge obnovljive spojeve. Prema Cai i sur. (2019), “jaka interakcija vodikovih veza između HBA i HBD najvažniji je faktor za formiranje DES-a.” [Cai i sur. 2019]
Za donore vodikove veze često se koriste spojevi kao što su šećeri, aminokiseline, karboksilne kiseline (npr. benzojeva kiselina, limunska kiselina, jantarna kiselina) ili amini (npr. urea, benzamid). Potencijal kemijske interakcije donora vodikove veze glavni je čimbenik koji pridonosi stvaranju i učinkovitosti dubokih eutektičkih otapala. Halidne soli kao što su kolin klorid ili cink klorid mogu se također koristiti u kombinaciji s donorima vodikove veze. Druga duboka eutektička otapala na bazi kolin klorida nastaju s malonskom kiselinom, fenolom ili glicerinom. Kao rezultat jakih interakcija vodikovih veza, talište dubokih eutektičkih otapala značajno je smanjeno u usporedbi s njihovim pojedinačnim komponentama. Za razliku od konvencionalnih otapala (npr. etanol, metanol, heksan, butan itd.), duboko eutektička otapala su nehlapljiva, što znači da imaju vrlo nizak tlak pare i stoga su teško zapaljiva. Toksičnost dubokih eutektičkih otapala je niska, njihova biorazgradivost je visoka, a potrebni prekursori su jeftini, lako i u izobilju dostupni kao i obnovljivi.
Prirodna duboka eutektička otapala (NADES) još su ekološki prihvatljivija budući da svi prethodnici potječu iz prirodnih izvora. Duboka eutektička otapala također nude podesivu solventnost na temelju kemije otopljene tvari i vrste koja se koristi za stvaranje dubokih eutektičkih otapala. Neka prirodna duboka eutektička otapala pokazuju visoku viskoznost i stoga nisu baš prikladna za šaržnu ekstrakciju. Međutim, prirodna duboka eutektička otapala veće viskoznosti mogu se uspješno primijeniti kao otapala u ultrazvučnoj protočnoj ekstrakciji.
Tablica u nastavku prikazuje nekoliko primjera sastava prirodnih dubokih eutektičkih otapala (NADES) za ekstrakciju fitokemikalija:
| NADES Sastav | Molarni omjer |
|---|---|
| Kolin klorid: mliječna kiselina | 1:2 |
| Kolin klorid: limunska kiselina: voda | 1:1:2 |
| Kolin klorid: jabučna kiselina: voda | 1:1:2 |
| Kolin klorid: vinska kiselina | 1:2 |
| Kolin klorid: glicerol | 1:2 |
| Kolin klorid: 1,2-propandiol | 1:3 |
| Kolin klorid: sorbitol | 1:1 |
| Kolin klorid:glukoza:voda | 2:1:1 |
| Kolin klorid: fruktoza: voda | 2:1:1 |
| Kolin klorid: urea | 1:2 |
Industrijski sonicator UIP4000hdT with flow cells for continuous inline extraction
Kako radi ultrazvučna ekstrakcija s dubokim eutektičkim otapalima?
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na sonomehaničkim učincima ultrazvuka visokog intenziteta i niske frekvencije. Za promicanje i intenziviranje ekstrakcije botaničkih spojeva (tj. bioaktivnih tvari) putem ultrazvučne obrade, ultrazvučni valovi velike snage spajaju se putem ultrazvučne sonde (koja se naziva i ultrazvučni rog ili sonotroda) u tekući medij, tj. kašu koja se sastoji od botaničke sirovine materijal i (prirodno) duboko eutektičko otapalo. Ultrazvučni valovi putuju kroz tekućinu i stvaraju naizmjenične cikluse niskog i visokog tlaka. Tijekom ciklusa niskog tlaka stvaraju se sitni vakuumski mjehurići (tzv. kavitacijski mjehurići), koji rastu tijekom nekoliko ciklusa tlaka. Tijekom tih ciklusa rasta mjehurića, otopljeni plinovi u tekućini ulaze u vakuumski mjehurić, tako da se vakuumski mjehurić pretvara u rastuće plinske mjehuriće. Nakon rasta tijekom nekoliko ciklusa, vakuumski mjehurići dosežu određenu veličinu pri kojoj ne mogu apsorbirati više energije, tako da snažno implodiraju tijekom ciklusa visokog tlaka. Imploziju mjehurića karakteriziraju intenzivne kavitacijske sile, uključujući vrlo visoku temperaturu i tlak koji dosežu do 4000 K odnosno 1000 atm; kao i odgovarajuće visoke razlike u temperaturi i tlaku. Ove ultrazvučno generirane turbulencije i sile smicanja razbijaju biljne stanice i oslobađaju unutarstanične bioaktivne spojeve u (prirodno) duboko eutektičko otapalo. Ultrazvučna ekstrakcija otvara staničnu strukturu biljaka i intenzivira prijenos mase između biljnog materijala i otapala. Sonikacija time promiče učinkovitost prirodnih dubokih eutektičkih otapala. Ultrazvučna ekstrakcija s (prirodnim) dubokim eutektičkim otapalima rezultira iznimno visokim prinosima u vrlo kratkom vremenu obrade.
Snažni ultrazvučni valovi remete staničnu strukturu biljaka, otpuštaju bioaktivne spojeve i potiču prijenos mase između biljnog materijala i otapala (npr. duboka eutektička otapala).
Kombinacija ultrazvučne ekstrakcije s (prirodnim) dubokim eutektičkim otapalima daje vam priliku kombinirati snagu ultrazvuka koja intenzivira proces s izvanrednim učincima otapanja i izvanrednom sposobnošću dizajniranja dubokih eutektičkih otapala. Zbog vrhunske učinkovitosti ultrazvučne ekstrakcije, ultrasonicators se također uspješno koriste za ekstrakciju vode.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o snažnoj aplikaciji ultrazvučne ekstrakcije pomoću dubokih eutektičkih otapala!
ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT (2kW) za proizvodnju botaničkih ekstrakata
Ultrazvučni ekstraktori za laboratorijske, pilotske i industrijske DES ekstrakcije
Ultrazvučna ekstrakcija je pouzdana tehnologija obrade, koja olakšava i ubrzava proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz raznih botaničkih, kao i svih drugih otapala. Ultrazvučna ekstrakcija vrlo je kompatibilna s (prirodnim) dubokim eutektičkim otapalima, koja su povoljna zbog svoje izvrsne moći otapanja, mogućnosti dizajna za ekstrakt, održivosti, biorazgradljivosti i ekološke prihvatljivosti. Kombinacija intenziviranja procesa ultrazvuka snage s prednostima (prirodnih) dubokih eutektičkih otapala daje ovoj procesnoj tehnologiji superiornost na mnogim razinama. Portfelj Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli raspon od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih sustava za ekstrakciju. Svi su oni naravno prikladni za ekstrakciju dubokim eutektičkim otapalima.
Naše dugogodišnje iskusno osoblje pomoći će vam od testova izvedivosti i optimizacije procesa do instalacije vašeg ultrazvučnog sustava na razini konačne proizvodnje.
| Volumen ekstrakcije | Preporučeni sonikator |
|---|---|
| Razvoj metode, R&D, ispitivanje | UP100H (100W), UP200 Ht (200 W), UP400St (400W) |
| Viske DES/NADES serije | UIP500hdT (500W), UIP1000hdT (1000W) |
| Pilot proizvodnja | UIP1000hdT ili UIP2000hdT (2000W) |
| Kontinuirano industrijsko vađenje | UIP4000hdT (4000W), UIP6000hdT (6000W), UIP16000hdT (16kW) ili skupine |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Iskoristite prednost ultrazvučne ekstrakcije i koristite Hielscher sonikator za botaničku ekstrakciju s neusporedivom učinkovitošću i održivošću!
Iskoristite prednost ultrazvučne ekstrakcije i koristite Hielscher sonikator za botaničku ekstrakciju s neusporedivom učinkovitošću i održivošću!
Glicerin (glicerol) može očuvati cjelovitost bioaktivnih spojeva, u kombinaciji sa svojom netoksičnom i biorazgradivom prirodom, čini ga atraktivnim otapalom za farmaceutsku, kozmetičku i prehrambenu industriju. U kombinaciji s blagim uvjetima ekstrakcije ultrazvukom, ultrazvučni ekstrakti glicerina pokazuju izvrsnu kvalitetu i bioraspoloživost. Proces sonikacije osigurava najveću učinkovitost što rezultira visokim prinosima, smanjenim vremenom ekstrakcije i niskim troškovima obrade! Upotrijebite otapalo po svom izboru, postignite izvrsne prinose ekstrakcije i vrhunsku kvalitetu ekstrakta s Hielscher sonikatorima!
Često postavljana pitanja o ultrazvučnoj ekstrakciji dubokih eutektika
Što je ultrazvučna ekstrakcija dubokih eutektika?
Ultrazvučna ekstrakcija s dubokim eutekticima otapalima kombinira sonikaciju tipa sonde s DES ili NADES sustavima otapala. Ultrazvučna sonda uvodi visokointenzivne zvučne valove u suspenziju biljka-otapalo. Rezultirajuća kavitacija razara strukture biljne stanice, poboljšava prodiranje otapala i ubrzava prijenos bioaktivnih spojeva u duboko eutaktičko otapalo.
Zašto koristiti ultrazvuk za DES i NADES ekstrakciju?
Ultrazvuk poboljšava DES i NADES ekstrakciju povećavajući prijenos mase, smanjujući vrijeme ekstrakcije i pomažući otapalu da učinkovitije dosegne unutarnje spojeve stanica. To je posebno korisno za biljne materijale gdje su ciljani spojevi zarobljeni unutar stanica biljaka, vlakana ili smolastih struktura.
Koji spojevi se mogu ekstrahirati DES i NADES upotrebom sonikacije?
Ultrazvučna ekstrakcija DES-a i NADES-a može se koristiti za mnoge bioaktivne spojeve, uključujući polifenole, flavonoide, antocijanine, terpene, kanabinoide, alkaloide, antioksidanse, pigmente, aromatične spojeve i druge fitokemikalije. Sastav otapala treba odabrati prema polaritetu, stabilnosti i topljivosti ciljanog spoja.
Jesu li duboka eutektička otapala kompatibilna s Hielscherovim ultrazvučnim ekstraktorima?
Da. Hielscherovi sonicatori tipa sonde pogodni su za ekstrakciju pomoću dubokih eutekticnih otapala, prirodnih dubokih eutekticnih otapala, otopinskih sustava na bazi glicerina, vode, etanola i mnogih drugih medija za ekstrakciju. Za viskozne DES ili NADES sustave posebno je koristan snažan sonicator s sondom jer omogućuje intenzivno miješanje, kavitaciju i prijenos tvari izravno u tekućini.
Može li ultrazvučni DES postupak ekstrakcije obraditi viskozna otapala?
Yes. Many DES and NADES formulations have higher viscosity than conventional solvents. Hielscher ultrasonic processors are well suited for viscous extraction media because the sonotrode introduces high-amplitude ultrasound directly into the solvent-material mixture. For larger volumes or continuous processing, flow-through reactors can improve mixing, heat control and process uniformity.
Is ultrasonic DES extraction suitable for food, nutraceutical and cosmetic production?
Yes. DES and NADES are often selected for applications where low volatility, reduced solvent hazards and tunable extraction performance are important. Depending on the selected solvent components and regulatory requirements, ultrasonic DES extraction can be used for food ingredients, nutraceutical extracts, cosmetic actives, botanical concentrates and research-grade extracts.
Can ultrasonic extraction with DES be scaled up?
Da. Ultrazvučna ekstrakcija je vrlo skalabilna jer se isti parametri procesa – poput amplitude, unosa energije, vremena zadržavanja, temperature i omjera krute i tekuće tvari – mogu prenijeti iz laboratorijskih ispitivanja u pilot i industrijsku proizvodnju. Hielscher isporučuje ultrazvučne ekstraktore za male laboratorijske uzorke, optimizaciju na stolu, pilot serije i kontinuiranu industrijsku ekstrakciju protokom.
Trebam li koristiti serijsku ili inline ultrazvučnu ekstrakciju za DES procese?
Ekstrakcija u serijama često je najbolja za laboratorijska ispitivanja, testiranje formulacija i male proizvodne količine. Inline ultrazvučna ekstrakcija obično se preferira za pilot i industrijsku proizvodnju jer omogućuje kontrolirano vrijeme zadržavanja, poboljšanu ponovljivost, lakše hlađenje i kontinuirani protok. Najbolja postavka ovisi o viskoznosti, biljnom materijalu, omjeru otapala, ciljnom spoju i proizvodnom kapacitetu.
Kako odabrati pravi ultrazvučni ekstraktor za ekstrakciju DES-a?
Pravi ultrazvučni ekstraktor ovisi o volumenu uzorka, veličini serije, protoku, viskoznosti otapala, ciljanom spoju, temperaturi ekstrakcije i proizvodnom cilju. Male laboratorijske jedinice pogodne su za razvoj metoda, dok se ultrazvučni uređaji UIP-serije koriste za pilot-skalu i proizvodnu skalu DES ekstrakcije. Hielscher može preporučiti konfiguraciju na temelju vašeg sirovog materijala, sustava otapala i potrebnog protoka.
Koji su procesni parametri važni za ultrazvučnu DES ekstrakciju?
Important parameters include ultrasonic amplitude, energy input, extraction time, temperature, DES or NADES composition, water content, solid-liquid ratio, particle size, viscosity and flow rate. These parameters should be optimized for each botanical material and target compound to achieve high yield, good extract quality and reproducible production.
Literatura / Reference
- Türker, D.A., Doğan, M. (2021): Application of deep eutectic solvents as a green and biodegradable media for extraction of anthocyanin from black carrots. LWT – Food Science and Technology, Volume 138, March 2021.
- Duygu Aslan Türker, Mahmut Doğan (2022): Ultrasound-assisted natural deep eutectic solvent extraction of anthocyanin from black carrots: Optimization, cytotoxicity, in-vitro bioavailability and stability. Food and Bioproducts Processing, Volume 132, 2022. 99-113.
- Sumbal Jamshed, 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.
- Křížek, et al. (2018): Menthol-based Hydrophobic Deep Eutectic Solvents: Towards Greener and Efficient Extraction of Phytocannabinoids. Journal of Cleaner Production, 193, 2018. 391-396.
- Chemat F, et al. (2019): Review of Alternative Solvents for Green Extraction of Food and Natural Products: Panorama, Principles, Applications and Prospects. Molecules, vol.24, no.16, 2019. 3007.
- Lores, H.; Romero, Vanesa; Costas Mora, Isabel; Bendicho, Carlos; Lavilla, Isela (2016): Natural deep eutectic solvents in combination with ultrasonic energy as a green approach for solubilisation of proteins: application to gluten determination by immunoassay. Talanta 2017. 453-459.
- Cai, et al. (2019): Green Extraction of Cannabidiol from Industrial Hemp (Cannabis sativa L.) Using Deep Eutectic Solvents Coupled with Further Enrichment and Recovery by Macroporous Resin. Journal of Molecular Liquids, 2019.
High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.