Glicerin kao otapalo za ultrazvučnu ekstrakciju
Glicerin ili glicerol može se upotrebljavati u čistom obliku (100%) ili kao smjesa glicerina i vode ili etanola za ekstrakciju iz biljnog materijala. Saznajte više o prednostima upotrebe glicerina kao ekstrakcijskog otapala u postupcima sonikacije.
Ekstrakcija iz biljnog materijala u glicerinu primjenom sonikacije
Ekstrakcija iz biljnog materijala temeljni je postupak u analitičkoj kemiji, biokemiji i istraživanju prirodnih proizvoda, usmjeren na izolaciju određenih sastojaka iz složenih smjesa. Tradicionalne metode ekstrakcije, poput maceracije ili Soxhletove ekstrakcije, često zahtijevaju dugo vrijeme obrade i upotrebu organskih otapala, koja mogu predstavljati rizik za okoliš i zdravlje. U posljednjem desetljeću ultrazvučna ekstrakcija zamijenila je tradicionalne tehnike ekstrakcije poput maceracije, Soxhletove ekstrakcije i ekstrakcije otapalima jer je sonikacija učinkovitija u pogledu utrošenih resursa, brža, djelotvornija i prihvatljivija za okoliš. Osim tih prednosti ultrazvučne ekstrakcije, ova tehnika omogućuje upotrebu otapala po izboru. Ultrazvučni ekstraktori mogu obrađivati čak i čisti biljni glicerin kao otapalo.
Ultrazvučni homogenizator UP400ST za ekstrakciju iz bilja uz upotrebu glicerina kao otapala.
Kako rade ultrazvučni uređaji sa sondom za ekstrakciju?
Sonikatori koji se upotrebljavaju za ekstrakciju iz biljnog materijala iskorištavaju snagu intenzivnog ultrazvuka. Putem ultrazvučne sonde ultrazvuk visokog intenziteta prenosi se u otapalo, u kojem nastaju brojni kavitacijski mjehurići. Brzo nastajanje i urušavanje mikroskopskih kavitacijskih mjehurića stvaraju smične sile i intenzivno miješanje te lokalno visoke temperature i tlakove. Te sonomehaničke sile učinkovito razaraju stanične stijenke i olakšavaju oslobađanje unutarstaničnih spojeva. Ova tehnika ekstrakcije intenzivirana ultrazvukom nudi nekoliko prednosti, uključujući kraće vrijeme ekstrakcije, veći prinos i mogućnost obrade termolabilnih tvari bez značajne razgradnje.
Biljni glicerin kao ekstrakcijsko otapalo
Biljni glicerin, bezbojna i viskozna tekućina bez mirisa dobivena iz biljnih ulja, široko je poznat po svojim svojstvima otapala. Netoksičan je, biorazgradiv i izvrsno otapa širok raspon organskih spojeva. Kao otapalo, biljni glicerin nudi nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalna organska otapala:
- Sigurnost i utjecaj na okoliš: Glicerin je netoksičan i neškodljiv za okoliš, što ga čini poželjnijim izborom za primjene u zelenoj kemiji.
- Prehrambena i farmaceutska kvaliteta: Biljni glicerin dostupan je u prehrambenoj i farmaceutskoj kvaliteti. Budući da ne sadrži alkohol, jestiv je i slatkog je okusa, glicerin je cijenjeno otapalo za ekstrakte namijenjene hrani i farmaceutskim proizvodima. U kozmetici je glicerin cijenjeno otapalo zbog svojih emolijentnih svojstava.
- Topljivost: Može otapati i hidrofilne i hidrofobne tvari, čime se proširuje raspon spojeva koji se mogu ekstrahirati.
- Stabilnost: Glicerin je kemijski stabilan, što pomaže očuvati cjelovitost osjetljivih spojeva tijekom ekstrakcije.
Ultrazvučni uređaj UIP1000hdT za ekstrakciju iz biljnog materijala.
Protokol: Ultrazvučna ekstrakcija iz listova bilja u glicerin
U ovom protokolu vodimo vas kroz korake ultrazvučne ekstrakcije bioaktivnih spojeva iz listova bilja u čisti glicerin. Možete pogledati popratni videozapis iznad kako biste dobili vizualni uvid u postupak ultrazvučne ekstrakcije.
Potrebno vam je:
- svježe ili osušeno bilje
- 100% biljni glicerin
- sonikator sa sondom, npr. UP400St sa sonotrodom S24d22L2D
- staklena laboratorijska čaša
- boca od tamnog stakla za pohranu
Upute korak po korak
- Usitnite listove bilja na male komadiće (približno 5x5mm).
- Stavite listove bilja u staklenu laboratorijsku čašu.
- Dodajte glicerin. Možete ostaviti bilje da se namače nekoliko minuta.
- Uronite sondu sonikatora u čašu. Postavite sondu u sredinu čaše i pazite da sonotroda ne dodiruje stijenke posude.
- Postavite amplitudu na 100% i pokrenite sonikaciju.
- Pratite temperaturu pomoću temperaturnog senzora koji se isporučuje uz UP400St.
- Kada temperatura poraste iznad temperature koju ne želite prekoračiti, možete privremeno zaustaviti sonikator kako bi se suspenzija u glicerinu ohladila. U izborniku uređaja UP400St možete postaviti temperaturno ograničenje. Osim toga, staklenu čašu možete staviti u ledenu kupelj.
- Provodite sonikaciju do ukupnog unosa energije od približno 200–250 Ws/g. (Ciljani unos energije možete postaviti u izborniku uređaja UP400ST i svih digitalnih sonikatora Hielscher.)
- Nakon sonikacije filtracijom uklonite iscrpljeni biljni materijal iz glicerina. Možete upotrijebiti cjedilo, filtarski papir ili sirarsku gazu. Kako biste olakšali filtraciju viskoznog glicerina, primijenite vakuumsku filtraciju.
Rješavanje poteškoća i savjeti:
Što je glicerin hladniji, to je njegova viskoznost veća. Vrlo viskozne tekućine zahtijevaju snažniji sonikator. Sonikator UP400St snage 400 vata s lakoćom obrađuje 100% glicerin na sobnoj temperaturi. Ako upotrebljavate sonikator manje snage, mogli biste upotrijebiti smjesu glicerina i vode (npr. 50:50 %v/v).
Za hladni glicerin, industrijski sonikator poput ultrazvučnog procesora UIP1000hdT snage 1000 vata idealan je za obradu vrlo viskoznih otapala.
Protokol: ekstrakcija fitokemikalija iz korijena encijana
Praktična primjena smjesa glicerina i vode u ultrazvučnoj ekstrakciji biljnih tvari prikazana je izolacijom fitokemikalija poput amarogentina iz korijena encijana u 50% glicerinu pomoću sonikatora Hielscher UP200Ht. Korijen encijana sadrži gorke aromatske spojeve koji su zanimljivi industriji hrane i pića, kao i tradicionalnoj medicini.
Amarogentin ima vrijednost gorčine od 58.000.000 i prisutan je u korijenu encijana u koncentraciji od 0,15%. Gorčinu encijana odlikuje čist okus. Zbog izrazite djelotvornosti, gorki spojevi iz korijena encijana cijenjeni su kao snažna aromatska tvar.
Detaljne upute za ultrazvučnu ekstrakciju korijena encijana uz upotrebu glicerina kao otapala
Upotreba smjese glicerina i vode u kombinaciji sa sonikatorom UP200Ht visokih performansi rezultira visokim prinosom ekstrahiranih fitokemikalija. Blagi uvjeti koje pruža glicerin osiguravaju da osjetljivi spojevi ostanu stabilni tijekom cijelog postupka.
Glicerin i njegove smjese s vodom ili etanolom pružaju raznovrsne mogućnosti odabira otapala za ultrazvučnu ekstrakciju biljnih tvari. Unatoč izazovima koje predstavlja visoka viskoznost glicerina, napredna oprema za sonikaciju poput uređaja Hielscher UP200Ht može učinkovito obrađivati ta otapala, osiguravajući učinkovitu ekstrakciju vrijednih fitokemikalija. Mogućnost prilagodbe sastava otapala i iskorištavanja snage ultrazvučnih valova čini ekstrakciju potpomognutu ultrazvukom snažnom tehnikom za izolaciju bioaktivnih spojeva iz biljnih materijala.
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija u glicerinu
Kombiniranje ultrazvučnih uređaja sa sondom i biljnog glicerina kao otapala predstavlja učinkovit pristup ekstrakciji. Mehanički učinci ultrazvučne obrade pospješuju prijenos mase, čime poboljšavaju učinkovitost glicerina u otapanju ciljanih spojeva. Ova je kombinacija osobito učinkovita za ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz biljnih materijala, poput polifenola, alkaloida i eteričnih ulja.
Primjene ultrazvučne ekstrakcije biljnih tvari u glicerinu
Ova tehnika ekstrakcije ima obećavajuće primjene u različitim područjima:
- Farmaceutika: Izolacija djelatnih farmaceutskih tvari iz ljekovitog bilja.
- Prehrambena industrija: Ekstrakcija prirodnih aroma, bojila i antioksidansa.
- Kozmetika: Proizvodnja bioaktivnih spojeva za proizvode za njegu kože i uljepšavanje.
- Duboka eutektička otapala Zbog niske cijene, velike dostupnosti, netoksičnosti, nezapaljivosti i nehlapljivosti, glicerol i duboka eutektička otapala na bazi glicerola idealni su za ultrazvučnu ekstrakciju polifenola te nude vrlo održivo rješenje.
- visoka učinkovitost
- najsuvremenija tehnologija
- pouzdanost i robusnost
- podesivo, precizno upravljanje procesom
- šaržna obrada i obrada u protoku
- za bilo koji volumen
- inteligentan softver
- pametne značajke (npr. mogućnost programiranja, bilježenje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavno i sigurno rukovanje
- mali zahtjevi za održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj
Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics je tvrtka s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su zahtjevima za oznaku CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Sonikator MSR-4 s 4x 4kW ultrazvučnim sondama (ukupna ultrazvučna snaga 16kW) za industrijsku ekstrakciju bioaktivnih spojeva.
Literatura / Reference
- 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.
Korisne činjenice o glicerinu
Što je glicerin? Glicerin, poznat i kao glicerol, trovalentni je alkohol visoke topljivosti u vodi i higroskopnosti. To ga čini svestranim otapalom za različite primjene. Viskoznost biljnog glicerina iznosi približno 1400 centipoise pri 20ºC. Glicerin je netoksičan, biorazgradiv i može se reciklirati. Proizvodi se iz obnovljivih izvora, što ga čini ekološki prihvatljivim otapalom. Budući da je glicerin jeftin i vrlo dostupan, široko se upotrebljava u različitim industrijama. Njegova nezapaljivost i nehlapljivost čine ga sigurnim za rukovanje i skladištenje.
Glicerin je topljiv u vodi, etanolu i metanolu, što proširuje njegovu primjenjivost kao otapala u različitim kemijskim procesima.
Za koje se primjene glicerin upotrebljava kao otapalo?
Glicerin je cijenjen zbog svojih raznovrsnih primjena u prehrambenoj i kozmetičkoj industriji. Upotreba glicerina kao otapala jedna je od njegovih glavnih primjena zahvaljujući njegovim kemijskim svojstvima i velikoj svestranosti kao otapala.
U kozmetici i medicini: U kozmetici i medicini glicerin se često upotrebljava kao emolijens u kremama i gelnim formulacijama. Djeluje kao otapalo za mnoge slabo topljive tvari, povećavajući njihovu bioraspoloživost. Učinkovitost glicerina u ovim primjenama proizlazi iz njegove kemijske prirode trovalentnog alkohola, koja mu daje visoku topljivost u vodi i higroskopnost.
U hrani i pićima: Glicerin ima više uloga u industriji hrane i pića. Djeluje kao humektans, otapalo i sladilo te pridonosi očuvanju hrane. Upotrebljava se i kao punilo u industrijski pripremljenoj hrani s niskim udjelom masti, poput keksa, te kao zgušnjivač u likerima.
Svojstva poliola: Glicerin, poliol (šećerni alkohol), poznat je po tome što je netoksičan, biorazgradiv i može se reciklirati. Proizvodi se iz obnovljivih izvora i djeluje kao polarno protično otapalo zahvaljujući svojoj strukturi trohidroksilnog alkohola. Zbog toga je izrazito hidrofilan i topljiv u vodi, etanolu i metanolu.
Suotapalo za ekstrakciju vodom: Glicerin je učinkovito suotapalo za postupke ekstrakcije vodom, osobito poznato po svojoj učinkovitosti u dobivanju polifenolnih ekstrakata.
Koja je uloga glicerina u ultrazvučnoj ekstrakciji?
Glicerin, poznat i kao glicerol, bezbojna je viskozna tekućina bez mirisa koja se široko upotrebljava kao otapalo u ekstrakciji biljnih tvari. Njegova jedinstvena svojstva čine ga osobito prikladnim za ekstrakciju osjetljivih fitokemikalija koje bi se mogle razgraditi u oštrijim uvjetima. Ta sposobnost glicerina da očuva cjelovitost bioaktivnih spojeva, u kombinaciji s njegovom netoksičnošću i biorazgradivošću, čini ga privlačnim otapalom za farmaceutsku, kozmetičku i prehrambenu industriju. Iako se čisti glicerin često upotrebljava kao ekstrakcijsko otapalo, miješa se i s vodom ili etanolom u različitim omjerima.
Smjese glicerina i vode: Miješanje glicerina s vodom smanjuje viskoznost otopine, čime se povećava učinkovitost kavitacije tijekom ultrazvučne ekstrakcije. Tipična smjesa mogla bi se sastojati od 50% glicerina i 50% vode, čime se postiže ravnoteža između viskoznosti i učinkovitosti otapala. Ta je kombinacija osobito učinkovita za ekstrakciju spojeva poput gorkih tvari iz korijena sirištare, kako je pokazano u postupcima sonikacije.
Smjese glicerina i etanola: Dodavanjem etanola glicerinu nastaje smjesa otapala niže viskoznosti i poboljšanih svojstava otapanja. Etanol, kao dobro otapalo za mnoge fitokemikalije, pridonosi učinkovitijoj ekstrakciji spojeva, dok glicerinska komponenta osigurava stabilnost i biokompatibilnost konačnog ekstrakta.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi u veličinama od laboratorijskih do industrijskih.