Ultrahangos extrakció mély eutektikus oldószerekkel

A mély eutektikus oldószerek (DES) és a természetes mély eutektikus oldószerek (NADES) hatékony, beállítható és környezetbarát extrakciós közegek növényi anyagok, élelmiszerek, táplálékkiegészítők, kozmetikumok és gyógyszeripari összetevők esetében. A Hielscher szondás ultrahangos készülékei fokozzák a DES-kivonást azáltal, hogy felgyorsítják a tömegátvitelt, felbomlasztják a növényi sejtek szerkezetét és javítják az oldószer behatolását – még olyan viszkózus oldószerrendszerekkel is, mint a glicerin-alapú NADES.

Akár laboratóriumi körülmények között vizsgálja az oldószeres készítményeket, akár egy adott fitokémiai anyag kivonási paramétereit optimalizálja, akár a folyamatos, gyártósorba integrált termelésre való átállásra készül, a Hielscher ultrahangos kivonók reprodukálható amplitúdó-szabályozást, megbízható, éjjel-nappal működő üzemeltetést, valamint a milliliteres mennyiségektől az ipari áramlási sebességekig terjedő, méretezhető feldolgozást biztosítanak.

Miért választják a kivonatgyártók a Hielschert a DES-kivonáshoz?

• A polifenolok, flavonoidok, kannabinoidok, terpének, antocianinok és egyéb bioaktív vegyületek hatékonyabb kivonása
• Gyorsabb extrakció a hagyományos macerációhoz és a kevert tartályos oldószeres extrakcióhoz képest
• Kompatibilis DES-szel, NADES-szel, glicerinnel, vízzel, etanollal és vegyes oldószerrendszerekkel
• Nagy viszkozitású oldószerek hatékony feldolgozása nagy amplitúdójú szondás ultrahangos kezeléssel
• Kötegelt, recirkulációs és folyamatos átfolyásos rendszerek
• Az amplitúdó, az energiafelvétel, a hőmérséklet és a feldolgozási idő pontos szabályozása
• Könnyű méretnövelés a megvalósíthatósági vizsgálattól a kísérleti gyártáson át a teljes körű ipari gyártásig

Miért javítja az ultrahangos kezelés a DES és a NADES kivonását?

Ultrahangos szonda típusú extrakció mély eutektikus oldószerek és természetes mély eutektikus oldószerek használata számos előnyt kínál a bioaktív vegyületek extrakciójához. Az egyik fő előny a fenolos vegyületek és más fitokemikáliák természetes forrásokból történő kivonásának fokozott hatékonysága. A mély eutektikus oldószerek ismertek a magas extrakciós hatékonyságról, amelyet ultrahanggal segített extrakcióval még fokozhatunk. Nem toxicitásuk miatt kiváló oldószer választás a gyógyszeripari és élelmiszeripari termékek számára. Ez teszi az ultrahangos extrakciót mély eutektikus oldószerekkel zöld és fenntartható módszer a bioaktív vegyületek visszanyerésére. Az ultrahangos kezelés szinergikus alkalmazása mély eutektikus oldószerekkel tudományosan bizonyított, hogy a különböző bioaktív vegyületek magasabb hozamát eredményezi. Összességében az ultrahangos szonda típusú extrakció mély eutektikus oldószerekkel és természetes mély eutektikus oldószerekkel hatékonyabb és környezetbarátabb megközelítést biztosít a bioaktív vegyületek kivonásához.

Antocianinok ultrahangos kivonása DES-sel

Az antocianinok értékes természetes színezékek és antioxidánsok, amelyek a fekete sárgarépában, a bogyós gyümölcsökben, a szőlőben, a lila kukoricában és más növényi anyagokban találhatók. A mély eutektikus oldószerek kiválóan alkalmasak az antocianinok kivonására, mivel hidrogénkötéses hálózatuk úgy alakítható, hogy megfeleljen ezeknek a színezővegyületeknek a polaritási és stabilitási követelményeinek. Sondás ultrahanggal kombinálva a DES-kivonás jelentősen hatékonyabbá válik: az ultrahangos kavitáció felbomlasztja a növényi sejtszerkezeteket, javítja az oldószer behatolását és felgyorsítja az antocianinok felszabadulását a kivonó közegbe. A fekete sárgarépa antocianinjaival kapcsolatos, az UP400St ultrahangos készüléket alkalmazó tanulmány kimutatja, hogy a kolin-klorid alapú DES, különösen ultrahangos extrakcióval kombinálva, fenntartható és hatékony alternatívát jelenthet a hagyományos savasított etanol- vagy metanol-extrakcióval szemben. (vö. Türker et al., 2021)

Polifenolok ultrahangos kivonása DES-sel

A polifenolok – ideértve a flavonoidokat, a fenolsavakat és a kapcsolódó antioxidáns vegyületeket – fontos célmolekulák a növényi, élelmiszeripari, táplálékkiegészítő-ipari és kozmetikai kivonási folyamatokban. A glicerin-alapú mély eutektikus oldószerek különösen vonzóak a polifenolok kinyeréséhez, mivel polaritásuk és hidrogénkötési képességük elősegíti a fenolos vegyületek oldhatóságát. A szondás ultrahang tovább fokozza a folyamatot azáltal, hogy növeli a tömegátvitelt, csökkenti az extrakciós időt és javítja a kapcsolatot a DES és a növényi mátrix között.
Egy kutatási tanulmányban glicerin-ammónium-acetát DES-t alkalmaztak ultrahangos extrakcióval, optimalizált paraméterek – például hőmérséklet, DES-koncentráció és ultrahangos amplitúdó – mellett. Az eredmények bizonyították, hogy az ultrahangos DES-kivonás hatékonyan lehetővé tette a teljes fenol-, flavonoid- és antioxidáns-tartalom kinyerését a kínai szilva gyümölcséből, igazolva az ultrahangos DES-kivonás potenciálját, mint környezetbarát kivonási módszert az ipari növényi feldolgozásban. (vö. Jamshed et al., 2022)

Mik azok a mély eutektikus oldószerek (DES)?

A mély eutektikus oldószerek (DES-ek) legalább egy hidrogénkötés-elfogadó (HBA) és egy hidrogénkötés-adó (HBD) keverékei, ideértve a karbonsavakat és más megújuló vegyületeket is. Cai és társai (2019) szerint, “A HBA és a HBD közötti erős hidrogénkötéses kölcsönhatás a DES-ek kialakulásának legfontosabb tényezője.” [Cai és társai 2019]
A hidrogénkötés-donorokhoz gyakran használnak olyan vegyületeket, mint a cukrok, aminosavak, karbonsavak (pl. Benzoesav, citromsav, borostyánkősav) vagy aminok (pl. Karbamid, benzamid). A hidrogénkötés-donorok kémiai kölcsönhatási potenciálja a fő tényező, amely hozzájárul a mély eutektikus oldószerek kialakulásához és hatékonyságához. Halogenidsók, például kolin-klorid vagy cink-klorid is használhatók a hidrogénkötés-donorokkal együtt. Más kolin-klorid alapú mély eutektikus oldószereket malonsavval, fenollal vagy glicerinnel képezünk. Az erős hidrogénkötési kölcsönhatások eredményeként a mély eutektikus oldószerek olvadáspontja jelentősen csökken az egyes komponensekhez képest. A hagyományos oldószerekkel (pl. etanol, metanol, hexán, bután stb.) ellentétben a mély eutektikus oldószerek nem illékonyak, ami azt jelenti, hogy nagyon alacsony gőznyomással rendelkeznek, és ezért alig gyúlékonyak. A mély eutektikus oldószerek toxicitása alacsony, biológiai lebonthatóságuk magas, és a szükséges prekurzorok olcsók, könnyen és bőségesen rendelkezésre állnak, valamint megújulóak.
A természetes mély eutektikus oldószerek (NADES) még környezetbarátabbak, mivel minden prekurzor természetes forrásból származik. A mély eutektikus oldószerek hangolható fizetőképességet is kínálnak az oldott anyag kémiája és a mély eutektikus oldószerek előállításához használt fajták alapján. Néhány természetes mély eutektikus oldószer nagy viszkozitást mutat, ezért nem nagyon alkalmasak szakaszos extrakcióra. Azonban a természetes mély eutektikus oldószerek nagyobb viszkozitással sikeresen alkalmazhatók oldószerként az ultrahangos átfolyásos extrakcióban.

Az alábbi táblázat a természetes mély eutektikus oldószerek (NADES) néhány példaértékű összetételét mutatja be a fitokemikáliák kivonására:

Hogyan működik az ultrahangos extrakció mély eutektikus oldószerekkel?

Az ultrahangos extrakció a nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang szonomechanikai hatásain alapul. A botanikai vegyületek (azaz bioaktív anyagok) ultrahangos kezeléssel történő extrakciójának elősegítése és fokozása érdekében a nagy teljesítményű ultrahanghullámokat ultrahangos szondán keresztül (más néven ultrahangos kürt vagy sonotrode) összekapcsolják a folyékony közegbe, azaz a botanikai nyersanyagból és a (természetes) mély eutektikus oldószerből álló szuszpenziót. Az ultrahanghullámok áthaladnak a folyadékon, és váltakozó alacsony nyomású / nagynyomású ciklusokat hoznak létre. Az alacsony nyomású ciklusok során apró vákuumbuborékok (úgynevezett kavitációs buborékok) jönnek létre, amelyek több nyomásciklus alatt nőnek. A buboréknövekedési ciklusok során a folyadékban oldott gázok belépnek a vákuumbuborékba, így a vákuumbuborék növekvő gázbuborékokká alakul át. Több cikluson keresztül történő növekedés után a vákuumbuborékok elérnek egy bizonyos méretet, amelynél nem tudnak több energiát elnyelni, így hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus alatt. A buborék implóziót intenzív kavitációs erők jellemzik, beleértve a nagyon magas hőmérsékletet és a 4000 K-t és 1000 atm-et elérő nyomást; valamint a megfelelő magas hőmérséklet- és nyomáskülönbségek. Ezek az ultrahanggal generált turbulenciák és nyíróerők feltörik a növényi sejteket, és felszabadítják az intracelluláris bioaktív vegyületeket a (természetes) mély eutektikus oldószerbe. Az ultrahangos extrakció megnyitja a botanikai sejtek szerkezetét, és fokozza a növényi anyag és az oldószer közötti tömegátadást. A szonikálás ezáltal elősegíti a természetes mély eutektikus oldószerek hatékonyságát. Az ultrahangos extrakció (természetes) mély eutektikus oldószerekkel rendkívül magas hozamot eredményez nagyon rövid feldolgozási idő alatt.

A teljesítmény ultrahanghullámok megzavarják a botanikai anyagok sejtszerkezetét, felszabadítják a bioaktív vegyületeket és elősegítik a növényi anyag és az oldószer közötti tömegátadást (pl. Mély eutektikus oldószerek).

Az ultrahangos extrakció és a (természetes) mély eutektikus oldószerek kombinációja lehetőséget ad arra, hogy kombinálja az ultrahang folyamatfokozó erejét a mély eutektikus oldószerek figyelemre méltó oldódó hatásával és kiemelkedő tervezhetőségével. Az ultrahangos extrakció kiváló hatékonysága miatt Az ultrahangos készülékeket sikeresen használják a víz kivonására is.
Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy többet megtudjon a mély eutektikus oldószereket használó erőteljes ultrahangos extrakciós alkalmazásról!

Ultrahangos extrakciós berendezések laboratóriumi, kísérleti és ipari DES-extrakcióhoz

Az ultrahangos extrakció megbízható feldolgozási technológia, amely megkönnyíti és felgyorsítja a kiváló minőségű kivonatok előállítását különböző botanikai és bármilyen oldószerből. Az ultrahangos extrakció nagyon kompatibilis a (természetes) mély eutektikus oldószerekkel, amelyek kedvezőek a kiváló oldóképességük, a kivonat tervezhetősége, fenntarthatósága, biológiai lebonthatósága és környezetbarátsága miatt. A teljesítmény ultrahang folyamatintenzívebbé tételének kombinációja a (természetes) mély eutektikus oldószerek előnyeivel több szinten is fölényt biztosít ennek a folyamattechnológiának. A Hielscher Ultrasonics portfólió lefedi a teljes tartományt a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az ipari extrakciós rendszerekig. Természetesen mindegyik alkalmas mély eutektikus oldószerekkel történő extrakcióra.
Hosszú ideje tapasztalt munkatársaink segítenek Önnek a megvalósíthatósági tesztektől és a folyamat optimalizálásától az ultrahangos rendszer végső gyártási szinten történő telepítéséig.