Oldószerek növények ultrahangos extrakciójához

• Az ultrahangos extrakció számos előnnyel jár, például nagy kihozatallal, gyors extrakcióval, környezetbarát működéssel és alacsony energiafogyasztással.
• Az egyik legjelentősebb előny a víz extrakciós közegként való használata. Az ultrahangos kezelés azonban sokféle oldószerrendszerrel alkalmazható, hogy a kívánt kivonat esetében kiválóbb eredményeket biztosítson.
• A növényi bioaktív anyagok ultrahangos extrakciójához optimális oldószert a nyersanyag figyelembevételével választják ki.

Ultrahangos extrakció

Az ultrahang közismerten megbontja a sejtszerkezeteket és javítja az anyagátadást, ezáltal növeli a biológiai vegyületek (pl. fenolos vegyületek, karotinoidok) extrahálhatóságát.
Mivel az ultrahangos kezelés mechanikai hatásai a jobb anyagátadás révén nagymértékben fokozzák az extrakciós folyamatot, a szerves oldószerek használata gyakran felesleges. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos extrakcióhoz gyakran elegendő extrakciós közeg a víz, amelynek számos előnye van: olcsó, nem veszélyes, könnyen hozzáférhető és környezetbarát.
Bizonyos bioaktív vegyületek esetében azonban a legjobb eredményeket az ultrahangos extrakció és egy illékony oldószer együttes alkalmazásával lehet elérni.
A megfelelő oldószer kiválasztásához figyelembe kell venni a nyersanyagot (pl. friss vagy szárított, macerált/őrölt vagy porított növényi anyag) és a kinyerni kívánt anyagokat (pl. lipofil, hidrofil).
 

Az alábbi táblázat több olyan bevált extrakciós oldószert sorol fel, amelyet növényi anyagok ultrahangos extrakciójához használnak.

Az erős ultrahanghullámok megbontják a biológiai struktúrák sejtmátrixát, és felszabadítják a bioaktív vegyületeket. A növényi anyag és az oldószer közötti anyagátadás fokozódik. E mechanizmusok révén az ultrahangos extrakció rendkívül hatékony a növényi anyagok extrakciójában.

Ultrahangos kezelőberendezések extrakcióhoz

A laboratóriumi és asztali ultrahangos készülékektől egészen a teljesen ipari ultrahangos extrakciós rendszerekig – a Hielscher Ultrasonics nagy múltú, tapasztalt partnere, ha a sikeres extrakciós folyamatokhoz nagy teljesítményű és megbízható ultrahangos készülékekre van szüksége.
Ultrahangos rendszereinket széles körben használják biokémiai laboratóriumokban és gyógyszergyártó üzemekben. Az ultrahangos szonotródák és reaktorok autoklávozhatók, és megfelelnek a gyógyszergyártás szabványainak.

A Hielscher ipari ultrahangos kezelőberendezései igen nagy amplitúdókat képesek biztosítani a sejtmátrixok megbontásához és a kinyerni kívánt anyagok felszabadításához. Akár 200µm amplitúdó is könnyedén fenntartható folyamatosan, 24/7 üzemben. A Hielscher ultrahangos kezelőberendezéseinek teljesítménye és robusztussága nagy kihozatalt, gyors extrakciót és teljesebb extrakciót biztosít – felülmúlva a hagyományos extrakciós folyamatokat.
Ultrahangos feldolgozóberendezéseink hagyományos extrakciós módszerekkel is kombinálhatók, például Soxhlet-extrakcióval vagy szuperkritikus CO2-extrakcióval. A meglévő gyártósorokba történő utólagos beépítés könnyen megvalósítható.

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.

Hasznos tudnivalók

Ultrahangos extrakció kavitációval

Az intenzív ultrahanghullámok akusztikus kavitációt keltenek a folyadékokban. A kavitációs nyíróerők megbontják a sejtfalat és a membránokat, így a sejten belüli anyag felszabadul. Az ultrahangos extrakció során az oldószer mélyebben hatol be a növényi szövetbe, és javul az anyagátadás. Ezáltal az ultrahangos extrakció jelentősen fokozza az extrakciós folyamatot, ami nagyobb kihozatalt, gyorsabb extrakciót és teljesebb extrakciót eredményez.

Oldószerrendszerek

A bioaktív vegyületek növényi anyagokból történő extrakciójához különféle oldószerrendszerek állnak rendelkezésre. A hidrofil vegyületek extrakciójához többnyire poláris oldószereket, például metanolt, etanolt vagy etil-acetátot választanak, míg a lipofil vegyületek (pl. lipidek) extrakciójához olyan oldószerrendszereket részesítenek előnyben, mint a diklórmetán vagy a diklórmetán/metanol (v/v 1:1). A klorofill extrakciójához gyakran használnak hexánt oldószerként.

Mik azok a bioaktív vegyületek?

A bioaktív vegyületek vagy fitokemikáliák olyan anyagokként definiálhatók, amelyek hatással vannak az élő szervezetekre, szövetekre vagy sejtekre. A biológiailag aktív anyagok közé tartoznak az antibiotikumok, az enzimek és a vitaminok. A bioaktív anyagok, például a karotinoidok és a polifenolok kinyerhetők többek között gyümölcsökből, levelekből és zöldségekből, míg a fitoszterolok növényi olajokban találhatók.
A növényi eredetű bioaktív vegyületek közé tartoznak a flavonoidok, a koffein, a karotinoidok, a kolin, a ditioltionok, a fitoszterolok, a poliszacharidok, a fitoösztrogének, a glükozinolátok, a polifenolok és az antocianinok. Számos bioaktív anyagot antioxidáns hatása miatt értékelnek, ezért ezeket az egészségre kedvező hatásúnak tekintik.

Hogyan válasszam ki a legjobb extrakciós oldószert?

Az alábbi irányelvek segítenek kiválasztani a megfelelő oldószert a növényi anyagok ultrahangos extrakciójához. Mivel az ultrahangos kezelés bármely szokásos oldószerrel kompatibilis, kiválaszthatja a növényi nyersanyaghoz, a kinyerni kívánt fitokemikáliákhoz és a költséghatékonysághoz leginkább megfelelő oldószert.

• Szelektivitás: Olyan oldószert válasszon, amely kifejezetten a kívánt vegyületeket oldja, miközben a nem kívánt összetevőket visszahagyja. Például poláris vegyületekhez, így alkaloidokhoz és flavonoidokhoz használjon etanolt.
• Oldhatóság: A „hasonló a hasonlót oldja” elv alapján olyan oldószert válasszon, amelynek polaritása hasonló az oldandó anyagéhoz. A poláris oldószerek (pl. víz, etanol) poláris vegyületeket oldanak, míg az apoláris oldószerek (pl. hexán) apoláris vegyületeket, például lipideket és olajokat oldanak.
• Költség: Vegye figyelembe az oldószer költséghatékonyságát. Egyes oldószerek drágábbak lehetnek, de nagyobb kihozatalt vagy jobb szelektivitást biztosíthatnak, ellensúlyozva a költségeket az extrakció egészét tekintve.
• Biztonság: Győződjön meg arról, hogy az oldószer biztonságosan használható és kezelhető. A figyelembe veendő tényezők közé tartozik a toxicitás, a gyúlékonyság és a környezeti hatás. Például a víz és az etanol biztonságosabb választás, mint a kloroform vagy a toluol.

Polaritás és oldószerválasztás
A hasonlóság és a kölcsönös elegyedés törvénye szerint azok az oldószerek, amelyek polaritása közel áll az oldandó anyag polaritásához, valószínűleg jobban teljesítenek. Íme néhány példa:

• Poláris oldószerek: Víz, etanol, metanol – Poláris vegyületek, például alkaloidok, flavonoidok, glikozidok és fehérjék extrakciójához használják őket.
• Mérsékelten poláris oldószerek: Aceton, etil-acetát, izopropanol – Vegyületek széles körének extrakciójára alkalmasak, beleértve a fenolos vegyületeket és egyes alkaloidokat.
• Apoláris oldószerek: Hexán, toluol, petroléter – Ideálisak apoláris vegyületek, például lipidek, viaszok, terpének és illóolajok extrakciójához.

Példák az oldószerek használatára

• Etanol: A növényi extrakció egyik leggyakoribb oldószere. Poláris oldószerként az etanol poláris vegyületeket, például alkaloidokat és flavonoidokat old.
• Víz: Az univerzális oldószer, amelyet gyakran használnak hidrofil vegyületek, például poliszacharidok, fehérjék és egyes glikozidok extrakciójához.
• Metanol: Erősen poláris oldószer, amely hatékonyan extrahálja a növényi vegyületek széles körét, köztük a fenolos vegyületeket, a flavonoidokat és egyes alkaloidokat.
• Hexán: Apoláris oldószer, amelyet elsősorban apoláris vegyületek, például lipidek, viaszok és illóolajok extrakciójához használnak.
• Aceton: Poláris aprotikus oldószerként az aceton hatékonyan extrahálja a növényi vegyületek széles körét, különösen azokat, amelyek kevésbé polárisak, mint a vízzel vagy metanollal extrahált vegyületek.
• Izopropanol: Az etanolhoz hasonló poláris oldószer, amelyet gyakran használnak illóolajok, gyanták és egyes alkaloidok extrakciójához.
• Kloroform: Apoláris oldószer, amely hatékonyan extrahálja az alkaloidokat, a terpenoidokat és egyes glikozidokat. Toxicitása miatt ritkábban használják.
• Etil-acetát: Mérsékelten poláris oldószer, amelyet különféle vegyületek, köztük flavonoidok, alkaloidok és fenolos vegyületek extrakciójához használnak.
• Toluol: Apoláris oldószer, amelyet apoláris vegyületek, például illóolajok, terpének és viaszok extrakciójához használnak.
• Butanol: Mérsékelten poláris oldószer, amely hatékonyan extrahálja a közepes polaritású vegyületeket, köztük egyes glikozidokat és szaponinokat.
• Petroléter: Apoláris oldószer, amelyet elsősorban zsírok, olajok és más apoláris vegyületek növényi anyagokból történő extrakciójához használnak.

Az alábbi oldószereket olyan kutatásokban vizsgálták, amelyek meghatározott növényi anyagok és fitokemikáliák ultrahangos extrakcióját tanulmányozták.

Mik azok a szerves oldószerek?

A szerves oldószer az illékony szerves vegyületek (VOC) egyik típusa. A VOC-k olyan szerves vegyi anyagok, amelyek szobahőmérsékleten elpárolognak.
Az oldószerként használt szerves vegyületek közé tartoznak:

• aromás vegyületek, pl. benzol és toluol
• alkoholok, pl. metanol
• észterek és éterek
• ketonok, pl. aceton
• aminok
• nitrált és halogénezett szénhidrogének

Számos szerves oldószert mérgezőnek vagy rákkeltőnek minősítenek. Helytelen kezelés esetén veszélyesek lehetnek az emberekre, és szennyezhetik a levegőt, a vizet és a talajt. Az ultrahangos extrakció erőteljes hatásmechanizmusa révén elkerülhető a szerves oldószerek használata, ha azokat kíméletesebb, nem mérgező oldószerekkel helyettesítik.