Լուծիչներ՝ բույսերից ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համար

• Ուլտրաձայնային էքստրակցիան ունի բազմաթիվ առավելություններ, ինչպիսիք են բարձր ելքը, էքստրակցիայի բարձր արագությունը, շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ լինելը և էներգիայի ցածր սպառումը։
• Ամենաէական առավելություններից մեկը ջրի օգտագործումն է որպես էքստրակցիոն միջավայր։ Սակայն ուլտրաձայնային մշակումը կարելի է կիրառել բազմատեսակ լուծիչային համակարգերի հետ՝ նպատակային էքստրակտի ստացման համար առավել լավ արդյունքներ ապահովելու նպատակով։
• Բուսական կենսաակտիվ նյութերի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի օպտիմալ լուծիչն ընտրվում է՝ հաշվի առնելով հումքը։

Ուլտրաձայնային էքստրակցիա

Հայտնի է, որ ուլտրաձայնը քայքայում է բջջային կառուցվածքները և բարելավում զանգվածափոխանակությունը՝ այդպիսով մեծացնելով կենսամիացությունների (օրինակ՝ ֆենոլային միացությունների, կարոտինոիդների) էքստրակցիայի հնարավորությունը։
Քանի որ ուլտրաձայնային մշակման մեխանիկական ազդեցությունները բարելավված զանգվածափոխանակության շնորհիվ զգալիորեն ուժեղացնում են էքստրակցիայի գործընթացը, օրգանական լուծիչների օգտագործումը հաճախ ավելորդ է։ Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համար ջուրը հաճախ բավարար է որպես էքստրակցիոն միջավայր և ունի բազմաթիվ առավելություններ՝ էժան է, վտանգավոր չէ, հեշտ հասանելի է և բարենպաստ է շրջակա միջավայրի համար։
Սակայն որոշակի կենսաակտիվ միացությունների դեպքում լավագույն արդյունքները կարող են ստացվել ուլտրաձայնային էքստրակցիան ցնդող լուծիչի հետ համատեղելիս։
Ճիշտ լուծիչ ընտրելու համար պետք է հաշվի առնել հումքը (օրինակ՝ թարմ կամ չորացրած, թրջմամբ փափկեցված/աղացած կամ փոշիացված բուսական նյութ) և նպատակային նյութերը (օրինակ՝ լիպոֆիլ, հիդրոֆիլ)։
 

Ստորև բերված աղյուսակում թվարկված են մի քանի լուծիչներ, որոնք լայնորեն ընդունված էքստրակցիոն լուծիչներ են և օգտագործվում են բուսական նյութից ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համար։

Հզոր ուլտրաձայնային ալիքները քայքայում են կենսաբանական կառուցվածքների բջջային մատրիցը և ազատում կենսաակտիվ միացությունները։ Բուսական նյութի և լուծիչի միջև զանգվածափոխանակությունն ուժեղանում է։ Այս մեխանիզմների շնորհիվ ուլտրաձայնային էքստրակցիան խիստ արդյունավետ է բուսական էքստրակցիայի համար։

Ուլտրաձայնային սարքեր էքստրակցիայի համար

Լաբորատոր և սեղանի ուլտրաձայնային սարքերից մինչև լիովին արդյունաբերական ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համակարգեր՝ Hielscher Ultrasonics ձեր երկարամյա փորձառու գործընկերն է, երբ խոսքը հաջող էքստրակցիոն գործընթացների համար հզոր և հուսալի ուլտրաձայնային սարքերի մասին է։
Մեր ուլտրաձայնային համակարգերը լայնորեն օգտագործվում են կենսաքիմիական լաբորատորիաներում և դեղագործական արտադրություններում։ Ուլտրաձայնային սոնոտրոդներն ու ռեակտորները կարելի է ստերիլիզացնել ավտոկլավում, և դրանք համապատասխանում են դեղագործական արտադրության ստանդարտներին։

Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ՝ բջջային մատրիցները քայքայելու և թիրախային նյութերն ազատելու համար։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով կարելի է հեշտությամբ աշխատել անընդհատ՝ 24/7 ռեժիմով։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի հզորությունն ու ամրությունն ապահովում են բարձր ելքեր, էքստրակցիայի բարձր արագություններ և ավելի ամբողջական էքստրակցիա՝ գերազանցելով սովորական էքստրակցիոն գործընթացները։
Մեր ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարելի է համակցել էքստրակցիայի սովորական մեթոդների հետ, ինչպիսիք են Սոքսլետի էքստրակցիան կամ գերկրիտիկական CO2 էքստրակցիան։ Դրանք կարելի է հեշտությամբ ինտեգրել առկա արտադրական գծերում։

Գրականություն / Հղումներ

• 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.

Օգտակար տեղեկություններ

Ուլտրաձայնային էքստրակցիա կավիտացիայի միջոցով

Ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքներն առաջացնում են ակուստիկ կավիտացիա հեղուկներում։ Կավիտացիոն սահքի ուժերը քայքայում են բջջապատն ու թաղանթները, ինչի շնորհիվ ներբջջային նյութն ազատվում է։ Ուլտրաձայնային էքստրակցիան ապահովում է լուծիչի ավելի խորը ներթափանցում բուսական հյուսվածքի մեջ և բարելավում զանգվածափոխանակությունը։ Այդպիսով ուլտրաձայնային էքստրակցիան զգալիորեն ինտենսիվացնում է էքստրակցիոն գործընթացը՝ ապահովելով ավելի բարձր ելքեր, էքստրակցիայի ավելի բարձր արագություններ և ավելի ամբողջական էքստրակցիա։

Լուծիչների համակարգեր

Բուսական նյութից կենսաակտիվ միացությունների էքստրակցիայի համար առկա են լուծիչների տարբեր համակարգեր։ Հիդրոֆիլ միացությունների էքստրակցիայի համար հիմնականում ընտրվում են բևեռային լուծիչներ, ինչպիսիք են մեթանոլը, էթանոլը կամ էթիլացետատը, մինչդեռ լիպոֆիլ միացությունների (օրինակ՝ լիպիդների) էքստրակցիայի համար նախընտրելի են լուծիչների այնպիսի համակարգեր, ինչպիսիք են դիքլորմեթանը կամ դիքլորմեթան/մեթանոլը (v/v 1:1)։ Հեքսանը հաճախ օգտագործվում է որպես լուծիչ քլորոֆիլի էքստրակցիայի համար։

Ի՞նչ են կենսաակտիվ միացությունները

Կենսաակտիվ միացությունները կամ ֆիտոքիմիական նյութերը սահմանվում են որպես նյութեր, որոնք ազդեցություն ունեն կենդանի օրգանիզմների, հյուսվածքների կամ բջիջների վրա։ Կենսաբանորեն ակտիվ նյութերը ներառում են հակաբիոտիկներ, ֆերմենտներ և վիտամիններ։ Կենսաակտիվ նյութերը, ինչպիսիք են կարոտինոիդներն ու պոլիֆենոլները, կարելի է էքստրակցել, օրինակ, մրգերից, տերևներից և բանջարեղենից, մինչդեռ ֆիտոստերոլները հանդիպում են բուսական յուղերում։
Բուսական ծագման կենսաակտիվ միացությունները ներառում են ֆլավոնոիդներ, կոֆեին, կարոտինոիդներ, խոլին, դիթիոլթիոններ, ֆիտոստերոլներ, պոլիսախարիդներ, ֆիտոէստրոգեններ, գլյուկոզինոլատներ, պոլիֆենոլներ և անտոցիաններ։ Բազմաթիվ կենսաակտիվ նյութեր գնահատվում են իրենց հակաօքսիդանտային ազդեցության համար և այդ պատճառով համարվում են առողջության համար օգտակար։

Ինչպե՞ս ընտրել էքստրակցիայի լավագույն լուծիչը

Ստորև ներկայացված ուղեցույցները կօգնեն ձեզ ընտրել բուսական նյութերի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համար հարմար լուծիչ։ Քանի որ ուլտրաձայնային մշակումը համատեղելի է ցանկացած ստանդարտ լուծիչի հետ, կարող եք ընտրել ձեր բուսական հումքի, թիրախային ֆիտոքիմիական նյութերի և ծախսարդյունավետության առումով ամենաիդեալական լուծիչը։

• Ընտրողականություն. Ընտրեք այնպիսի լուծիչ, որն ընտրողաբար լուծում է ցանկալի միացությունները՝ անցանկալի բաղադրիչները թողնելով չլուծված։ Օրինակ՝ օգտագործեք էթանոլ բևեռային միացությունների համար, ինչպիսիք են ալկալոիդներն ու ֆլավոնոիդները։
• Լուծելիություն. Հիմնվելով «նմանը լուծում է նմանին» սկզբունքի վրա՝ ընտրեք լուծիչ, որի բևեռայնությունը նման է լուծվող նյութի բևեռայնությանը։ Բևեռային լուծիչները (օրինակ՝ ջուրը, էթանոլը) լուծում են բևեռային միացությունները, մինչդեռ ոչ բևեռային լուծիչները (օրինակ՝ հեքսանը) լուծում են ոչ բևեռային միացությունները, ինչպիսիք են լիպիդներն ու յուղերը։
• Արժեք. Հաշվի առեք լուծիչի ծախսարդյունավետությունը։ Որոշ լուծիչներ կարող են ավելի թանկ լինել, սակայն ապահովել ավելի բարձր ելքեր կամ ավելի լավ ընտրողականություն՝ հավասարակշռելով էքստրակցիայի ընդհանուր ծախսերը։
• Անվտանգություն. Համոզվեք, որ լուծիչն անվտանգ է օգտագործման և դրա հետ աշխատանքի համար։ Հաշվի առնվող գործոններն են թունավորությունը, դյուրավառությունը և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը։ Օրինակ՝ ջուրը և էթանոլն ավելի անվտանգ ընտրություններ են՝ համեմատած քլորոֆորմի կամ տոլուոլի հետ։

Բևեռայնությունը և լուծիչի ընտրությունը
Ըստ նմանության և փոխադարձ խառնելիության օրենքի՝ լուծվող նյութի բևեռայնությանը մոտ բևեռայնության արժեք ունեցող լուծիչները, հավանաբար, ավելի լավ արդյունք կտան։ Ահա մի քանի օրինակ՝

• Բևեռային լուծիչներ՝ Ջուր, էթանոլ, մեթանոլ – օգտագործվում են բևեռային միացությունների, օրինակ՝ ալկալոիդների, ֆլավոնոիդների, գլիկոզիդների և սպիտակուցների էքստրակցիայի համար։
• Չափավոր բևեռային լուծիչներ՝ Ացետոն, էթիլացետատ, իզոպրոպանոլ – հարմար են միացությունների լայն շրջանակի, այդ թվում՝ ֆենոլային միացությունների և որոշ ալկալոիդների էքստրակցիայի համար։
• Ոչ բևեռային լուծիչներ՝ Հեքսան, տոլուոլ, պետրոլեումային եթեր – իդեալական են ոչ բևեռային միացությունների, օրինակ՝ լիպիդների, մոմերի, տերպենների և եթերայուղերի էքստրակցիայի համար։

Լուծիչների օգտագործման օրինակներ

• Էթանոլ՝ Բուսական էքստրակցիայի համար ամենատարածված լուծիչներից մեկը։ Որպես բևեռային լուծիչ՝ էթանոլը լուծում է բևեռային միացություններ, օրինակ՝ ալկալոիդներ և ֆլավոնոիդներ։
• Ջուր՝ Համընդհանուր լուծիչ, որը հաճախ օգտագործվում է հիդրոֆիլ միացությունների, օրինակ՝ պոլիսախարիդների, սպիտակուցների և որոշ գլիկոզիդների էքստրակցիայի համար։
• Մեթանոլ՝ Բարձր բևեռայնությամբ լուծիչ, որն արդյունավետ է բուսական միացությունների լայն շրջանակի, այդ թվում՝ ֆենոլային միացությունների, ֆլավոնոիդների և որոշ ալկալոիդների էքստրակցիայի համար։
• Հեքսան՝ Ոչ բևեռային լուծիչ, որը հիմնականում օգտագործվում է ոչ բևեռային միացությունների, օրինակ՝ լիպիդների, մոմերի և եթերայուղերի էքստրակցիայի համար։
• Ացետոն՝ Լինելով բևեռային ապրոտոնային լուծիչ՝ ացետոնն արդյունավետ է բուսական միացությունների լայն շրջանակի էքստրակցիայի համար, հատկապես այն միացությունների, որոնք պակաս բևեռային են, քան ջրով կամ մեթանոլով էքստրակցվողները։
• Իզոպրոպանոլ՝ Էթանոլին նման բևեռային լուծիչ, որը սովորաբար օգտագործվում է եթերայուղերի, խեժերի և որոշ ալկալոիդների էքստրակցիայի համար։
• Քլորոֆորմ՝ Ոչ բևեռային լուծիչ, որն արդյունավետ է ալկալոիդների, տերպենոիդների և որոշ գլիկոզիդների էքստրակցիայի համար։ Իր թունավորության պատճառով այն ավելի քիչ է օգտագործվում։
• Էթիլացետատ՝ Չափավոր բևեռային լուծիչ, որն օգտագործվում է մի շարք միացությունների, այդ թվում՝ ֆլավոնոիդների, ալկալոիդների և ֆենոլային միացությունների էքստրակցիայի համար։
• Տոլուոլ՝ Ոչ բևեռային լուծիչ, որն օգտագործվում է ոչ բևեռային միացությունների, օրինակ՝ եթերայուղերի, տերպենների և մոմերի էքստրակցիայի համար։
• Բութանոլ՝ Չափավոր բևեռային լուծիչ, որն արդյունավետ է միջին բևեռայնությամբ միացությունների, այդ թվում՝ որոշ գլիկոզիդների և սապոնինների էքստրակցիայի համար։
• Պետրոլեումային եթեր՝ Ոչ բևեռային լուծիչ, որը հիմնականում օգտագործվում է բուսական նյութերից ճարպերի, յուղերի և այլ ոչ բևեռային միացությունների էքստրակցիայի համար։

Հետևյալ լուծիչները փորձարկվել են որոշակի բուսական նյութերի և ֆիտոքիմիական միացությունների ուլտրաձայնային էքստրակցիան ուսումնասիրող հետազոտություններում։

Ի՞նչ են օրգանական լուծիչները

Օրգանական լուծիչը ցնդող օրգանական միացության (VOC) տեսակ է։ Ցնդող օրգանական միացությունները օրգանական քիմիական նյութեր են, որոնք գոլորշիանում են սենյակային ջերմաստիճանում։
Որպես լուծիչ օգտագործվող օրգանական միացություններն են՝

• արոմատիկ միացություններ, օրինակ՝ բենզոլ և տոլուոլ
• սպիրտներ, օրինակ՝ մեթանոլ
• բարդ և պարզ եթերներ
• կետոններ, օրինակ՝ ացետոն
• ամիններ
• նիտրացված և հալոգենացված ածխաջրածիններ

Շատ օրգանական լուծիչներ դասակարգվում են որպես թունավոր կամ քաղցկեղածին։ Սխալ գործածման դեպքում դրանք կարող են վտանգավոր լինել մարդկանց համար և կարող են աղտոտել օդը, ջուրը և հողը։ Ուլտրաձայնային արդյունահանման հզոր մեխանիզմի շնորհիվ կարելի է խուսափել օրգանական լուծիչների օգտագործումից՝ դրանք փոխարինելով ավելի մեղմ, ոչ թունավոր լուծիչներով։