Ekstraksi Ultrasonik dengan Pelarut Eutektik Dalam
Pelarut eutektik dalam (DES) dan pelarut eutektik dalam alami (NADES) merupakan media ekstraksi yang efektif, dapat disesuaikan, dan ramah lingkungan untuk bahan botani, pangan, nutraseutikal, kosmetik, dan bahan farmasi. Sonikator tipe probe Hielscher mengintensifkan ekstraksi DES dengan mempercepat perpindahan massa, mendisrupsi struktur sel tumbuhan, dan meningkatkan penetrasi pelarut – bahkan saat menggunakan sistem pelarut kental seperti NADES berbasis gliserol.
Baik Anda sedang menyeleksi formulasi pelarut di laboratorium, mengoptimalkan parameter ekstraksi untuk fitokimia tertentu, maupun meningkatkan skala ke produksi inline kontinu, ekstraktor ultrasonik Hielscher menyediakan kontrol amplitudo yang dapat direproduksi, pengoperasian 24/7 yang andal, serta pemrosesan yang dapat ditingkatkan skalanya dari mililiter hingga laju alir industri.
Mengapa Produsen Ekstrak Memilih Hielscher untuk Ekstraksi DES
- Efisiensi ekstraksi yang lebih tinggi untuk polifenol, flavonoid, kanabinoid, terpena, antosianin, dan senyawa bioaktif lainnya
- Ekstraksi yang lebih cepat dibandingkan dengan maserasi konvensional dan ekstraksi pelarut dalam tangki berpengaduk
- Kompatibel dengan DES, NADES, gliserin, air, etanol, dan sistem pelarut campuran
- Pemrosesan pelarut berviskositas tinggi yang efektif menggunakan sonikasi probe beramplitudo tinggi
- Konfigurasi batch, resirkulasi, dan aliran kontinu
- Kontrol presisi atas amplitudo, masukan energi, suhu, dan waktu proses
- Peningkatan skala yang mudah dari pengujian kelayakan ke produksi percontohan dan produksi industri penuh
Ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam (alami) merupakan metode yang sangat efisien untuk menghasilkan ekstrak botani berkualitas unggul. Gambar menunjukkan prosesor ultrasonik UP400St (400W) dengan batch 8L untuk ekstraksi botani.
Mengapa Sonikasi Meningkatkan Ekstraksi DES dan NADES
Ekstraksi ultrasonik tipe probe menggunakan pelarut eutektik dalam dan pelarut eutektik dalam alami dapat menawarkan sejumlah keunggulan untuk ekstraksi senyawa bioaktif. Salah satu keunggulan utamanya adalah peningkatan efisiensi ekstraksi senyawa fenolik dan fitokimia lainnya dari sumber alami. Pelarut eutektik dalam dikenal memiliki efisiensi ekstraksi yang tinggi, yang dapat lebih ditingkatkan lagi melalui ekstraksi berbantuan ultrasonik. Karena tidak beracun, pelarut ini merupakan pilihan yang sangat baik untuk produk farmasi dan pangan. Hal ini menjadikan ekstraksi ultrasonik menggunakan pelarut eutektik dalam sebagai metode yang ramah lingkungan dan berkelanjutan untuk memperoleh senyawa bioaktif. Penggunaan ultrasonikasi secara sinergis dengan pelarut eutektik dalam telah terbukti secara ilmiah menghasilkan rendemen berbagai senyawa bioaktif yang lebih tinggi. Secara keseluruhan, ekstraksi ultrasonik tipe probe menggunakan pelarut eutektik dalam dan pelarut eutektik dalam alami memberikan pendekatan yang lebih efisien dan ramah lingkungan untuk ekstraksi senyawa bioaktif.
Ekstraksi Ultrasonik Antosianin dengan DES
Antosianin merupakan pigmen alami dan antioksidan bernilai tinggi yang ditemukan dalam wortel hitam, buah beri, anggur, jagung ungu, dan bahan tumbuhan lainnya. Pelarut eutektik dalam sangat sesuai untuk ekstraksi antosianin karena jaringan ikatan hidrogennya dapat disesuaikan dengan kebutuhan polaritas dan stabilitas senyawa pewarna ini. Ketika dipadukan dengan ultrasonikasi tipe probe, ekstraksi DES menjadi jauh lebih efisien: kavitasi ultrasonik mendisrupsi struktur sel tumbuhan, meningkatkan penetrasi pelarut, dan mempercepat pelepasan antosianin ke dalam media ekstraksi. Sebuah penelitian tentang antosianin wortel hitam menggunakan sonikator UP400St menunjukkan bahwa DES berbasis kolin klorida, terutama ketika dipadukan dengan ekstraksi berbantuan ultrasonik, dapat memberikan alternatif yang berkelanjutan dan efektif terhadap ekstraksi konvensional dengan etanol atau metanol yang diasamkan. (bandingkan Türker et al., 2021)
Ekstraksi Ultrasonik Polifenol dengan DES
Polifenol, termasuk flavonoid, asam fenolat, dan senyawa antioksidan terkait, merupakan molekul target penting dalam ekstraksi untuk bahan botani, pangan, nutraseutikal, dan kosmetik. Pelarut eutektik dalam berbasis gliserol sangat menarik untuk perolehan polifenol karena polaritas dan kapasitas pembentukan ikatan hidrogennya mendukung pelarutan senyawa fenolik. Ultrasonik tipe probe semakin mengintensifkan proses dengan meningkatkan perpindahan massa, mengurangi waktu ekstraksi, dan meningkatkan kontak antara DES dan matriks tumbuhan.
Sebuah penelitian menggunakan DES gliserol–amonium asetat dengan ekstraksi berbantuan ultrasonik pada parameter yang dioptimalkan seperti suhu, konsentrasi DES, dan amplitudo ultrasonik. Hasilnya menunjukkan bahwa ekstraksi DES ultrasonik memungkinkan perolehan fenol total, flavonoid, dan aktivitas antioksidan secara efisien dari buah mindi, yang menunjukkan potensi ekstraksi ultrasonik menggunakan DES sebagai metode ekstraksi ramah lingkungan untuk pemrosesan bahan botani industri. (bandingkan Jamshed et al., 2022)
- Sangat Efisien
- Proses cepat
- Tidak beracun
- Dapat disesuaikan secara tepat dengan bahan botani tertentu
- Kondisi pemrosesan yang lembut
- Mode batch dan aliran
- Mudah dan aman
- Ramah lingkungan / dapat terurai secara hayati
- Dapat didaur ulang
- Tidak dapat terbakar
- Murah
- Mudah diperoleh
Apa Itu Pelarut Eutektik Dalam (DES)?
Pelarut eutektik dalam (DES) merupakan campuran setidaknya satu akseptor ikatan hidrogen (HBA) dan satu donor ikatan hidrogen (HBD), termasuk asam karboksilat dan senyawa terbarukan lainnya. Menurut Cai et al. (2019), “interaksi ikatan hidrogen yang kuat antara HBA dan HBD merupakan faktor terpenting dalam pembentukan DES.” [Cai et al. 2019]
Sebagai donor ikatan hidrogen, senyawa seperti gula, asam amino, asam karboksilat (misalnya asam benzoat, asam sitrat, asam suksinat), atau amina (misalnya urea, benzamida) sering digunakan. Potensi interaksi kimia donor ikatan hidrogen merupakan faktor utama yang berkontribusi pada pembentukan dan efisiensi pelarut eutektik dalam. Garam halida seperti kolin klorida atau seng klorida juga dapat digunakan bersama donor ikatan hidrogen. Pelarut eutektik dalam berbasis kolin klorida lainnya dibentuk dengan asam malonat, fenol, atau gliserin. Akibat interaksi ikatan hidrogen yang kuat, titik leleh pelarut eutektik dalam turun secara signifikan dibandingkan dengan masing-masing komponennya. Berbeda dengan pelarut konvensional (misalnya etanol, metanol, heksana, butana, dll.), pelarut eutektik dalam bersifat nonvolatil, yang berarti tekanan uapnya sangat rendah sehingga sulit terbakar. Toksisitas pelarut eutektik dalam rendah, kemampuan terurai secara hayatinya tinggi, dan prekursor yang diperlukan murah, mudah diperoleh, tersedia melimpah, serta terbarukan.
Pelarut eutektik dalam alami (NADES) bahkan lebih ramah lingkungan karena semua prekursornya berasal dari sumber alami. Pelarut eutektik dalam juga menawarkan daya larut yang dapat disesuaikan berdasarkan sifat kimia zat terlarut dan spesies kimia yang digunakan untuk membentuk pelarut eutektik dalam. Beberapa pelarut eutektik dalam alami memiliki viskositas tinggi sehingga kurang sesuai untuk ekstraksi batch. Namun, pelarut eutektik dalam alami dengan viskositas lebih tinggi dapat berhasil digunakan sebagai pelarut dalam ekstraksi ultrasonik dengan aliran.
Tabel di bawah ini menunjukkan beberapa contoh komposisi Pelarut Eutektik Dalam Alami (NADES) untuk ekstraksi fitokimia:
| NADES Composition | Molar Ratio |
|---|---|
| Choline chloride:Lactic acid | 1:2 |
| Choline chloride:Citric acid:Water | 1:1:2 |
| Choline chloride:Malic acid:Water | 1:1:2 |
| Choline chloride:Tartaric acid | 1:2 |
| Choline chloride:Glycerol | 1:2 |
| Choline chloride:1,2-propanediol | 1:3 |
| Choline chloride:Sorbitol | 1:1 |
| Choline chloride:Glucose:Water | 2:1:1 |
| Choline chloride:Fructose:Water | 2:1:1 |
| Choline chloride:Urea | 1:2 |
Sonikator industri UIP4000hdT dengan sel alir untuk ekstraksi inline kontinu
Bagaimana Cara Kerja Ekstraksi Ultrasonik dengan Pelarut Eutektik Dalam?
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada efek sonomekanis ultrasonik berintensitas tinggi dan berfrekuensi rendah. Untuk mendorong dan mengintensifkan ekstraksi senyawa botani (yaitu zat bioaktif) melalui ultrasonikasi, gelombang ultrasonik berdaya tinggi dikopel melalui probe ultrasonik (juga disebut horn ultrasonik atau sonotrode) ke dalam media cair, yaitu suspensi yang terdiri atas bahan baku botani dan pelarut eutektik dalam (alami). Gelombang ultrasonik merambat melalui cairan dan menghasilkan siklus tekanan rendah / tekanan tinggi secara bergantian. Selama siklus tekanan rendah, terbentuk gelembung vakum sangat kecil (disebut gelembung kavitasi), yang membesar selama beberapa siklus tekanan. Selama siklus pertumbuhan gelembung tersebut, gas terlarut dalam cairan memasuki gelembung vakum sehingga gelembung vakum berubah menjadi gelembung gas yang terus membesar. Setelah membesar selama beberapa siklus, gelembung vakum mencapai ukuran tertentu sehingga tidak dapat menyerap lebih banyak energi, lalu mengalami implosi hebat selama siklus tekanan tinggi. Implosi gelembung ditandai oleh gaya kavitasi yang kuat, termasuk suhu dan tekanan yang sangat tinggi, masing-masing mencapai hingga 4000K dan 1000atm; serta perbedaan suhu dan tekanan yang juga tinggi. Turbulensi dan gaya geser yang dihasilkan secara ultrasonik ini memecah sel tumbuhan dan melepaskan senyawa bioaktif intraseluler ke dalam pelarut eutektik dalam (alami). Ekstraksi ultrasonik membuka struktur sel bahan botani dan mengintensifkan perpindahan massa antara bahan tumbuhan dan pelarut. Dengan demikian, sonikasi meningkatkan efektivitas pelarut eutektik dalam alami. Ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam (alami) menghasilkan rendemen yang sangat tinggi dalam waktu pemrosesan yang sangat singkat.
Gelombang ultrasonik berdaya tinggi mendisrupsi struktur sel bahan botani, melepaskan senyawa bioaktif, dan meningkatkan perpindahan massa antara bahan tumbuhan dan pelarut (misalnya pelarut eutektik dalam).
Kombinasi ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam (alami) memberi Anda kesempatan untuk memadukan kemampuan ultrasonik dalam mengintensifkan proses dengan efek pelarutan yang luar biasa dan kemampuan perancangan pelarut eutektik dalam yang unggul. Berkat efisiensi ekstraksi ultrasonik yang unggul, ultrasonikator juga berhasil digunakan untuk ekstraksi dengan air.
Hubungi kami sekarang untuk mempelajari lebih lanjut tentang aplikasi ekstraksi ultrasonik yang efektif menggunakan pelarut eutektik dalam!
Ekstraktor ultrasonik UIP2000hdT (2kW) untuk produksi ekstrak botani
Ekstraktor Ultrasonik untuk Ekstraksi DES Skala Laboratorium, Percontohan, dan Industri
Ekstraksi ultrasonik merupakan teknologi pemrosesan yang andal, yang memudahkan dan mempercepat produksi ekstrak berkualitas tinggi dari berbagai bahan botani dengan pelarut apa pun. Ekstraksi ultrasonik sangat kompatibel dengan pelarut eutektik dalam (alami), yang menguntungkan berkat daya pelarutannya yang sangat baik, kemampuannya untuk dirancang sesuai ekstrak, keberlanjutan, kemampuan terurai secara hayati, dan keramahannya terhadap lingkungan. Kombinasi intensifikasi proses oleh ultrasonik berdaya tinggi dengan keunggulan pelarut eutektik dalam (alami) menjadikan teknologi proses ini unggul dalam berbagai aspek. Portofolio Hielscher Ultrasonics mencakup rangkaian lengkap mulai dari ultrasonikator laboratorium yang ringkas hingga sistem ekstraksi industri. Semuanya tentu sesuai untuk ekstraksi dengan pelarut eutektik dalam.
Staf kami yang berpengalaman selama bertahun-tahun akan membantu Anda mulai dari uji kelayakan dan optimasi proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada skala produksi akhir.
| Volume Ekstraksi | Sonikator yang Direkomendasikan |
|---|---|
| Pengembangan metode, penelitian dan pengembangan, penyeleksian | UP100H (100W), UP200Ht (200W), UP400St (400W) |
| Batch DES/NADES kental | UIP500hdT (500W), UIP1000hdT (1000W) |
| Produksi percontohan | UIP1000hdT atau UIP2000hdT (2000W) |
| Ekstraksi industri kontinu | UIP4000hdT (4000W), UIP6000hdT (6000W), UIP16000hdT (16kW) atau kelompok unit |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Pertanyaan Umum tentang Ekstraksi Ultrasonik dengan Pelarut Eutektik Dalam
Apa itu ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam?
Ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam memadukan sonikasi tipe probe dengan sistem pelarut DES atau NADES. Probe ultrasonik memasukkan gelombang suara berintensitas tinggi ke dalam suspensi tumbuhan–pelarut. Kavitasi yang dihasilkan mendisrupsi struktur sel tumbuhan, meningkatkan penetrasi pelarut, dan mempercepat perpindahan senyawa bioaktif ke dalam pelarut eutektik dalam.
Mengapa menggunakan ultrasonik untuk ekstraksi DES dan NADES?
Ultrasonik meningkatkan ekstraksi DES dan NADES dengan meningkatkan perpindahan massa, mengurangi waktu ekstraksi, dan membantu pelarut menjangkau senyawa intraseluler secara lebih efektif. Hal ini sangat berguna untuk bahan botani yang senyawa targetnya terperangkap di dalam sel tumbuhan, serat, atau struktur beresin.
Senyawa apa saja yang dapat diekstraksi dengan DES dan NADES menggunakan sonikasi?
Ekstraksi DES dan NADES ultrasonik dapat digunakan untuk berbagai senyawa bioaktif, termasuk polifenol, flavonoid, antosianin, terpena, kanabinoid, alkaloid, antioksidan, pigmen, senyawa aroma, dan fitokimia lainnya. Komposisi pelarut harus dipilih sesuai dengan polaritas, stabilitas, dan kelarutan senyawa target.
Apakah pelarut eutektik dalam kompatibel dengan ekstraktor ultrasonik Hielscher?
Ya. Sonikator tipe probe Hielscher sesuai untuk ekstraksi dengan pelarut eutektik dalam, pelarut eutektik dalam alami, sistem pelarut berbasis gliserin, air, etanol, dan berbagai media ekstraksi lainnya. Untuk sistem DES atau NADES yang kental, sonikator probe berdaya tinggi sangat berguna karena menghasilkan pencampuran, kavitasi, dan perpindahan massa yang intens langsung di dalam cairan.
Dapatkah ekstraksi DES ultrasonik memproses pelarut berviskositas tinggi?
Ya. Banyak formulasi DES dan NADES memiliki viskositas lebih tinggi daripada pelarut konvensional. Prosesor ultrasonik Hielscher sangat sesuai untuk media ekstraksi kental karena sonotrode memasukkan ultrasonik beramplitudo tinggi langsung ke dalam campuran pelarut dan bahan. Untuk volume yang lebih besar atau pemrosesan kontinu, reaktor alir dapat meningkatkan pencampuran, pengendalian panas, dan keseragaman proses.
Apakah ekstraksi DES ultrasonik sesuai untuk produksi pangan, nutraseutikal, dan kosmetik?
Ya. DES dan NADES sering dipilih untuk aplikasi yang mementingkan volatilitas rendah, pengurangan bahaya pelarut, dan kinerja ekstraksi yang dapat disesuaikan. Bergantung pada komponen pelarut yang dipilih dan persyaratan regulasi, ekstraksi DES ultrasonik dapat digunakan untuk bahan pangan, ekstrak nutraseutikal, bahan aktif kosmetik, konsentrat botani, dan ekstrak bermutu penelitian.
Dapatkah skala ekstraksi ultrasonik dengan DES ditingkatkan?
Ya. Skala ekstraksi ultrasonik sangat mudah ditingkatkan karena parameter proses yang sama – seperti amplitudo, masukan energi, waktu tinggal, suhu, dan rasio padat–cair – dapat diterapkan dari uji laboratorium ke produksi percontohan dan industri. Hielscher menyediakan ekstraktor ultrasonik untuk sampel laboratorium berukuran kecil, optimasi pada unit meja, batch percontohan, dan ekstraksi industri dengan aliran kontinu.
Sebaiknya saya menggunakan ekstraksi ultrasonik batch atau inline untuk proses DES?
Ekstraksi batch sering kali paling sesuai untuk pengujian laboratorium, penyeleksian formulasi, dan volume produksi kecil. Ekstraksi ultrasonik inline biasanya lebih dipilih untuk produksi percontohan dan industri karena menyediakan waktu tinggal yang terkendali, reproduktibilitas yang lebih baik, pendinginan yang lebih mudah, dan pemrosesan kontinu. Konfigurasi terbaik bergantung pada viskositas, bahan tumbuhan, rasio pelarut, senyawa target, dan kapasitas produksi.
Bagaimana cara memilih ekstraktor ultrasonik yang tepat untuk ekstraksi DES?
Ekstraktor ultrasonik yang tepat bergantung pada volume sampel, ukuran batch, laju alir, viskositas pelarut, senyawa target, suhu ekstraksi, dan tujuan produksi Anda. Unit laboratorium kecil sesuai untuk pengembangan metode, sedangkan ultrasonikator industri seri UIP digunakan untuk ekstraksi DES skala percontohan dan produksi. Hielscher dapat merekomendasikan konfigurasi berdasarkan bahan baku, sistem pelarut, dan kapasitas pemrosesan yang Anda perlukan.
Parameter proses apa saja yang penting untuk ekstraksi DES ultrasonik?
Parameter penting meliputi amplitudo ultrasonik, masukan energi, waktu ekstraksi, suhu, komposisi DES atau NADES, kadar air, rasio padat–cair, ukuran partikel, viskositas, dan laju alir. Parameter ini harus dioptimalkan untuk setiap bahan botani dan senyawa target agar tercapai rendemen tinggi, kualitas ekstrak yang baik, dan produksi yang dapat direproduksi.
Literatur / Referensi
- 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.
Teknologi ultrasonik berkinerja tinggi! Rangkaian produk Hielscher mencakup seluruh spektrum, mulai dari ultrasonikator laboratorium yang ringkas, unit meja, hingga sistem ultrasonik untuk skala industri penuh.