Ekstraksi Ultrasonik dengan Pelarut Eutektik Dalam
Pelarut eutektik dalam (DES) dan pelarut eutektik dalam alami (NADES) merupakan media ekstraksi yang ampuh, dapat disesuaikan, dan ramah lingkungan untuk bahan-bahan botani, pangan, nutraceutical, kosmetik, dan bahan farmasi. Sonicator tipe probe Hielscher meningkatkan efisiensi ekstraksi DES dengan mempercepat transfer massa, merusak struktur sel tumbuhan, dan meningkatkan penetrasi pelarut – bahkan saat bekerja dengan sistem pelarut kental seperti NADES berbasis gliserol.
Baik Anda sedang menguji formulasi pelarut di laboratorium, mengoptimalkan parameter ekstraksi untuk senyawa fitokimia tertentu, atau meningkatkan skala produksi menjadi proses kontinu inline, alat ekstraksi ultrasonik Hielscher menawarkan kontrol amplitudo yang konsisten, pengoperasian yang andal 24 jam sehari, 7 hari seminggu, serta kemampuan pemrosesan yang dapat disesuaikan mulai dari skala mililiter hingga laju aliran industri.
Mengapa Produsen Ekstrak Memilih Hielscher untuk Ekstraksi DES
- Efisiensi ekstraksi yang lebih tinggi untuk polifenol, flavonoid, kanabinoid, terpen, antosianin, dan senyawa bioaktif lainnya
- Proses ekstraksi yang lebih cepat dibandingkan dengan metode maserasi konvensional dan ekstraksi pelarut dengan tangki pengaduk
- Kompatibel dengan DES, NADES, gliserin, air, etanol, dan campuran pelarut
- Pengolahan yang efektif terhadap pelarut berviskositas tinggi dengan menggunakan sonikasi probe beramplitude tinggi
- Sistem batch, resirkulasi, dan aliran terus-menerus
- Pengendalian yang tepat terhadap amplitudo, input energi, suhu, dan waktu proses
- Peningkatan skala yang mudah, mulai dari uji kelayakan hingga produksi percontohan dan produksi industri skala penuh
Ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam (alami) adalah metode yang sangat efisien untuk ekstrak botani yang unggul. Gambar menunjukkan prosesor ultrasonik UP400St (400W) dengan batch 8L untuk ekstraksi botani.
Mengapa Sonikasi Dapat Meningkatkan Ekstraksi DES dan NADES
Ekstraksi tipe probe ultrasonik menggunakan pelarut eutektik dalam dan pelarut eutektik dalam alami dapat menawarkan beberapa keuntungan untuk ekstraksi senyawa bioaktif. Salah satu keuntungan utamanya adalah peningkatan efisiensi ekstraksi senyawa fenolik dan fitokimia lainnya dari sumber alami. Pelarut eutektik dalam dikenal dengan efisiensi ekstraksi yang tinggi, yang bahkan dapat ditingkatkan dengan ekstraksi yang dibantu ultrasonik. Karena non-toksisitasnya, mereka adalah pilihan pelarut yang bagus untuk produk farmasi dan makanan. Hal ini membuat ekstraksi ultrasonik menggunakan pelarut eutektik dalam menjadi metode hijau dan berkelanjutan untuk pemulihan senyawa bioaktif. Penggunaan sinogetika ultrasonikasi dengan pelarut eutektik dalam telah terbukti secara ilmiah menghasilkan hasil yang lebih tinggi dari berbagai senyawa bioaktif. Secara keseluruhan, ekstraksi tipe probe ultrasonik menggunakan pelarut eutektik dalam dan pelarut eutektik dalam alami memberikan pendekatan yang lebih efisien dan ramah lingkungan untuk ekstraksi senyawa bioaktif.
Gliserin nabati adalah pelarut ekstraksi yang ideal karena sifatnya yang tidak beracun, tidak menyebabkan iritasi dan kemampuannya untuk menjaga stabilitas dan potensi senyawa bioaktif yang sensitif. Keduanya, gliserin murni dan campuran gliserin-air, adalah pelarut yang berguna untuk produksi ekstrak untuk suplemen dan nutraseutikal, ekstrak rasa, aditif makanan dan kosmetik.
Gliserin nabati adalah pelarut ekstraksi yang ideal karena sifatnya yang tidak beracun, tidak menyebabkan iritasi dan kemampuannya untuk menjaga stabilitas dan potensi senyawa bioaktif yang sensitif. Keduanya, gliserin murni dan campuran gliserin-air, adalah pelarut yang berguna untuk produksi ekstrak untuk suplemen dan nutraseutikal, ekstrak rasa, aditif makanan dan kosmetik.
Ekstraksi Antosianin secara Ultrasonik dengan DES
Antosianin adalah pigmen alami dan antioksidan yang berharga, yang terdapat pada wortel hitam, buah beri, anggur, jagung ungu, dan bahan tumbuhan lainnya. Pelarut eutektik dalam sangat cocok untuk ekstraksi antosianin karena jaringan ikatan hidrogennya dapat disesuaikan agar sesuai dengan persyaratan polaritas dan stabilitas senyawa pewarna ini. Jika dikombinasikan dengan ultrasonikasi tipe probe, ekstraksi DES menjadi jauh lebih efisien: kavitasi ultrasonik mengganggu struktur sel tumbuhan, meningkatkan penetrasi pelarut, dan mempercepat pelepasan antosianin ke dalam medium ekstraksi. Sebuah studi tentang antosianin wortel hitam menggunakan sonikator UP400St menunjukkan bahwa DES berbasis klorida kolin, terutama bila dikombinasikan dengan ekstraksi berbantuan ultrasonik, dapat menjadi alternatif yang berkelanjutan dan efektif untuk ekstraksi etanol atau metanol yang diawetkan secara konvensional. (cf. Türker et al., 2021)
Ekstraksi Polifenol dengan DES Menggunakan Gelombang Ultrasonik
Polifenol, termasuk flavonoid, asam fenolik, dan senyawa antioksidan terkait, merupakan molekul target penting dalam ekstraksi bahan botani, pangan, nutraceutical, dan kosmetik. Pelarut eutektik dalam berbasis gliserol sangat menarik untuk pemulihan polifenol karena polaritas dan kapasitas ikatan hidrogennya mendukung pelarutan senyawa fenolik. Ultrasonik tipe probe semakin mengintensifkan proses ini dengan meningkatkan transfer massa, mengurangi waktu ekstraksi, dan meningkatkan kontak antara DES dan matriks tanaman.
Sebuah studi penelitian menggunakan DES gliserol-asetat amonium dengan ekstraksi berbantuan ultrasonik pada parameter yang telah dioptimalkan, seperti suhu, konsentrasi DES, dan amplitudo ultrasonik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ekstraksi DES dengan ultrasonik memungkinkan pemulihan yang efisien terhadap total fenol, flavonoid, dan aktivitas antioksidan dari buah chinaberry, yang menunjukkan potensi ekstraksi ultrasonik menggunakan DES sebagai metode ekstraksi ramah lingkungan untuk pengolahan botani skala industri. (lihat Jamshed dkk., 2022)
- Sangat efisien
- proses yang cepat
- tidak beracun
- Persis dapat disesuaikan dengan botani tertentu
- Kondisi pemrosesan ringan
- Mode batch dan alur
- Mudah dan aman
- Ramah lingkungan / biodegradable
- Dapat didaur ulang
- Tidak mudah terbakar
- Murah
- Mudah diakses
Apa itu Pelarut Eutektik Dalam (DES)?
Pelarut eutektik dalam (DES) adalah campuran yang terdiri dari setidaknya satu penerima ikatan hidrogen (HBA) dan satu pemberi ikatan hidrogen (HBD), termasuk asam karboksilat dan senyawa terbarukan lainnya. Menurut Cai dkk. (2019), “Interaksi ikatan hidrogen yang kuat antara HBA dan HBD merupakan faktor terpenting dalam pembentukan DES.” [Cai dkk. 2019]
Untuk 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 dengan donor ikatan hidrogen. Pelarut eutektik dalam berbasis kolin klorida lainnya dibentuk dengan asam malanat, fenol atau gliserin. Sebagai hasil dari interaksi ikatan hidrogen yang kuat, titik leleh pelarut eutektik dalam berkurang secara signifikan jika dibandingkan dengan masing-masing komponennya. Berbeda dengan pelarut konvensional (misalnya, etanol, metanol, heksana, butana dll.) pelarut eutektik dalam tidak mudah menguap, yang berarti mereka memiliki tekanan uap yang sangat rendah dan dengan demikian hampir tidak mudah terbakar. Toksisitas pelarut eutektik dalam rendah, biodegradabilitasnya tinggi, dan prekursor yang diperlukan tidak mahal, mudah dan berlimpah tersedia serta terbarukan.
Pelarut eutektik dalam alami (NADES) bahkan lebih ramah lingkungan karena semua prekursor bersumber dari sumber alami. Pelarut eutektik dalam juga menawarkan solvabilitas yang dapat disetel berdasarkan kimia zat terlarut dan spesies yang digunakan untuk membuat pelarut eutektik dalam. Beberapa pelarut eutektik dalam alami menunjukkan viskositas tinggi dan oleh karena itu tidak terlalu cocok untuk ekstraksi batch. Namun, pelarut eutektik dalam alami dengan viskositas yang lebih tinggi dapat berhasil diterapkan sebagai pelarut dalam ekstraksi aliran melalui ultrasonik.
Tabel di bawah ini menunjukkan beberapa komposisi teladan dari Pelarut Eutektik Dalam Alami (NADES) untuk ekstraksi fitokimia:
| Komposisi NADES | Rasio Molar |
|---|---|
| Kolin klorida: Asam laktat | 1:2 |
| Kolin klorida: Asam sitrat: Air | 1:1:2 |
| Kolin klorida: Asam malat: Air | 1:1:2 |
| Kolin klorida: Asam tartarat | 1:2 |
| Kolin klorida: Gliserol | 1:2 |
| Kolin klorida: 1,2-propanediol | 1:3 |
| Kolin klorida: Sorbitol | 1:1 |
| Kolin klorida: Glukosa: Air | 2:1:1 |
| Kolin klorida: Fruktosa: Air | 2:1:1 |
| Kolin klorida: Urea | 1:2 |
Sonicator industri UIP4000hdT dengan sel aliran untuk ekstraksi berkesinambungan secara inline
Bagaimana Cara Kerja Ekstraksi Ultrasonik dengan Pelarut Eutektik Dalam?
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada efek sonomekanis dari ultrasound frekuensi rendah intensitas tinggi. Untuk mempromosikan dan mengintensifkan ekstraksi senyawa botani (yaitu, zat bioaktif) melalui ultrasonikasi, gelombang ultrasound berdaya tinggi digabungkan melalui probe ultrasonik (juga disebut tanduk ultrasonik atau sonotrode) ke dalam media cair, yaitu bubur yang terdiri dari bahan baku botani dan pelarut eutektik dalam (alami). Gelombang ultrasound bergerak melalui cairan dan menciptakan siklus tekanan rendah / tekanan tinggi yang bergantian. Selama siklus tekanan rendah, gelembung vakum kecil (yang disebut gelembung kavitasi) dibuat, yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Selama siklus pertumbuhan gelembung tersebut, gas terlarut dalam cairan memasuki gelembung vakum, sehingga gelembung vakum berubah menjadi gelembung gas yang tumbuh. Setelah tumbuh selama beberapa siklus, gelembung vakum mencapai ukuran tertentu di mana mereka tidak dapat menyerap lebih banyak energi, sehingga mereka meledak dengan keras selama siklus tekanan tinggi. Ledakan gelembung ditandai dengan gaya kavitasi yang kuat, termasuk suhu dan tekanan yang sangat tinggi masing-masing mencapai hingga 4000K dan 1000atm; serta perbedaan suhu dan tekanan tinggi yang sesuai. Turbulensi dan gaya geser yang dihasilkan secara ultrasonik ini memecah sel-sel tumbuhan dan melepaskan senyawa bioaktif intraseluler ke dalam pelarut eutektik dalam (alami). Ekstraksi ultrasonik membuka struktur sel tumbuhan dan mengintensifkan perpindahan massa antara bahan tanaman dan pelarut. Sonikasi mempromosikan dengan demikian kemanjuran pelarut eutektik dalam alami. Ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam (alami) menghasilkan hasil yang sangat tinggi dalam waktu pemrosesan yang sangat singkat.
Gelombang ultrasound daya mengganggu struktur sel tumbuhan, melepaskan senyawa bioaktif dan meningkatkan perpindahan massa antara bahan tanaman dan pelarut (misalnya, pelarut eutektik dalam).
Kombinasi ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam (alami) memberi Anda kesempatan untuk menggabungkan kekuatan intensif proses ultrasound dengan efek pelarutan yang luar biasa dan kemampuan desain yang luar biasa dari pelarut eutektik dalam. Karena efisiensi ekstraksi ultrasonik yang unggul, Ultrasonicators juga berhasil digunakan untuk ekstraksi air.
Hubungi kami sekarang untuk mempelajari lebih lanjut tentang aplikasi ekstraksi ultrasonik yang kuat menggunakan pelarut eutektik dalam!
ultrasonik ekstraktor UIP2000hdT (2kW) untuk produksi ekstrak botani
Alat Ekstraksi Ultrasonik untuk Ekstraksi DES di Tingkat Laboratorium, Uji Coba, dan Industri
Ekstraksi ultrasonik adalah teknologi pemrosesan yang andal, yang memfasilitasi dan mempercepat produksi ekstrak berkualitas tinggi dari berbagai botani serta pelarut apa pun. Ekstraksi ultrasonik sangat kompatibel dengan pelarut eutektik dalam (alami), yang menguntungkan karena daya larutnya yang sangat baik, kemampuan desain untuk ekstrak, keberlanjutan, biodegradabilitas, dan ramah lingkungan. Kombinasi intensifikasi proses ultrasound daya dengan keunggulan pelarut eutektik dalam (alami) memberikan keunggulan teknologi proses ini di banyak tingkatan. Portofolio Hielscher Ultrasonics mencakup berbagai macam mulai dari ultrasonicators laboratorium kompak hingga sistem ekstraksi industri. Semuanya tentu saja cocok untuk ekstraksi dengan pelarut eutektik dalam.
Staf kami yang berpengalaman lama akan membantu Anda mulai dari uji kelayakan dan optimalisasi proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada tingkat produksi akhir.
| Volume Ekstraksi | Sonicator yang Direkomendasikan |
|---|---|
| Pengembangan metode, R&D, penyaringan | UP100H (100W), UP200Ht (200W), UP400St (400W) |
| Batch DES/NADES yang kental | UIP500hdT (500W), UIP1000hdT (1000W) |
| Produksi percobaan | UIP1000hdT atau UIP2000hdT (2000 W) |
| Ekstraksi industri berkelanjutan | UIP4000hdT (4000 W), UIP6000hdT (6000 W), UIP16000hdT (16kW) atau kelompok |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Manfaatkan ekstraksi ultrasonik dan gunakan sonicator Hielscher untuk ekstraksi botani dengan efisiensi dan keberlanjutan yang tak tertandingi!
Manfaatkan ekstraksi ultrasonik dan gunakan sonicator Hielscher untuk ekstraksi botani dengan efisiensi dan keberlanjutan yang tak tertandingi!
Gliserin (gliserol) mampu menjaga integritas senyawa bioaktif, dikombinasikan dengan sifatnya yang tidak beracun dan dapat terurai secara hayati, menjadikannya pelarut yang menarik untuk industri farmasi, kosmetik, dan makanan. Dikombinasikan dengan kondisi ekstraksi ultrasonikasi ringan, ekstrak gliserin ultrasonik menunjukkan kualitas dan ketersediaan hayati yang sangat baik. Proses sonikasi memastikan efisiensi tertinggi menghasilkan hasil tinggi, mengurangi waktu ekstraksi dan biaya pemrosesan yang rendah! Gunakan pelarut pilihan Anda, raih hasil ekstraksi yang sangat baik dan kualitas ekstrak yang unggul dengan sonicator Hielscher!
Pertanyaan yang Sering Diajukan tentang Ekstraksi Ultrasonik dengan Pelarut Eutektik Dalam
Apa itu ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam?
Ekstraksi ultrasonik dengan pelarut eutektik dalam menggabungkan sonikasi tipe probe dengan sistem pelarut DES atau NADES. Probe ultrasonik memancarkan gelombang suara berintensitas tinggi ke dalam campuran bubur tanaman dan pelarut. Kavitasinya yang dihasilkan merusak struktur sel tanaman, 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 transfer massa, memperpendek waktu ekstraksi, serta membantu pelarut menjangkau senyawa intraseluler secara lebih efektif. Hal ini sangat berguna untuk bahan botani di mana senyawa target terperangkap di dalam sel tumbuhan, serat, atau struktur resin.
Senyawa apa saja yang dapat diekstraksi menggunakan DES dan NADES dengan metode sonikasi?
Ekstraksi ultrasonik DES dan NADES dapat digunakan untuk berbagai senyawa bioaktif, termasuk polifenol, flavonoid, antosianin, terpen, kanabinoid, alkaloid, antioksidan, pigmen, senyawa aroma, dan senyawa fitokimia lainnya. Komposisi pelarut harus dipilih sesuai dengan polaritas, stabilitas, dan kelarutan senyawa yang menjadi sasaran.
Apakah pelarut eutektik dalam kompatibel dengan alat ekstraksi ultrasonik Hielscher?
Ya. Sonicator tipe probe Hielscher cocok untuk ekstraksi menggunakan 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 memberikan pengadukan intensif, kavitasi, dan transfer massa secara langsung di dalam cairan.
Apakah proses ekstraksi DES dengan ultrasonik dapat digunakan untuk pelarut berviskositas tinggi?
Ya. Banyak formulasi DES dan NADES memiliki viskositas yang lebih tinggi daripada pelarut konvensional. Pengolah ultrasonik Hielscher sangat cocok untuk media ekstraksi berviskositas tinggi karena sonotrode menyalurkan gelombang ultrasonik beramplitude tinggi secara langsung ke dalam campuran pelarut dan bahan. Untuk volume yang lebih besar atau proses berkelanjutan, reaktor aliran melalui dapat meningkatkan proses pencampuran, pengendalian suhu, dan keseragaman proses.
Apakah ekstraksi DES dengan ultrasonik cocok untuk produksi makanan, nutraceutical, dan kosmetik?
Ya. DES dan NADES sering dipilih untuk aplikasi yang mengutamakan volatilitas rendah, risiko pelarut yang lebih rendah, serta kinerja ekstraksi yang dapat disesuaikan. Bergantung pada komponen pelarut yang dipilih dan persyaratan regulasi, ekstraksi DES dengan ultrasonik dapat digunakan untuk bahan pangan, ekstrak nutraceutical, bahan aktif kosmetik, konsentrat tumbuhan, dan ekstrak untuk keperluan penelitian.
Apakah ekstraksi ultrasonik dengan DES dapat ditingkatkan skalanya?
Ya. Ekstraksi ultrasonik sangat skalabel karena parameter proses yang sama – seperti amplitudo, input energi, waktu tinggal, suhu, dan rasio padat-cair – dapat diterapkan dari uji laboratorium ke produksi skala pilot dan industri. Hielscher menyediakan alat ekstraksi ultrasonik untuk sampel laboratorium kecil, optimasi di meja kerja, batch skala pilot, dan ekstraksi aliran kontinu skala industri.
Apakah sebaiknya saya menggunakan ekstraksi ultrasonik batch atau inline untuk proses DES?
Ekstraksi batch sering kali menjadi pilihan terbaik untuk pengujian laboratorium, penyaringan formulasi, dan volume produksi kecil. Ekstraksi ultrasonik inline umumnya lebih disukai untuk produksi skala percontohan dan industri karena memungkinkan waktu tinggal yang terkendali, reproduibilitas yang lebih baik, pendinginan yang lebih mudah, serta aliran produksi yang berkelanjutan. Konfigurasi terbaik bergantung pada viskositas, bahan tanaman, perbandingan pelarut, senyawa target, dan kapasitas produksi.
Bagaimana cara memilih ekstraktor ultrasonik yang tepat untuk ekstraksi DES?
Pemilihan alat ekstraksi ultrasonik yang tepat bergantung pada volume sampel, ukuran batch, laju aliran, viskositas pelarut, senyawa target, suhu ekstraksi, dan tujuan produksi. Unit laboratorium kecil cocok untuk pengembangan metode, sedangkan ultrasonikator industri seri UIP digunakan untuk ekstraksi DES skala pilot dan produksi. Hielscher dapat merekomendasikan konfigurasi berdasarkan bahan baku, sistem pelarut, dan kapasitas produksi yang Anda butuhkan.
Parameter proses apa saja yang penting dalam ekstraksi DES dengan ultrasonik?
Parameter-parameter penting meliputi amplitudo ultrasonik, input energi, waktu ekstraksi, suhu, komposisi DES atau NADES, kadar air, perbandingan padat-cair, ukuran partikel, viskositas, dan laju aliran. Parameter-parameter ini perlu dioptimalkan untuk setiap bahan botani dan senyawa target guna mencapai hasil yang tinggi, kualitas ekstrak yang baik, serta proses produksi yang dapat diulang.
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.
High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.