Solventi eutettici profondi per un'estrazione altamente efficiente

I solventi eutettici profondi (DES) e i solventi eutettici profondi naturali (NADES) offrono vantaggi come solventi di estrazione a molti livelli e sono quindi una promettente alternativa ai solventi organici convenzionali. I solventi eutettici profondi funzionano in modo eccellente in combinazione con l'estrazione a ultrasuoni e forniscono rese elevate di estratti di qualità superiore. Per saperne di più sull'estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi naturali.

In che modo gli ultrasuoni migliorano l'estrazione con solventi eutettici profondi?

L'estrazione con sonda a ultrasuoni utilizzando solventi eutettici profondi e naturali può offrire diversi vantaggi per l'estrazione di composti bioattivi. Uno dei principali vantaggi è l'aumento dell'efficienza di estrazione dei composti fenolici e di altre sostanze fitochimiche da fonti naturali. I solventi eutettici profondi sono noti per l'elevata efficienza di estrazione, che può essere addirittura migliorata dall'estrazione assistita da ultrasuoni. Grazie alla loro atossicità, sono un'ottima opzione di solventi per i prodotti farmaceutici e alimentari. Ciò rende l'estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi un metodo verde e sostenibile per il recupero di composti bioattivi. È stato scientificamente dimostrato che l'uso sinergico di ultrasuoni e solventi eutettici profondi consente di ottenere rese più elevate di vari composti bioattivi. Nel complesso, l'estrazione con sonda a ultrasuoni utilizzando solventi eutettici profondi e solventi eutettici profondi naturali fornisce un approccio più efficiente ed ecologico all'estrazione di composti bioattivi.

Cosa sono i solventi eutettici profondi (DES)?

I solventi eutettici profondi (DES) sono miscele di almeno un accettore di legami a idrogeno (HBA) e un donatore di legami a idrogeno (HBD), tra cui acidi carbossilici e altri composti rinnovabili. Secondo Cai et al. (2019), "la forte interazione di legame a idrogeno tra HBA e HBD è il fattore più importante per la formazione dei DES." [Cai et al. 2019]
Per i donatori di legami a idrogeno vengono spesso utilizzati composti come zuccheri, aminoacidi, acidi carbossilici (ad esempio, acido benzoico, acido citrico, acido succinico) o ammine (ad esempio, urea, benzamide). Il potenziale di interazione chimica dei donatori di legami a idrogeno è il fattore principale che contribuisce alla formazione e all'efficienza dei solventi eutettici profondi. Insieme ai donatori di legami idrogeno possono essere utilizzati anche sali alogenati come il cloruro di colina o il cloruro di zinco. Altri solventi eutettici profondi a base di cloruro di colina si formano con acido malonico, fenolo o glicerina. A causa delle forti interazioni di legame a idrogeno, il punto di fusione dei solventi eutettici profondi è notevolmente ridotto rispetto ai singoli componenti. A differenza dei solventi convenzionali (ad esempio, etanolo, metanolo, esano, butano, ecc.), i solventi eutettici profondi non sono volatili, ovvero hanno una pressione di vapore molto bassa e sono quindi difficilmente infiammabili. La tossicità dei solventi eutettici profondi è bassa, la loro biodegradabilità è elevata e i precursori necessari sono poco costosi, facilmente e abbondantemente disponibili e rinnovabili.
I solventi eutettici profondi naturali (NADES) sono ancora più ecologici in quanto tutti i precursori provengono da fonti naturali. I solventi eutettici profondi offrono inoltre una solvibilità regolabile in base alla chimica del soluto e alle specie utilizzate per creare i solventi eutettici profondi. Alcuni solventi eutettici profondi naturali presentano un'elevata viscosità e quindi non sono molto adatti per l'estrazione in batch. Tuttavia, i solventi eutettici profondi naturali con viscosità più elevata possono essere applicati con successo come solventi nell'estrazione a flusso continuo a ultrasuoni.

La tabella seguente mostra alcune composizioni esemplari di solventi eutettici naturali profondi (NADES) per l'estrazione di sostanze fitochimiche:

Come funziona l'estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi?

L'estrazione a ultrasuoni si basa sugli effetti sonomeccanici degli ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza. Per promuovere e intensificare l'estrazione di composti botanici (cioè sostanze bioattive) tramite ultrasuoni, le onde ultrasonore ad alta potenza vengono accoppiate tramite una sonda ultrasonica (chiamata anche tromba ultrasonica o sonotrodo) nel mezzo liquido, cioè lo slurry costituito dalla materia prima botanica e dal solvente eutettico profondo (naturale). Le onde ultrasoniche attraversano il liquido e creano cicli alternati di bassa pressione/alta pressione. Durante i cicli di bassa pressione, si creano minuscole bolle di vuoto (le cosiddette bolle di cavitazione), che si sviluppano per diversi cicli di pressione. Durante questi cicli di crescita delle bolle, i gas disciolti nel liquido entrano nella bolla di vuoto, che si trasforma in bolle di gas in crescita. Dopo la crescita per diversi cicli, le bolle di vuoto raggiungono una certa dimensione che non consente loro di assorbire altra energia, per cui implodono violentemente durante un ciclo ad alta pressione. L'implosione delle bolle è caratterizzata da intense forze cavitazionali, tra cui temperature e pressioni molto elevate che raggiungono rispettivamente i 4000K e i 1000atm, oltre a corrispondenti differenziali di temperatura e pressione. Queste turbolenze e forze di taglio generate dagli ultrasuoni rompono le cellule vegetali e rilasciano i composti bioattivi intracellulari nel solvente eutettico profondo (naturale). L'estrazione a ultrasuoni apre la struttura cellulare delle piante e intensifica il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente. La sonicazione promuove quindi l'efficacia dei solventi eutettici profondi naturali. L'estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi (naturali) consente di ottenere rese eccezionalmente elevate in tempi di lavorazione molto brevi.

Le onde ultrasonore di potenza rompono la struttura cellulare delle piante, rilasciano i composti bioattivi e favoriscono il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente (ad esempio, solventi eutettici profondi).

La combinazione dell'estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi (naturali) offre l'opportunità di combinare il potere di intensificazione del processo degli ultrasuoni con i notevoli effetti di solubilizzazione e l'eccezionale capacità di progettazione dei solventi eutettici profondi. Grazie all'efficienza superiore dell'estrazione a ultrasuoni, Gli ultrasuoni vengono utilizzati con successo anche per l'estrazione dell'acqua.
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Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni per l'uso di solventi eutettici profondi

L'estrazione a ultrasuoni è una tecnologia di lavorazione affidabile, che facilita e accelera la produzione di estratti di alta qualità da vari prodotti botanici e da qualsiasi solvente. L'estrazione a ultrasuoni è altamente compatibile con i solventi eutettici profondi (naturali), che sono favorevoli grazie al loro eccellente potere solubilizzante, all'adattabilità all'estratto, alla sostenibilità, alla biodegradabilità e all'ecocompatibilità. La combinazione dell'intensificazione del processo degli ultrasuoni di potenza con i vantaggi dei solventi eutettici profondi (naturali) conferisce a questa tecnologia di processo una superiorità su molti livelli. Il portafoglio di Hielscher Ultrasonics copre l'intera gamma, dagli ultrasuoni compatti da laboratorio ai sistemi di estrazione industriali. Tutti sono ovviamente adatti all'estrazione con solventi eutettici profondi.
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La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: