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 danno alte rese di estratti di alta qualità. Scopri 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 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 a 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 a bassa frequenza. Per promuovere e intensificare l'estrazione di composti botanici (cioè, sostanze bioattive) tramite ultrasuoni, le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate tramite una sonda ultrasonica (chiamata anche corno ultrasonico o sonotrodo) nel mezzo liquido, cioè l'impasto costituito dalla materia prima botanica e il solvente eutettico profondo (naturale). Le onde ultrasoniche viaggiano attraverso il liquido e creano cicli alternati di bassa pressione/alta pressione. Durante i cicli a bassa pressione, si creano minuscole bolle di vuoto (le cosiddette bolle di cavitazione), che crescono per diversi cicli di pressione. Durante questi cicli di crescita delle bolle, i gas disciolti nel liquido entrano nella bolla di vuoto, così che la bolla di vuoto si trasforma in bolle di gas in crescita. Dopo essere cresciute per diversi cicli, le bolle a vuoto raggiungono una certa dimensione alla quale non possono assorbire più energia, così che 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 fino a 4000K e 1000atm, rispettivamente; così come i corrispondenti differenziali di temperatura e pressione elevati. Queste turbolenze generate dagli ultrasuoni e le forze di taglio rompono le cellule vegetali e rilasciano i composti bioattivi intracellulari nel solvente eutettico profondo (naturale). L'estrazione ultrasonica 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) porta a rendimenti eccezionalmente alti in un tempo di lavorazione molto breve.

Le onde ultrasoniche di potenza distruggono la struttura cellulare dei prodotti botanici, rilasciano i composti bioattivi e promuovono 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) vi dà l'opportunità di combinare il potere di intensificazione del processo degli ultrasuoni con i notevoli effetti solubilizzanti e l'eccezionale designabilità dei solventi eutettici profondi. Grazie all'efficienza superiore dell'estrazione a ultrasuoni, Gli ultrasuoni sono anche utilizzati con successo 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 elaborazione affidabile, che facilita e accelera la produzione di estratti di alta qualità da varie piante e da qualsiasi solvente. L'estrazione a ultrasuoni è altamente compatibile con i solventi eutettici profondi (naturali), che sono favorevoli per il loro eccellente potere solubilizzante, la loro designabilità all'estratto, la sostenibilità, la biodegradabilità e l'eco-compatibilità. La combinazione dell'intensificazione del processo degli ultrasuoni di potenza con i vantaggi dei solventi eutettici profondi (naturali) dà a questa tecnologia di processo una superiorità su molti livelli. Il portafoglio di Hielscher Ultrasonics copre l'intera gamma, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti ai sistemi di estrazione industriali. Tutti sono naturalmente adatti all'estrazione con solventi eutettici profondi.
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La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: