Fitochimica e sonicazione: estrazione a ultrasuoni ad alta efficienza dei composti bioattivi vegetali
La fitochimica è la scienza dei composti chimici di origine vegetale – dai polifenoli, flavonoidi e alcaloidi ai terpeni, saponine, glicosidi, pigmenti, antiossidanti e costituenti degli oli essenziali. Questi composti fitochimici sono preziosi per prodotti nutraceutici, farmaceutici e cosmetici, ingredienti alimentari, coloranti naturali, fragranze, estratti vegetali e ricerca analitica.
Migliorate l’estrazione dei composti fitochimici con i sonicatori Hielscher
Estraete più composti bioattivi in meno tempo
I sonicatori a sonda Hielscher intensificano l’estrazione botanica rompendo le cellule vegetali e accelerando il trasferimento di massa. Ciò consente di estrarre con rese elevate i composti fitochimici da erbe, radici, foglie, fiori, frutti, semi, cortecce, alghe e altri materiali vegetali.
Perché scegliere i sistemi di estrazione a ultrasuoni Hielscher
- Rese di estrazione più elevate: Recuperate più composti di interesse dalla stessa materia prima vegetale.
- Tempi di trattamento più brevi: Sostituite le lunghe fasi di macerazione o le fasi di estrazione che richiedono un intenso apporto di calore con un rapido trattamento a ultrasuoni.
- Estrazione delicata e non termica: Preservate i composti fitochimici termosensibili come polifenoli, terpeni, antociani, vitamine e antiossidanti.
- Flessibilità nella scelta dei solventi: Utilizzate acqua, etanolo, miscele idroetanoliche, glicerina, oli, solventi eutettici profondi o altri mezzi di estrazione adatti.
- Controllo preciso del processo: Regolate ampiezza, potenza, apporto energetico, tempo, temperatura, pressione e portata.
- Passaggio di scala lineare: Sviluppate i parametri di estrazione in laboratorio e trasferiteli alla produzione pilota e industriale.
- Funzionamento in batch e in linea: Scegliete la sonicazione in becher, il trattamento in serbatoi agitati o l’estrazione a flusso continuo.
- Robusta progettazione industriale: I sonicatori Hielscher sono progettati per ambienti produttivi impegnativi, un funzionamento riproducibile e una facile integrazione.
Sonicatore UIP1000hdT per l’estrazione di composti fitochimici
Trattamento a ultrasuoni per un’estrazione dei composti fitochimici più rapida, più pulita e più completa
Per utilizzare i composti fitochimici in formulazioni, saggi o prodotti commerciali, occorre prima liberarli dalla matrice vegetale. È in questo ambito che la sonicazione si è affermata come una delle tecnologie di estrazione più efficaci. I sonicatori a sonda generano un’intensa cavitazione acustica nei liquidi e nelle sospensioni. Le microturbolenze, le forze di taglio e le fluttuazioni di pressione risultanti disgregano le cellule vegetali, migliorano la penetrazione del solvente e accelerano il trasferimento delle molecole bioattive nel mezzo di estrazione.
Hielscher Ultrasonics fornisce sonicatori ad alte prestazioni per l’estrazione di composti fitochimici, dalla ricerca di laboratorio alla produzione industriale su vasta scala. Che stiate sviluppando un estratto botanico, ottimizzando la preparazione dei campioni per l’analisi o aumentando la scala di un processo per ingredienti di origine vegetale, la sonicazione vi offre un controllo preciso sull’intensità di estrazione, sulla riproducibilità e sulla capacità di trattamento.
Sonicatore UP200Ht per l’estrazione di composti fitochimici
Che cos’è la sonicazione in fitochimica?
La sonicazione è l’applicazione di ultrasuoni ad alta potenza a un liquido o a una sospensione. In fitochimica, la sonicazione viene utilizzata soprattutto per l’estrazione assistita da ultrasuoni, la preparazione dei campioni, la disgregazione cellulare, la dispersione, l’emulsificazione e l’intensificazione dei processi.
Quando una sonda a ultrasuoni ad alta intensità trasmette onde sonore in un mezzo di estrazione, l’alternanza di cicli ad alta e bassa pressione crea cavitazione acustica. Le bolle di cavitazione crescono e collassano violentemente. Questo collasso produce forze di taglio localizzate, microgetti di liquido e intensi effetti di miscelazione.
Nell’estrazione botanica, questi effetti contribuiscono a:
- rompere le pareti e le membrane cellulari
- aumentare l’accesso del solvente ai composti intracellulari
- ridurre gli strati limite attorno alle particelle vegetali
- migliorare la diffusione dei composti fitochimici nel solvente
- ridurre il tempo di estrazione
- aumentare la riproducibilità
- ridurre la necessità di calore eccessivo o di un’esposizione prolungata al solvente
Il risultato è un processo di estrazione più rapido, più efficiente e spesso più delicato rispetto ai metodi convenzionali di macerazione, infusione, percolazione o estrazione a riflusso.
Perché la sonicazione è importante per la moderna estrazione dei composti fitochimici
Le materie prime vegetali sono complesse. I composti bioattivi sono racchiusi nelle cellule vegetali, legati a componenti strutturali o distribuiti in diversi tessuti. L’estrazione convenzionale richiede spesso lunghi tempi di permanenza, elevati volumi di solvente o temperature elevate. Queste condizioni possono essere inefficienti e degradare i composti termolabili.
L’estrazione assistita da ultrasuoni supera questi limiti intensificando il rilascio fisico dei composti fitochimici. Anziché affidarsi soltanto alla diffusione passiva, la sonicazione disgrega attivamente la matrice vegetale e favorisce il trasferimento di massa.
Ciò rende l’estrazione a ultrasuoni particolarmente utile quando gli operatori necessitano di:
- rese più elevate da materie prime vegetali costose
- cicli di produzione più brevi
- un minore consumo di solvente
- una migliore estrazione dei composti termosensibili
- un’estrazione riproducibile per il controllo qualità
- un trattamento scalabile dal laboratorio alla produzione
- compatibilità con solventi ecologici e ingredienti a etichetta pulita
Nella ricerca fitochimica, la sonicazione migliora anche la preparazione dei campioni per l’analisi. I laboratori possono estrarre i composti di interesse rapidamente e in modo costante prima di HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, saggi antiossidanti o altri metodi analitici.
Metodi convenzionali e metodi di estrazione – Un confronto
| Metodo di estrazione convenzionale | Limiti del metodo convenzionale | Vantaggio della sonicazione |
|---|---|---|
| Macerazione | La macerazione è semplice ma lenta. Può richiedere ore, giorni o persino settimane per raggiungere una resa di estrazione accettabile. | La sonicazione accelera lo stesso principio di estrazione con solvente disgregando attivamente le cellule vegetali e migliorando la diffusione. Ciò può ridurre drasticamente il tempo di trattamento. |
| Estrazione a riflusso | L’estrazione a riflusso utilizza il calore per migliorare la solubilità e il trasferimento di massa. Tuttavia, il calore può degradare i composti fitochimici sensibili e aumentare il consumo energetico. | La sonicazione raggiunge un’elevata efficienza di estrazione a temperature più basse, risultando adatta ai composti vegetali termosensibili. |
| Estrazione Soxhlet | L’estrazione Soxhlet è ampiamente utilizzata nei laboratori, ma richiede grandi quantità di solvente e molto tempo. | L’estrazione a ultrasuoni può ridurre il volume di solvente e il tempo di estrazione, risultando interessante per il lavoro analitico, la ricerca e sviluppo e lo sviluppo dei processi. |
| Agitazione meccanica | L’agitazione migliora la miscelazione, ma non offre la stessa disgregazione cellulare indotta dalla cavitazione degli ultrasuoni a sonda. | La sonicazione combina miscelazione, deagglomerazione delle particelle e rottura cellulare in un’unica fase di processo, ottenendo un’estrazione più intensa. |
Sonicazione in batch e in linea per estratti botanici
Estrazione a ultrasuoni in batch
La sonicazione in batch è ideale per la ricerca di laboratorio, lo sviluppo di formulazioni, la produzione su piccola scala e il trattamento flessibile. Un sonicatore a sonda viene inserito in un recipiente contenente la sospensione di materiale vegetale nel solvente. Il trattamento in batch è facile da predisporre ed eccellente per valutare parametri quali tipo di solvente, ampiezza, tempo di estrazione e temperatura.
Estrazione a ultrasuoni continua in linea
Per volumi di produzione maggiori, la sonicazione continua in linea è la configurazione preferita. La sospensione vegetale viene pompata attraverso una cella di flusso a ultrasuoni, dove è esposta a cavitazione controllata. Il trattamento in linea migliora la riproducibilità, il controllo del processo e la capacità di trattamento. Rende inoltre più prevedibile il passaggio di scala, perché l’apporto energetico, il tempo di permanenza e la portata possono essere definiti con precisione.
I sonicatori industriali Hielscher sono progettati per il funzionamento continuo e possono essere integrati con pompe, scambiatori di calore, serbatoi di stoccaggio, sistemi di filtrazione, recupero del solvente e concentrazione a valle.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori per l’estrazione botanica
| Volume del lotto | Portata | Sonicatore consigliato |
|---|---|---|
| da 1 a 500mL | da 10 a 200mL/min | UP100H |
| da 10 a 2000mL | da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| da 0,1 a 20L | da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| da 10 a 100L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| da 15 a 150L | da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | da 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | maggiore | gruppo di UIP16000hdT |
Composti fitochimici estratti mediante sonicazione
La sonicazione è adatta a un’ampia gamma di classi di composti fitochimici. Il risultato dell’estrazione dipende dal materiale vegetale, dalla dimensione delle particelle, dal solvente, dalla temperatura, dall’ampiezza degli ultrasuoni, dal tempo di permanenza e dalla separazione a valle.
Polifenoli e flavonoidi
I polifenoli e i flavonoidi sono tra i composti fitochimici più studiati per le loro proprietà antiossidanti e la loro rilevanza nelle formulazioni alimentari, nutraceutiche e cosmetiche. L’estrazione a ultrasuoni favorisce il rilascio di acidi fenolici, catechine, quercetina, rutina, antociani e composti correlati da foglie, frutti, bucce, fiori, semi e cortecce.
Terpeni e costituenti degli oli essenziali
I terpeni e i composti aromatici sono importanti per gli estratti vegetali, le fragranze, gli aromi e la lavorazione della cannabis o della canapa. La sonicazione può migliorare l’estrazione dai tessuti vegetali, consentendo al contempo un controllo della temperatura in condizioni blande, importante per i composti volatili e sensibili all’ossidazione.
Alcaloidi
Gli alcaloidi sono presenti in molte piante medicinali e vengono spesso estratti per scopi analitici, farmaceutici o nutraceutici. Il trattamento a ultrasuoni migliora la disgregazione della matrice e può accelerare il trasferimento degli alcaloidi in solventi adatti.
Saponine, glicosidi e tannini
Molte radici, erbe, leguminose e piante medicinali contengono saponine, glicosidi e tannini. La sonicazione aiuta a liberare questi composti dalle matrici vegetali fibrose o dense e può essere ottimizzata per bilanciare la resa di estrazione con la selettività.
Pigmenti e antiossidanti
I pigmenti naturali come antociani, clorofille, carotenoidi e betalaine sono preziosi per applicazioni alimentari, nelle bevande, cosmetiche e analitiche. Poiché molti pigmenti sono sensibili al calore, all’ossigeno e al pH, l’estrazione a ultrasuoni in condizioni di temperatura controllata è estremamente vantaggiosa.
Cannabinoidi e composti fitochimici della canapa
La canapa e la cannabis contengono cannabinoidi, terpeni, flavonoidi e altri costituenti vegetali. L’estrazione a ultrasuoni migliora il rilascio di questi composti dalla biomassa macinata e può essere adattata a sistemi di solventi a base di etanolo, idroetanolici o di altro tipo.
Estrazione a ultrasuoni di composti fitochimici
FAQ: sonicazione e fitochimica
Che cos’è la sonicazione in fitochimica?
La sonicazione in fitochimica è l’impiego di ultrasuoni ad alta potenza per estrarre, liberare o trattare composti chimici di origine vegetale. Viene comunemente utilizzata per l’estrazione assistita da ultrasuoni di composti fitochimici come polifenoli, flavonoidi, terpeni, alcaloidi, pigmenti, antiossidanti e costituenti degli oli essenziali.
Come estrae la sonicazione i composti fitochimici dalle piante?
La sonicazione genera cavitazione acustica nel liquido di estrazione. La cavitazione produce forze di taglio, microgetti e un’intensa miscelazione, che disgregano le strutture cellulari vegetali e migliorano la penetrazione del solvente. Ciò accelera il trasferimento dei composti fitochimici dalla matrice vegetale al solvente.
Quali composti fitochimici possono essere estratti mediante ultrasuoni?
L’estrazione a ultrasuoni può essere utilizzata per polifenoli, flavonoidi, antociani, terpeni, cannabinoidi, alcaloidi, saponine, tannini, glicosidi, clorofille, carotenoidi, costituenti degli oli essenziali e molti altri composti di origine vegetale.
L’estrazione a ultrasuoni è adatta ai composti fitochimici termosensibili?
Sì. La sonicazione è considerata un metodo di estrazione delicato e non termico quando la temperatura è controllata correttamente. Ciò la rende adatta ai composti termosensibili come antiossidanti, pigmenti, terpeni e alcune vitamine.
La sonicazione a sonda è migliore di un bagno a ultrasuoni per l’estrazione dei composti fitochimici?
Per un’estrazione efficiente, la sonicazione a sonda è generalmente molto più potente e controllabile di un bagno a ultrasuoni. Un sonicatore a sonda trasmette energia direttamente nel liquido, creando un’intensa cavitazione nel campione o nel flusso di processo. I bagni a ultrasuoni sono significativamente meno intensi e non garantiscono risultati riproducibili nelle applicazioni di estrazione impegnative. Osservate la differenza nei risultati dell’estrazione a ultrasuoni confrontando un sonicatore a sonda con un bagno a ultrasuoni!
Quali solventi possono essere utilizzati per l’estrazione a ultrasuoni dei composti fitochimici?
I solventi comuni comprendono acqua, etanolo, miscele etanolo-acqua, glicerina, oli e altri solventi specifici per l’applicazione. Per l’estrazione analitica si possono utilizzare metanolo o altri solventi da laboratorio. La sonicazione può anche essere combinata con solventi eutettici profondi e solventi eutettici profondi naturali.
La sonicazione può ridurre il tempo di estrazione?
Sì. L’estrazione a ultrasuoni può ridurre significativamente il tempo di estrazione rispetto alla macerazione, all’infusione o all’estrazione con solvente convenzionali, perché la cavitazione accelera la disgregazione cellulare e il trasferimento di massa.
È possibile aumentare la scala dell’estrazione a ultrasuoni?
Sì. I sonicatori Hielscher sono disponibili dalla scala di laboratorio a quella industriale. I processi sviluppati con parametri controllati come ampiezza, apporto energetico, temperatura e tempo di permanenza possono essere trasferiti a sistemi in batch più grandi o a sistemi continui in linea.
La sonicazione è adatta all’estrazione botanica industriale?
Sì. I sonicatori industriali con reattori a flusso continuo possono trattare sospensioni vegetali in modo continuo. Ciò rende la sonicazione adatta alla produzione commerciale di estratti nutraceutici, tinture vegetali, principi attivi cosmetici, ingredienti alimentari e composti bioattivi di origine vegetale.
Quali sono i principali vantaggi dei sonicatori Hielscher per la fitochimica?
I sonicatori Hielscher offrono una potente cavitazione, un controllo preciso dei parametri, un’estrazione riproducibile, un funzionamento in batch e in linea, opzioni di apparecchiature scalabili e compatibilità con molti solventi e materiali vegetali. Sono adatti alla ricerca, allo sviluppo dei processi e alla produzione su vasta scala.
Come scegliere l’estrattore a ultrasuoni giusto?
L’estrattore a ultrasuoni migliore dipende dal materiale vegetale, dai composti di interesse, dal solvente, dal volume, dal contenuto di solidi, dai limiti di temperatura e dalla capacità di trattamento richiesta. Hielscher può consigliare un sonicatore da laboratorio, pilota o industriale adatto al vostro processo di estrazione.
Letteratura / Riferimenti
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- Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
- Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
- 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.
- alta efficienza
- tecnologia all’avanguardia
- affidabilità e robustezza
- controllo del processo regolabile e preciso
- in batch e in linea
- per qualsiasi volume
- software intelligente
- funzioni intelligenti (ad es. programmabilità, registrazione dei dati, controllo remoto)
- facile e sicuro da utilizzare
- manutenzione ridotta
- CIP (pulizia in loco)
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni dalla scala di laboratorio alla scala industriale.