Solventi per l’estrazione a ultrasuoni dalle piante

• L’estrazione a ultrasuoni offre numerosi vantaggi, tra cui rese elevate, estrazione rapida, rispetto dell’ambiente e basso consumo energetico.
• Uno dei principali vantaggi è l’utilizzo dell’acqua come mezzo di estrazione. Tuttavia, la sonicazione può essere utilizzata con molteplici sistemi di solventi per ottenere risultati superiori per l’estratto desiderato.
• Il solvente ottimale per l’estrazione a ultrasuoni di sostanze bioattive vegetali viene scelto in funzione della materia prima.

Estrazione a ultrasuoni

È ben noto che gli ultrasuoni disgregano le strutture cellulari e migliorano il trasferimento di massa, aumentando così l’estraibilità dei composti biologici (ad es. composti fenolici, carotenoidi).
Poiché gli effetti meccanici della sonicazione potenziano notevolmente il processo di estrazione grazie al miglioramento del trasferimento di massa, l’utilizzo di solventi organici è spesso superfluo. Ciò significa che, per l’estrazione a ultrasuoni, l’acqua è spesso un mezzo di estrazione sufficiente, con numerosi vantaggi: è economica, non pericolosa, facilmente reperibile e rispettosa dell’ambiente.
Tuttavia, per specifici composti bioattivi, i risultati migliori possono essere ottenuti mediante l’estrazione a ultrasuoni in combinazione con un solvente volatile.
Per scegliere il solvente giusto, occorre considerare la materia prima (ad es. materiale vegetale fresco o essiccato, macerato/macinato o in polvere) e le sostanze da estrarre (ad es. lipofile, idrofile).
 

La tabella seguente elenca diversi solventi di estrazione di uso consolidato, impiegati per l’estrazione a ultrasuoni da materiale vegetale.

Potenti onde ultrasoniche disgregano la matrice cellulare delle strutture biologiche e rilasciano i composti bioattivi. Il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente viene intensificato. Grazie a questi meccanismi, l’estrazione a ultrasuoni è altamente efficiente per l’estrazione botanica.

Sonicatori per l’estrazione

Dai dispositivi a ultrasuoni da laboratorio e da banco ai sistemi di estrazione a ultrasuoni su scala pienamente industriale – Hielscher Ultrasonics è il vostro partner con una lunga esperienza quando si tratta di dispositivi a ultrasuoni potenti e affidabili per processi di estrazione di successo.
I nostri sistemi a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati nei laboratori biochimici e negli impianti di produzione farmaceutica. I sonotrodi e i reattori a ultrasuoni sono sterilizzabili in autoclave e soddisfano gli standard della produzione farmaceutica.

I sonicatori industriali Hielscher possono fornire ampiezze molto elevate per disgregare le matrici cellulari e rilasciare le sostanze desiderate. È possibile operare facilmente e in modo continuo con ampiezze fino a 200µm, 24/7. La potenza e la robustezza dei sonicatori Hielscher garantiscono rese elevate, estrazione rapida e un’estrazione più completa – superando i processi di estrazione convenzionali.
I nostri processori a ultrasuoni possono essere combinati con metodi di estrazione convenzionali come l’estrazione Soxhlet o l’estrazione con CO2 supercritica. L’integrazione nelle linee di produzione esistenti può essere effettuata facilmente.

Bibliografia / Riferimenti

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• 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.

Informazioni utili

Estrazione a ultrasuoni mediante cavitazione

Onde ultrasoniche intense generano cavitazione acustica nei liquidi. Le forze di taglio dovute alla cavitazione rompono le pareti e le membrane cellulari, permettendo il rilascio del materiale intracellulare. L’estrazione a ultrasuoni consente una maggiore penetrazione del solvente nel tessuto vegetale e migliora il trasferimento di massa. In questo modo, l’estrazione a ultrasuoni intensifica notevolmente il processo di estrazione, con conseguenti rese più elevate, estrazione più rapida e un’estrazione più completa.

Sistemi di solventi

Per l’estrazione di composti bioattivi dal materiale vegetale sono disponibili vari sistemi di solventi. Per l’estrazione di composti idrofili si scelgono principalmente solventi polari come metanolo, etanolo o acetato di etile, mentre per l’estrazione di composti lipofili (ad es. lipidi) si preferiscono sistemi di solventi come diclorometano o diclorometano/metanolo (v/v 1:1). L’esano è spesso utilizzato come solvente per l’estrazione della clorofilla.

Che cosa sono i composti bioattivi?

I composti bioattivi, o sostanze fitochimiche, sono definiti come sostanze che hanno un effetto sugli organismi viventi, sui tessuti o sulle cellule. Le sostanze biologicamente attive comprendono antibiotici, enzimi e vitamine. Le sostanze bioattive come carotenoidi e polifenoli possono essere estratte, ad esempio, da frutti, foglie e ortaggi, mentre i fitosteroli si trovano negli oli vegetali.
I composti bioattivi di origine vegetale comprendono flavonoidi, caffeina, carotenoidi, colina, ditioltioni, fitosteroli, polisaccaridi, fitoestrogeni, glucosinolati, polifenoli e antociani. Molte sostanze bioattive sono apprezzate per la loro azione antiossidante e sono quindi considerate benefiche per la salute.

Come scegliere il miglior solvente di estrazione?

Le linee guida riportate di seguito aiutano a scegliere un solvente adatto all’estrazione botanica a ultrasuoni. Poiché la sonicazione è compatibile con qualsiasi solvente standard, potete scegliere il solvente più adatto alla vostra materia prima vegetale, alle sostanze fitochimiche da estrarre e all’efficienza economica.

• Selettività: Scegliete un solvente che sciolga specificamente i composti desiderati, lasciando i componenti indesiderati. Ad esempio, utilizzate etanolo per composti polari come alcaloidi e flavonoidi.
• Solubilità: In base al principio «il simile scioglie il simile», scegliete un solvente con una polarità simile a quella del soluto. I solventi polari (ad es. acqua, etanolo) sciolgono i composti polari, mentre i solventi apolari (ad es. esano) sciolgono i composti apolari come lipidi e oli.
• Costo: Considerate il rapporto tra costi e benefici del solvente. Alcuni solventi potrebbero essere più costosi, ma offrire rese più elevate o una migliore selettività, compensando il costo complessivo dell’estrazione.
• Sicurezza: Assicuratevi che il solvente sia sicuro da utilizzare e manipolare. I fattori da considerare comprendono tossicità, infiammabilità e impatto ambientale. Ad esempio, acqua ed etanolo sono scelte più sicure rispetto a cloroformio o toluene.

Polarità e scelta del solvente
Secondo la legge della somiglianza e della miscibilità reciproca, i solventi con un valore di polarità vicino a quello del soluto hanno maggiori probabilità di offrire prestazioni migliori. Ecco alcuni esempi:

• Solventi polari: Acqua, etanolo, metanolo – Utilizzati per estrarre composti polari come alcaloidi, flavonoidi, glicosidi e proteine.
• Solventi moderatamente polari: Acetone, acetato di etile, isopropanolo – Adatti all’estrazione di un’ampia gamma di composti, tra cui composti fenolici e alcuni alcaloidi.
• Solventi apolari: Esano, toluene, etere di petrolio – Ideali per estrarre composti apolari come lipidi, cere, terpeni e oli essenziali.

Esempi di utilizzo dei solventi

• Etanolo: Uno dei solventi più comuni per l’estrazione botanica. Essendo un solvente polare, l’etanolo scioglie composti polari come alcaloidi e flavonoidi.
• Acqua: Il solvente universale, spesso utilizzato per estrarre composti idrofili come polisaccaridi, proteine e alcuni glicosidi.
• Metanolo: Un solvente altamente polare, efficace nell’estrazione di un’ampia gamma di composti vegetali, tra cui composti fenolici, flavonoidi e alcuni alcaloidi.
• Esano: Un solvente apolare utilizzato principalmente per estrarre composti apolari come lipidi, cere e oli essenziali.
• Acetone: Solvente polare aprotico, l’acetone è efficace nell’estrazione di un’ampia gamma di composti botanici, in particolare quelli meno polari dei composti estratti con acqua o metanolo.
• Isopropanolo: Un solvente polare simile all’etanolo, comunemente utilizzato per estrarre oli essenziali, resine e alcuni alcaloidi.
• Cloroformio: Un solvente apolare efficace nell’estrazione di alcaloidi, terpenoidi e alcuni glicosidi. È utilizzato meno frequentemente a causa della sua tossicità.
• Acetato di etile: Un solvente moderatamente polare utilizzato per estrarre una gamma di composti, tra cui flavonoidi, alcaloidi e composti fenolici.
• Toluene: Un solvente apolare utilizzato per estrarre composti apolari come oli essenziali, terpeni e cere.
• Butanolo: Un solvente moderatamente polare efficace nell’estrazione di composti di media polarità, tra cui alcuni glicosidi e saponine.
• Etere di petrolio: Un solvente apolare utilizzato principalmente per estrarre grassi, oli e altri composti apolari dai materiali vegetali.

I seguenti solventi sono stati testati in studi di ricerca sull’estrazione a ultrasuoni di specifici materiali vegetali e sostanze fitochimiche.

Che cosa sono i solventi organici?

Un solvente organico è un tipo di composto organico volatile (VOC). I VOC sono sostanze chimiche organiche che evaporano a temperatura ambiente.
I composti organici utilizzati come solventi comprendono:

• composti aromatici, ad es. benzene e toluene
• alcoli, ad es. metanolo
• esteri ed eteri
• chetoni, ad es. acetone
• ammine
• idrocarburi nitrati e alogenati

Molti solventi organici sono classificati come tossici o cancerogeni. In caso di manipolazione scorretta, possono essere pericolosi per le persone e contaminare aria, acqua e suolo. Grazie al potente meccanismo dell’estrazione a ultrasuoni, è possibile evitare l’utilizzo di solventi organici sostituendoli con solventi più blandi e non tossici.